2023高考一輪新教材 生物Ⅱ 第3講 光合作用與能量轉(zhuǎn)化

第3講光合作用與能量轉(zhuǎn)化2.2.3說(shuō)明植物細(xì)胞的葉綠體從太陽(yáng)光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘桥c氧氣的過(guò)程中，轉(zhuǎn)換并儲(chǔ)存為糖分子中的化學(xué)能一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)(一)綠葉中色素的提取和分離1．實(shí)驗(yàn)原理提取綠葉中的色素能夠溶解在_________________中，而不溶于水，可用_________提取色素分離不同的色素在層析液中_______不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快，反之則慢，從而使各種色素相互分離有機(jī)溶劑無(wú)水乙醇無(wú)水乙醇溶解度2．實(shí)驗(yàn)步驟(1)提取色素①研磨②過(guò)濾：用___________過(guò)濾→收集濾液。操作圖解添加物質(zhì)作用無(wú)水乙醇_________二氧化硅_________碳酸鈣防止研磨過(guò)程中_____被破壞溶解色素研磨充分色素單層尼龍布(2)分離色素——________法主要操作操作要點(diǎn)操作目的制備濾紙條一端剪去兩角保證色素在濾紙上擴(kuò)散均勻、整齊畫(huà)濾液細(xì)線用毛細(xì)吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻地畫(huà)一條細(xì)線濾液細(xì)線要________，使各色素?cái)U(kuò)散的起點(diǎn)相同待濾液干后，再重畫(huà)一到兩次使濾液細(xì)線上有較多的色素層析層析液不能觸及__________，否則色素會(huì)溶解在層析液中，而不會(huì)沿濾紙條向上擴(kuò)散紙層析細(xì)、直濾液細(xì)線3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果濾紙條上呈現(xiàn)四條顏色、寬度不同的色素帶結(jié)果分析①色素帶的條數(shù)與色素種類(lèi)有關(guān)，四條色素帶說(shuō)明有四種色素；②色素帶的寬窄與色素含量有關(guān)，色素帶越寬說(shuō)明此種色素含量越多；③色素帶擴(kuò)散速度與溶解度有關(guān)，擴(kuò)散速度越快說(shuō)明色素溶解度越高(二)綠葉中的色素及其吸收光譜1．葉綠體中的色素只吸收________，而對(duì)紅外光和紫外光等不吸收。2．葉綠素a和葉綠素b主要吸收______________，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收________。這4種色素吸收的光波長(zhǎng)有差別，但是都可以用于光合作用?？梢?jiàn)光藍(lán)紫光和紅光藍(lán)紫光(三)葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用1．葉綠體的模式圖模式圖結(jié)構(gòu)①葉綠體膜：雙層膜；②基質(zhì)：含有與_______有關(guān)的酶；③基粒：由_______堆疊而成，分布有______和與光反應(yīng)有關(guān)的酶功能進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所暗反應(yīng)類(lèi)囊體色素2.恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)(1)結(jié)論：直接證明了葉綠體能吸收光能用于______________。(2)實(shí)驗(yàn)方法的巧妙之處①巧選實(shí)驗(yàn)材料：選擇水綿和好氧細(xì)菌，水綿的葉綠體呈螺旋帶狀分布，便于觀察；用好氧細(xì)菌可以確定釋放_(tái)____的部位。②妙法排除干擾因素：沒(méi)有空氣的黑暗環(huán)境排除了氧氣和光的干擾。③巧妙設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)：a.用極細(xì)的光束照射，葉綠體上可分為_(kāi)_____和______的部位，相當(dāng)于一組對(duì)照實(shí)驗(yàn)；b.臨時(shí)裝片暴露在光下的實(shí)驗(yàn)再一次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果；c.照射不同色光進(jìn)行對(duì)照，直觀地證明了葉綠體吸收的光譜有差別。光合作用放氧氧氣有光照無(wú)光照二、光合作用的原理和應(yīng)用1．探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)(連線)圖中：①_________，②_____，③________，④____，⑤________。NADPH2C3ADP＋PiO2(CH2O)(3)光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較類(lèi)囊體薄膜葉綠體基質(zhì)不需要光NADPH(CH2O)＋C5(CH2O)3.光合作用強(qiáng)度的表示方法(1)定義表示法：植物在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)光合作用制造_____的數(shù)量。(2)其他表示方法①單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)光合作用消耗的_____的量。②單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)光合作用產(chǎn)生的____的量。(3)研究意義：直接關(guān)系農(nóng)作物的產(chǎn)量。糖類(lèi)CO2O24．探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響(1)實(shí)驗(yàn)原理①利用抽氣法排除葉片細(xì)胞間隙中的氣體，使其沉入水中。②通過(guò)_________________調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度。③光合作用的過(guò)程中產(chǎn)生O2的多少與光合作用強(qiáng)度密切相關(guān)，O2積累在細(xì)胞間隙從而使下沉的葉片上浮。因此可依據(jù)一定時(shí)間內(nèi)_____________________來(lái)比較光合作用強(qiáng)度。(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在一定光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，光合作用強(qiáng)度隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而____。光源與燒杯的距離圓形小葉片上浮的數(shù)量增強(qiáng)5．影響光合作用的環(huán)境因素光照強(qiáng)度直接影響光反應(yīng)的速率，光反應(yīng)產(chǎn)生______________的數(shù)量多少會(huì)影響暗反應(yīng)的速率溫度影響光合作用過(guò)程，特別是影響_____________________，從而影響光合速率CO2濃度是______的原料，CO2濃度高低直接影響光合速率礦質(zhì)元素直接或間接影響光合作用。例如鎂是_______的組成成分，氮對(duì)酶的含量有影響，磷是ATP的組成成分NADPH和ATP暗反應(yīng)中酶的催化效率暗反應(yīng)葉綠素一、判斷正誤——從微點(diǎn)上澄清概念1．弱光條件下植物沒(méi)有O2的釋放，說(shuō)明未進(jìn)行光合作用。

