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文檔簡介
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。葉綠體類囊體薄膜上(1)分布:____________________。(2)功能:____________________________________________。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。吸收、傳遞(四種色素)和轉(zhuǎn)換光能(只有少量葉綠素a)可見光紅光和藍紫光藍紫光(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。3.光合作用的探究歷程。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(guān)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??键c二光合作用的基本原理1.概念。葉綠體二氧化氧氣
(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(yīng)式:CO2+H2O(CH2O)+O2碳和水項目光反應(yīng)暗反應(yīng)條件光、水有光、無光都能進行;CO2場所_______________________2.光合作用過程。類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)項目光反應(yīng)暗反應(yīng)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(yīng)形成________①CO2的固定:_____________②__________:2C3
(CH2O)+C5③ATP和NADPH分解能量變化將光能轉(zhuǎn)化為儲存在__________________中的化學能NADPH和ATP中活躍的化學能變?yōu)開___________________(續(xù)表)O2和H+ATPC5+CO22C3C3的還原NADPH和ATP有機物中穩(wěn)定化學能項目光反應(yīng)暗反應(yīng)聯(lián)系①物質(zhì)聯(lián)系:光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供_______________,用于暗反應(yīng)C3
的還原;暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供_________________(沒有光反應(yīng),暗反應(yīng)無法進行,沒有暗反應(yīng),有機物無法合成)②能量聯(lián)系:光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供了________________,暗反應(yīng)將活躍的化學能轉(zhuǎn)化為________中穩(wěn)定的化學能NADP+、ADP和Pi(續(xù)表)NADPH和ATP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?。比較項目光合作用化能合成作用區(qū)別能量來源光能無機物氧化釋放的能量代表生物綠色植物硝化細菌相同點都能將CO2
和H2O等無機物合成有機物3.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4①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??键c三影響光合速率的因素及應(yīng)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(yīng)進而影響光合速率。光照強度增加,光反應(yīng)速度______,產(chǎn)生的_____________增多,使暗反應(yīng)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。等于光補償
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(yīng)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(yīng)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(yīng)的CO2濃度都表示___________點。
