高考生物一轮复习第三单元细胞的能量供应和利用第9讲

第9讲光与光合作用[考纲要求]1.光合作用的基本过程(Ⅱ)。2.影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)。3.实验：叶绿体色素的提取和分离。考点一捕获光能的色素和结构及光合作用的探究历程1．捕获光能的色素及色素的吸收光谱由图可以看出：(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。2．叶绿体的结构与功能(1)结构模式图(2)结构eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(外表：①双层膜,内部\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(②基质：含有与暗反应有关的酶,③基粒：由类囊体堆叠而成，分布有,色素和与光反应有关的酶))))↓决定(3)功能：进行光合作用的场所。拓展延伸影响叶绿素合成的三大因素3．光合作用的探究历程(连线)(1)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光(×)(2)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素(√)(3)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同(√)(4)叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多(×)(5)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中(×)(6)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积(×)下面是光合作用探索历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，请分析：(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？提示选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是什么？提示排除氧气和除极细光束外的其他光的干扰。(3)萨克斯实验中进行“黑暗”处理的目的是什么？提示消耗掉细胞中原有的淀粉，防止对实验结果造成干扰。(4)萨克斯实验中在染色前通常用酒精对叶片进行脱色处理，目的是什么？提示防止叶片中色素颜色对实验结果的干扰。(5)两实验设计中是如何形成对照的？提示恩格尔曼的实验中，照光处理与不照光、黑暗与完全曝光形成对照；萨克斯的实验中，暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照。命题点一捕获光能的色素分析1．(2017·海南，10)将叶绿体悬浮液置于阳光下，一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是()A．离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气B．若将叶绿体置于红光下，则不会有氧气产生C．若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生D．水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量答案A解析光合作用的场所是叶绿体，离体的叶绿体在自然光下通过光反应能将水分解产生氧气，A项正确；叶绿体中的色素既能吸收红光，也能吸收蓝紫光，B、C项错误；水在叶绿体中分解产生氧气不需要ATP提供能量，D项错误。2．将可见光通过三棱镜后照射到绿色植物叶片的某种色素提取液上，可获得该吸收光谱(图中的数字表示光的波长，单位为nm，暗带表示溶液吸收该波长的光后形成的光谱)。则该色素是()A．类胡萝卜素 B．叶黄素C．胡萝卜素 D．叶绿素a答案D解析叶绿体中的色素包括叶绿素和类胡萝卜素。其中，叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b，主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素，主要吸收蓝紫光。从图中可以看出，该色素主要吸收红光和蓝紫光，所以该色素为叶绿素。命题点二探究光合作用的相关实验分析3．(2017·西安调研)在光合作用的探究历程中，德国科学家梅耶根据能量转化和守恒定律，曾提出了植物在进行光合作用时发生能量转化的假说。以下科学实验能证明这一假说的是()A．英格豪斯证明植物在光照条件下可以改变空气成分的实验B．恩格尔曼证明光合作用的有效光是红橙光和蓝紫光的实验C．萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用可以产生淀粉的实验D．鲁宾和卡门证明光合作用产生的氧气来自于水的实验答案C解析萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用的产物除氧气外还有淀粉，即光能转变成储存在淀粉等有机物中的化学能，因此该实验能证明“植物在进行光合作用时发生能量转化”的假说。4．下面表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下与实验相关的比较不正确的是()A．Y2的质量大于Y3的质量B．④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量C．②中水的质量大于④中水的质量D．试管①的质量大于试管②的质量答案C解析Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的质量大于Y3的质量，A项正确；④中小球藻中含有(CHeq\o\al(18,2)O)的有机物，而①中小球藻含有(CH2O)的有机物，故④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量，B项正确；④和②中的水都为Heq\o\al(18,2)O，且含量相同，因此质量相等，C项错误；在试管①和②中原来质量相等的情况下，②中释放出的是18O2，而①中释放出的是O2，故剩余质量①大于②，D项正确。