(2021·湖南卷)(

)提示：當(dāng)光合作用強(qiáng)度小于或等于呼吸作用強(qiáng)度時(shí)，植物雖然進(jìn)行了光合作用，但是沒(méi)有O2的釋放。2．植物細(xì)胞產(chǎn)生的O2只能來(lái)自光合作用。

(2021·山東卷)(

)提示：植物細(xì)胞內(nèi)的H2O2可在過(guò)氧化氫酶的作用下分解釋放O2。3．類(lèi)囊體產(chǎn)生的ATP和O2參與CO2固定與還原。

(2020·天津卷)(

)提示：類(lèi)囊體產(chǎn)生的ATP參與C3的還原，產(chǎn)生的O2用于呼吸作用或釋放到周?chē)h(huán)境中?！痢痢?．光反應(yīng)階段中水在光下分解需ATP水解提供能量。

(2019·天津卷)(

)提示：光反應(yīng)階段中水在光下分解，需要光能，不需要ATP供能。5．研磨時(shí)加入CaCO3過(guò)量會(huì)破壞葉綠素。

(

)提示：研磨時(shí)加入碳酸鈣是為了保護(hù)葉綠素，防止研磨中色素被破壞。6．光反應(yīng)在葉綠體類(lèi)囊體上進(jìn)行。在適宜條件下，向類(lèi)囊體懸液中加入氧化還原指示劑DCIP，照光后DCIP由藍(lán)色逐漸變?yōu)闊o(wú)色。該反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氧氣。

(

)××√二、分析作答——從關(guān)聯(lián)思維上理解概念1．(必修1P99“4.分離綠葉中的色素”分析)分離綠葉中的色素時(shí)，濾紙條上的濾液細(xì)線一定不能接觸層析液的原因是什么？提示：防止濾液細(xì)線上的色素溶解在層析液中，而不能在濾紙上擴(kuò)散。2．(必修1P102“思考·討論”延伸思考)希爾反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中為什么要加入鐵鹽或其他氧化劑？該實(shí)驗(yàn)?zāi)懿荒芡耆f(shuō)明光合作用釋放的氧氣全部來(lái)自水中的氧？提示：水分解后產(chǎn)生的H＋需要有受體才能使反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行。該實(shí)驗(yàn)中雖然沒(méi)有CO2，但是無(wú)法排除是不是其他含氧化合物的氧轉(zhuǎn)移后生成了氧氣。3．(必修1P104正文拓展)光照下卡爾文給小球藻懸浮液通入14CO2，一定時(shí)間后殺死小球藻，同時(shí)提取產(chǎn)物并分析。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，僅僅30s的時(shí)間，放射性代謝產(chǎn)物多達(dá)幾十種，縮短時(shí)間到7s，發(fā)現(xiàn)放射性代謝產(chǎn)物減少到12種。如果要探究CO2轉(zhuǎn)化成的第一個(gè)產(chǎn)物，可能的實(shí)驗(yàn)思路是什么？提示：不斷縮短光照時(shí)間后殺死小球藻，同時(shí)提取產(chǎn)物并分析，直到最終提取物中只有一種放射性代謝產(chǎn)物，該物質(zhì)即為CO2轉(zhuǎn)化成的第一個(gè)產(chǎn)物。微課題(一)綠葉中的色素的提取和分離分析[系統(tǒng)深化知能]1．實(shí)驗(yàn)中的異?，F(xiàn)象分析異常現(xiàn)象原因分析收集到的濾液綠色過(guò)淺①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分；②使用放置數(shù)天的菠菜葉，濾液色素(葉綠素)太少；③一次加入大量的無(wú)水乙醇，提取濃度太低(正確做法：分次加入少量無(wú)水乙醇)；④未加碳酸鈣或加入過(guò)少，色素分子被破壞濾紙條色素帶重疊①濾液細(xì)線不直；②濾液細(xì)線過(guò)粗濾紙條無(wú)色素帶①忘記畫(huà)濾液細(xì)線；②濾液細(xì)線接觸到層析液，且時(shí)間較長(zhǎng)，色素全部溶解到層析液中2．實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)及原因分析過(guò)程注意事項(xiàng)操作目的提取色素選材選新鮮綠色的葉片使濾液中色素含量高實(shí)驗(yàn)試劑研磨時(shí)加無(wú)水乙醇溶解色素加少量SiO2和CaCO3研磨充分和保護(hù)色素實(shí)驗(yàn)操作迅速、充分研磨防止乙醇過(guò)度揮發(fā)盛放濾液的試管口加棉塞防止乙醇揮發(fā)和色素氧化分離色素制備濾紙條濾紙預(yù)先干燥處理使層析液在濾紙上快速擴(kuò)散畫(huà)濾液細(xì)線濾液細(xì)線要直、細(xì)、齊使分離出的色素帶平整不重疊濾液細(xì)線干燥后再畫(huà)一到兩次使分離出的色素帶清晰分明分離濾液中色素濾液細(xì)線不觸及層析液防止色素直接溶解到層析液中3．影響葉綠素合成的環(huán)境因素分析光照是影響葉綠素合成的主要條件，一般植物在黑暗中不能合成葉綠素，因而葉片發(fā)黃溫度溫度可影響與葉綠素合成有關(guān)的酶的活性，進(jìn)而影響葉綠素的合成必需元素葉綠素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg將導(dǎo)致葉綠素?zé)o法合成，葉片變黃[題點(diǎn)考法全訓(xùn)]1．下列有關(guān)光合色素的提取與分離的敘述，正確的是

