2020年高考生物一轮复习讲义:第10讲 光合作用的探究历程与基本过程
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1、第 10 讲 光合作用的探究历程与基本过程1.光 合 作 用 的 基 本 过 程 ( ) 2.实 验 : 叶 绿 体 色 素 的 提 取 和 分 离捕获光能的色素和结构及光合作用的探究历程1叶绿体中色素的种类和颜色色素的种类 色素的颜色叶绿素 a 蓝绿色叶绿素叶绿素 b 黄绿色叶黄素 黄色类胡萝卜素胡萝卜素 橙黄色2.叶绿体中色素的吸收光谱分析由图可以看出:(1)色素的功能: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)色素吸收光的范围:可见光的波长范围大约是 390760 nm,一般叶绿体中的色素只吸收可见光,对红外光和紫外光不吸收。3叶绿体的结构与功能(1)结构模式图(3)
2、(4)恩格尔曼的实验:好氧细菌只分布于叶绿体被光束照射的部位。4光合作用的探究历程连一连 (必修 1 P99“与社会的联系”改编) 温室或大棚种植蔬菜时,最好选择_的玻璃、塑料薄膜,理由是_。答案:无色透明 有色玻璃或塑料薄膜主要透过同色光,其他颜色光很少或不能透过,光照强度会减弱,不利于光合作用;而无色透明的玻璃或塑料薄膜能透过日光中各色光,光照强度较大,有利于光合作用的进行(1)某植物叶片不同部位的颜色不同,将该植物在黑暗中放置 48 h 后,用锡箔纸遮蔽叶片两面,如图所示。在日光下照光一段时间,去除锡箔纸,用碘染色法处理叶片,观察到叶片有的部位出现了蓝色,请回答下列问题:实验时预先对植物
3、进行暗处理,其目的是_。实验中_对照可证明光合作用需叶绿体,_对照可证明光合作用需要光。本实验可证明光合作用的产物是_。(2)如图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图,甲、乙两物质相对分子量较大的是_。答案:(1)消耗掉原有淀粉,排除其对实验结果的干扰a 与 b、d e 与 b、d 淀粉 (2)乙考向 1 捕获光能的色素分析1(2019辽宁沈阳铁路中学高三模拟 )下列关于色素的叙述中,正确的是 ( )A植物体内所有的色素都位于叶绿体中B叶绿体中的不同色素在无水乙醇中的溶解度不同,所以会在滤纸条上分离C叶绿体中的各种色素都不能吸收绿光D叶绿体中的色素分布于类囊体薄膜上解析:选 D。植物体内光合色
4、素都位于叶绿体中,液泡中也含有色素,A 错误;由于色素在层析液中的溶解度不同,所以其在滤纸条上的扩散速度不同,在滤纸条上分离,B错误;绿光吸收的最少,而不是不吸收,C 错误;叶绿体中的光合色素分布于类囊体薄膜上,D 正确。2(2019甘肃高台一中高三检测 )下图表示光合作用时 ATP 形成的图解,图中 b6f 复合体能将叶绿体基质中的质子(H )转移到类囊体腔内,该过程需要依赖水光解时产生的电子(e )的推动,下列有关分析错误的是 ( )A图示过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上B质子从叶绿体基质转移到类囊体腔内的运输方式是协助扩散C光合作用中 ATP 的合成会降低类囊体内外的质子浓度差D物质 X
5、既具有催化功能又具有运输功能解析:选 B。由题干信息可知,质子从叶绿体基质转移到类囊体腔内的运输需要“依赖水光解时产生的电子(e )的推动 ”,说明推动质子进入类囊体腔内的动力不是浓度差,而是能量( 这个能量不一定是 ATP 水解释放的能量,也可能是电能或其他能量) ,同时需要载体(b 6f 复合体 ),应为主动运输,B 错误。(1)影响叶绿素合成的“三大”因素光照:光是影响叶绿素合成的主要条件,一般植物在黑暗中不能合成叶绿素,叶片会发黄。温度:温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性,影响叶绿素的合成,低温时叶绿素容易被破坏,使叶子变黄。必需元素:叶绿素合成的必需元素,如氮、镁等;叶绿素合成的辅
6、助成分,如缺铁后某些酶无法合成,叶绿素不能合成,叶片会变黄。(2)叶绿体的结构与功能相适应的特点叶绿体的基粒由类囊体堆叠而成,有巨大的膜面积。叶绿体的类囊体薄膜上分布有吸收光能的色素。叶绿体的类囊体薄膜和基质中有催化光合作用进行的酶。 考向 2 探究光合作用的相关实验分析3下图是光合作用探索历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图,下列有关叙述正确的是( )A两实验均需进行“黑暗” 处理,以消耗细胞中原有的淀粉B两实验均需要光的照射C两实验中只有恩格尔曼的实验设置了对照D两实验均可证明光合作用的产物有氧气解析:选 B。题图中的两个实验中,只有萨克斯的实验需进行“黑暗”处理,目的是消耗掉细胞中原有的淀
