資源簡介 (共124張PPT)必修一 分子與細胞第5章 細胞的能量供應和利用2025年高考一輪總復習第4節(jié) 光合作用與能量轉(zhuǎn)化考點一 色素的吸收光譜和葉綠體的結(jié)構(gòu)1.葉綠體中色素的吸收光譜。(1)分布:____________________。葉綠體類囊體薄膜上(2)功能:__________________________________________________。吸收、傳遞(四種色素)和轉(zhuǎn)換光能(只有少量葉綠由圖可以看出:①葉綠體中的色素只吸收________,而對紅外光和紫外光等不吸收。②葉綠素對__________________的吸收量大,類胡蘿卜素對________的吸收量大。可見光紅光和藍紫光藍紫光素 a)(1)植物葉片呈現(xiàn)綠色的原因是葉片中的色素對綠光的吸收少,綠光被反射出來。(2)植物的液泡中含有的色素(花青素)不參與光合作用。(3)植物幼嫩的莖和果實的細胞中也含有吸收光能的色素。2.葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能。(1)葉綠體的結(jié)構(gòu)外膜內(nèi)膜類囊體基質(zhì)基粒類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)、基粒(或類囊體膜)光合色素分布于________________上。光合作用的酶分布于______________________________。(2)葉綠體的功能:進行__________的場所。(3)葉綠體中色素的功能:______________________光能。光合作用吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化3.光合作用的部分探究歷程。葉綠體葉綠體O2水ATPCO2影響葉綠素合成的三大因素(1)光照:光是影響葉綠素合成的主要因素,一般植物在黑暗中不能合成葉綠素,但能合成類胡蘿卜素,因而葉片發(fā)黃。(2)溫度:溫度可影響與葉綠素合成有關的酶的活性,進而影響葉綠素的合成。低溫時,葉綠素分子易被破壞,而使葉子變黃。(3)必需元素:葉綠素中含 N、Mg 等必需元素,缺乏 N、Mg 將導致葉綠素無法合成,葉變黃。另外,F(xiàn)e 是葉綠素合成過程中某些酶的輔助成分,缺 Fe 也將導致葉綠素合成受阻,葉變黃。考點二 光合作用的基本原理1.概念。葉綠體二氧化碳和水氧氣(1)光合作用是指綠色植物通過_____________,利用光能,將______________轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物,并且釋放出_______的過程。(2)反應式:__________________________________2.光合作用過程。項目 光反應 暗反應條件 光、水 有光、無光都能進行;CO2場所 _______________ _______________物質(zhì)變化 ①水的光解:將H2O分解為____________,其中H+與NADP+結(jié)合形成NADPH②ATP的合成:使ADP和Pi反應形成________①CO2的固定:______________②_____________:2C3 (CH2O)+C5③ATP和NADPH分解O2和H+類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)ATPC5+CO22C3C3 的還原項目 光反應 暗反應能量變化 將光能轉(zhuǎn)化為儲存在_______________中的化學能 NADPH 和 ATP 中活躍的化學能變?yōu)開__________________聯(lián)系 ①物質(zhì)聯(lián)系:光反應為暗反應提供_____________,用于暗反應C3的還原;暗反應為光反應提供__________________(沒有光反應,暗反應無法進行,沒有暗反應,有機物無法合成)②能量聯(lián)系:光反應為暗反應提供了_____________,暗反應將活躍的化學能轉(zhuǎn)化為________中穩(wěn)定的化學能(續(xù)表)NADPH和 ATP有機物中穩(wěn)定化學能NADPH和ATPNADP+、ADP和Pi活躍的化學能有機物(續(xù)表)14C318O2NADPH(C3H2O)C3光合作用的產(chǎn)物有一部分是淀粉,還有一部分是蔗糖。蔗糖可以進入篩管,再通過韌皮部運輸?shù)街仓旮魈帯?br/>比較項目 光合作用 化能合成作用區(qū)別 能量來源 _______ _________氧化釋放的能量代表生物 綠色植物 ___________相同點 都能將_____________等無機物合成有機物光能無機物硝化細菌CO2和H2O3.光合作用和化能合成作用的比較。4.環(huán)境改變時光合作用各物質(zhì)含量的變化。(1)“過程法”。(2)“模型法”。圖 1圖 3圖 2圖 4注:C3 的起始值高于 C5,約是其 2 倍。①圖 1 中曲線甲表示 C3,曲線乙表示 C5、NADPH、ATP。②圖 2 中曲線甲表示 C5、NADPH、ATP,曲線乙表示 C3。③圖 3 中曲線甲表示 C5、NADPH、ATP,曲線乙表示 C3。④圖 4 中曲線甲表示 C3,曲線乙表示 C5、NADPH、ATP。考點三 影響光合速率的因素及應用1.光照強度。光加快NADPH 和 ATP(1)原理:光照強度通過影響植物的_____反應進而影響光合速率。光照強度增加,光反應速度_______,產(chǎn)生的______________增多,使暗反應中還原過程加快,從而使光合作用產(chǎn)物增加。(2)曲線解讀。細胞呼吸等于光補償①A 點:光照強度為 0,只進行__________。②AB 段:隨著光照強度逐漸增強,光合作用強度也逐漸增強,CO2 釋放量逐漸減少。