(

)A．提取色素需要用層析液B．用新鮮菠菜葉片提取到的濾液可以進(jìn)行光反應(yīng)C．提取液呈綠色是由于含有葉綠素D．隨提取液擴(kuò)散最快的胡蘿卜素位于濾紙最上方解析：提取色素需要用無(wú)水乙醇，A錯(cuò)誤；光反應(yīng)需要在葉綠體的類(lèi)囊體薄膜上進(jìn)行，用新鮮菠菜葉提取到的濾液含有光合色素，但是沒(méi)有膜結(jié)構(gòu)及光合作用相關(guān)酶，不能進(jìn)行光反應(yīng)，B錯(cuò)誤；提取液呈綠色是由于葉片中葉綠素含量高于類(lèi)胡蘿卜素，C錯(cuò)誤；胡蘿卜素在層析液中溶解度最高，隨層析液在濾紙上擴(kuò)散最快，位于濾紙最上方，D正確。答案：D

2．下列對(duì)提取光合色素進(jìn)行紙層析分離實(shí)驗(yàn)中各種現(xiàn)象的解釋?zhuān)_的是(

)A．未見(jiàn)色素帶，說(shuō)明材料可能為黃化葉片B．色素始終在濾紙上，是因?yàn)樯夭蝗苡趯游鲆篊．胡蘿卜素處于濾紙最前方，是因?yàn)槠湓趯游鲆褐械娜芙舛茸畹虳．提取液呈綠色是由于含有葉綠素a和葉綠素b較多解析：若材料黃化則色素帶下邊兩條(藍(lán)綠色和黃綠色)較淺，紙層析時(shí)未見(jiàn)色素帶可能是濾液細(xì)線沒(méi)及層析液，A錯(cuò)誤；色素始終在濾紙上是因?yàn)闉V液細(xì)線沒(méi)有沒(méi)及層析液，而且色素能溶于層析液，B錯(cuò)誤；色素在層析液中的溶解度越高在濾紙上擴(kuò)散得越快，胡蘿卜素處于濾紙最前方，是因?yàn)槠湓趯游鲆褐械娜芙舛茸罡撸瑪U(kuò)散速度最快，C錯(cuò)誤；葉綠素a呈藍(lán)綠色，葉綠素b呈黃綠色，胡蘿卜素呈橙黃色、葉黃素呈黃色，因此提取液呈綠色是由于含有葉綠素a和葉綠素b較多，D正確。答案：D

