1、第第9 9讲能量之源讲能量之源光与光合作用光与光合作用第三单元第三单元2023内容索引强基础强基础 增分策略增分策略增素能增素能 精准突破精准突破悟考情悟考情 演练真题演练真题研专项研专项 前沿命题前沿命题知考向明考情提素养重考能全国卷内容要求1.光合作用的基本过程2.影响光合速率的环境因素3.实验:叶绿体色素的提取与分离生命观念通过比较光反应与暗反应及它们之间的关系,建立对立统一、结构决定功能的观点科学思维理解C3、C5等物质变化和光合作用的相关曲线近五年全国卷考情2021全国乙(29)、2020全国(30)、2020全国(29)、2019全国(3,29)、2019全国(31)、2018全国
2、(30)、2018全国(30)、2018全国(29)、2017全国(30)科学探究探究光照强度、CO2浓度等对光合作用强度的影响社会责任关注光合作用与农业生产及生活的联系强基础强基础 增分策略增分策略一、叶绿体中的色素及其提取和分离一、叶绿体中的色素及其提取和分离1.色素的提取与分离实验(1)实验原理纸层析法层析液(2)实验流程 防止色素被破坏单层尼龙布铅笔铅笔线层析液挥发 色素溶解在层析液中,而导致滤纸条上无色素带(3)实验结果及分析 橙黄色色素种类色素含量溶解度2.叶绿体的结构及其中的色素(1)光合作用的结构叶绿体外膜囊状结构光合色素光反应基质暗(2)色素的吸收光谱 类胡萝卜素叶绿素b叶绿
3、素a红光和蓝紫光蓝紫光旁栏边角(必修1 P99“与社会的联系”改编)生产上,用何种颜色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高?阴天时,在功率相同的情况下,应选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源?提示 无色,因为日光中各种颜色的光均能通过,作物光合效率高。应选择补红光和蓝紫光的照明灯。易错辨析(1)(2020江苏,6B)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验,研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏。()(2)2020江苏,27(1)在叶绿体中,光合色素分布在类囊体薄膜上。()(3)(2020山东,3D)探究黑藻叶片中光合色素的种类时,可用无水乙醇作提取液。()(4)液泡中紫红色的花青
4、苷为水溶性,可用水作层析液观察花青苷的色素带。()该实验中研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被破坏。 (5)若将叶绿体置于蓝紫光下,则不会有氧气产生。()(6)黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的。()将叶绿体置于蓝紫光下,会有氧气产生,因为叶绿体中的色素可较多地吸收蓝紫光。 长句应答1.(必修1 P100“拓展题2”)海洋中的藻类植物,习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻,它们在海水中的垂直分布一般依次是浅、中、深,这种现象与有关,即。 2.植物叶片呈现绿色的原因是什么?提示 光能的捕获不同颜色的藻类吸收不同波长的光 提示 植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少,
5、绿光被反射出来。3.(必修1 P98“实验拓展”)分离叶绿体中的色素,也可用下图所示的方法:即在圆心处滴加适量滤液,待干燥后再滴加适量层析液进行层析,结果会出现4个不同颜色的同心圆,则依次对应哪种色素及颜色?提示 胡萝卜素(橙黄色),叶黄素(黄色),叶绿素a(蓝绿色),叶绿素b(黄绿色)。二、光合作用的过程二、光合作用的过程1.光合作用的探究历程(按时间顺序排列) 阳光照射化学能 使叶片中的营养物质消耗掉,增强了实验的说服力 光合作用的产物有淀粉,还证明光是进行光合作用的必要条件叶绿体氧气光照好氧细菌聚集的部位同位素光合作用释放的氧气二氧化碳标记提醒 恩格尔曼在选材及实验设计上的四大巧妙处:实
6、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,用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。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,相当于一组对比实验。临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果,等等。2.光合作用的过程 光、色素、酶类囊体薄膜ATP中活跃的化学能酶、H、ATP叶绿体基质有机物中稳定的化学能助学巧记 (1)光合作用过程的“一、二、三、四” (2)光合作用C、H、O的转移途径 3.光合作用和化能合成作用的比较 光能氧化无机物释放的能量硝化细菌将CO2和H2O等无机物合成有机物 旁栏边角(必修1 P104“正文内容”)叶绿体