考点二光合作用的基本过程1．概念：指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。2．过程3．反应式(1)产物为(CH2O)：CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do5(叶绿体))(CH2O)＋O2。(2)产物为C6H12O6：6CO2＋12H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do5(叶绿体))C6H12O6＋6O2＋6H2O。4．光反应和暗反应的比较项目光反应暗反应条件光、色素、酶ATP、[H]、CO2、多种酶场所类囊体薄膜叶绿体基质物质变化水的光解、ATP的合成CO2的固定、C3的还原能量变化光能转化为活跃的化学能活跃的化学能转化为稳定的化学能联系光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成5.光合作用和化能合成作用的比较项目光合作用化能合成作用区别能量来源光能氧化无机物放出的能量代表生物绿色植物硝化细菌相同点都能将CO2和H2O等无机物合成有机物(1)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中(×)(2)叶肉细胞在叶绿体外膜上合成淀粉(×)(3)离体的叶绿体基质中添加ATP、[H]和CO2后，可完成暗反应过程(√)(4)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降的原因是光反应强度和暗反应强度都降低(√)(5)正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，其叶绿体内CO2的固定立即停止(×)(6)光合作用和细胞呼吸均能产生[H]，二者还原的物质不同(√)(7)土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖(√)分析光合作用的过程图解(1)图中的甲表示光反应阶段，发生在叶绿体的类囊体薄膜上。(2)乙表示暗反应阶段，又称作卡尔文循环。(3)图中的物质a是[H]，物质c是CO2。(4)图中的ATP不能(填“能”或“不能”)运出所在的细胞器，用于其他生命活动。1．光合作用C、H、O的转移途径(1)H：3H2Oeq\o(→,\s\up7(光反应))[3H]eq\o(→,\s\up7(暗反应))(C3H2O)。(2)C：14CO2eq\o(→,\s\up7(CO2的固定))14C3eq\o(→,\s\up7(C3的还原))(14CH2O)。(3)O：Heq\o\al(18,2)Oeq\o(→,\s\up7(光反应))18O2;C18O2eq\o(→,\s\up7(CO2的固定))C3eq\o(→,\s\up7(C3的还原))(CHeq\o\al(18,2)O)。2．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析(1)分析方法：需从物质的生成和消耗两个方向综合分析。示例：CO2供应正常，光照停止时C3的含量变化(2)物质含量变化的比较条件光照由强到弱，CO2供应不变光照由弱到强，CO2供应不变CO2供应由充足到不足，光照不变CO2供应由不足到充足，光照不变C3含量增加减少减少增加C5含量减少增加增加减少[H]和ATP的含量减少增加增加减少(CH2O)的合成量减少增加减少增加3.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析(1)光反应为暗反应提供的[H]和ATP在叶绿体中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。(2)一直光照条件下，会造成[H]、ATP的过度积累，利用不充分；光照和黑暗间隔条件下，[H]、ATP基本不积累，能够被充分利用；因此在光照时间相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。例如：若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用，甲一直光照10分钟，黑暗处理10分钟；乙光照5秒，黑暗处理5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：甲＜乙。命题点一光合作用的过程分析1．(2015·福建，3)在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2＋C5(即RuBP)→2C3。为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化C5与14CO2的反应，并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是()A．菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质B．RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行C．测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法D．单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高答案B解析RuBP羧化酶催化上述反应即为二氧化碳的固定，属于暗反应，其场所是叶绿体基质，A项正确；暗反应不需要光，有光和无光条件下都可进行，B项错误；实验中利用14C标记CO2并检测产物放射性强度，采用同位素标记法，C项正确；单位时间内产物生成量可代表化学反应的催化效率，酶对化学反应的催化效率即可反映酶活性，D项正确。