3．(多選)如圖是新鮮綠葉的四種色素在濾紙上分離的情況，以下說(shuō)法正確的是

(

)A．提取色素時(shí)加入碳酸鈣是為了使研磨更加充分B．收獲水稻時(shí)，葉片中色素量變?yōu)?甲＋乙)＜(丙＋丁)C．四種色素都能溶解在層析液中，乙色素的溶解度最大D．在四種色素中，色素丙和色素丁主要吸收藍(lán)紫光解析：提取色素時(shí)加入碳酸鈣是為了防止研磨中色素被破壞，A錯(cuò)誤；水稻在收獲時(shí)節(jié)，葉片呈黃色，葉綠素含量降低，呈現(xiàn)出類(lèi)胡蘿卜素的顏色，所以葉片中色素量的變化是(甲＋乙)＜(丙＋丁)，B正確；四種色素都能溶解在層析液中，丁色素的溶解度最大，因?yàn)樗跒V紙上擴(kuò)散的最快，C錯(cuò)誤；四種色素中，丙和丁是類(lèi)胡蘿卜素，主要吸收藍(lán)紫光，甲和乙是葉綠素，主要吸收紅光和藍(lán)紫光，D正確。答案：BD

[易錯(cuò)提醒]

與植物色素有關(guān)的幾個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)分析(1)可進(jìn)行光合作用的細(xì)胞不一定都含有葉綠體(如藍(lán)細(xì)菌等)，但是都含有光合色素。(2)葉綠素對(duì)紅光和藍(lán)紫光的吸收量大，類(lèi)胡蘿卜素對(duì)藍(lán)紫光的吸收量大，對(duì)其他波段的光并非不吸收，只是吸收量較少。(3)植物葉片呈現(xiàn)綠色的原因是葉片中的色素對(duì)綠光的吸收少，綠光被反射出來(lái)。(4)植物的液泡中含有的色素不參與光合作用。(5)利用紙層析法分離色素時(shí)，如果濾紙條只呈現(xiàn)胡蘿卜素、葉黃素色素帶，可能是忘記加碳酸鈣導(dǎo)致葉綠素被破壞或所用葉片為“黃葉”。

微課題(二)光合作用的原理和應(yīng)用分析[系統(tǒng)深化知能]1．光合作用反應(yīng)式及元素去向元素轉(zhuǎn)化過(guò)程和去向OC14CO2―→(14CH2O)HH2O―→NADPH―→(CH2O)2.光合作用過(guò)程中物質(zhì)和能量變化(1)物質(zhì)和能量變化的圖解(2)環(huán)境條件改變影響光合作用過(guò)程分析①CO2供應(yīng)不變，光照強(qiáng)度突然發(fā)生變化光照C3含量變化C5含量變化減弱Ⅰ過(guò)程減弱→NADPH和ATP合成減少→Ⅲ過(guò)程減弱、Ⅱ過(guò)程暫時(shí)不變→C3消耗減少、合成暫時(shí)不變→C3含量增加Ⅰ過(guò)程減弱→NADPH和ATP合成減少→Ⅲ過(guò)程減弱、Ⅱ過(guò)程暫時(shí)不變→C5消耗暫時(shí)不變、合成減少→C5含量減少增強(qiáng)與上述分析相反，結(jié)果是C3含量減少，C5含量增加②光照強(qiáng)度不變，CO2供應(yīng)突然發(fā)生變化CO2供應(yīng)C3含量變化C5含量變化減少Ⅱ過(guò)程減弱、Ⅲ過(guò)程暫時(shí)不變→C3合成減少、消耗暫時(shí)不變→C3含量減少Ⅱ過(guò)程減弱、Ⅲ過(guò)程暫時(shí)不變→C5消耗減少、合成暫時(shí)不變→C5含量增加增加與上述分析相反，結(jié)果是C3含量增加，C5含量減少[情境遷移用活]甲醛的化學(xué)式是CH2O。在19世紀(jì)末，科學(xué)界普遍認(rèn)為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開(kāi)，O2被釋放，C與H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。[問(wèn)題設(shè)計(jì)](1)這種假說(shuō)雖然能解釋原子的去向，但后來(lái)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這種假說(shuō)不能成立。你知道為什么嗎？提示：后來(lái)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，甲醛對(duì)植物體有毒害作用，而且甲醛不能通過(guò)光合作用合成糖。(2)CO2和H2O在光合作用中是參與的同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)嗎？為什么？提示：不是。H2O是在光反應(yīng)階段被分解成O2和H＋，而CO2是在暗反應(yīng)第一階段被C5固定生成C3。(3)如果14CO2研究光合作用中合成的中間產(chǎn)物有哪些，應(yīng)該怎樣完成實(shí)驗(yàn)？(只要求寫(xiě)思路)提示：光合作用開(kāi)始后在不同時(shí)間段停止反應(yīng)(比如用高溫、超強(qiáng)輻射等)，然后檢測(cè)不同階段出現(xiàn)帶放射性的化合物，即可得知中間產(chǎn)物的種類(lèi)。[解題思維建模][典例]在適宜反應(yīng)條件下，用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時(shí)間后，突然改用光照強(qiáng)度與白光相同的紅光或綠光照射。下列是光源與瞬間發(fā)生變化的物質(zhì)，組合正確的是