(3)應(yīng)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(yīng)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。(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(yīng)的介質(zhì),如植物缺水導致萎蔫,使光合速率下降。另外,水分還能影響氣孔的開閉,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(guān)的化合物的合成,對光合作用產(chǎn)生直接或間接的影響。如鎂可以影響葉綠素的合成從而影響光反應(yīng)。(2)曲線(如下圖所示)。(3)應(yīng)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(yīng)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①②③④⑤生理過程________暗反應(yīng)有氧呼吸第一階段有氧呼吸第二階段有氧呼吸第三階段場所葉綠體類囊體薄膜___________________線粒體基質(zhì)__________________(1)物質(zhì)名稱。ATPC5C3b:O2;c:_____;d:ADP;e:NADPH;f:____;g:CO2;h:______。光反應(yīng)葉綠體基質(zhì)細胞質(zhì)基質(zhì)(2)生理過程及場所。線粒體內(nèi)膜(3)物質(zhì)和能量的聯(lián)系。①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
NADPH丙酮酸
(CH2O)CO2;
[H]H2O;ⅲ.O:H2OO2H2OCO2有機物。 ②光合作用與有氧呼吸中的能量轉(zhuǎn)化。2.真正光合作用和凈光合作用的關(guān)系及其速率測定。(1)不同光照條件下葉肉細胞的氣體代謝特點。曲線光合作用強度與細胞呼吸強度的關(guān)系氣體代謝特點圖示A點只進行細胞呼吸吸收O2,釋放CO2AB段細胞呼吸強度大于光合作用強度吸收O2,釋放CO2曲線光合作用強度與細胞呼吸強度的關(guān)系氣體代謝特點圖示B點細胞呼吸強度等于光合作用強度不與外界發(fā)生氣體交換B點后光合作用強度大于細胞呼吸強度吸收CO2,釋放O2(續(xù)表)(2)真正光合速率、凈光合速率和細胞呼吸速率的辨析。①內(nèi)在關(guān)系。
ⅰ.細胞呼吸速率:植物非綠色組織(如蘋果果肉細胞)或綠色組織在黑暗條件下測得的值——單位時間內(nèi)一定量組織的CO2
釋放量或O2
吸收量。
ⅱ.凈光合速率:植物綠色組織在有光條件下測得的值——單位時間內(nèi)一定量葉面積所吸收的CO2
量或釋放的O2量。ⅲ.真正光合速率=凈光合速率+細胞呼吸速率。檢測指標細胞呼吸速率凈光合速率真正光合速率CO2釋放量(黑暗)吸收量(植物)、減少量(環(huán)境)利用量、固定量、消耗量O2吸收量(黑暗)、消耗量(黑暗)釋放量(植物)、增加量(環(huán)境)產(chǎn)生量、生成量、制造量、合成量葡萄糖消耗量(黑暗)積累量、增加量產(chǎn)生量、生成量、制造量、合成量②根據(jù)關(guān)鍵詞判定。(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”: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?!净A(chǔ)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)光合作用中ATP的移動方向是從葉綠體基質(zhì)到類囊體薄膜。()(3)光合作用過程中產(chǎn)生的ATP可以為細胞內(nèi)的各項生命活動提供能量。()(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.(2020年江蘇高考)采用新鮮菠菜葉片開展“葉綠體色素的提取和分離”實驗,下列敘述錯誤的是()A.提取葉綠體色素時可用無水乙醇作為溶劑B.研磨時加入CaO可以防止葉綠素被氧化破壞C.研磨時添加石英砂有助于色素提取D.畫濾液細線時應(yīng)盡量減少樣液擴散答案:B
3.(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:D
4.下圖為綠色植物光合作用過程示意圖(圖中a~g為物質(zhì),①~⑥為反應(yīng)過程,物質(zhì)轉(zhuǎn)換用實線表示,能量傳遞用虛線表示)。下列有關(guān)敘述錯誤的是()A.圖中①表示水分的吸收,③表示水的光解B.c為ATP,f為NADPHC.將b物質(zhì)用18O標記,最終在(CH2O)中能檢測到18OD.圖中a物質(zhì)主要吸收紅光和藍紫光,綠色植物能利用它將光能轉(zhuǎn)換成活躍的化學能答案:B