2．下图为绿色植物光合作用过程示意图(图中a～g为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示)。下列有关叙述错误的是()A．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解B．c为ATP，f为[H]C．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到放射性D．图中a物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能答案B解析图中a～g分别代表光合色素、O2、ATP、ADP、NADPH([H])、NADP＋、CO2，①～⑥分别代表水分的吸收、ATP的合成、水的光解、CO2的固定、C3的还原、有机物的合成，A项正确，B项错误；18O2eq\o(→,\s\up7(有氧Ⅲ))Heq\o\al(18,2)Oeq\o(→,\s\up7(有氧Ⅱ))C18O2eq\o(→,\s\up7(暗反应))(CHeq\o\al(18,2)O)，C项正确；光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用，D项正确。命题点二分析条件骤变对叶绿体中物质含量的影响3．在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中C3和C5化合物含量的变化是()A．C3和C5都迅速减少B．C3和C5都迅速增加C．C3迅速增加，C5迅速减少D．C3迅速减少，C5迅速增加答案C解析由题意知，在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照后，光反应停止，[H]和ATP下降，C3的还原减弱直至停止，而CO2的固定则继续进行，但由于缺少[H]和ATP，C3不能被还原而积累，使C3迅速增加；C5是植物体细胞内具有一定数量且能循环利用的物质，当CO2＋C5→C3后，C3又不能被还原再形成C5时，C5将迅速减少。所以，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，此时叶绿体中C3迅速增加，C5迅速减少。4．(2018·临川第二中学调研)下图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述正确的是()A．t1→t2，叶绿体类囊体薄膜上的色素吸收光能增加，基质中水光解加快、O2释放增多B．t2→t3，暗反应限制光合作用；若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高C．t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强的结果D．t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3化合物还原后的直接产物含量降低答案D解析水的光解、O2释放发生在叶绿体类囊体薄膜上，而不是叶绿体基质中，A项错误；t2→t3，限制光合速率的因素为CO2浓度，此时光照充足且恒定，若增加光照，光合速率不会提高，B项错误；t3→t4，暗反应增强，一定程度上加快ATP和ADP的转化，同时促进了光反应，C项错误；突然停止光照，光反应减弱甚至停止，类囊体薄膜上ATP合成受阻，ATP含量减少，ADP和Pi含量升高，被还原的C3化合物减少，直接产物含量降低，D项正确。命题点三连续光照和间隔光照条件下的有机物的合成量分析5．(2015·全国Ⅰ，29)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：A组：先光照后黑暗，时间各为67.5s；光合作用产物的相对含量为50%。B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5s；光合作用产物的相对含量为70%。C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。D组(对照组)：光照时间为135s；光合作用产物的相对含量为100%。回答下列问题：(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量________(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是__________________________________________________________________；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要________，这些反应发生的部位是叶绿体的________。(2)A、B、C三组处理相比，随着____________________________________________的增加，使光下产生的________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。答案(1)高于C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%光照基质(2)光照和黑暗交替频率ATP和[H]解析(1)C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%，说明C组黑暗条件下进行了部分光合作用，暗反应消耗了ATP和[H]，为下一次的光照时间内光反应提供了充足的原料ADP、Pi和NADP＋等，所以单位光照时间内，C组合成有机物的量高于D组。光合产物的生成场所为叶绿体基质。