(

)A．紅光，ATP下降

B．紅光，未被還原的C3上升C．綠光，NADPH下降

D．綠光，C5上升[解析]

葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，而對(duì)綠光吸收最少，因此當(dāng)突然改用光照強(qiáng)度與白光相同的紅光照射時(shí)，光反應(yīng)增強(qiáng)，ATP、NADPH、C5含量上升，ADP、C3含量減少；當(dāng)突然改用光照強(qiáng)度與白光相同的綠光照射時(shí)，光反應(yīng)減弱，ATP、NADPH、C5含量減少，ADP、C3含量增多。[答案]

C內(nèi)化思維模型光合作用過(guò)程中物質(zhì)“此消彼長(zhǎng)”的曲線模型光照強(qiáng)度和CO2濃度的變化，直接影響光反應(yīng)和暗反應(yīng)中物質(zhì)相對(duì)含量的變化，進(jìn)而影響光合作用產(chǎn)物的量。其變化規(guī)律模型直觀刻畫(huà)如下：[題點(diǎn)考法全訓(xùn)]1．用一定濃度的NaHSO3溶液噴灑到小麥的葉片上，短期內(nèi)檢測(cè)到葉綠體中C3的含量下降，C5的含量上升。NaHSO3溶液的作用可能是

(

)A．促進(jìn)葉綠體中CO2的固定B．抑制葉綠體中C3的還原C．抑制葉綠體中NADPH的形成D．促進(jìn)葉綠體中ATP的合成解析：若NaHSO3溶液可促進(jìn)葉綠體中CO2的固定，則CO2被C5固定形成的C3含量增加，則消耗的C5增加，故葉綠體中C5的含量將減少，C3的含量將增加，A錯(cuò)誤；若NaHSO3溶液抑制葉綠體中C3的還原，則C3被還原生成的C5減少，消耗的C3減少，而CO2被C5固定形成C3的過(guò)程不變，故葉綠體中C5的含量將減少，C3的含量將增加，B錯(cuò)誤；若NaHSO3溶液抑制葉綠體中NADPH的形成，則被還原的C3減少，生成的C5減少，而CO2被C5固定形成C3的過(guò)程不變，故葉綠體中C3的含量將增加，C5的含量將減少，C錯(cuò)誤；若NaHSO3溶液促進(jìn)葉綠體中ATP的合成，則被還原的C3增多，消耗的C3增加，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的過(guò)程不變，故葉綠體中C3的含量將減少，C5的含量將增加，D正確。答案：D

2．如圖為綠色植物光合作用過(guò)程示意圖(物質(zhì)轉(zhuǎn)換用實(shí)線表示，能量傳遞用虛線表示，圖中a～g為物質(zhì)，①～⑥為反應(yīng)過(guò)程)。下列判斷錯(cuò)誤的是

(

)A．圖中e物質(zhì)為還原型輔酶ⅡB．圖中①表示水分的吸收，③表示水的光解C．圖中a物質(zhì)主要吸收紅光和藍(lán)紫光，綠色植物能利用它將光能轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能儲(chǔ)存在c中D．在g物質(zhì)供應(yīng)充足時(shí)，突然停止光照，C3的含量將迅速下降解析：圖中e物質(zhì)為還原型輔酶Ⅱ，即NADPH，A正確；圖中①表示水分的吸收，③表示水的光解，B正確；圖中a物質(zhì)為光合色素，主要吸收紅光和藍(lán)紫光，綠色植物能利用它將光能轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能儲(chǔ)存在c(ATP)中，C正確；在CO2供應(yīng)充足時(shí)，突然停止光照，光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH減少，C3的消耗量減少，而生成量不變，故短時(shí)間內(nèi)，C3的含量將迅速上升，D錯(cuò)誤。答案：D