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(yīng)體系。該反應(yīng)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(yīng)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(yīng)體系不含光合作用色素
解析:題干信息“該反應(yīng)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(yīng)中合成的,合成場所相當于葉綠體基質(zhì),A正確。該反應(yīng)體系既能在類囊體上進行光反應(yīng),又能利用16種酶等物質(zhì)進行暗反應(yīng),因此該反應(yīng)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(yīng)為暗反應(yīng)中C3
的還原提供了NADPH和ATP,光反應(yīng)產(chǎn)生的O2
不參與暗反應(yīng),C錯誤。該反應(yīng)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(yīng)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.(2022年湖北華中師大一附中模擬)在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O,沒有CO2),光照條件下可以釋放出O2,該反應(yīng)稱為希爾反應(yīng)。結(jié)合所學知識,分析下列說法正確的是()A.提供水、光合色素和酶,適宜光照等條件下也可能產(chǎn)生O2B.希爾反應(yīng)可以證明水的光解產(chǎn)生的O2全部來自水
D.希爾反應(yīng)說明有機物的最終合成和水的光解無關(guān)C.希爾反應(yīng)懸浮液中鐵鹽的作用與
NADP+的作用相似NADP+的作用相似,能與水光解產(chǎn)生的H+反應(yīng),C正確。希爾反應(yīng)說明
解析:在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O,沒有CO2),光照條件下可以釋放出O2,因此只提供水、光合色素和酶,適宜光照等條件,沒有提供氧化劑及葉綠體相應(yīng)完整結(jié)構(gòu),故不能產(chǎn)生O2,A錯誤。希爾反應(yīng)的結(jié)果僅說明了離體的葉綠體在適當?shù)臈l件不可以發(fā)生水的光解,產(chǎn)生氧氣,該實驗沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾,也并沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移,因此不能說明所產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部來自水,B錯誤。希爾反應(yīng)懸浮液中鐵鹽的作用與水的光解和糖的合成不是同一個化學反應(yīng),若要證明有機物的最終合成和水的光解無關(guān),還需要對照實驗,D錯誤。答案:C
2.(2022年河北張家口三模)1941年,美國科學家魯賓和卡門用同位素示蹤的方法,研究了光合作用中產(chǎn)生的氧氣的來源,實驗部分過程及結(jié)果如下圖所示。下列敘述正確的是()A.18O不具有放射性,是穩(wěn)定的同位素,可用于示蹤物質(zhì)運行和變化規(guī)律C.該實驗的預(yù)期結(jié)論是光合作用產(chǎn)生的O2
中的氧部分來自水D.實驗中小球藻的細胞內(nèi)含有藻藍素和葉綠素,沒有完整的葉綠體
解析:18O不具有放射性,是穩(wěn)定的同位素,可用于示蹤物質(zhì)運行和變化規(guī)律,A正確。另一組實驗及結(jié)果圖應(yīng)為將H218O換成H2O、CO2換成
C18O2、18O2換成
O2,其余不變,B錯誤。該實驗的預(yù)期結(jié)論是光合作用產(chǎn)生的O2中的氧全部來自水,C錯誤。小球藻是真核生物,不同于藍細菌,具有完整的葉綠體,含有葉綠素和類胡蘿卜素,D錯誤。答案:A考向2光合作用的過程
