2014届高三生物一轮复习精讲精练 第8讲 光合作用 苏教版.DOC
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1、第8讲光合作用考纲要求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。一、光合作用的发现和光合色素1光合作用的探究历程(连一连)思考和中科学家用什么样的技术手段得出实验结论?该技术手段有何用途?提示同位素标记法;追踪某元素或某物质的转移去向。2光合色素的提取与分离、种类和作用判一判(1)研磨绿叶时需加入石英砂、碳酸钙、丙酮,其中丙酮可作为色素提取液()(2)画有滤液细线的滤纸条应插入层析液中,且必须保证滤液细线浸没于层析液中()(3)四种色素在层析液中溶解度不同,导致其扩散速度不同,溶解度越小,扩散速度越快()(4)经层析后,位于滤纸条最上方的
2、色素应呈黄色,最下方的色素呈蓝绿色()(5)植物叶片多呈绿色的原因仅仅是由于正常叶片中色素分子吸收绿光能力弱,大部分绿光被反射出来()提示原因还有:正常叶片中叶绿素含量远多于类胡萝卜素的含量,绿色掩盖了黄色。(6)植物一旦缺少了镁,叶绿体中各种色素的合成都会受影响()(7)温室内自然光照射的情况下,给植物人工补充红光和蓝紫光对增产有利()(8)叶绿体和液泡中都有色素,但只有叶绿体中的色素参与光能的捕获()(9)无色透明的塑料大棚比有色塑料大棚光合效率高()提示日光中各色光均能透过无色透明塑料大棚,有色塑料大棚主要透过同色光,其他光被其吸收,所以用无色透明的塑料大棚光合效率最高。二、光合作用的反
3、应式及过程1反应式:CO2H2O(CH2O)O2。2过程(1)区别(2)联系:光反应为暗反应提供H和ATP;暗反应为光反应提供ADP、Pi。判一判1叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内()提示分布在类囊体的薄膜上。2光合作用需要的酶只分布在叶绿体基质中()提示类囊体的薄膜上和叶绿体基质中都有。3叶绿体是光合作用的主要场所()提示是全部场所。4暗反应必须在无光条件下进行()5光反应合成的ATP可用于植物细胞内离子的跨膜运输()提示不能。光反应合成的ATP只能用于暗反应。6由于暗反应不需要光,故植物在夜晚可持续进行暗反应()7因为叶绿体是绿色植物进行光合作用的主要场所,所以进行光合作用的生物都有叶绿
4、体()8叶绿体中的色素都能吸收、传递和转换光能()提示叶绿体中的色素都能吸收和传递光能,但只有少数处于特殊状态的叶绿素a能将光能转化为化学能。三、影响光合速率的环境因素判一判1农业生产中提高光能利用率的措施包括增加光照面积,延长光照时间和增强光合作用效率()2套种和合理密植等措施有利于增强光合作用效率()3施用含N、P、K、Mn、Zn等元素的肥料,可促进光合作用效率的提高()4大棚栽培不仅可适当延长光照时间,还可适当提高CO2浓度和温度,来提高光合作用效率()考点一分析光合作用的过程完善光合作用的过程图解并思考1在光合作用总反应式中标出各元素的来源和去路2填表比较光反应和暗反应项目光反应暗反应
5、条件需要光、色素和酶等不需要光和色素,但需要多种酶、ATP和H场所叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体的基质中物质转化水的光解:H2OHO2 ATP的形成:ADPPi光能ATPCO2的固定:CO2五碳化合物三碳化合物三碳化合物的还原:三碳化合物H(CH2O)五碳化合物能量转化光能活跃的化学能活跃的化学能有机物中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ADP和Pi易错警示与光合作用过程有关的2个易错点(1)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;乙:光照5秒,黑暗5秒,持续20分钟,则光合作用制造的有机物:甲乙(暗反应时间长)。(2)CO2中C进入三碳化合物但