7、中C3的分子数量为什么多于C5的分子数量?提示 暗反应CO2固定时,每消耗1 分子C5,产生2 分子C3;C3还原时,每还原2 分子C3产生1 分子C5,因此当暗反应速率达到稳定时,C3的分子数量多于C5的分子数量。易错辨析(1)(2021湖南,7B)在暗反应阶段,CO2不能直接被还原。()(2)(2021广东,12B)在高等植物光合作用的卡尔文循环中,唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco,激活Rubisco需要黑暗条件。()(3)(2017全国,2B)叶肉细胞中光合作用的暗反应发生在叶绿体基质中。() 暗反应在有光和无光条件下都可以进行,故参与暗反应的酶Rubisco的激活对光
8、无要求。 (4)红光照射时,胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a。()(5)高等植物光合作用中光反应只发生在生物膜上。()(6)大气中的碳主要在叶绿体基质部位被固定,进入生物群落。()(7)水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量。()胡萝卜素不吸收红光。 叶绿体中水的光解不需ATP供能。 长句应答O2产生量是衡量光合作用强度的重要指标,我们观测到的光合作用O2产生量是植物光合作用实际产生的总O2量吗?为什么?提示 不是。由于植物进行光合作用的同时还会进行细胞呼吸,故我们测定的O2产生量,实际是光合作用O2释放量,它与植物光合作用实际产生的总O2量不同。三、光合作用的影响因素及应用三、光合作用
9、的影响因素及应用1.光合作用强度植物的数量。 2.影响光合作用的内部因素(1)植物自身的遗传特性(如植物品种不同),以阴生植物、阳生植物为例,如图所示。在单位时间内通过光合作用制造糖类(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 增大(3)叶面积指数 3.影响光合作用的外部因素(1)单因子变量对光合作用影响的曲线分析光照强度ATP及HCO2浓度 温度 酶的活性水分或矿质元素影响气孔的开闭超过一定浓度后,植物会因土壤溶液浓度过高而渗透失水,出现萎蔫,即“烧苗”现象(2)多因子对光合速率的影响 提高旁栏边角1.(必修1 P104“探究”改编)土壤板结,光合速率下降的原因是 。 2.(必修1 P104“探究
10、”改编)北方夏季中午时,光照强度很强,植物出现“午休”现象的原因是 。 提示 土壤板结,导致土壤中缺氧,根细胞进行无氧呼吸,产生的ATP减少,供给根细胞用于矿质元素吸收的能量减少,光合色素的合成和酶数量减少,光合作用减弱提示 光照强度过强,温度升高,导致部分气孔关闭,细胞CO2供应不足,光合作用减弱易错辨析(1)2020山东,21(4)干旱条件下,很多植物光合速率降低,主要原因是水为光合作用的原料,是生化反应的介质。()(2)(2017全国,30节选)已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的,则甲种植物净光合速率为0时,乙种植物净光合速率大于0。()主要原因是叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收
11、量减少。 (3)叶色变异是由体细胞突变引起的芽变现象。红叶杨由绿叶杨芽变后选育形成,其叶绿体基粒类囊体减少,光合速率减小,液泡中花青素含量增加。两种杨树叶光合速率可通过“探究光照强弱对光合作用强度的影响”实验作比较。() 与绿叶杨相比,红叶杨的叶绿体基粒类囊体减少,而叶绿体基粒类囊体薄膜是进行光反应的部位,因此,两种杨树叶光合速率可通过“探究光照强弱对光合作用强度的影响”实验作比较。(4)在探究光照强度对光合作用强度的影响中,增加光照强度或温度,都能明显缩短小圆形叶片上浮至液面所用的时间。()(5)探究光照强度对光合作用强度影响的实验中使用的小圆形叶片应先排出里面的气体。()(6)为确保溶液中
12、CO2含量充足,小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。()在适宜光照强度及温度下,小圆形叶片上浮时间会缩短,但超过最适温度或光照强度后,光合作用效率不会再提高,温度过高时反而光合作用效率会下降。 长句应答1.在温室大棚中,如何提高绿色植物光合作用强度?2.在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些益处? (至少说出两点)提示 可以利用温室大棚控制光照强度、 温度的方式,如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等,提高绿色植物光合作用强度。提示 有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解成各种矿质元素,增加了土壤的肥力,另外还释放出热量和CO2,增加了大棚内的温度和CO2浓度,有利于光合作用。增素能增素能 精准突破精准