微課題(三)影響光合作用因素的模型分析[系統(tǒng)深化知能](一)自身因素1．植物自身的遺傳特性(如植物品種不同)以陰生植物、陽(yáng)生植物為例，如圖所示2．植物葉片的葉齡、葉綠素含量及酶(二)環(huán)境因素1．CO2濃度2．光照強(qiáng)度3．溫度4．水分和礦質(zhì)元素5．多因子變量對(duì)光合作用影響的分析與應(yīng)用常見(jiàn)曲線模型曲線分析P點(diǎn)：限制光合速率的因素應(yīng)為橫坐標(biāo)所表示的因子，隨著因子的不斷加強(qiáng)，光合速率不斷提高Q點(diǎn)：橫坐標(biāo)所表示的因子不再是影響光合速率的因素，影響因素主要為各曲線所表示的因子(圖1為溫度，圖2為CO2濃度，圖3為光照強(qiáng)度)應(yīng)用溫室栽培時(shí)，在一定光照強(qiáng)度下，白天適當(dāng)提高溫度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同時(shí)適當(dāng)增加CO2濃度，進(jìn)一步提高光合速率；當(dāng)溫度適宜時(shí)，可適當(dāng)增加光照強(qiáng)度和CO2濃度以提高光合速率[情境遷移用活]為了研究某種水草的光補(bǔ)償點(diǎn)(植物光合作用吸收的CO2量與呼吸作用釋放的CO2量相等時(shí)的光照強(qiáng)度)，科研人員設(shè)計(jì)了下圖裝置所示的實(shí)驗(yàn)。試管中放入相同的水草和等量的0.5%BTB溶液(BTB溶液是酸堿指示劑，偏堿性時(shí)呈藍(lán)色，弱酸性時(shí)呈黃色)。[問(wèn)題設(shè)計(jì)](1)該實(shí)驗(yàn)的自變量是什么？判斷依據(jù)是什么？提示：光照強(qiáng)度。試管與熒光燈的距離不同，光照強(qiáng)度不同。(2)一段時(shí)間后，距離熒光燈60cm處的3號(hào)試管無(wú)顏色變化。怎么解釋這種現(xiàn)象？提示：距離熒光燈60cm處的光照強(qiáng)度為該水草的光補(bǔ)償點(diǎn)(或植物光合作用吸收的CO2量與呼吸作用釋放的CO2量相等)。(3)根據(jù)上述3號(hào)試管的結(jié)果，預(yù)期2號(hào)、5號(hào)試管內(nèi)的顏色變化并說(shuō)明理由。提示：

黃色、藍(lán)色；2號(hào)試管距離較遠(yuǎn)，光照強(qiáng)度弱，光合速率小于呼吸速率，產(chǎn)生的CO2使溶液呈酸性而變黃色，而5號(hào)試管由于距離較近，光照強(qiáng)度大，光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度，消耗CO2，溶液呈堿性而變藍(lán)色。(4)實(shí)驗(yàn)中用熒光燈比白熾燈(白熾燈會(huì)發(fā)熱而熒光燈不會(huì))更好，原因是什么？提示：避免溫度對(duì)光合作用的影響。[解題思維建模][典例]科學(xué)家研究CO2濃度、光照強(qiáng)度和溫度對(duì)同一植物光合作用強(qiáng)度的影響，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖。請(qǐng)據(jù)圖判斷，下列敘述錯(cuò)誤的是

(

)A．光照強(qiáng)度為a時(shí)，造成曲線Ⅱ和Ⅲ光合作用強(qiáng)度差異的原因是CO2濃度不同B．光照強(qiáng)度為b時(shí)，造成曲線Ⅰ和Ⅱ光合作用強(qiáng)度差異的原因是溫度的不同C．光照強(qiáng)度為a～b時(shí)，曲線Ⅰ、Ⅱ光合作用強(qiáng)度隨光照強(qiáng)度升高而升高D．光照強(qiáng)度為a～c時(shí)，曲線Ⅰ、Ⅲ光合作用強(qiáng)度隨光照強(qiáng)度升高而升高[解析]光照強(qiáng)度為a時(shí)，影響曲線Ⅱ、Ⅲ光合作用強(qiáng)度的溫度、光照強(qiáng)度相同，而CO2濃度不同，A正確；光照強(qiáng)度為b時(shí)，影響曲線Ⅰ、Ⅱ光合作用強(qiáng)度的CO2濃度和光照強(qiáng)度相同，而溫度不同，B正確；在光照強(qiáng)度為a～b時(shí)，曲線Ⅰ、Ⅱ都未達(dá)到光飽和點(diǎn)，光合作用強(qiáng)度隨光照強(qiáng)度升高而升高，C正確；光照強(qiáng)度在a～c之間時(shí)，曲線Ⅲ已達(dá)到光飽和點(diǎn)，隨光照強(qiáng)度增加，光合作用強(qiáng)度不再增加，D錯(cuò)誤。[答案]

D內(nèi)化思維模型多因素對(duì)光合作用影響的曲線分析方法解答多因素影響的光合作用曲線題時(shí)，找出曲線的限制因素是關(guān)鍵。具體方法是對(duì)縱坐標(biāo)或橫坐標(biāo)畫(huà)垂線或者只看某一條曲線的變化，將多因素轉(zhuǎn)變?yōu)閱我灰蛩?，從而確定限制因素。當(dāng)曲線上標(biāo)有條件時(shí)，說(shuō)明因變量受橫坐標(biāo)和曲線上條件的共同影響。若題干中描述了曲線的獲得前提，如最適溫度下測(cè)得，則應(yīng)該考慮溫度以外的影響因素。[題點(diǎn)考法全訓(xùn)]1.紅松和人參均為我國(guó)北方地區(qū)的植物。如圖為兩種植物在溫度、水分均適宜的條件下，光合速率與呼吸速率的比值(P/R)隨光照強(qiáng)度變化的曲線圖。下列敘述正確的是