③B 點:細胞呼吸釋放的 CO2 全部用于光合作用,即光合作用強度______細胞呼吸強度,此時的光照強度稱為_________點。④BC 段:表明隨著光照強度不斷增強,光合作用強度也不斷增強。⑤D 點:D 點后光照強度增加,光合作用不再增強,此時內(nèi)部的限制因素是光合色素含量、酶的數(shù)量和活性;外部限制因素是 CO2 濃度等除光照強度之外的環(huán)境因素。D 點的光照強度稱為________點。光飽和光照強度(3)應用:①溫室生產(chǎn)中,適當增強____________,以提高光合速率,使作物增產(chǎn);②陰生植物的光補償點和光飽和點都較陽生植物低,間作套種農(nóng)作物,可合理利用光能。2.CO2 濃度。暗C3(1)原理:CO2 影響________反應階段,制約________的形成。圖 1圖 2(2)曲線解讀。①圖 1 中 A 點表示_________點,即光合速率等于呼吸速率時的 CO2 濃度。CO2 補償CO2 飽和②圖 2 中 A′點表示進行光合作用所需 CO2 的最低濃度。③B 點和 B′點對應的 CO2 濃度都表示_________點。(3)應用:在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以通過通風、增施農(nóng)家肥等增大CO2濃度,提高光合速率。3.溫度。(1)原理:溫度通過影響_________影響光合作用。(2)應用:溫室栽培植物時,白天調(diào)到光合作用最適溫度,以提高光合速率;晚上適當______室內(nèi)溫度,以降低細胞呼吸速率,保證植物有機物的積累。酶的活性降低4.水分和礦質(zhì)元素。下降氣孔葉綠素(1)原理。①水既是光合作用的原料,又是體內(nèi)各種化學反應的介質(zhì),如植物缺水導致萎蔫,使光合速率_______。另外,水分還能影響_______的開閉,間接影響 CO2 進入植物體內(nèi)。②礦質(zhì)元素通過影響與光合作用有關的化合物的合成,對光合作用產(chǎn)生直接或間接的影響。如鎂可以影響________的合成從而影響光反應。(2)曲線(如下圖所示)。(3)應用:農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,可根據(jù)作物的生長規(guī)律,合理灌溉和施肥。考點四 光合作用與細胞呼吸的綜合應用1.光合作用與細胞呼吸過程及物質(zhì)和能量的聯(lián)系。序號 ① ② ③ ④ ⑤生理過程 ________ 暗反應 有氧呼吸第一個階段 有氧呼吸第二個階段 有氧呼吸第三個階段場所 葉綠體類囊體薄膜 __________ __________ 線粒體基質(zhì) __________(1)物質(zhì)名稱。ATPC5C3光反應葉綠體基質(zhì)b:O2;c:_________;d:ADP;e:NADPH;f:_______;g:CO2;h:__________。(2)生理過程及場所。細胞質(zhì)基質(zhì)線粒體內(nèi)膜____;(3)物質(zhì)和能量的聯(lián)系。丙酮酸CO2①光合作用和有氧呼吸中各種元素的去向。ⅰ.C:CO2ⅱ.H:H2O有機物____________;光反應(CH2O)H2ONADPH[H]______ⅲ.O:H2O________CO2有機物。O2H2O暗反應ATP和NADPH熱能ATP②光合作用與有氧呼吸中的能量轉(zhuǎn)化。項目 含義 表示方法(單位面積的葉片在單位時間內(nèi)變化量)O2 CO2 有機物真正光合速率 植物在光下實際合成有機物的速率 O2__________速率或葉綠體釋放O2量 CO2固定速率或葉綠體吸收CO2量 有機物______________速率凈光合速率 植物有機物的______速率 植物或葉片或葉肉細胞O2____速率 植物或葉片或葉肉細胞CO2____速率 有機物積累速率呼吸速率 單位面積的葉片在單位時間內(nèi)分解有機物的速率 ______中O2吸收速率 黑暗中CO2釋放速率 有機物消耗速率 2.真正光合作用和凈光合作用的關系及其速率測定。(1)光合速率與呼吸速率的常用表示方法。產(chǎn)生(生成) 產(chǎn)生(制造、生成)積累釋放吸收黑暗(2)曲線模型及分析。①植物綠色組織在黑暗條件下或非綠色組織測得的數(shù)值為________速率(A 點)。呼吸②植物綠色組織在光照條件下光合作用與細胞呼吸同時進行,測得的數(shù)據(jù)為________速率。凈光合③真正光合速率=________速率+________速率。呼吸凈光合(3)光合速率的測定方法。①“液滴移動法”。ⅰ.測定呼吸速率:a.裝置燒杯中放入適宜濃度的 NaOH 溶液用于吸收 CO2。b.玻璃鐘罩遮光處理,以排除光合作用干擾。c.置于適宜溫度環(huán)境中。d.紅色液滴向左移動(單位時間內(nèi)左移距離代表呼吸速率)。ⅱ.測定凈光合速率:a.裝置內(nèi)燒杯中放入適宜濃度的 CO2 緩沖液,用于保證容器內(nèi)CO2 濃度恒定,滿足光合作用需求。b.必須給予足夠光照處理,且溫度適宜。c.紅色液滴向右移動(單位時間內(nèi)右移距離代表凈光合速率)。②“黑白瓶法”——測瓶中某一氣體的量。黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶,瓶中生物只進行細胞呼吸,而白瓶中的生物既能進行光合作用又能進行細胞呼吸,所以用黑瓶(無光照的一組)測得的為細胞呼吸強度值,用白瓶(有光照的一組)測得的為凈光合作用強度值,綜合兩者即可得到真正光合作用強度值。③“稱重法”。將葉片一半遮光,一半曝光,遮光的一半測得的數(shù)據(jù)變化值代表細胞呼吸強度值,曝光的一半測得的數(shù)據(jù)變化值代表凈光合作用強度值,綜合兩者可計算出真正光合作用強度值。需要注意的是該種方法在實驗之前需對葉片進行特殊處理,以阻止有機物的運輸。④“葉圓片上浮法”——定性檢測 O2 釋放速率。