[典例2](2021年湖南高考)圖a為葉綠體的結(jié)構(gòu)示意圖,圖b為葉綠體中某種生物膜的部分結(jié)構(gòu)及光反應(yīng)過程的簡化示意圖?;卮鹣铝袉栴}:圖a將水分解成O2、H+和e-,光能轉(zhuǎn)化成電能,最終轉(zhuǎn)化為________圖b(1)圖b表示圖a中的________結(jié)構(gòu),膜上發(fā)生的光反應(yīng)過程綠體中電子受體NADP+減少,則圖b中電子傳遞速率會________行實驗,用Fecy或DCIP替代NADP+為電子受體,以相對放氧量和ATP中活躍的化學能。若CO2濃度降低,暗反應(yīng)速率減慢,葉(填“加快”或“減慢”)。
(2)為研究葉綠體的完整性與光反應(yīng)的關(guān)系,研究人員用物理、化學方法制備了4種結(jié)構(gòu)完整性不同的葉綠體,在離體條件下進表示光反應(yīng)速率,實驗結(jié)果如下表所示。實驗項目不同葉綠體類型的相對值葉綠體A:雙層膜結(jié)構(gòu)完整葉綠體B:雙層膜局部受損,類囊體略有損傷葉綠體C:雙層膜瓦解,類囊體松散但未斷裂葉綠體D:所有膜結(jié)構(gòu)解體破裂成顆?;蚱螌嶒炓唬阂訤ecy為電子受體時的放氧量100167.0425.1281.3實驗二:以DCIP為電子受體時的放氧量100106.7471.1109.6注:Fecy具有親水性,DCIP具有親脂性。據(jù)此分析:
①葉綠體A和葉綠體B的實驗結(jié)果表明,葉綠體雙層膜對以________(填“Fecy”或“DCIP”)為電子受體的光反應(yīng)有明顯阻礙作用,得出該結(jié)論的推理過程是________。
②該實驗中,光反應(yīng)速率最高的是葉綠體C,表明無雙層膜阻礙、類囊體又松散的條件更有利于________,從而提高光反應(yīng)速率。減慢,葉綠體中電子受體NADP+減少,則圖b中的電子去路受阻,
③以DCIP為電子受體進行實驗,發(fā)現(xiàn)葉綠體A、B、C和D的ATP產(chǎn)生效率的相對值分別為1、0.66、0.58和0.41。結(jié)合圖b對實驗結(jié)果進行解釋:________。
解析:(1)光反應(yīng)發(fā)生在葉綠體的類囊體薄膜上,即圖b表示圖a的類囊體膜,光反應(yīng)過程中,色素吸收的光能最終轉(zhuǎn)化為ATP和NADPH中活躍的化學能,若二氧化碳濃度降低,暗反應(yīng)速率電子傳遞速率會減慢。(2)①比較葉綠體A和葉綠體B的實驗結(jié)果,實驗一中葉綠體B雙層膜局部受損時,以Fecy為電子受體的放氧量明顯大于雙層膜完整時,實驗二中葉綠體B雙層膜局部受損時,以DCIP為電子受體的放氧量與雙層膜完整時無明顯差異,說明葉綠體的雙層膜對以Fecy為電子受體的光反應(yīng)有明顯阻礙作用。②無雙層膜阻礙、類囊體松散的條件更有利于類囊體上的色素吸收光能,從而提高光反應(yīng)速率,所以該實驗中,光反應(yīng)速率最高的是葉綠體C。③根據(jù)圖b可知,ATP的合成依賴于氫離子順濃度通過類囊體薄膜上的ATP合酶,葉綠體A、B、C、D類囊體薄膜的受損程度依次增大,因此ATP的產(chǎn)生效率逐漸降低。答案:(1)類囊體膜NADPH減慢(2)①Fecy實驗一中葉綠體B雙層膜局部受損時,以Fecy為電子受體的放氧量明顯大于雙層膜完整時的,實驗二中葉綠體B雙層膜局部受損時,以DCIP為電子受體的放氧量與雙層膜完整時無明顯差異②類囊體上的色素吸收光能③ATP的合成依賴于氫離子順濃度通過類囊體薄膜上的ATP合酶,葉綠體A、B、C、D類囊體薄膜的受損程度依次增大,因此ATP的產(chǎn)生效率逐漸降低
【考向集訓】
3.(2022年廣東惠州一模)我國科學家模擬植物光合作用,設(shè)計了一條利用二氧化碳合成淀粉的人工路線,流程如圖所示。下列相關(guān)分析正確的是()A.①②過程與光反應(yīng)的過程完全相同,③④過程與暗反應(yīng)過程完全相同B.該過程與植物光合作用的本質(zhì)都是將光能轉(zhuǎn)化成化學能儲藏于有機物中C.該過程與光合作用合成淀粉都是在常溫常壓下進行的較溫和的反應(yīng)D.步驟①需要催化劑,②③④既不需要催化劑也不需消耗能量
解析:分析題圖,①②過程模擬暗反應(yīng)中二氧化碳的固定,③④過程模擬暗反應(yīng)中C3
的還原,A錯誤。植物光合作用的本質(zhì)是利用光能將無機物二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機物,同時將光能轉(zhuǎn)化為有機物中的化學能,圖示過程也將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為淀粉,同時儲存能量,二者的本質(zhì)是相同的,B正確。由圖可知,①過程是利用催化劑在一定條件下進行的化學反應(yīng),反應(yīng)過程較劇烈,②③④是在酶的催化下完成的,反應(yīng)較溫和,C錯誤。分析圖示可知,圖中②③④需要在酶的催化下進行,是由小分子聚合成大分子的反應(yīng),為吸能反應(yīng),同時需要消耗能量,D錯誤。答案:B