6、不进入五碳化合物,最后进入(CH2O),五碳化合物中C不进入(CH2O),可用放射性同位素标记法证明。1如图为叶绿体结构与功能示意图,下列说法错误的是()A结构A上的能量变化是光能转变为活跃的化学能B供给14CO2,放射性出现的顺序为CO2三碳化合物甲C结构A释放的O2可进入线粒体中D如果突然停止CO2的供应,短时间内三碳化合物的含量将会增加答案D解析在光合作用中,CO2首先和五碳化合物生成三碳化合物,如果突然停止CO2的供应,则三碳化合物的生成量减少,而其消耗量不变,因此短时间内三碳化合物的含量将会减少。2(2011新课标全国卷,29改编)在光照等适宜条件下,将培养在CO2浓度为1%环境中的
7、某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中,其叶片暗反应中三碳化合物和五碳化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。回答问题:(1)图中物质A是_(三碳化合物、五碳化合物)。(2)在CO2浓度为1%的环境中,物质B的浓度比A的低,原因是_,将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后,物质B浓度升高的原因是_。(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中,暗反应中三碳和五碳化合物浓度达到稳定时,物质A的浓度将比B的_(低、高)。(4)CO2浓度为0.003%时,该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的_(高、低),其原因是_。答案(1)三碳化合物(2)暗反应速率在该环
8、境中已达到稳定,即三碳和五碳化合物的含量稳定,根据暗反应的特点,此时三碳化合物的分子数是五碳化合物的2倍当CO2浓度突然降低时,五碳化合物的合成速率不变,消耗速率却减慢,导致五碳化合物积累(3)高(4)低CO2浓度低时,暗反应的强度低,所需的ATP和H少解析(1)CO2浓度降低时,三碳化合物产生减少而消耗继续,故三碳化合物的浓度降低,所以物质A代表的是三碳化合物。(2)在正常情况下,1 mol CO2与1 mol 五碳化合物结合形成2 mol 三碳化合物,即三碳化合物的浓度是五碳化合物浓度的2倍。CO2浓度迅速下降到0.003%后,五碳化合物的产生量不变而消耗量减少,故五碳化合物的浓度升高。(
9、3)CO2浓度继续处于0.003%时,因光反应产物H和ATP的积累而抑制光反应过程,足量的H和ATP引起暗反应中五碳化合物的浓度又逐渐降低,而三碳化合物的浓度逐渐升高,在达到相对稳定时,三碳化合物的浓度仍是五碳化合物浓度的2倍。(4)CO2浓度较低时,暗反应减弱,需要的H和ATP量减少,故CO2浓度为0.003%时,在较低的光照强度时就能达到最大光合速率。请结合下图,分析当光照与CO2浓度发生如表变化时,表格中相关信息如何填充条件三碳化合物五碳化合物H和ATP模型分析光照由强到弱,CO2供应不变增加减少减少或没有光照由弱到强,CO2供应不变减少增加增加光照不变,CO2由充足到不足减少增加增加光
10、照不变,CO2由不足到充足增加减少减少考点二聚焦影响光合作用的环境因素及其在生产上的应用1单因子因素(1)光照强度原理分析:光照强度影响光合速率的原理是通过影响光反应阶段,制约ATP和H的产生,进而制约暗反应阶段。图像分析:A点时只进行细胞呼吸;AB段随着光照强度的增强,光合作用强度也增强,但是仍然小于细胞呼吸强度;B点时代谢特点为光合作用强度等于细胞呼吸强度;BC段随着光照强度的增强,光合作用强度也不断增强;C点对应的光照强度为光饱和点,限制C点的环境因素可能有温度或二氧化碳浓度等。在下面的四幅图中标出A点、AB段、B点和B点之后的氧气和二氧化碳转移方向。答案应用分析:欲使植物正常生长,则必
11、须使光照强度大于B点对应的光照强度;适当提高光照强度可增加大棚作物产量。(2)光照面积图像分析:OA段表明随叶面积的不断增大,光合作用实际量不断增大,A点为光合作用面积的饱和点。随叶面积的增大,光合作用强度不再增加,原因是有很多叶被遮挡,光照不足。OB段表明干物质量随光合作用增加而增加,而由于A点以后光合作用强度不再增加,但叶片随叶面积的不断增加,呼吸量(OC段)不断增加,所以干物质积累量不断降低(BC段)。应用分析:适当间苗、修剪,合理施肥、浇水,避免徒长。封行过早,使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下,白白消耗有机物,造成不必要的浪费。(3)CO2浓度原理分析:CO2浓度影响光合作用的