本方法利用真空技術(shù)排出葉肉細胞間隙中的空氣,充以水分,使葉片沉于水中;在光合作用過程中,植物吸收 CO2 放出 O2,由于 O2 在水中的溶解度很小而在細胞間積累,結(jié)果使原來下沉的葉片上浮。根據(jù)在相同時間內(nèi)上浮葉片數(shù)目的多少(或者葉片全部上浮所需時間的長短),即能比較光合作用強度的大小。【基礎測評】1.易錯診斷(1)在禾谷類作物開花期剪掉部分花穗,葉片的光合速率會暫時下降。()(2)類胡蘿卜素在紅光區(qū)吸收的光能可用于光反應中 ATP 的合成。()(3)光照強度由強變?nèi)鯐r,短時間內(nèi) C5 含量會升高。()(4)弱光條件下植物沒有 O2 的釋放,說明未進行光合作用。()(5)依據(jù)吸收光譜的差異對光合色素進行紙層析分離。()答案:(1)√ (2)× (3)× (4)×(5)×2.(2023 年全國乙卷)植物葉片中的色素對植物的生長發(fā)育有重要作用。下列有關葉綠體中色素的敘述,錯誤的是()A.氮元素和鎂元素是構(gòu)成葉綠素分子的重要元素B.葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體的薄膜上C.用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液,其吸收光譜在藍紫光區(qū)有吸收峰D.葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高,隨層析液在濾紙上擴散得越慢答案:D3.(2022 年河北石家莊三模)將正常生長的綠蘿盆栽,由夏季中午炎熱環(huán)境轉(zhuǎn)移到溫度適宜但光照強度相同的環(huán)境中培養(yǎng),短時)間內(nèi)葉綠體會發(fā)生的變化是(A.H2O 在光下分解速率減弱B.卡爾文循環(huán)減弱C.ADP/ATP 的比值下降D.C3/C5 的比值上升答案:D4.(2023 年湖北高考)高溫是制約世界糧食安全的因素之一,高溫往往使植物葉片變黃、變褐。研究發(fā)現(xiàn)平均氣溫每升高 1 ℃,水稻、小麥等作物減產(chǎn)約 3%~8%。關于高溫下作物減產(chǎn)的原因,下列敘述錯誤的是()A.呼吸作用變強,消耗大量養(yǎng)分B.光合作用強度減弱,有機物合成減少C.蒸騰作用增強,植物易失水發(fā)生萎蔫D.葉綠素降解,光反應生成的 NADH 和 ATP 減少答案:D考向 1 對光合作用探究實驗的分析[典例 1](2020 年天津等級考)研究人員從菠菜中分離類囊體,將其與 16 種酶等物質(zhì)一起用單層脂質(zhì)分子包裹成油包水液滴,從而構(gòu)建半人工光合作用反應體系。該反應體系在光照條件下可實現(xiàn)連續(xù)的 CO2 固定與還原,并不斷產(chǎn)生有機物乙醇酸。下列分析正確的是()A.產(chǎn)生乙醇酸的場所相當于葉綠體基質(zhì)B.該反應體系不斷消耗的物質(zhì)僅是 CO2C.類囊體產(chǎn)生的 ATP 和 O2 參與 CO2 固定與還原D.與葉綠體相比,該反應體系不含光合作用色素解析:題干信息“該反應體系在光照條件下可實現(xiàn)連續(xù)的CO2固定與還原,并不斷產(chǎn)生有機物乙醇酸”說明,乙醇酸是在暗反應中合成的,合成場所相當于葉綠體基質(zhì),A 正確。該反應體系既能在類囊體上進行光反應,又能利用 16 種酶等物質(zhì)進行暗反應,因此該反應體系不斷消耗的物質(zhì)有 CO2、H2O 等,B 錯誤。類囊體上進行的光反應為暗反應中 C3 的還原提供了 NADPH 和 ATP,光反應產(chǎn)生的 O2 不參與暗反應,C 錯誤。該反應體系中有類囊體,在光照條件下還可實現(xiàn)連續(xù)的 CO2 固定與還原,說明該反應體系中有吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的光合作用色素,D 錯誤。答案:A【考向集訓】1.(2023 年廣東部分名校開學考試)下列有關光合作用探索歷程的說法,錯誤的是()A.恩格爾曼通過水綿實驗證明了葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧B.希爾離體葉綠體實驗說明水的光解和糖的合成密切聯(lián)系C.魯賓和卡門證明光合作用的產(chǎn)物氧氣中的氧全部來自水D.卡爾文利用 14C 標記 CO2 發(fā)現(xiàn)了暗反應中碳的轉(zhuǎn)移途徑解析:德國科學家恩格爾曼把載有水綿和需氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的小室內(nèi),在黑暗中用極細的光束照射水綿,發(fā)現(xiàn)細菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中;如果把裝置放在光下,細菌則分布在葉綠體所有受光的部位,證明了葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧,A 正確。希爾離體葉綠體實驗結(jié)果是發(fā)現(xiàn)水的光解,說明水的光解可單獨進行,該實驗未進行暗反應有關的探索,也不能說明光反應和暗反應之間的聯(lián)系,B 錯誤。魯賓和卡門用同位素示蹤的方法,證明光合作用釋放的 O2 來自水,設立了一組對照實驗,H O 和CO2、H2O 和C18O2,證明了光合作用釋放的 O2 來自水,C 正確。20 世紀 40 年代,美國科學家卡爾文用經(jīng)過 14C 標記的 14CO2,供小球藻進行光合作用,然后追蹤放射性 14C 的去向,最終發(fā)現(xiàn)了暗反應中碳的轉(zhuǎn)移途徑,D 正確。答案:B實驗組別 ① ② ③ ④實驗材料 小球藻懸浮液 葉綠體懸浮液 葉綠體懸浮液 葉綠體懸浮液提供的物質(zhì) H2O、CO2 H2O、CO2 H2O H2O、草酸鐵是否產(chǎn)生O2 是 是 否 是2.