(2)A、B、C三组实验中光照时间之和均为67.5s，但是处理方法不同，结果也不一样，并且是单位时间内光照和黑暗交替频率越高，光合作用产物相对量越高，可知光照时产生的ATP和[H]在光照时没有用完，可以在黑暗中继续利用，还原C3化合物生成糖类等有机物及C5化合物，C5化合物继续与CO2结合，因此提高了光合作用中CO2的同化量。考点三影响光合作用的因素及应用1．光照强度(1)原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速度加快，产生的[H]和ATP增多，使暗反应中还原过程加快，从而使光合作用产物增加。(2)曲线分析①A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸。②AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少。③B点：为光补偿点，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度。④BC段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度不断增强，到C点后不再增强了。⑤D点：为光饱和点，限制D点以后光合作用强度不再增加的内部因素是光合色素含量、酶的数量和最大活性，外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。(3)应用：①温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产；②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物，可合理利用光能。2．CO2浓度(1)原理：CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成。(2)曲线分析图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B点和B′点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。(3)应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。3．温度(1)原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用，主要制约暗反应。(2)曲线(3)应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。4．水分和矿质元素(1)原理①水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。②矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成，对光合作用产生直接或间接的影响。如镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应。(2)曲线(3)应用：农业生产中，可根据作物的生长规律，合理灌溉和施肥。据图分析多因素对光合作用的影响(1)三条曲线在P点之前限制光合速率的因素分别是什么？提示P点之前，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，依次为光照强度、光照强度和温度。(2)三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因子还是影响光合速率的主要因素吗？此时的限制因素分别是什么？提示Q点之后横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的主要因素，此时的主要影响因素依次为温度、CO2浓度和光照强度。(3)在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些益处？提示有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解成各种矿质元素，增加了土壤的肥力，另外还释放出热量和CO2，增加了大棚内的温度和CO2浓度，有利于光合作用的进行。命题点一单因素对光合作用的影响分析1．阳光穿过森林中的空隙形成“光斑”，下图表示一株生长旺盛的植物在“光斑”照射前后光合作用吸收CO2和释放O2量的变化，据此下列分析正确的是()A．光斑照射前，光合作用无法进行B．光斑照射后，光反应和暗反应迅速同步增加C．光斑照射后，暗反应对光反应有限制作用D．光斑移开后，光反应和暗反应迅速同步减弱答案C解析光斑照射前，有氧气释放，说明植物细胞在进行光合作用，A项错误；光斑照射后，光反应迅速增加，而暗反应没有立即增加，二者不同步，B项错误；光斑照射后，O2释放曲线变化趋势是光反应先增加然后降低，说明暗反应对光反应有限制作用，原因是暗反应不能及时消耗光反应产生的ATP和[H]，C项正确；移开光斑后，光反应迅速减弱，而暗反应过一段时间后才减弱，二者不同步，D项错误。2．(2014·四川，6)将桑树和大豆分别单独种植(单作)或两种隔行种植(间作)，测得两种植物的光合速率如图所示(注：光饱和点是光合速率达到最大值时所需的最低光照强度)。据图分析，下列叙述正确的是()A．与单作相比，间作时两种植物的呼吸强度均没有受到影响B．与单作相比，间作时两种植物光合作用的光饱和点均增大C．间作虽然提高了桑树的光合速率但降低了大豆的光合速率D．大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间作答案D解析当光照强度为0时，植物只进行细胞呼吸，由坐标图中数据可知，桑树间作时的呼吸强度比单作时的大，大豆间作时的呼吸强度比单作时的小；A项错误；由坐标图中数据可知，与单作相比，间作时桑树光合作用的光饱和点增大，大豆光合作用的光饱和点减小，B项错误；由坐标图中数据可知，在较低光照强度范围内，大豆间作时的光合速率比单作时增强，在较高光照强度范围内，大豆间作时的光合速率比单作时减弱，C项错误；由坐标图中数据可知，单作时大豆开始积累有机物时的最低光照强度大于间作时的，D项正确。