7、粉。恩格尔曼实验的目的是探究光合作用进行的场所,萨克斯实验的目的是探究光合作用产物,所以两实验均需要光的照射。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。恩格尔曼的实验可证明氧气是光合作用的产物,萨克斯的实验可证明淀粉是光合作用的产物。4下列有关科学家探索光合作用的实验中,叙述错误的是( )A与黑藻相比,水绵更适宜用作探究光合作用的场所B金鱼藻是水生植物,用作探究光合作用的产物是 O2 时,利于收集气体C卡尔文利用小球藻,探明了 CO2 中的碳在光合作用中转化的途径D用银边天竺葵探究光合作用产物是淀粉时,不用脱色可直接加碘
8、液使叶片边缘变蓝色解析:选 D。光合作用的产物之一是淀粉,淀粉遇碘液变蓝色,首先要用酒精使绿色的叶片脱去颜色,再滴加碘液,防止绿叶本身颜色对实验现象的干扰,银边天竺葵叶片边缘不含叶绿体,无法进行光合作用合成淀粉。恩格尔曼实验方法的巧妙之处(1)巧选实验材料: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)巧妙排除干扰因素:没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。(3)巧妙设计对照实验:用极细的光束照射,叶绿体上可分为光照多和光照少的部位,相当于一组对照实验;临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。 绿叶中色素的提取与分离1实验原理2实验步骤
9、3实验结果4实验注意事项及操作目的项目 注意事项 操作目的选新鲜绿色的叶片 使滤液中色素含量高研磨时加无水乙醇 溶解色素加少量 SiO2 和 CaCO3 研磨充分、保护色素迅速、充分研磨 防止乙醇过度挥发,充分溶解色素提取色素盛放滤液的试管管口加棉塞 防止乙醇挥发和色素氧化滤纸预先干燥处理 使层析液在滤纸上快速扩散滤液细线要直、细、匀 使分离出的色素带平整不重叠滤液细线干燥后再画一两次 使分离出的色素带清晰分明分离色素滤液细线不触及层析液 防止色素直接溶解到层析液中1(2019江苏启东一中月考 )某同学在进行光合色素的提取和分离实验时,取一圆形滤纸,在滤纸中央滴一滴色素提取液,再滴一滴层析液,
10、将会得到近似同心的四个色素环。下列说法错误的是( )A通常提取液呈现绿色是因为叶片中叶绿素含量比类胡萝卜素高B色素能彼此分离是因为不同色素在层析液中的溶解度不同C最外侧两圈色素环的色素主要吸收蓝紫光D若提取液取自缺镁叶片,最外侧两圈色素环颜色较淡解析:选 D。提取液呈现绿色是因为叶片中叶绿素的含量比类胡萝卜素的含量高,A正确;色素能够在滤纸上彼此分离开的原因是色素在层析液中的溶解度不同,B 正确;最外侧两圈色素环的色素为叶黄素和胡萝卜素,主要吸收蓝紫光,C 正确;如果叶片取自缺镁的培养液培养的植物,最内侧两圈色素环颜色较淡,D 错误。2(2019河北冀州中学段考 )如图表示用韭菜宿根进行的相关
11、对照实验流程。下列叙述错误的是( )A提取色素时,要加入 SiO2 和 CaCO3 进行充分研磨B色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在无水乙醇中的溶解度不同C实验结果可说明叶绿素合成需要光照D实验结果表明韭菜中提取的色素吸收光的种类更多解析:选 B。提取色素时加入 SiO2 是为了研磨充分,而加入 CaCO3 是为了防止色素被破坏,A 正确;色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同,B 错误;实验结果色素带不同,可说明叶绿素合成需要光照,C 正确;实验结果表明韭菜中提取的色素吸收光的种类更多,D 正确。绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析未加