(2023 年云南昆明模擬)研究者利用密閉的裝置在適宜的光照、溫度和 pH 等條件下,進行了如下實驗(初始懸浮液中無 CO2,草酸鐵是一種氧化劑)。下列相關敘述錯誤的是()A.③組不產(chǎn)生 O2 可能是因為其葉綠體中缺乏氧化劑B.④組與②組對照,說明葉綠體產(chǎn)生 O2 不一定需要 CO2C.①組與②組對照,說明小球藻光合作用產(chǎn)生 O2 的場所是葉綠體D.②組與③組對照,說明葉綠體產(chǎn)生的 O2 來源于 CO2解析:比較③④組,③組不含有氧化劑——草酸鐵,無 CO2的產(chǎn)生,可推測③組不產(chǎn)生 O2 可能是因為其葉綠體中缺乏氧化劑,A 正確。④組與②組對照,區(qū)別為 CO2 和草酸鐵,④組無 CO2,說明葉綠體產(chǎn)生 O2 不一定需要 CO2,B 正確。①組與②組對照,①組的實驗材料為小球藻懸浮液,②組的實驗材料為葉綠體懸浮液,兩組均進行光合作用,有 O2 的產(chǎn)生,說明小球藻光合作用產(chǎn)生 O2 的場所是葉綠體,C 正確。②組與③組對照,③組無 CO2,沒有進行光合作用產(chǎn)生 O2,說明葉綠體進行光合作用產(chǎn)生 O2 的條件必須含有 CO2,不能說明葉綠體產(chǎn)生的 O2 來源于 CO2,D 錯誤。答案:D考向 2 光合作用的過程[典例 2](2023 年廣東深圳二模)植物消耗氧氣,將 RuBP(C5)轉(zhuǎn)化成二氧化碳的過程稱作光呼吸。RuBP 羧化酶/氧化酶(Rubisco)不僅能催化 CO2 與 RuBP 進行羧化反應,還能催化氧氣與 RuBP的氧化反應,相關過程如下圖所示。回答下列問題。(1)Rubisco 催化 RuBP 的羧化反應發(fā)生在真核細胞的__________(具體部位),這一過程稱作_________,反應形成的產(chǎn)物被________還原為糖類。(2)當 CO2/O2 比值_______(填“較高”或“較低”)時,更有利于植物進行羧化反應。對農(nóng)作物的研究表明甲醇可以抑制光呼吸,已知植物細胞的光呼吸與乙醇酸氧化酶活性呈正相關,結(jié)合題干信息推測甲醇抑制光呼吸的機制是_____________________。(3)在小麥、水稻等C3作物中,光呼吸導致光合作用的轉(zhuǎn)化效率降低 20%~50%,根據(jù) Rubisco 的特性,改良作物的措施有_____________________________________________________________________。(答出 2 點)解析:(1)RuBP 羧化酶能催化 CO2 與 RuBP 進行羧化反應,CO2 與 RuBP 反應過程被稱為 CO2 的固定,發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中,CO2 與 RuBP 反應的產(chǎn)物(C3)接受 ATP 和 NADPH 釋放的能量,并且被 NADPH 還原,轉(zhuǎn)化為糖類。(2)當 CO2 的含量較高時,CO2更容易與 RuBP 進行羧化反應,故當 CO2/O2 比值較高時,更有利于植物進行羧化反應。甲醇可以抑制光呼吸,且植物細胞的光呼吸與乙醇酸氧化酶活性呈正相關,故可推測甲醇通過抑制乙醇酸氧化酶的活性來抑制光呼吸。(3)為了降低植物的光呼吸作用,可以改造 Rubisco 酶,使其具有更高的 CO2 親合力和催化效率;改進或者增加植物濃縮 CO2 機制,提升 Rubisco 附近的 CO2 濃度。答案:(1)葉綠體基質(zhì) CO2 的固定 NADPH(還原型輔酶Ⅱ)(2)較高 甲醇通過抑制乙醇酸氧化酶的活性來抑制光呼吸(3)改造 Rubisco 酶,使其具有更高的 CO2 親合力和催化效率;改進或者增加植物濃縮 CO2 機制,提升 Rubisco 附近的 CO2 濃度【考向集訓】3.(2023 年廣東河源開學考試)光合作用機理是作物高產(chǎn)的重要理論基礎,中國木薯主要種植在廣西、廣東、海南和云南等地,且多為貧瘠易旱的坡地,塊根富含淀粉。是工業(yè)淀粉原料之一。葉片光合產(chǎn)物的形成及輸出是影響木薯品質(zhì)的重要因素。如圖為木薯葉片光合作用示意圖,酶 a 為暗反應的關鍵酶,酶 b 為催化光合產(chǎn)物向淀粉或蔗糖轉(zhuǎn)化的關鍵酶,A~G代表物質(zhì)。回答下列問題。(1)據(jù)圖分析,物質(zhì) A 是________________,酶 a 催化的過程是________________,酶 b 催化光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為淀粉和蔗糖的場所分別是________________________。(2)高溫脅迫(40 ℃以上)主要影響木薯暗反應中酶 a 的活性,推測在高溫脅迫條件下,圖中 E 的含量在短時間內(nèi)的變化趨勢是________(填“上升”“下降”或“基本不變”),原因是_______________________________________________(從來源和去向兩個角度闡釋)。(3)溫室效應導致全球氣候變化日益加劇,環(huán)境脅迫對作物生長、發(fā)育和產(chǎn)量形成的不利影響日益顯著。研究表明,木薯對高溫脅迫和干旱脅迫比較敏感,在干旱、高溫(40 ℃以上)的環(huán)境下生長會受到抑制,請設計簡要實驗思路進行驗證:___________________________________________________________________。(4)種植木薯須進行人工植株調(diào)整,平衡營養(yǎng)生長和生殖生長。研究表明,選擇疏松的土壤種植木薯有利于其根系生長,主要原因是________________________(答出一點)。解析:(1)在光反應中會發(fā)生水的光解、ATP 和 NADPH 的合成,因此推測物質(zhì) A 為水、B 為氧氣。