命题点二多因素对光合作用的影响分析3．科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到的实验结果如图所示。请据图判断下列叙述不正确的是()A．光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同B．光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同C．光照强度为a～b，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高D．光照强度为b～c，曲线Ⅰ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高答案D解析曲线Ⅱ和Ⅲ的CO2浓度不同，因此光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同，A项正确；曲线Ⅰ和Ⅱ的温度不同，因此光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同，B项正确；由曲线图可知，光照强度为a～b，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高，C项正确；光照强度为b～c，曲线Ⅰ光合作用强度随光照强度升高而升高，但曲线Ⅲ光合作用强度随着光照强度的升高不再变化，D项错误。4．电场会对植物的生长发育产生一种“无形”的影响。在温室中同时增补电场和增施CO2，蔬菜产量可提高70%左右，这就是著名的“电场产量倍增效应”。科学家根据电场强度与CO2浓度对黄瓜幼苗光合作用强度影响的实验，绘制如下曲线。据图回答下列问题：(1)第1组实验的作用是_________________________________________________。在饱和光照强度下，该实验的自变量是____________________________。(2)第1组实验和第2组实验的曲线比较，说明________________________________________。(3)根据实验曲线可知，在相同光照强度下，为了最大限度地增加作物产量，可以采取的措施是______________________________________________。答案(1)对照电场强度和CO2浓度(2)强电场可以提高植物的光合作用强度(3)增补电场和增施CO2解析(1)第1组实验的条件为大气电场和大气CO2浓度，属于对照组，起对照作用。饱和光照强度下，实验的自变量是电场强度和CO2浓度。(2)第1组和第2组对比，二者的自变量为电场强度，第2组的净光合作用强度大于第1组，而二者的细胞呼吸强度相等，因此说明强电场可以提高植物的光合作用强度。(3)分析曲线可知，同一光照强度下净光合作用强度最大的是第4组，因此为了最大限度地增加作物产量，可增加电场强度和提高CO2浓度。解答受多因素影响的光合作用曲线题时，找出曲线的限制因素是关键。具体方法是对纵坐标或横坐标画垂线或者只看某一条曲线的变化，将多因素转变为单一因素，从而确定限制因素。当曲线上标有条件时，说明因变量受横坐标和曲线上条件的共同影响。若题干中描述了曲线的获得前提，如最适温度下测得，则应该考虑温度以外的影响因素。考点四绿叶中色素的提取和分离1．实验原理2．实验步骤3．实验结果色素种类色素颜色色素含量溶解度扩散速度胡萝卜素橙黄色最少最高最快叶黄素黄色较少较高较快叶绿素a蓝绿色最多较低较慢叶绿素b黄绿色较多最低最慢1．实验注意事项注意事项操作目的提取色素选新鲜绿色的叶片使滤液中色素含量高研磨时加无水乙醇溶解色素加少量SiO2和CaCO3研磨充分和保护色素迅速、充分研磨防止乙醇过度挥发，充分溶解色素盛放滤液的试管管口加棉塞防止乙醇挥发和色素氧化分离色素滤纸预先干燥处理使层析液在滤纸上快速扩散滤液细线要细、齐、直使分离出的色素带平整不重叠滤液细线干燥后再画一两次使分离出的色素带清晰分明滤液细线不触及层析液防止色素直接溶解到层析液中2.绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。②使用放置数天的绿叶，滤液色素(叶绿素)太少。③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。(2)滤纸条色素带重叠：没经干燥处理，滤液线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致造成的。(3)滤纸条看不到色素带：①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。命题点一实验基础1．某同学在进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时，进行了以下操作：①将5g新鲜菠菜叶片剪碎放入研钵中，加入无水乙醇后直接进行研磨；②将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1cm处用钢笔画一条横线；③为增强实验效果，将滤液细线画粗些；④将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，让滤液细线浸入层析液中。该同学的操作有误的是()A．① B．①②C．①②③ D．①②③④答案D解析①提取绿色叶片中的色素时，在将5g新鲜菠菜叶片剪碎放入研钵中后，应加入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入10mL无水乙醇，进行迅速、充分地研磨；②制备滤纸条时，应将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1cm处用铅笔画一条横线，而不是用钢笔；③画滤液细线时，为确保色素带分离整齐、不重叠，应保证滤液细线细、直、齐，为增强实验效果，应重复画线使滤液细线处积累较多色素；④分离色素时，应将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，注意不能让滤液细线触及层析液。