(

)A．若土壤中鎂的含量減少，一段時(shí)間后人參的a點(diǎn)右移B．光照強(qiáng)度在b點(diǎn)之后，限制紅松P/R值增大的主要外界

因素是CO2濃度C．光照強(qiáng)度為c時(shí)，紅松和人參的凈光合速率相等D．光照強(qiáng)度為a時(shí)，每日光照12小時(shí)，一晝夜后人參干重不變，紅松干重減少解析：若土壤中鎂的含量減少，人參合成葉綠素減少，達(dá)到光補(bǔ)償點(diǎn)需要的光照強(qiáng)度變大，故一段時(shí)間后人參的a點(diǎn)右移，A正確。光照強(qiáng)度在b點(diǎn)之后，限制紅松P/R值增大的主要外界因素仍然是光照強(qiáng)度，在d點(diǎn)之后，限制其P/R值增大的主要外界因素才是CO2濃度，B錯(cuò)誤。陰生植物的呼吸速率比陽(yáng)生植物的呼吸速率更低，光照強(qiáng)度為c時(shí)，二者的P/R值相同，但呼吸速率不一定相等，故紅松和人參的凈光合速率不一定相等，C錯(cuò)誤。光照強(qiáng)度為a時(shí)，對(duì)于人參而言，光合速率與呼吸速率的比值(P/R)為1，白天12小時(shí)沒(méi)有積累有機(jī)物，晚上進(jìn)行呼吸作用消耗有機(jī)物，一晝夜干重減少；紅松的光合速率與呼吸速率的比值(P/R)小于1，白天12小時(shí)沒(méi)有積累有機(jī)物，晚上進(jìn)行呼吸作用消耗有機(jī)物，一晝夜干重減少，D錯(cuò)誤。答案：A

2．某研究小組進(jìn)行了探究環(huán)境因素對(duì)某植物光合作用影響的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。下列分析正確的是

(

)A．圖中CO2濃度1大于CO2濃度2，若將CO2濃度

改為溫度，則此關(guān)系也成立B．若e點(diǎn)為正常植物的光飽和點(diǎn)，則缺鎂植物的e點(diǎn)會(huì)右移C．圖中c、d兩點(diǎn)相比，d點(diǎn)植物葉肉細(xì)胞中C5的含量要高一些D．a(chǎn)點(diǎn)植物葉肉細(xì)胞中參與C3還原的NADPH和ATP比c點(diǎn)要多解析：圖中CO2濃度1大于CO2濃度2，若將CO2濃度改為溫度，則此關(guān)系不一定成立，隨溫度的升高，酶活性可能上升也可能下降，A錯(cuò)誤；若e點(diǎn)為正常植物的光飽和點(diǎn)，缺鎂植物的光合速率下降，e點(diǎn)會(huì)左移，B錯(cuò)誤；圖中c、d兩點(diǎn)相比，d點(diǎn)CO2濃度較低，CO2的固定較慢，植物葉肉細(xì)胞中C5的含量相對(duì)較高，C正確；a點(diǎn)光照強(qiáng)度較低，光反應(yīng)較慢，植物葉肉細(xì)胞中參與C3還原的NADPH和ATP比c點(diǎn)要少，D錯(cuò)誤。答案：C

3.玉米葉肉細(xì)胞中存在“CO2泵”，使其在較低的CO2濃度下進(jìn)行光合作用，而花生缺乏類(lèi)似的“CO2泵”。如圖為玉米和花生在不同胞間CO2濃度下的光合速率情況。請(qǐng)回答下列相關(guān)問(wèn)題：(1)炎熱的夏季中午，葉片氣孔開(kāi)度會(huì)下降，光合原料之一的__________減少，導(dǎo)致花生光合速率明顯下降；而此時(shí)玉米光合速率反而有所升高，原因是___________________________________________________________________。(2)如果在玉米葉肉細(xì)胞中注入某種抑制劑降低“CO2泵”的活性，則短時(shí)間內(nèi)相關(guān)光合細(xì)胞中ATP含量呈__________(填“上升”“下降”或“不變”)趨勢(shì)，原因是_______________________________________________________。(3)若要比較圖中兩條曲線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的玉米和花生向外界釋放O2速率的關(guān)系，還應(yīng)知道的數(shù)據(jù)是__________________________。(4)由圖可知，隨胞間CO2濃度的升高，玉米的光合速率不再變化而花生光合速率逐漸上升。從暗反應(yīng)酶的角度分析，原因是_______________________________________________________________________________________。解析：(1)中午時(shí)，光照增強(qiáng)，溫度過(guò)高，葉片氣孔開(kāi)放程度下降，CO2進(jìn)入葉肉細(xì)胞受阻，故CO2減少，導(dǎo)致花生光合速率降低；而玉米內(nèi)有“CO2泵”，在進(jìn)入植物內(nèi)的CO2減少的情況下，仍可以維持細(xì)胞內(nèi)較高的CO2濃度；并且此時(shí)光照增強(qiáng)，促進(jìn)光合作用加強(qiáng)。(2)當(dāng)注入抑制劑后，卡爾文循環(huán)(或暗反應(yīng)、或C3的還原)受阻，ATP的消耗降低，而光反應(yīng)產(chǎn)生ATP不受影響，故ATP的含量呈上升趨勢(shì)。(3)圖中交點(diǎn)時(shí)兩種植物的實(shí)際光合速率相等，要想植物向外界釋放O2的速率，即兩種植物的凈光合速率，還需知道兩種植物的呼吸速率。(4)隨著胞間CO2濃度的升高，玉米的光合速率不再變化而花生的光合速率仍然逐漸上升，這是因?yàn)榛ㄉ捣磻?yīng)的相關(guān)的酶活性(數(shù)量)比玉米高(多)，能固定更多的CO2。答案：(1)CO2玉米內(nèi)有“CO2泵”，細(xì)胞間隙CO2低濃度條件下仍能維持胞內(nèi)較高的CO2濃度；此時(shí)光照強(qiáng)度增強(qiáng)，促進(jìn)光合作用加強(qiáng)(2)上升C3的還原過(guò)程受阻，ATP的消耗較低，而光反應(yīng)短時(shí)間內(nèi)仍產(chǎn)生ATP(光反應(yīng)短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生ATP不受影響)