據(jù)圖可以看出,酶 a 催化的反應過程為 CO2 的固定。據(jù)圖可知,酶 b 在葉綠體基質(zhì)催化三碳糖轉(zhuǎn)化為淀粉,在細胞質(zhì)基質(zhì)催化三碳糖轉(zhuǎn)化為蔗糖。(2)暗反應主要進行二氧化碳的固定和 C3 的還原,因此圖中的 F 為 C3,E為 C5,高溫脅迫(40 ℃以上)主要影響植物暗反應中酶 a 的活性,故 CO2 固定反應減弱,C5 的消耗減少,C3 的還原在短期內(nèi)仍在正常進行,C5 生成速率短時間內(nèi)不變,因此,導致 C5 的含量在短時間內(nèi)上升。(3)根據(jù)實驗目的確定變量處理[正常環(huán)境、干旱脅迫、高溫脅迫(40 ℃以上)] 和因變量指標( 觀察并記錄木薯的生長狀況)。(4)選擇疏松的土壤種植木薯有利于其根系生長,從兩方面考慮,一是土壤通氣狀況良好,根細胞能夠進行有氧呼吸產(chǎn)生較多能量,為礦質(zhì)元素的吸收提供能量;二是避免植物根系進行無氧呼吸而爛根。答案:(1)水(H2O) CO2 的固定 葉綠體基質(zhì)和細胞質(zhì)基質(zhì)(2)上升物質(zhì) E 為 C5,高溫脅迫下,CO2 固定減弱,C3 的還原在短期內(nèi)仍在正常進行,因此 C5 的含量在短時間內(nèi)上升(3)將生理狀態(tài)相近的木薯幼苗平均分為甲、乙、丙、丁四組,分別在正常環(huán)境、干旱脅迫、高溫脅迫(40 ℃以上)、干旱和高溫脅迫下種植,其他條件相同且適宜,觀察并記錄木薯的生長狀況(4)疏松的土壤通氣狀況良好,根細胞能夠進行有氧呼吸產(chǎn)生較多能量,為礦質(zhì)元素的吸收提供能量;疏松的土壤通氣狀況良好,可以避免植物根系進行無氧呼吸而爛根考向 3 影響光合作用的因素及應用[典例 3](2022 年廣東高考)研究者將玉米幼苗置于三種條件下培養(yǎng) 10 天后(圖 a),測定相關指標(圖 b),探究遮陰比例對植物的影響。ab回答下列問題。(1)結(jié)果顯示,與 A 組相比,C 組葉片葉綠素含量________,原因可能是_____________________________________________________________________________________________________。(2)比較圖 b 中 B1 與 A 組指標的差異,并結(jié)合 B2 相關數(shù)據(jù),推測 B 組的玉米植株可能會積累更多的________,因而生長更快。(3)某興趣小組基于上述 B 組條件下玉米生長更快的研究結(jié)果,作出該條件可能會提高作物產(chǎn)量的推測,由此設計了初步實驗方案進行探究。實驗材料:選擇前期________一致、生長狀態(tài)相似的某玉米品種幼苗 90 株。實驗方法:按圖 a 所示的條件,分 A、B、C 三組培養(yǎng)玉米幼苗,每組 30 株;其中以______為對照,并保證除________外其他環(huán)境條件一致。收獲后分別測量各組玉米的籽粒重量。結(jié)果統(tǒng)計:比較各組玉米的平均單株產(chǎn)量。分析討論:如果提高玉米產(chǎn)量的結(jié)論成立,下一步探究實驗的思路是_______________________________________________________________________________________________________________________。解析:(1)分析題圖 b 結(jié)果可知,培養(yǎng)10天后,A組葉綠素含量為 4.2,C 組葉綠素含量為 4.7,原因可能是遮陰條件下植物合成較多的葉綠素,以盡可能地吸收光能。(2)比較圖b中B1葉綠素含量為 5.3,B2 組的葉綠素含量為 3.9,A 組葉綠素含量為 4.2;B1 凈光合速率為 20.5,B2 組的凈光合速率為 7.0,A 組凈光合速率為11.8,可推測B組的玉米植株總?cè)~綠素含量為(5.3+3.9)÷2=4.6,凈光合速率為(20.5+7.0)÷2=13.75,兩項數(shù)據(jù) B 組均高于A組,推測 B 組可能會積累更多的糖類等有機物,因而生長更快。(3)分析題意可知,該實驗目的是探究 B 組條件下是否提高作物產(chǎn)量。該實驗自變量為玉米遮光程度,因變量為作物產(chǎn)量,可用籽粒重量表示。實驗設計應遵循對照原則、單一變量原則、等量原則等,無關變量應保持相同且適宜,故實驗設計如下:實驗材料:選擇前期光照條件一致、生長狀態(tài)相似的某玉米品種幼苗 90 株。實驗方法,按圖 a 所示條件,分為 A、B、C 三組培養(yǎng)玉米幼苗,每組 30 株;其中以 A 組為對照,并保證除遮光條件外其他環(huán)境條件一致,收獲后分別測量各組玉米的籽粒重量。結(jié)果統(tǒng)計為比較各組玉米的平均單株產(chǎn)量。分析討論為如果 B 組遮光條件下能提高作物產(chǎn)量,則下一步需要探究能提高作物產(chǎn)量的具體的最適遮光比例是多少。答案:(1)高 遮陰條件下植物合成較多的葉綠素(2)糖類等有機物(3)光照條件A 組遮光程度探究能提高作物產(chǎn)量的具體的最適遮光比例是多少【考向集訓】4.(2023 年廣東湛江三模)芒萁屬蕨類植物,是酸性土壤指示植物,對生態(tài)條件的考察具有重要意義。為研究森林植被退化和恢復過程中的光照強度和土壤氮素含量變化對芒萁光合生理的影響,科研人員設置遮陰與氮素雙因素控制試驗,分別測定凈光合速率、氣孔導度、總?cè)~綠素含量,實驗結(jié)果如下圖所示。請回答下列問題。圖 1圖 2圖 3注:NO(不施氮)、N1(低氮)、N2(中氮)、N3(高氮)(1)測定不同條件處理對芒萁葉綠體內(nèi)光合色素含量的影響,需要提取和分離色素。在研磨芒萁葉片提取光合色素時,需要加入 ________溶解色素。