4.(2022年廣東廣州聯(lián)考)研究發(fā)現(xiàn),通常情況下小球藻在高氮條件下光合作用強,而油脂積累少;在低氮條件下生長緩慢,但能積累較多油脂。為獲得油脂生產(chǎn)能力強的小球藻來制造生物燃料,科研人員進行了多組實驗。將裝有小球藻藻液的錐形瓶放在適宜光照條件下培養(yǎng),側(cè)壁可見氣泡。下圖表示小球藻經(jīng)誘變處理并進行黑暗和光照培養(yǎng)后獲得的藻落(由一個小球藻增殖而成的群體),其中只有一個藻落呈黃色,為小球藻X,其余藻落均呈綠色,為小球藻Y?;卮鹣铝袉栴}:
(1)小球藻在適宜條件下能進行光合作用,其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之一是葉綠體的類囊體薄膜上附著著許多吸收光能的________分子,在光反應(yīng)中,該物質(zhì)吸收的光能的用途是_____________________________________________________________________(答出兩點)。
(2)錐形瓶側(cè)壁可見的氣泡成分是______。若將錐形瓶置于黑暗條件下也會有氣泡產(chǎn)生,則原因是_______________________________________________________________________________。
(3)據(jù)題意,在同等適宜的條件下,與小球藻Y相比,小球藻X的光合速率較低,可能原因是____________________________________________________________________________________。
(4)為檢測誘變后的小球藻的油脂生產(chǎn)能力,研究者進行了相關(guān)實驗,得到下表所示的結(jié)果。據(jù)表中數(shù)據(jù)分析,在氮素充足的油脂生產(chǎn)能力/(g·L-1·h-1)種類小球藻X小球藻Y培養(yǎng)條件低氮條件0.100.11高氮條件0.180.14情況下,小球藻________更適合用于制造生物燃料,判斷依據(jù)是_______________________________________________________。
解析:小球藻具有在高氮條件下光合作用強,油脂積累少,在低氮條件下生長較慢,但能積累更多油脂的特點,因此,該實驗的目的是根據(jù)這一特點,通過一定的方法獲得油脂生產(chǎn)能力強的小球藻,用來制造生物燃料。(1)小球藻屬于真核生物,葉綠體的類囊體薄膜上附著著許多吸收光能的色素分子,在光反應(yīng)中,色素吸收的光能可用于水的光解和ATP的形成。(2)光照條件下,小球藻的凈光合速率大于0,即光合作用生產(chǎn)的氧氣量大于呼吸消耗的氧氣量,因此錐形瓶側(cè)壁可見的氣泡成分是氧氣。將錐形瓶置于黑暗條件下小球藻只進行呼吸作用,不進行光合作用,因此小球藻吸收氧氣釋放CO2,故黑暗條件下釋放的氣泡屬于小球藻進行細胞呼吸產(chǎn)生的CO2。(3)根據(jù)題意,小球藻X的菌落為黃色,含葉綠素少,小球藻Y的菌落為綠色,含葉綠素多,因此在同等適宜的條件下,與小球藻Y相比,小球藻X的光合速率較低,是因為與小球藻Y相比,小球藻X的葉綠素含量較低,導致光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH和ATP不足。(4)據(jù)表中數(shù)據(jù)可知,兩種小球藻在高氮條件下的油脂生產(chǎn)能力都高于低氮條件下,且在高氮條件下小球藻X的油脂生產(chǎn)能力高于Y,說明小球藻X更適合用于制造生物燃料。
答案:(1)(光合)色素水的光解和ATP的形成
(2)O2
在黑暗條件下,小球藻進行細胞呼吸會產(chǎn)生CO2
(3)與小球藻Y相比,小球藻X的葉綠素含量較低,導致光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH和ATP不足(4)X高氮條件下,小球藻X的油脂生產(chǎn)能力高于小球藻Y的考向3影響光合作用的因素及應(yīng)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(guān)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(guān)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(shè)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?zāi)康氖翘骄緽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(shè)計應(yīng)遵循對照原則、單一變量原則、等量原則等,無關(guān)變量應(yīng)保持相同且適宜,故實驗設(shè)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】