13、突破主题一主题二主题三能力解读主题一主题一 捕获光能的色素及结构捕获光能的色素及结构 主题一主题二主题三命题解读主题一主题二主题三角度一、围绕叶绿体结构及色素功能等考查生角度一、围绕叶绿体结构及色素功能等考查生命观念命观念考向探究考向1色素分布及功能1.下列关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是()A. H2O在光下被分解为H和O2的过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收C.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的主题一主题二主题三答案 C解析 H2O的光解发生在类囊体薄膜上,因为类
14、囊体薄膜上含有与光反应有关的酶和色素,A项正确;镁作为细胞中的无机盐,能以离子状态由植物的根从土壤中吸收,进而参与叶绿素的合成,B项正确;一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光,不包括红外光和紫外光,C项错误;叶绿素的合成需要光,黑暗中生长的植物幼苗,因没有光照而导致叶绿素合成受阻,使类胡萝卜素的颜色显现出来,因而叶片呈黄色,D项正确。主题一主题二主题三考向2色素吸收光谱及功能判定2.(2017全国)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是()A.类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其
15、对不同波长光的吸收值来绘制C.光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示D.叶片在640660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的主题一主题二主题三答案 A解析 类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素,主要吸收蓝紫光,基本不吸收红光,A项错误。各种色素的吸收光谱可以通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制,B项正确。光合作用的作用光谱可用光合作用的强度随光波长的变化来表示,通常用O2的释放速率或CO2的吸收速率来表示光合作用强度,C项正确。波长为640660 nm的光为红光,叶绿素对其吸收量较大,在此波长光下释放O2是由于叶绿素参与了光合作用,D项正确。主题一主题二主题三3
16、.高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下,叶绿素a和叶绿素 b之间可以相互转化,这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现,在适当遮光条件下,叶绿素a/叶绿素b的值会降低,以适应环境。下图是两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述,正确的是()A.图中和主要分布在叶绿体的内膜上B.利用纸层析法分离色素时,应位于滤纸条的最下端C.植物叶片呈现绿色是由于主要吸收绿光D.弱光下的相对含量增高有利于植物对弱光的利用主题一主题二主题三答案 D解析 图中叶绿素b、叶绿素a主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上,A项错误;利用纸层析法分离色素时,叶绿素b应位于滤纸条的最下端,B项错误;植物叶片呈现绿色是由于吸收
17、绿光最少,透射光下呈绿色,C项错误;在适当遮光条件下,叶绿素a/叶绿素b的值会降低,以适应环境,可知弱光下叶绿素b的相对含量增高有利于植物对弱光的利用,D项正确。主题一主题二主题三考向3叶绿体结构、功能微观分析4.如图所示,图甲为叶绿体结构模式图,图乙是图甲的部分结构放大图,下列相关叙述正确的是()A.所示物质中含有镁元素B.图乙所示的结构来自图甲中的C.图中ATP的能量来自物质氧化分解D.中含有四种色素,四种色素比例决定了叶的颜色主题一主题二主题三答案 A解析 为光合色素,而叶绿素分子中含镁元素,A项正确;图乙可进行光反应,应为甲中(类囊体薄膜),B项错误;由图乙可知,图中ATP的能量来自光
18、能,C项错误;色素存在于上而不存在于(叶绿体基质)中,D项错误。主题一主题二主题三方法突破1.影响叶绿素合成的三大因素主题一主题二主题三2.色素与叶片的颜色 主题一主题二主题三角度二、围绕叶绿体中色素的提取、分离考查角度二、围绕叶绿体中色素的提取、分离考查科学探究能力科学探究能力考向探究考向1实验过程1.(2020江苏)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验,下列叙述错误的是()A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏C.研磨时添加石英砂有助于色素提取D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散主题一主题二主题三答案 B解析 色素易溶于有机溶剂,故