而紙層析法可分離各種光合色素,其原理是_____________________________________________________________________________________________________________。(2)由實驗結(jié)果可知,凈光合速率最高的是________處理組。測定芒萁葉片凈光合速率時,可以使用儀器測定單位葉面積單位時間的____________________________。(3)已知芒萁是陰生植物,在高光條件下存在光抑制現(xiàn)象,若不考慮呼吸作用的細微差別,請結(jié)合圖 1 與圖 2 推測,在沒有施氮干預的情況下,輕度遮陰時是否存在光抑制現(xiàn)象?__________。判斷依據(jù)是_____________________________________________________________________________________________________。(4)科研人員又進一步發(fā)現(xiàn),遮陰程度與總?cè)~綠素含量呈正相關(圖 3),試分析其生理意義:____________________________________________________________________________________。解析:(1)色素易溶于有機溶劑,故在實驗中常用無水乙醇溶解色素;分離色素的方法是紙層析法,原理是各色素隨層析液在濾紙上擴散速度不同,從而分離色素,溶解度大,擴散速度快,溶解度小,擴散速度慢。(2)據(jù)圖 1 可知,在輕度遮陰+N2 處理條件下凈光合速率最高,即輕度遮陰和中氮條件下凈光合速率最高;凈光合速率可用單位時間單位葉面積吸收的 CO2 量、單位時間單位葉面積釋放的氧氣量或有機物的積累量表示,可使用儀器進行測定。(3)比較圖 1 和圖 2 可知,在沒有施氮干預(NO 處理)的情況下,不同遮陰條件下凈光合速率差別不大,且氣孔導度在輕度遮陰時最大,說明輕度遮陰時不存在光抑制現(xiàn)象。(4)葉綠素能夠吸收、利用光能,參與光反應過程,遮陰程度與總?cè)~綠素含量呈正相關的意義是可以吸收更多的光能,以適應光照不足的環(huán)境。答案:(1)無水乙醇 不同色素在層析液中的溶解度不同吸收的 CO2 量、釋放的氧氣量或有機物(2)輕度遮陰和中氮的積累量表示(3)不存在不同遮陰條件下凈光合速率差別不大,且氣孔導度在輕度遮陰時最大(4)以吸收更多的光能,以適應光照不足的環(huán)境水稻材料 葉綠素/(mg·g-1) 類胡蘿卜素/(mg·g-1) 類胡蘿卜素/葉綠素WT 4.08 0.63 0.15ygl 1.73 0.47 0.27考向 4 光合作用與呼吸作用的比較[典例 4](2023 年廣東高考)光合作用機理是作物高產(chǎn)的重要理論基礎。大田常規(guī)栽培時,水稻野生型(WT)的產(chǎn)量和黃綠葉突變體(ygl)的產(chǎn)量差異不明顯,但在高密度栽培條件下 ygl 產(chǎn)量更高,其相關生理特征見下表和圖。(光飽和點:光合速率不再隨光照強度增加時的光照強度;光補償點:光合過程中吸收的 CO2 與呼吸過程中釋放的 CO2 等量時的光照強度。)abc分析圖表,回答下列問題。(1)ygl 葉色黃綠的原因包括葉綠素含量較低和____________,葉片主要吸收可見光中的________________光。(2)光照強度逐漸增加達到 2000 μmol ·m-2 ·s-1 時,ygl 的凈光合速率較 WT 更高,但兩者凈光合速率都不再隨光照強度的增加而增加,比較兩者的光飽和點,可得 ygl___________ (填“高于”“低于”或“等于”) WT。ygl 有較高的光補償點,可能的原因是葉綠素含量較低和________________________。(3)與 WT 相比,ygl葉綠素含量低,高密度栽培條件下,更多的光可到達下層葉片,且ygl群體的凈光合速率較高,表明該群體____________________________,是其高產(chǎn)的原因之一。(4)試分析在 0~50μmol· m-2 ·s-1 范圍的低光照強度下,WT 和ygl 凈光合速率的變化,在給出的坐標系中繪制凈光合速率趨勢曲線。在此基礎上,分析圖 a 和你繪制的曲線,比較高光照強度和低光照強度條件下 WT 和 ygl 的凈光合速率,提出一個科學問題:_______________________________________________________。解析:(1)根據(jù)表格信息可知,ygl植株葉綠素含量較低且類胡蘿卜素/葉綠素比值比較高,故葉片呈現(xiàn)出黃綠色。葉綠素主要吸收紅光和藍紫光,類胡蘿卜素主要吸收藍紫光,由ygl葉色呈黃綠可推測,主要吸收紅光和藍紫光。(2)光照強度逐漸增加達到2000μmol·m-2 ·s-1 時,ygl 的凈光合速率較 WT 更高,但兩者凈光合速率都不再隨光照強度的增加而增加,說明二者的光飽和點相同。光補償點是光合速率等于呼吸速率的光照強度,據(jù)圖 b 和圖 c 可知,ygl有較高的光補償點是因為葉綠素含量較低導致相同光照強度下光合速率較低,且由圖 c 可知 ygl 呼吸速率較高。(3)與 WT相比,ygl 葉綠素含量低,高密度栽培條件下,更多的光可到達下層葉片,且ygl群體的凈光合速率較高,表明該群體光能利用率高,是其高產(chǎn)的原因之一。(4)分析圖 a ,高光照強度和低光照強度條件下 WT 和 ygl 的凈光合速率不同,根據(jù)兩圖可提出問題,為什么在低光照強度下,WT 的凈光合速率大于 ygl,而在高光照強度下,WT 的凈光合速率小于 ygl。答案:(1)類胡蘿卜素/葉綠素比例較高 紅光和藍紫(2)等于 呼吸速率較高 (3)光能利用率較高(4)為什么在低光照強度下,WT 的凈光合速率大于 ygl,而在高光照強度下,WT 的凈光合速率小于 ygl【考向集訓】5.