12、原理是通过影响暗反应阶段,制约C3生成。图像分析:图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度,即CO2补偿点,而图2中的A点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度;两图中的B和B点都表示CO2饱和点,两图都表示在一定范围内,光合作用速率随CO2浓度增加而增大。应用分析:大气中的CO2浓度处于OA段时,植物无法进行光合作用;在农业生产中可通过“正其行,通其风”和增施农家肥等措施增加CO2浓度,提高光合作用速率。(4)温度原理分析:是通过影响酶活性进而影响光合作用。图像分析:低温导致酶的活性降低,引起植物的光合作用速率降低,在一定范围内随着温度的升高酶活性升高进而引起光合速率也增强;温
13、度过高会引起酶活性降低,植物光合速率降低。应用分析:温室中白天调到光合作用最适温度,以提高光合作用速率;晚上适当降低温室的温度,以降低细胞呼吸,保证植物有机物积累。(5)必需矿质元素图像分析:在一定浓度范围内,增大必需矿质元素的供应,可提高光合作用速率,但当超过一定浓度后,会因土壤溶液浓度过高而导致植物光合作用速率下降。应用分析:在农业生产上,根据植物的需肥规律,适时、适量地增施肥料,可以提高作物的光能利用率。2多因子因素(1)曲线分析:P点时,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随其因子的不断加强,光合速率不断提高。当到Q点时,横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素,要想提高光合速
14、率,可采取适当提高图示中的其他因子的方法。(2)应用:温室栽培时,在一定光照强度下,白天适当提高温度,增加光合作用酶的活性,提高光合速率,也可同时充入适量的CO2进一步提高光合速率,当温度适宜时,要适当提高光照强度和CO2浓度以提高光合速率。易错警示光合作用影响细胞因素的2个易忽略点(1)易忽略温度改变对光合作用的影响。温度改变时,不管是光反应还是暗反应均会受影响,但主要影响暗反应,因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。(2)易忽略CO2浓度对光合作用的影响。CO2浓度很低时,光合作用不能进行;当CO2浓度大于某值时,光合作用才能进行。对于植物来说,也存在CO2的补偿点和饱和点,C
15、O2浓度过大时,会抑制植物的呼吸作用,进而影响到光合作用。3甲图和乙图表示某植物在适宜的CO2浓度条件下光合作用速率与环境因素之间的关系,下列相关描述中错误的是()A甲图中,在a点限制光合作用速率的主要因素是光照强度,在b点限制光合作用速率的主要因素是温度或CO2浓度B从乙图可以看出,当超过一定温度后,光合作用速率会随着温度的升高而降低C温度主要是通过影响酶的活性来影响光合作用速率的D若光照强度突然由a变为b,短时间内叶肉细胞中三碳化合物的含量会增加答案D解析甲图表示光照强度和温度对光合作用速率的影响,乙图表示温度对光合作用速率的影响。分析甲图中某点上的限制因素时,要看曲线是否达到饱和点。如果
16、没有达到饱和点(如a点),则限制因素为横坐标表示的因素,即光照强度;当达到饱和点以后(如b点),则限制因素为横坐标表示的因素以外的其他因素,如温度或CO2浓度。当光照强度突然增强时,光反应速率加快,产生更多的H和ATP,短时间内三碳化合物的还原速率加快而CO2的固定速率不变,故三碳化合物的含量会减少。4如图表示环境因素对绿色植物光合作用速率的影响,据图分析,正确的是()A当处于a或b点时,叶肉细胞的细胞质基质、线粒体基质和叶绿体基质中均可产生ATPB当所处环境中缺镁时,在CO2含量不变的情况下,a点可能降到b点C与a点相比,b点时叶绿体中三碳化合物含量较多Da点与b点光合作用速率差异的原因是光