2．甲、乙、丙、丁四位同学，在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料，用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，得到了四种不同的层析结果(如图所示)。下列分析错误的是()A．甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液B．乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多C．丙可能是正确操作得到的理想结果D．丁可能是研磨时未加入CaCO3答案C解析甲图中看不到色素带，叶绿体中的色素属于有机物，易溶于酒精等有机溶剂，难溶于水，所以出现甲图结果可能是误用蒸馏水作提取液和层析液导致的，A项正确；乙结果中每种色素都有，但含量很少，可能是无水乙醇过多，色素浓度太低导致的，B项正确；丙结果中每种色素都有，但是胡萝卜素和叶黄素含量较多，叶绿素a和叶绿素b含量较少，这不是正确操作得到的理想结果，C项错误；丁结果中叶绿素a和叶绿素b含量很少，可能是研磨时未加入CaCO3，破坏了叶绿素类物质造成的，因为与类胡萝卜素相比，叶绿素更易受到破坏，D项正确。命题点二实验拓展3．以圆形滤纸的中心为圆心，画叶绿体色素滤液的小圆进行色素分离，看到近似同心环状的四个色素圈，排列在最外圈的一个呈()A．蓝绿色 B．黄绿色C．黄色 D．橙黄色答案D解析绿叶中的色素能够在滤纸上彼此分离的原因是色素在层析液中的溶解度不同，在滤纸上的扩散速度不同。其中胡萝卜素(橙黄色)的溶解度最大，故其扩散速度最快，排列在最外圈。4．利用无水乙醇提取出叶绿体中的色素，设法分离得到各种色素，并将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如下图所示)。当滤纸下方浸入层析液后，滤纸条上各色素正确的位置应为()答案B解析在层析液中四种色素的溶解度从大到小的顺序依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，色素溶解度越大，随层析液在滤纸上扩散的速度越快，混合液中含4种色素，扩散后在滤纸条上形成4条色素带。矫正易错强记长句1．叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。2．植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。3．不同颜色温室大棚的光合效率比较：无色透明大棚能透过日光中各种色光，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以无色透明的大棚中植物的光合效率最高；叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚中植物的光合效率最低；不同颜色的温室大棚光合效率不同，单色光中，蓝紫光下光合速率最快，红光次之，绿光最差。4．进行光合作用的细胞不一定都含有叶绿体，如蓝藻、光合细菌等。5．植物的液泡中含有的色素不参与光合作用。6．光合作用中光反应产生的[H]是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，细胞呼吸产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)，二者不相同。7．光合作用的产物主要是糖类，还有一些类脂、有机酸、氨基酸和蛋白质等。8．C3和C5并不是只含有3个或5个碳原子，还有H、O等原子，如丙酮酸(C3H4O3)就是一种三碳化合物。9．暗反应不直接需要光，但是如果没有光照，光反应停止后，暗反应很快也会停止。10．叶绿体产生的ATP只能用于自身的物质合成，不能用于细胞中其他部位的生命活动。某植物在停止供水和恢复供水条件下，气孔开度(即气孔开放程度)与光合速率的变化如图所示。请回答下列问题：1．停止供水后，光合速率下降，原因是一方面水是光合作用的原料；另一方面缺水会导致气孔开度降低，CO2供应不足，影响了光合作用的暗反应，导致光合作用速率下降。2．在温度、光照相同的条件下，图中A点与B点相比，B点光饱和点低，其主要原因是B点气孔开度低，CO2吸收减少，暗反应速率低，需要光反应提供的ATP和[H]少，所以光饱和点低。3．停止供水一段时间后，叶片发黄，原因是叶绿素合成速度变慢或停止(或叶绿素分解)，类胡萝卜素的颜色显露出来。重温高考演练模拟1．(2017·全国Ⅲ，3)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是()A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示D．叶片在640～660nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的答案A解析类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在红光区不吸收光能，A项错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，其吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，B项正确；CO2的吸收速率和O2的释放速率随光波长的变化均可表示光合作用的作用光谱，C项正确；根据叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱可知，叶片在640～660nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的，D项正确。