(2022 年全國乙卷)某同學將一株生長正常的小麥置于密閉容器中,在適宜且恒定的溫度和光照條件下培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)容器內(nèi)CO2含量初期逐漸降低,之后保持相對穩(wěn)定。關于這一實驗現(xiàn)象,下列解釋合理的是()A.初期光合速率逐漸升高,之后光合速率等于呼吸速率B.初期光合速率和呼吸速率均降低,之后呼吸速率保持穩(wěn)定C.初期呼吸速率大于光合速率,之后呼吸速率等于光合速率D.初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率解析:培養(yǎng)初期,容器內(nèi) CO2 含量逐漸降低,光合速率逐漸減慢,之后光合速率等于呼吸速率,A 錯誤。初期光合速率減慢,由于光合速率大于呼吸速率,容器內(nèi) O2 含量升高,呼吸速率會有所升高,之后保持穩(wěn)定,B 錯誤。初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率,C 錯誤、D 正確。答案:D6.(2022 年福建高考)柵藻是一種真核微藻,具有生長繁殖快、光合效率高、可產(chǎn)油脂等特點。為提高柵藻的培養(yǎng)效率和油脂含量,科研人員在最適溫度下研究了液體懸浮培養(yǎng)和含水量不同的吸附式膜培養(yǎng)(如圖 1)對柵藻生長和產(chǎn)油量的影響,結(jié)果如圖 2。A:液體懸浮培養(yǎng); B:吸附式膜培養(yǎng),指在帶微孔的濾膜上培養(yǎng),膜置于 BG11 瓊脂培養(yǎng)基上,通過改變瓊脂濃度控制透過膜的水量,瓊脂濃度越高透過膜的水量越低。圖 1回答下列問題。(1)實驗中,懸浮培養(yǎng)和膜培養(yǎng)裝置應給予相同的 ___________________________________________(答出 2 點即可)。(2)為測定兩種培養(yǎng)模式的柵藻光合速率,有人提出可以向裝置中通入 C18O2,培養(yǎng)一段時間后檢測 C18O2 釋放量。你認為該方法________(填“可行”或“不可行”),理由是_______________________________________。(3)由圖 2 的結(jié)果可知,膜培養(yǎng)的柵藻雖然葉綠素含量較低,但膜培養(yǎng)仍具一定的優(yōu)勢,體現(xiàn)在__________________________。結(jié)合圖 1,從影響光合效率因素的角度分析,膜培養(yǎng)具有這種優(yōu)勢的原因是______________________________________。注:產(chǎn)率即單位時間單位面積的物質(zhì)產(chǎn)量。圖 2(4)根據(jù)圖 2 的結(jié)果,對利用柵藻生產(chǎn)油脂的建議是_________________________。解析:(1)本實驗中科研人員在最適溫度下研究了液體懸浮培養(yǎng)和含水量不同的吸附式膜培養(yǎng),實驗的自變量是含水量等不同,實驗除了自變量,其他的無關變量要保持相同且適宜,所以懸浮培養(yǎng)和膜培養(yǎng)裝置應給予相同的光照強度、通氣量、接種量。(2)本實驗目的是測定兩種培養(yǎng)模式的柵藻光合速率,由于 C18O2經(jīng)光合作用可轉(zhuǎn)移到水中,生成物水參與呼吸作用可生成 C18O2,釋放的二氧化碳也有來自呼吸作用的,因此根據(jù)被標記的二氧化碳的減少量不能測定柵藻光合速率。(3)由圖 2 的結(jié)果可知,與懸浮培養(yǎng)相比,膜培養(yǎng)的柵藻生物量(產(chǎn)率)和油脂產(chǎn)率更高,可能是因為雖然膜培養(yǎng)的柵藻葉綠素含量較低,但柵藻更充分利用光照和 CO2。(4)比較圖 2 各組膜培養(yǎng)的柵藻,2%瓊脂濃度培養(yǎng)基培養(yǎng)的柵藻油脂產(chǎn)率最高,所以建議對柵藻采用 2%瓊脂濃度培養(yǎng)基對應含水量的膜培養(yǎng)方式。答案:(1)光照強度、通氣量、接種量(2)不可行C18O2 中的 18O 經(jīng)光合作用可轉(zhuǎn)移到水中,生成物水參與呼吸作用可生成 C18O2,釋放的二氧化碳也有來自呼吸作用的,因此根據(jù)被標記的二氧化碳的減少量不能測定柵藻光合速率(3)生物量(產(chǎn)率)和油脂產(chǎn)率較高膜培養(yǎng)時柵藻更充分利用光照和 CO2(膜培養(yǎng)時柵藻對光照和 CO2 利用率更高)(4)使用 2%瓊脂濃度培養(yǎng)基對應含水量的膜培養(yǎng)方式試劑 原理提取 ________ 綠葉中的色素溶于_____________,而不溶于水分離 _______ 各種色素在_________中的_________不同,溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得____,反之則慢一、綠葉中色素的提取和分離1.實驗原理。無水乙醇有機溶劑層析液層析液溶解度快2.實驗流程。(1)色素提取。二氧化硅碳酸鈣(2)色素分離。3.實驗結(jié)果及分析。(1)實驗結(jié)果。(2)結(jié)果分析。四色素含量高①色素帶的條數(shù)與色素種類有關,四條色素帶說明有____種色素。②色素帶的寬窄與____________有關,色素帶越寬說明此種色素含量越多。③色素擴散速度與溶解度有關,擴散速度越快說明溶解度越____。異常現(xiàn)象 原因分析色素帶顏色較淺 (1)未加石英砂(二氧化硅),研磨不充分;(2)一次加入過量的無水乙醇,提取液濃度太低(應分次加入少量無水乙醇,如 10 mL);(3)畫濾液細線時次數(shù)太少實驗異常現(xiàn)象分析異常現(xiàn)象 原因分析濾紙條下面兩條色素帶較淺 (1)未加碳酸鈣或加入過少,葉綠素被破壞;(2)實驗材料中葉綠素的含量較少(如泛黃的葉片)色素帶重疊 (1)濾液細線不直;(2)濾液細線過粗無色素帶 (1)忘記畫濾液細線;(2)濾液細線接觸或浸沒于層析液,色素全部溶解到層析液中(續(xù)表)[典例 1](2023 年江蘇高考)下列關于“提取和分離葉綠體色素”實驗敘述合理的是()A.