12、石英砂(二氧化硅),研磨不充分。使用放置数天的绿叶,滤液色素(叶绿素) 太少。 一次加入大量的无水乙醇,提取浓度太低(正确做法:分次加入少量无水乙醇提取色素)。未加碳酸钙或加入过少,色素分子被破坏。(2)滤纸条色素带重叠:没经干燥处理,滤液线不能达到细、齐、直的要求,使色素扩散不一致造成的。(3)滤纸条看不到色素带:忘记画滤液细线;滤液细线接触到层析液,且时间较长,色素全部溶解到层析液中。(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带:忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。光合作用的基本过程1光合作用的过程(1)根据上图分析光反应与暗反应的区别过程 .光反应 .暗反应场所 叶绿体类囊体薄
13、膜 叶绿体基质条件 光、色素和酶 多种酶原料水、NADP 、ADP、PiH(NADPH)、ATP、CO 2产物H(NADPH)、ATP、O 2(CH2O)、ADP 、Pi物质变化水的光解:H2O HO 2; 光 能 ATP 的合成:ADPPi ATP 光 能 酶 CO2 的固定:CO 2C 52C3; 酶 C 3 的还原:2C3 (CH2O)C 5 ATP、 H 酶能量变化光能 ATP 中 活跃的化学能ATP 中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能(2)根据下图分析光反应与暗反应的联系光反应为暗反应提供 ATP 和H。暗反应为光反应提供 ADP、Pi 、NADP 。(3)光合作用总反应式及反应物
14、中 H、O 的去向2光合作用和化能合成作用的比较项目 光合作用 化能合成作用能量来源 光能 氧化无机物放出的能量区别 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(必修 1 P94 和 P103“相关信息”改编)光合作用过程中H与细胞呼吸过程中H有什么不同?光合作用过程中 H 细胞呼吸过程中 H本质 还原型辅酶(NADPH) 还原型辅酶(NADH)来源 _阶段无氧呼吸第一阶段、有氧呼吸第一、二阶段去向 _ 有氧呼吸第_阶段生成_答案:光反应 三碳化合物的还原 三 水下图为光合作用的过程图解,据图分析下列问题:(1)图中的甲表示_阶段,发生在叶绿体的_ 上。
15、(2)乙表示_阶段,又称作_循环。(3)图中的物质 a 是_,物质 c 是_。(4)图中的 ATP_(填“能 ”或“不能”)运出所在的细胞器,用于其他生命活动。答案:(1)光反应 类囊体薄膜(2)暗反应 卡尔文(3)H CO 2(4)不能考向 1 考查光合作用的过程1(2019安徽合肥高三期中 )下图表示绿色植物光合作用的部分过程,图中 AC 表示相关物质。下列有关分析错误的是( )A图中 A 为氧气,可部分释放到空气中B图中 B 为 NADPH,外界 CO2 浓度升高时,B 的含量暂时升高C该过程消耗的 NADP 和 C 来自叶绿体基质D该过程将光能转化为化学能储存在 B 和 ATP 中解析
16、:选 B。水的光解产物是氧气和 H,若光合作用强度大于呼吸作用强度,氧气会部分释放到空气中,A 正确;图中 B 是在 NADP 、H 和电子参与下形成的,为NADPH,当外界 CO2 浓度升高时,暗反应中生成的三碳化合物增多,则消耗的 NADPH 增多,导致 NADPH 的含量暂时降低, B 错误;叶绿体基质中,暗反应消耗 NADPH、ATP产生 NADP 、 ADP,C 正确;光合作用光反应过程中,将光能转化成化学能储存在 ATP和 NADPH 中, D 正确。2(2019江西上饶高三模拟 )下图为绿色植物光合作用过程示意图 (物质转换用实线表示,能量传递用虚线表示,图中 ag 为物质,为反
17、应过程),下列判断错误的是( )A绿色植物能利用 a 物质将光能转换成活跃的化学能储存在 c 中Be 中不储存化学能,所以 e 只能充当还原剂C图中表示水分的吸收, 表示水的光解 D在 g 物质供应充足时,突然停止光照, C3 的含量将会上升解析:选 B。a 为光合色素,能吸收、传递、转化光能到 ATP 中,A 正确;e 为水光解生成的 NADPH,也含有活跃的化学能,参加暗反应中 C3 的还原,B 错误;图中表示根系从土壤中吸收水分,表示水的光解生成 NADPH 和氧气, C 正确;g 为二氧化碳,供应充足时,突然停止光照,生成 NADPH 和 ATP 的量下降, C3 的还原下降,C 3