17、照强度和CO2浓度的不同答案B解析叶肉细胞每时每刻都要进行呼吸作用,所以细胞质基质、线粒体基质可产生ATP,而光合作用产生ATP的场所是叶绿体中的类囊体薄膜上。环境中缺镁时叶绿素的合成减少,相同光照强度等条件下光合作用速率会下降。b点与a点相比处于相同光照强度但CO2浓度低,所以合成三碳化合物的量较少,而二者产生的H和ATP一样多,从而还原消耗的三碳化合物量相同,所以b点时叶绿体中三碳化合物含量较少。从图中可知,a点与b点光合作用速率差异的原因是CO2浓度的不同。对于有饱和点(平衡点)的坐标曲线的限制因素分析1达到饱和点以前的限制因素,为横坐标表示的因素。2达到饱和点以后的限制因素,为横坐标表
18、示的因素以外的因素。考点三光合作用发现史中的经典实验分析11771年普利斯特莱实验本实验缺点:缺乏空白对照,实验结果的说服力不强。21864年萨克斯实验(1)本实验中黑暗处理的目的:消耗掉叶片中原有的淀粉,避免干扰。(2)本实验为自身对照,自变量为是否照光(一半曝光与另一半遮光),因变量为叶片是否制造出淀粉,表观因变量为是否出现颜色变化(出现深蓝色)。31880年恩吉尔曼实验(1)本实验的实验组为极细光束照射处的叶绿体,对照组为黑暗处的叶绿体和完全曝光的叶绿体。(2)本实验中为自身对照,自变量为光照(照光处与不照光处;黑暗与完全曝光),因变量为好氧细菌分布。易错警示恩吉尔曼实验方法的巧妙之处(
19、1)实验材料选得妙:用水绵作为实验材料。水绵不仅具有细而长的带状叶绿体,而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中,便于观察和分析研究。(2)排除干扰的方法妙:实验成功的关键之一在于控制无关变量和减少额外变量,恩格尔曼将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中,排除了环境中光线和氧的影响,从而确保实验能够正常进行。(3)观测指标设计得妙:通过好氧细菌的分布进行检测,从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。(4)实验对照设计得妙:进行黑暗(局部光照)和曝光的对比实验,从而明确实验结果完全是由光照引起的。41940年鲁宾、卡门实验(1)本实验方法为同位素标记法。(2)本实验为相互对照,自变量为标记物质(HO与
20、C18O2),因变量为O2的放射性。3德国科学家萨克斯先将绿色叶片放在暗处数小时进行“饥饿”处理(消耗掉叶片中的淀粉),再把叶片的一部分遮光,其余部分曝光。一段时间后,将该叶片经脱色、漂洗后再用碘液处理,结果发现遮光部分不变蓝,曝光部分变蓝。下列有关本实验的分析及结论合理的是()本实验未设对照组有无光照是遮光和曝光区域表现不同结果的惟一原因实验初始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉A全部 B只有C只有 D只有答案D解析该实验中曝光部分与遮光部分形成了对照,错误。该实验只能证明有淀粉的生成,但不能证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉,错误。41883年美
21、国生物学家恩吉尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵体上,并在水绵悬液中放入好氧细菌,观察细菌的聚集情况(如图)。他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的思路是()A细菌对不同的光反应不一样,细菌聚集多的地方,细菌光合作用强B好氧细菌聚集多的地方,O2浓度高,水绵光合作用强C好氧细菌聚集多的地方,产生的有机物多,水绵光合作用强D好氧细菌大量消耗O2,使水绵光合作用速度快,则该种光有利于光合作用答案B解析好氧细菌是需要氧气的,因此在好氧细菌聚集的地方应该是氧气多的地方,也就是水绵光合作用强的地方。实验四绿叶中色素的提取与分离完善下面的实验过程易错警示实验中的
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