用有機溶劑提取色素時,加入碳酸鈣是為了防止類胡蘿卜素被破壞B.若連續(xù)多次重復畫濾液細線可累積更多的色素,但易出現(xiàn)色素帶重疊C.該實驗提取和分離色素的方法可用于測定綠葉中各種色素含量D.用紅色莧菜葉進行實驗可得到 5 條色素帶,花青素位于葉綠素 a、b 之間解析:用有機溶劑提取色素時,加入碳酸鈣是為了防止色素被破壞,A 錯誤。畫濾液細線時要間斷畫 2~3 次,即等上一次干了以后再畫下一次,若連續(xù)多次重復畫濾液細線可累積更多的色素,但會造成濾液細線過寬,易出現(xiàn)色素帶重疊,B 正確。濾紙條上色素帶的寬窄與色素含量相關,但該實驗不能具體測定綠葉中各種色素含量,C 錯誤。花青素在液泡中,不屬于光合色素,溶于水不易溶于有機溶劑,用紅色莧菜葉進行實驗若得到 5 條色素帶,花青素應在葉綠素 b 的下方,D 錯誤。答案:B【舉一反三】1.(2023 年廣東深圳二模)某研究小組用四種不同的方法對歐李葉片中的光合色素進行提取,實驗結(jié)果如圖所示。下列分析錯誤的是()A.研磨法提取時使用碳酸鈣可以防止色素被破壞B.不同提取劑的提取效果會受到提取方法的影響C.丙酮和乙醇的混合液提取光合色素的效果最佳D.四種提取色素的方法都涉及細胞膜結(jié)構(gòu)的破壞解析:碳酸鈣可防止色素被破壞,A 正確。不同提取劑對于光合色素的提取量不同,所以提取效果會受到提取方法的影響,B 正確。根據(jù)圖表可知丙酮和乙醇的混合液提取光合色素的量在干樣浸提法中較少,所以其效果不算最佳,C 錯誤。色素位于細胞內(nèi),想提取色素必須破壞細胞膜結(jié)構(gòu),所以四種提取色素的方法都涉及細胞膜結(jié)構(gòu)的破壞,D 正確。答案:C二、探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響1.實驗原理。2.實驗裝置分析。(1)自變量的設置:____________是自變量,通過調(diào)整臺燈與燒杯之間的距離來調(diào)節(jié)光照強度的大小。光照強度(2)中間盛水的玻璃柱的作用:吸收燈光的熱量,避免光照對燒杯內(nèi)水溫產(chǎn)生影響。(3)因變量是光合作用強度,可通過觀測單位時間內(nèi)被抽去空氣的小圓形葉片上浮的數(shù)量或者是浮起相同數(shù)量的葉片所用的時間_______來衡量光合作用的強弱。長短3.注意事項。(1)葉片上浮的原因是光合作用產(chǎn)生的 O2 大于有氧呼吸消耗的 O2,釋放 O2,使葉肉細胞間隙充滿了氣體,浮力增大,葉片上浮。(2)打孔時要避開大的葉脈,因為其中沒有葉綠體,而且會延長圓形小葉片上浮的時間,影響實驗結(jié)果的準確性。(3)為確保溶液中CO2含量充足,圓形小葉片可以放入NaHCO3 溶液中。[典例 2](2022 年海南高考)某小組為了探究適宜溫度下 CO2 對光合作用的影響,將四組等量菠菜葉圓片排氣后,分別置于盛有等體積不同濃度 NaHCO3 溶液的燒杯中,從燒杯底部給予適宜光照,記錄葉圓片上浮所需時長,結(jié)果如圖。下列有關敘述正確的是()A.本實驗中,溫度、NaHCO3 濃度和光照都屬于自變量B.葉圓片上浮所需時長主要取決于葉圓片光合作用釋放氧氣的速率C.四組實驗中,0.5%NaHCO3 溶液中葉圓片光合速率最高D.若在 4 ℃條件下進行本實驗,則各組葉圓片上浮所需時長均會縮短解析:本實驗是探究適宜溫度下CO2濃度對光合作用的影響,自變量為 CO2 濃度(NaHCO3 溶液濃度),溫度、光照為無關變量,A 錯誤。當光合作用產(chǎn)生的氧氣大于細胞呼吸釋放的氧氣時,葉圓片上浮,葉圓片上浮所需時長主要取決于葉圓片光合作用釋放氧氣的速率,B正確。四組實驗中,0.5%NaHCO3 溶液中葉圓片上浮需要的時間最長,光合速率最小,C 錯誤。若在 4 ℃條件下進行本實驗,由于低溫會使酶的活性降低,凈光合速率可能降低,故各組葉圓片上浮所需時長可能均會延長,D 錯誤。答案:B分組 溫度/℃ 光照/W 小圓片上浮數(shù)量/片A 10 50 3B 10 150 2C 10 250 1【舉一反三】2.(2023 年廣東珠海聯(lián)考)光抑制指的是光能超過光合系統(tǒng)所能利用的數(shù)量時,光合功能下降的現(xiàn)象。為了探究強光和其他環(huán)境脅迫因素對植物光合速率的影響,某同學設計了如下實驗:分組 溫度/℃ 光照/W 小圓片上浮數(shù)量/片D 30 50 8E 30 150 5F 30 250 4G 50 50 0H 50 150 0I 50 250 0(續(xù)表)下列說法錯誤的是()A.若圓形小葉片取自大葉脈處,則所測得的光合作用強度會較當前值偏低B.實驗中可以通過改變距離達到改變光照強度的目的C.強光下低溫增加了光抑制可以通過對比 C 和 D 得出D.表中數(shù)據(jù)顯示當溫度為 50 ℃時小圓片上浮數(shù)量為零,分析原因可能為酶變性失活解析:大葉脈上沒有葉綠體,所以若圓形小葉片取自大葉脈處,則所測得的光合作用強度會較當前值偏低,A 正確。燈泡功率相同,但可改變燈泡與燒杯之間的距離,也能獲得不同強度的光照強度,B 正確。由表可知,對比 C 組和 F 組,可得強光下低溫增加了光抑制,C 錯誤。表中數(shù)據(jù)顯示當溫度為 50 ℃時小圓片上浮數(shù)量為零,意味著光合作用停止,分析原因可能為溫度太高,酶變性失活,D 正確。答案:C謝謝21世紀教育網(wǎng)(www.21cnjy.com)中小學教育資源網(wǎng)站兼職招聘:https://www.21cnjy.com/recruitment/home/admin 展開更多...... 收起↑ 資源預覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