18、的含量因消耗下降而积累,另一方面,二氧化碳固定生成 C3 正常进行,故 D 正确。(1)光反应阶段产生的 ATP 仅用于暗反应阶段 C3 的还原。细胞呼吸产生的 ATP 可用于除光合作用以外的生命活动。(2)在光照条件下,植物既进行光反应,也进行暗反应;如果植物长期处于黑暗环境中,光反应和暗反应都会停止。在暗反应停止时,ATP 和H 积累,光反应也会停止。 考向 2 考查环境条件变化对光合作用中物质变化的影响3(2019江西临川一中月考 )光合作用通过密切关联的两大阶段 光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化,正确的说法是( )A突然中断 CO2 供应会暂时引起叶绿体基质中 C5/C
19、3 的值减小B突然中断 CO2 供应会暂时引起叶绿体基质中 ATP/ADP 的值增加C突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中 C3/C5 的值减小D突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中 ATP/ADP 的值减小解析:选 B。突然中断 CO2 供应导致 CO2 的固定速率降低,叶绿体中 C5 含量增加、C3 含量减少,A 错误;突然中断 CO2 供应使 C3 含量减少,进而使 ATP 和H 含量增多,所以 ATP/ADP 的值增加,B 正确;突然将红光改变为绿光后光能利用率降低,ATP 和H 含量减少,进而使 C3 含量增多、 C5 含量减少,C 错误;突然将绿光改变为红光后光能利用率
20、提高,ATP 和H含量增加,ATP/ADP 的值增加,D 错误。4(2019甘肃静宁一中期中 )下图表示某植物叶片暗反应中 C3 和 C5 化合物微摩尔浓度的变化趋势,该植物在阶段处于适宜环境条件下,阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低 CO2 浓度中的某一项。下列分析正确的是( )A图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的 ATPB图中阶段所改变的环境条件是降低了光照强度C阶段甲上升是因为叶绿体中H 和 ATP 的积累D阶段光合速率最大时所需光照强度比 阶段低解析:选 D。因为暗反应中 1 mol C51 mol CO2 生成 2 mol C3,所以在适宜条件下,叶肉细胞内 C3 是 C5
21、 的 2 倍,因此图中甲是 C5,乙是 C3。图中物质甲与 CO2 结合形成乙,该过程只需要酶的催化,不需要消耗 ATP,A 错误;植物在阶段处于适宜环境条件下,如果阶段改变的环境条件是降低光照强度,那么 C3 含量增加,C 5 含量减少,与题图不符合,而如果改变的条件是降低 CO2 浓度,那么 C3 含量减少,C 5 含量增加,与题图符合,所以本题改变的条件是降低 CO2 浓度,B 错误;CO 2 浓度降低,由于 CO2 供应量减少,C 5消耗减少,而 C3 还原正常,所以 C5(甲)含量会上升,C 错误;低 CO2 浓度下的光的饱和点也低,D 正确。利用模型法分析光合作用中物质的量的变化(
22、1)以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化。(2)以上各物质变化中,C 3 和 C5 含量的变化是相反的,H 和 ATP 含量变化是一致的。(3)具体分析时只有理清 C3、C 5 的“来源”与“去路”(C 3 来自 CO2 的固定,用于 C3的还原;C 5 来自 C3 的还原,用于 CO2 的固定) ,才能避开试题陷阱。 清一清易错点 1 误认为用光照射叶绿体中提取的色素就能发生光反应点拨 叶绿体中的色素具有吸收、传递、转化光能的作用,发生光反应除色素、光照之外,还需 ADP、Pi 、H 2O、NADP 、酶等。易错点 2 误认为 14C 转移途径为 14CO2 14C3 14C
23、5( 14CH2O)点拨 光合作用暗反应中 C5 的作用在于固定 CO2 形成 C3, 14CO2 中的 14C 转移途径为 14CO2 14C3( 14CH2O),中间没有 C5 参与。易错点 3 混淆塑料大棚中“塑料颜色”与“补光类型”的选择点拨 为提高光能利用率,塑料大棚栽培时常选择“无色塑料 ”以便透过各色光,这是因为太阳的全色光透过时各种颜色的光均可被作物吸收(尽管黄绿色吸收量较小,但总不会起负作用),而阴天或夜间给温室大棚“人工补光”时,则宜选择植物吸收利用效率最高的“红光或蓝紫光”灯泡。因为若利用白炽灯,则其发出的光中“黄、绿光”利用率极低,从节省能源(节电、节省成本)角度讲,用
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