19、用无水乙醇作为溶剂来提取,故A项正确。研磨时加入CaCO3而非CaO,故B项错。研磨时加入石英砂,有助于研磨充分,有助于色素的提取,故C项正确。为了得到整齐的色素带,滤液细线尽量细、齐,故D项正确。主题一主题二主题三考向2对实验现象的解释2.提取叶片中的光合色素,进行纸层析分离,下列对该实验中各种现象的解释,正确的是()A.未见色素带,说明材料可能为黄化叶片B.色素始终在滤纸上,是因为色素不溶于层析液C.提取液呈绿色是由于该叶片含叶绿素a和叶绿素b较多D.胡萝卜素处于滤纸条最上方,是因为其在提取液中的溶解度最高主题一主题二主题三答案 C解析 未见色素带,其原因是操作失误,若选用黄化叶片,如果操
20、作正确也会观察到两条色素带,A项错误;叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇、 层析液等有机溶剂中,B项错误;由于叶绿素含量比类胡萝卜素多且叶绿素呈现绿色,所以提取液呈绿色,C项正确;叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快,如胡萝卜素在层析液中扩散得最快,是因为其在层析液中的溶解度最高,D项错误。主题一主题二主题三考向3实验结果分析3.在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时,甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“+”表示使用,“-”表示未使用),其余操作均正常,他们所得的实验结果依次应为()试剂甲乙丙丁无水乙醇-+CaCO3+-+SiO2+-A
21、. B. C.D.答案 B 主题一主题二主题三方法突破绿叶中色素的提取与分离实验异常现象分析主题一主题二主题三主题一主题二主题三能力解读主题二主题二 光合作用的原理和过程光合作用的原理和过程主题一主题二主题三命题解读主题一主题二主题三考向探究考向1光合作用探究历程1.经过许多科学家的实验,才逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物。下列关于几个著名实验的叙述正确的是()A.恩格尔曼实验中,利用好氧细菌观察水绵光合作用生成氧气的部位B.鲁宾和卡门的实验中,用18O标记C18O2,证明了光合作用释放的氧气来自H2OC.卡尔文用14C标记14CO2,发现光合作用中糖类的14C是从NADPH和三碳化合
22、物转移而来的D.萨克斯的实验中,叶片在暗处放置几个小时的目的是检测叶片中原有五碳化合物的含量主题一主题二主题三答案 A解析 恩格尔曼实验中,利用好氧细菌观察水绵光合作用生成氧气的部位是叶绿体,A项正确;鲁宾和卡门的实验中,设立了两组实验,一组向植物提供 和CO2,另一组向同种植物提供H2O和C18O2,证明了光合作用释放的氧气来自H2O,B项错误;卡尔文用14C标记14CO2,发现光合作用中糖类的14C是从三碳化合物转移而来的,C项错误;萨克斯的实验中,叶片在暗处放置几个小时的目的是消耗掉叶片中的营养物质,D项错误。主题一主题二主题三考向2光合作用过程2.(2021辽宁大连期末联考)下图是绿色
23、植物光合作用过程的图解,下列相关叙述错误的是()A.光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上B.暗反应的物质变化为CO2甲(CH2O)或乙C.突然停止光照,甲的含量减少,乙的含量增多D.光反应是将光能转变成有机物中稳定的化学能主题一主题二主题三答案 C解析 光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上,A项正确;暗反应的物质变化为CO2C3(CH2O)或C5,B项正确;突然停止光照,C3还原受抑制,而CO2固定不受影响,甲的含量增加,乙的含量减少,C项错误;光反应将光能转化为活跃的化学能,暗反应将活跃的化学能转变为有机物中稳定的化学能,D项正确。主题一主题二主题三考向3过程“微观”分析3.(2021湖南)图a为叶