2．(2017·天津，6)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，但固定CO2酶的活性显著高于野生型。下图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。下列叙述错误的是()A．光照强度低于P时，突变型的光反应强度低于野生型B．光照强度高于P时，突变型的暗反应强度高于野生型C．光照强度低于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度D．光照强度高于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度答案D解析由于突变型水稻叶片的叶绿素含量较少，由图可知，光照强度低于P时，突变型的光合作用光反应强度低于野生型，A项正确；由于突变型水稻中固定CO2酶的活性显著高于野生型，由图可知，光照强度高于P时，突变型的暗反应强度高于野生型，B项正确；光照强度低于P时，光照强度没有达到光饱和点，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度，C项正确；P点并未达到突变型水稻光合作用的光饱和点，故光照强度高于P点小于光饱和点时限制光合速率的主要环境因素是光照强度，当光照强度大于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度，D项错误。3．(2016·全国Ⅱ，4)关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是()A．叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收C．通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用D．黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的答案C解析叶绿体中的色素能够溶解在包括乙醇在内的有机溶剂中，A项正确；镁作为细胞中的无机盐，可以离子状态由植物的根从土壤中吸收，进而参与叶绿素的合成，B项正确；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，可见光不包括红外光和紫外光，C项错误；叶绿素的合成需要光，黑暗中生长的植物幼苗，因没有光照而导致叶绿素合成受阻，使类胡萝卜素的颜色显现出来，因而叶片呈黄色，D项正确。4．(2015·安徽，2)右图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是()A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能B．CO2可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类C．被还原的C3在有关酶的催化作用下，可再形成C5D．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高答案C解析CO2的固定是CO2与C5在酶的催化下合成C3的过程，没有ATP的消耗，A项错误；暗反应中，CO2不能直接被[H]还原，必须经过CO2的固定形成C3，再在有关酶的催化作用下，一部分C3被[H]还原，经一系列变化形成糖类，另一部分C3经一系列变化形成C5，B项错误、C项正确；在CO2供应不变的情况下，光照强度由强变弱时，光反应提供的[H]、ATP减少，导致C3还原过程减弱，但此时CO2的固定仍在进行，故短时间内C3含量上升，C5含量下降，D项错误。5．(2014·新课标Ⅰ，2)正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是()A．O2的产生停止B．CO2的固定加快C．ATP/ADP比值下降D．NADPH/NADP＋比值下降答案B解析用黑布迅速将培养瓶罩上，导致绿藻细胞叶绿体内的光反应停止，不再产生O2、ATP和NADPH，使ATP/ADP、NADPH/NADP＋比值下降，A、C、D项正确；光反应停止，使暗反应中C3的还原受阻，导致C5含量减少，从而使CO2的固定减慢，B项错误。1．(2018·长沙雅礼中学月考)下列有关叶绿体的描述，正确的是()A．叶肉细胞中的叶绿体在光下和黑暗中均可生成ATPB．经黑暗处理后叶肉细胞内淀粉等被输出消耗，此时叶绿体内不含糖类C．叶绿体中含有RNA聚合酶，体现了细胞内基因的选择性表达D．叶绿体产生O2和线粒体产生H2O均在生物膜上进行答案D解析叶绿体只有在光下才能发生光反应生成ATP，黑暗中叶绿体内不具有产生ATP的条件，A错误；经黑暗处理过的叶肉细胞会向其他部位输出淀粉和消耗糖类等有机物，但叶绿体中的DNA、RNA中含有脱氧核糖或者核糖，B错误；RNA聚合酶在细胞中普遍存在，不是基因选择性表达的产物，C错误；叶绿体产生O2在类囊体薄膜上进行，线粒体产生H2O在线粒体内膜上进行，D正确。2．某植物叶片不同部位的颜色不同，将该植物在黑暗中放置48h后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。在日光下照光一段时间，去除锡箔纸，用碘液染色法处理叶片，观察到叶片有的部位出现蓝色，有的没有出现蓝色。其中，没有出现蓝色的部位是()A．a、b和d B．a、c和eC．c、d和e D．b、c和e答案B解析a、e处为黄白色，缺乏叶绿素，c、e处用锡箔纸遮光，缺乏光照，因此a、c和e处都不能合成淀粉。3．(2017·石家庄二中联考)现有四个实验装置，若要验证绿色开花植物产生O2需要光和验证O2是由绿色植物释放的，则应选用的实验组合分别是()A．①②和①③ B．②③和①②C．②④和①③ D．