5.(2021年廣東高考)與野生型擬南芥WT相比,突變體t1
和t2在正常光照條件下,葉綠體在葉肉細胞中的分布及位置不同(圖a,示意圖),造成葉綠體相對受光面積的不同(圖b),進而引起光合速率差異,但葉綠素含量及其他性狀基本一致。在不考慮葉綠體運動的前提下,下列敘述錯誤的是()abA.t2比t1
具有更高的光飽和點(光合速率不再隨光強增加而增加時的光照強度)B.t1
比t2
具有更低的光補償點(光合吸收CO2
與呼吸釋放CO2等量時的光照強度)C.三者光合速率的高低與葉綠素的含量無關(guān)D.三者光合速率的差異隨光照強度的增加而變大
解析:在正常光照下,t2
中葉綠體的相對受光面積低于t1,則二者光合作用速率相同時,t2
所需的光照強度高于t1。因此當二者光合速率分別達到最大時,t2
所需光照強度高于t1,即t2具有比t1更高的光飽和點,A正確。在正常光照下,t2
中葉綠體的相對受光面積低于t1,當呼吸作用釋放CO2
速率等于光合作用吸收CO2速率時,t1
所需光照強度低于t2,即t1比t2具有更低的光補償點,B正確。由題干信息可知,三者的葉綠素含量及其他性狀基本一致,因此三者光合速率的高低與葉綠素含量無關(guān),C正確。正常光照條件下,三者的葉綠體在葉肉細胞中的分布及位置不同,造成葉綠體相對受光面積的不同,從而影響光合速率,超過一定光照強度,三者光合速率的差異不會隨著光照強度的增加而變大,D錯誤。答案:D生理指標對照組施氮組水+氮組自由水/結(jié)合水6.26.87.8氣孔導度/(mmol·m-2·s-1)8565196
6.(2021年河北高考)為探究水和氮對光合作用的影響,研究者將一批長勢相同的玉米植株隨機均分成三組,在限制水肥的條件下做如下處理:(1)對照組;(2)施氮組,補充尿素(12g·m-2);(3)水+氮組,補充尿素(12g·m-2)同時補水。檢測相關(guān)生理指標,結(jié)果見下表。生理指標對照組施氮組水+氮組葉綠素含量/(mg·g-1)9.811.812.63RuBP羧化酶活性(μmol·h-1·g-1)316640716光合速率(μmol·m-2·s-1)6.58.511.4(續(xù)表)注:氣孔導度反映氣孔開放的程度?;卮鹣铝袉栴}:
(1)植物細胞中自由水的生理作用包括__________________等(寫出兩點即可)。補充水分可以促進玉米根系對氮的__________,提高植株氮供應(yīng)水平。
(2)參與光合作用的很多分子都含有氮。氮與________離子參與組成的環(huán)式結(jié)構(gòu)使葉綠素能夠吸收光能,用于驅(qū)動__________兩種物質(zhì)的合成以及_________的分解;RuBP羧化酶將CO2
轉(zhuǎn)變?yōu)轸然拥絖_________分子上,反應(yīng)形成的產(chǎn)物被還原為糖類。
(3)施氮同時補充水分提高了光合速率,這需要足量的CO2
供應(yīng)。據(jù)實驗結(jié)果分析,葉肉細胞
CO2供應(yīng)量增加的原因是________________________________。
解析:(1)細胞內(nèi)的水以自由水與結(jié)合水的形式存在,結(jié)合水是細胞結(jié)構(gòu)的重要組成成分,自由水是細胞內(nèi)良好的溶劑,能夠參與生化反應(yīng),能為細胞提供液體環(huán)境,還能運送營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物;根據(jù)表格分析,水+氮組的氣孔導度大大增加,增強了植物的蒸騰作用,有利于植物根系吸收并向上運輸?shù)?,所以補充的反應(yīng)是水光解產(chǎn)生H+和氧氣,同時將光能轉(zhuǎn)變成化學能儲存在水分可以促進玉米根系對氮的主動吸收,提高植株氮供應(yīng)水平。(2)參與光合作用的很多分子都含有氮,葉綠素的元素組成有C、H、O、N、Mg,其中氮與鎂離子參與組成的環(huán)式結(jié)構(gòu)使葉綠素能夠吸收光能,用于光反應(yīng),光反應(yīng)的場所是葉綠體的類囊體膜,完成ATP和NADPH中,其中ATP和NADPH兩種物質(zhì)含有氮元素;暗反應(yīng)包括二氧化碳固定和三碳化合物還原兩個過程,其中RuBP羧化酶將CO2
