2019-2020学年高考生物大一轮复习学案: 第三单元 细胞的能量供应和利用 第9讲 光与光合作用学案.doc
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1、第9讲光与光合作用考纲要求1.光合作用的基本过程()。2.影响光合作用速率的环境因素()。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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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()AY2的质量大于Y3的质量B中小球藻的质量大于中小球藻的质量C中水的质量大于中水的质量D试管的质量大于试管的质量答案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;中小球藻中含有(CHO)的有机物,而中小球藻含有(CH2O)的有机物,故中小球藻的质量大于中小球藻的质量,B项正确;和中的水都为HO,且含量相同,因此质量相等,C项错误;在试管和中原来质量相等的情况下,中释放出的是18O2,而中释放出的是O2,故剩余质量大于,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
7、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):CO2H2O(CH2O)O2。(2)产物为C6H12O6:6CO212H2OC6H12O66O26H2O。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
8、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
9、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:3H2O3H(C3H2O)。(2)C:14CO214C3(14CH2O)。(3)O:HO18O2; C18O2C3(CHO)。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
10、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
11、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CO2C5(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BRuBP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
12、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ag为物质,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图中表示水分的吸收,表示水的光解Bc为ATP,f为HC将b物质用18O标记,最终在(CH2O)中能
13、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ag分别代表光合色素、O2、ATP、ADP、NADPH(H)、NADP、CO2,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;18O2HOC18O2(CHO),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()AC3和C5都迅速减少BC3
14、和C5都迅速增加CC3迅速增加,C5迅速减少DC3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CO2C5C3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
15、影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述正确的是()At1t2,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Bt2t3,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Ct3t4,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Dt4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;t2t3,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;t3t4,暗反应增强,一定程度上加快ATP和ADP
16、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,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135 s,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67.5 s;光合作用产物的相对含量为5
17、0%。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7.5 s;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3.75 ms(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135 s;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
18、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67.5 s,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
19、,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A点:光照强度为0,此时只进行细胞呼吸。AB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。B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。BC段:表明随
20、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。D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: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;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。2CO2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:
21、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。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)
22、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
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