②③和③④答案B解析要验证绿色开花植物产生O2需要光照，实验的自变量应该是有光或无光，因此需要选择装置②③；验证O2是由绿色开花植物释放的，自变量为是否具有绿色植物，光照是无关变量，因此需要选择装置①②。4．绿色植物是主要的能量转换者，因为它们均含有叶绿体(图甲)这一完成能量转换的细胞器，图乙是图甲中的色素分离结果，图丙是在图甲④结构中进行的生化反应，①～④分别代表图甲中叶绿体的结构。下列相关叙述中，不正确的是()A．图乙中的色素带由1到4分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素B．图甲中①和③的成分和结构相似C．环境条件相对稳定的情况下，图甲④中的C3含量多于C5D．如果突然降低CO2的浓度，图丙中的C3含量会一直下降答案D解析图乙中下方有滤液细线，色素的扩散方向是从下向上的，所以1～4分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，A项正确；图甲中的①和③分别是叶绿体的内膜和外膜，它们的成分和结构相似，B项正确；分析图丙中的过程要从两个方面进行：一是环境条件相对稳定时，暗反应中的两个过程、光反应与暗反应之间均处于一种相对平衡的状态，由于一个C5对应着两个C3，所以C3含量要比C5高；二是当环境条件突然改变时，如CO2浓度突然降低时，短时间内由于CO2固定过程减弱而C3的还原过程仍在进行，故C3含量降低而C5含量升高，但一段时间后，反应过程又达到一个新的平衡状态，所以C3含量不会一直下降，C项正确，D项错误。5．进行正常光合作用的叶片，如果叶绿体中[H]的含量相对稳定，在a点时突然停止供给CO2，能表示叶绿体中[H]含量变化曲线的是()答案B解析突然停止供给CO2，暗反应受到抑制，消耗光反应产生的[H]的量减少，[H]积累增多，一段时间后处于稳定状态。6．(2017·晋城四校联考)某研究小组在水肥充足条件下，观测了玉米光合速率等生理指标日变化趋势，结果如图所示。据图判断下列有关叙述正确的是()A．光合作用消耗ATP最快的时刻是15：00B．根吸水能力最强的时刻是12：00C．直接引起蒸腾速率变化的生理指标是气孔阻抗D．影响光合速率的环境因素主要是CO2浓度答案C解析光合速率越大，光合作用消耗ATP也就越快，由甲图可知，光合作用消耗ATP最快的时刻是12：00，A项错误；蒸腾作用越强，根吸水能力越强，由乙图可知，根吸水能力最强的时刻是15：00，B项错误；蒸腾作用是水分以气体形式通过气孔散失，直接引起蒸腾速率变化的生理指标是气孔阻抗，C项正确；据图可知，本题中影响光合速率的主要环境因素是光照强度，D项错误。7．对某植物作如下处理：甲持续光照20min，黑暗处理20min，乙先光照5s后再黑暗处理5s，连续交替40min。若其他条件不变，则在甲、乙两种情况下植物光合作用所制造的O2和合成的有机物总量符合下列哪项()A．O2：甲<乙，有机物：甲＝乙B．O2：甲＝乙，有机物：甲＝乙C．O2：甲<乙，有机物：甲<乙D．O2：甲＝乙，有机物：甲<乙答案D解析甲、乙光反应时间相同，产生的O2相等，但交替光照下，乙条件下暗反应及时消耗了ATP和[H]，为下一次的光照时间内光反应提供了充足的原料ADP、Pi和NADP＋等，所以相同时间内乙合成有机物的总量大于甲。8．下图表示用韭菜宿根进行的相关对照实验流程。下列叙述错误的是()A．提取色素时，要加入SiO2和CaCO3进行充分研磨B．色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在无水乙醇中的溶解度不同C．实验结果①可说明叶绿素的合成需要光照D．实验结果②表明韭菜中提取的色素吸收光的种类更多答案B解析提取色素时加入SiO2是为了研磨充分，加入CaCO3是为了防止色素被破坏，A项正确；色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同，B项错误；“结果①”中在光下的色素带有4条，而在暗处的色素带为2条，且颜色为黄色和橙黄色，分别是叶黄素和胡萝卜素，说明叶绿素的合成需要光照，C项正确；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，所以将等量韭菜和韭黄色素滤液放置在阳光和三棱镜之间时，韭菜中提取的色素吸收光的种类更多，D项正确。9．下图为叶绿体的结构和功能示意图，请据图回答下列问题：(1)光合作用中光反应产生的________可以被暗反应所利用；在光照条件下，ATP的移动方向是________(用图中字母和箭头表示)。(2)若暗反应被抑制，可能的外部影响因素是____________________、____________________。(3)在电子显微镜下观察，可见到叶绿体基质中含量最多的物质是________颗粒(光合产物)。(4)暗反应通过____________________来影响光反应，从而影响光合作用速率。答案(1)[H]和ATPA→B(2)二氧化碳供应不足温度过高或过低(3)淀粉(4)提供ADP、Pi以及NADP＋解析(1)光合作用光反应为暗反应提供[H]和ATP，用于三碳化合物的还原。光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜(A)，暗反应的场所是叶绿体基质(B)，所以光照下ATP从A移向B。(2)暗反应主要受外界环境中二氧化碳浓度和温度的影响。(3)光合作用的产物葡萄糖最终以淀粉的形式储存起来，且淀粉颗粒在电子显微镜下是可以观察到的，所以电子显微镜下叶绿体基质中含量最多的物质是淀粉。(4)暗反应消耗ATP和NADPH产生ADP、Pi以及NADP＋，而ADP、Pi以及NADP＋为光反应过程中ATP、NADPH合成的原料。10．下图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布。下列关于相关过程以及发生场所的说法，不正确的是()A．H2O→H＋＋O2发生在光反应阶段，场所是叶绿体类囊体薄膜B．膜上的叶绿素主要吸收蓝紫光和红光用于光合作用C．发生的能量转换是光能→化学能D．产生的ATP可用于植物体的各项生理活