轉(zhuǎn)變?yōu)轸然拥紺5(RuBP)分子上,反應(yīng)形成的C3被還原為糖類。(3)分析表格數(shù)據(jù)可知,施氮同時補充水分使氣孔導度增加,CO2
吸收量增多,同時RuBP羧化酶活性增大,使固定CO2
的效率增大,使植物有足量的CO2
供應(yīng),從而增加了光合速率。
答案:(1)細胞內(nèi)良好的溶劑,能夠參與生化反應(yīng),能為細胞提供液體環(huán)境,還能運送營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物主動吸收(2)鎂ATP和NADPH水C5(或RuBP)(3)氣孔導度增加,CO2
吸收量增多,同時RuBP羧化酶活性增大,使固定CO2的效率增大考向4光合作用與呼吸作用的比較
[典例4](2021年山東高考)光照條件下,葉肉細胞中O2與CO2競爭性結(jié)合C5,O2
與C5
結(jié)合后經(jīng)一系列反應(yīng)釋放CO2
的過程稱為光呼吸。向水稻葉面噴施不同濃度的光呼吸抑制劑SoBS溶液,相應(yīng)的光合作用強度和光呼吸強度見下表。光合作用強度用固定的CO2
量表示,SoBS溶液處理對葉片呼吸作用的影響忽略不計。SoBS濃度/(mg·L-1)0100200300400500600光合作用強度/(CO2μmol·m2·s-1)18.920.920.718.717.616.515.7光呼吸強度/(CO2μmol·m2·s-1)6.46.25.85.55.24.84.3
(1)光呼吸中C5
與O2結(jié)合的反應(yīng)發(fā)生在葉綠體的__________中。正常進行光合作用的水稻,突然停止光照,葉片CO2
釋放量先增加后降低,CO2
釋放量增加的原因是________________________________________________。
(2)與未噴施SoBS溶液相比,噴施100mg/LSoBS溶液的水稻葉片吸收和放出CO2
量相等時所需的光照強度___________(填“高”或“低”),據(jù)表分析,原因是_________________________________________。
(3)光呼吸會消耗光合作用過程中的有機物,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可通過適當抑制光呼吸以增加作物產(chǎn)量。為探究SoBS溶液利于增產(chǎn)的最適噴施濃度,據(jù)表分析,應(yīng)在__________mg·L-1之間再設(shè)置多個濃度梯度進一步進行實驗。
解析:(1)C5
位于葉綠體基質(zhì)中,則O2與C5結(jié)合發(fā)生的場所在葉綠體基質(zhì)中。突然停止光照,則光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP、NADPH減少,暗反應(yīng)消耗的C5
減少,C5與O2
結(jié)合增加,產(chǎn)生的CO2增多。(2)葉片吸收和放出CO2
量相等時所需的光照強度即為光飽和點,與未噴施SoBS溶液相比,噴施100mg/LSoBS溶液后,光合作用固定的CO2
增加,光呼吸釋放的CO2
減少,即葉片的CO2
吸收量增加,釋放量減少,此時,在更低的光照強度下,兩者即可相等。(3)光呼吸會消耗有機物,但光呼吸會釋放CO2,補充光合作用的原料,適當抑制光呼吸可以增加作物產(chǎn)量,由表可知,在SoBS溶液濃度為200mg·L-1時光合作用強度與光呼吸強度差值最大,即光合產(chǎn)量最大,為了進一步探究最適噴施濃度,應(yīng)在100~300mg·L-1之間再設(shè)置多個濃度梯度進一步進行實驗。答案:(1)基質(zhì)光照停止,產(chǎn)生的ATP、NADPH減少,暗反應(yīng)消耗的C5
減少,C5
與O2
結(jié)合增加,產(chǎn)生的CO2
增多(2)低噴施SoBS溶液后,光合作用固定的CO2
增加,光呼吸釋放的CO2減少,即葉片的CO2
吸收量增加,釋放量減少,此時,在更低的光照強度下,兩者即可相等(3)100~300
【考向集訓】
7.(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(guān)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:D
8.(2020年山東等級考)人工光合作用系統(tǒng)可利用太陽能合成糖類,相關(guān)裝置及過程如圖所示,其中甲、乙表示物質(zhì),模塊3中的反應(yīng)過程與葉綠體基質(zhì)內(nèi)糖類的合成過程相同。(1)該系統(tǒng)中執(zhí)行相當于葉綠體中光反應(yīng)功能的模塊是_____,模塊3中的甲可與CO2結(jié)合,甲為________。