(3)玉米和花生的呼吸速率(4)花生暗反應(yīng)酶的活性比玉米的高[典例]

(2021·廣東高考)與野生型擬南芥WT相比，突變體t1和t2在正常光照條件下，葉綠體在葉肉細(xì)胞中的分布及位置不同(圖a示意圖)，造成葉綠體相對(duì)受光面積的不同(圖b)，進(jìn)而引起光合速率差異，但葉綠素含量及其他性狀基本一致。在不考慮葉綠體運(yùn)動(dòng)的前提下，下列敘述錯(cuò)誤的是

(

)A．t2比t1具有更高的光飽和點(diǎn)(光合速率不再隨光強(qiáng)增加而增加時(shí)的光照強(qiáng)度)B．t1比t2具有更低的光補(bǔ)償點(diǎn)(光合吸收CO2與呼吸釋放CO2等量時(shí)的光照強(qiáng)度)C．三者光合速率的高低與葉綠素的含量無(wú)關(guān)D．三者光合速率的差異隨光照強(qiáng)度的增加而變大[解析]

由圖分析可知，在正常光照下，t2的葉綠體相對(duì)受光面積低于t1，即二者光合速率相同時(shí)，t2所需的光照強(qiáng)度高于t1，由此可推斷，t2比t1具有更高的光飽和點(diǎn)(光合速率不再隨光強(qiáng)增加而增加時(shí)的光照強(qiáng)度)，但t1比t2具有更低的光補(bǔ)償點(diǎn)(光合吸收CO2與呼吸釋放CO2等量時(shí)的光照強(qiáng)度)，A、B正確；通過(guò)題干信息可知，三者的葉綠素含量及其他性狀基本一致，由此推測(cè)，三者光合速率的高低與葉綠素的含量無(wú)關(guān)，C正確；由題干信息可知，該題研究的是三者光合速率差異與葉綠體在細(xì)胞中分布位置的關(guān)系，根據(jù)題干信息無(wú)法得出三者光合速率的差異隨光照強(qiáng)度的增加而變大，D錯(cuò)誤。[答案]

D[追根溯源]

高考“源于教材，高于教材”(1)(教材必修1P101正文)葉綠體內(nèi)的各種色素和酶是“葉綠體捕獲光能，進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”。從例題題干信息可以看出，盡管三者葉綠素含量及其他性狀基本一致，但由于葉綠體分布不同導(dǎo)致其受光面積不同，捕獲光能的能力就有了明顯差異。(2)(教材必修1P105“探究·實(shí)踐”)“探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”，根據(jù)該實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的規(guī)律，構(gòu)造最常見(jiàn)的曲線模型之一如右圖：由三者相對(duì)受光面積不同就可以轉(zhuǎn)化為不同光照強(qiáng)度的影響，根據(jù)該模型即可對(duì)選項(xiàng)A、B和D做出準(zhǔn)確判斷。

[升維訓(xùn)練]1．請(qǐng)結(jié)合典例回答下列問(wèn)題。(1)根據(jù)題圖分析這三種擬南芥葉綠素含量基本一致的可能原因是什么？提示：它們含有的葉綠體數(shù)量相同。(2)如果實(shí)際光合作用過(guò)程中考慮到葉綠體的運(yùn)動(dòng)，三者的光飽和點(diǎn)比例題圖示推導(dǎo)出的會(huì)