(2)若正常運轉(zhuǎn)過程中氣泵突然停轉(zhuǎn),則短時間內(nèi)乙的含量將________(填“增加”或“減少”)。若氣泵停轉(zhuǎn)時間較長,模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率也會發(fā)生改變,原因是_________________________________________________________。
(3)在與植物光合作用固定的CO2
量相等的情況下,該系統(tǒng)糖類的積累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物,原因是__________________________________________________。的光能轉(zhuǎn)換為電能,模塊2利用電能電解水生成H+和
O2,并發(fā)生
(4)干旱條件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是________________。人工光合作用系統(tǒng)由于對環(huán)境中水的依賴程度較低,在沙漠等缺水地區(qū)有廣闊的應(yīng)用前景。解析:(1)根據(jù)題圖可知,模塊1利用太陽能發(fā)電裝置將吸收能量轉(zhuǎn)換的過程。該系統(tǒng)中的模塊1和模塊2相當于葉綠體中光反應(yīng)功能。模塊3將大氣中的CO2
轉(zhuǎn)換為糖類,相當于光合作用的暗反應(yīng)。暗反應(yīng)中CO2
的固定是由CO2和C5結(jié)合生成C3,C3在光反應(yīng)提供的NADPH和ATP的作用下被還原,隨后經(jīng)過一系列反應(yīng)形成糖類和C5,故該系統(tǒng)模塊3中的甲為五碳化合物(C5),乙為三碳化合物(C3)。(2)若正常運轉(zhuǎn)過程中氣泵突然停轉(zhuǎn),則CO2濃度突然降低,CO2
的固定受阻,而三碳化合物(C3)的還原短時間內(nèi)仍正常進行,因此短時間內(nèi)會導致三碳化合物(C3)含量減少。暗模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率也發(fā)生改變。(3)由于植物中糖類的積累量=光合作用合成糖類的量-細胞呼吸消耗糖類的量。與植物相比,該系統(tǒng)沒有呼吸作用消耗糖類,所以在與植物光合作用固定反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi和NADP+,若該系統(tǒng)氣泵停轉(zhuǎn)時間較長,則模塊
3為模塊
2提供的
ADP、Pi和NADP+不足,從而導致塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP+不足的CO2量相等的情況下,該系統(tǒng)糖類的積累量高于植物。(4)干旱條件下,土壤含水量低,導致植物葉片氣孔開放程度降低,CO2的吸收量減少。因此,干旱條件下,很多植物光合作用速率降低。答案:(1)模塊1和模塊2五碳化合物(或C5)(2)減少模(3)高于人工光合作用系統(tǒng)沒有呼吸作用消耗糖類(或植物呼吸作用消耗糖類)(4)葉片氣孔開放程度降低,CO2
的吸收量減少一、綠葉中色素的提取和分離1.實驗原理。2.實驗流程。(1)色素提取。(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。①色素帶的條數(shù)與色素種類有關(guān),四條色素帶說明有四種色素。②色素帶的寬窄與色素含量有關(guān),色素帶越寬說明此種色素含量越多。③色素擴散速度與溶解度有關(guān),擴散速度越快說明溶解度越高。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(yīng)分次加入少量無水乙醇,如10mL);(3)畫濾液細線時次數(shù)太少實驗異?,F(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](2020年江蘇高考)采用新鮮菠菜葉片開展“葉綠體色素的提取和分離”實驗,下列敘述錯誤的是()A.提取葉綠體色素時可用無水乙醇作為溶劑B.研磨時加入CaO可以防止葉綠素被氧化破壞C.研磨時添加石英砂有助于色素提取D.畫濾液細線時應(yīng)盡量減少樣液擴散
解析:葉綠體色素能溶解在無水乙醇或丙酮等有機溶劑中,所以可用無水乙醇作為溶劑提取葉綠體色素,A正確。研磨時加入CaCO3
可以防止葉綠
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