24、绿体的结构示意图,图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题。图a 图b 主题一主题二主题三(1)图b表示图a中的结构,膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H+和e-,光能转化成电能,最终转化为和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低,暗反应速率减慢,叶绿体中电子受体NADP+减少,则图b中电子传递速率会(填“加快”或“减慢”)。 (2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系,研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体,在离体条件下进行实验,用Fecy或DCIP替代NADP+为电子受体,以相对放氧量表示光反应速率,实验结果如表所示。主题一主题二主题三实验
25、项目叶绿体A:双层膜结构完整叶绿体B:双层膜局部受损,类囊体略有损伤叶绿体C:双层膜瓦解,类囊体松散但未断裂叶绿体D:所有膜结构解体破裂成颗粒或片段实验一:以Fecy为电子受体时的放氧量100167.0425.1281.3实验二:以DCIP为电子受体时的放氧量100106.7471.1109.6注:Fecy具有亲水性,DCIP具有亲脂性。 主题一主题二主题三据此分析:叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明,叶绿体双层膜对以(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用,得出该结论的推理过程是 。 该实验中,光反应速率最高的是叶绿体C,表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下,更有利
26、于,从而提高光反应速率。 以DCIP为电子受体进行实验,发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释: 。 主题一主题二主题三答案 (1)类囊体膜NADPH(H)减慢(2)Fecy实验一中叶绿体B双层膜局部受损时,以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时,实验二中叶绿体B双层膜局部受损时,以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异类囊体上的色素吸收光能、转化光能ATP的合成依赖于水光解的电子传递和H+顺浓度梯度通过类囊体薄膜上的ATP合酶,叶绿体A、B、C、D类囊体薄膜的受损程度依次增大,因此ATP的产生效
27、率逐渐降低主题一主题二主题三考题点睛 主题一主题二主题三考向4光合作用过程中C3、C5、ATP、NADPH等物质含量变化分析4.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,下列说法错误的是()A.突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值及ATP/ADP比值均增大B.倘若在夏季晴朗的白天,植物细胞内C3和C5的相对含量发生了图中所示变化,则改变的环境因素可能是增加了光照强度C.突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5比值减小D.突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增大主题一主题二主题三答案 C解析 突然中断CO
28、2供应会导致CO2的固定速率降低,叶绿体中C5含量增加、C3含量减少,进而使ATP和H含量增多,所以ATP/ADP比值增大,A项正确;增加光照强度,光反应产生的H和ATP增多,被还原的C3增多,生成的C5增多,而CO2被C5固定形成C3的过程不变,故C3的相对含量将减少、C5的相对含量将增加,B项正确;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,C3/C5比值增大,C项错误;突然将绿光改变为红光后光能利用率提高,ATP和H含量增加,ATP/ADP比值增大,D项正确。主题一主题二主题三考向5特殊光合途径分析5.(2021内蒙古包头一模)玉米起源于
29、中美洲,玉米叶片有花环形结构的两层细胞,在进行光合作用时,外层叶肉细胞中的PEP酶催化CO2固定产生四碳化合物(C4),随后C4进入内层的维管束鞘细胞中分解,释放出CO2用于卡尔文循环,具体过程如下图所示。小麦叶片没有花环形结构,光合作用过程只发生在叶肉细胞。科学家研究发现,图中PEP酶对CO2的亲和力远大于Rubisco酶,因而玉米产量比小麦产量要高很多,结合材料和图示回答下列问题。主题一主题二主题三(1)玉米叶肉细胞中的叶绿体进行光反应可将光能转化为,同时分解产生O2,这一过程发生在(填场所)。 (2)在玉米维管束鞘细胞的叶绿体中,CO2通过卡尔文循环合成糖,其主要步骤是:CO2在Rubi
30、sco酶的催化下与C5结合产生C3,继而消耗将C3还原成糖。 (3)通过玉米和小麦两种植物结构的对比可知,若在夏季晴朗的白天中午,玉米植株光合作用(填“会”或“不会”)明显减弱,判断的理由是 。 主题一主题二主题三答案 (1)ATP中活跃的化学能H2O类囊体薄膜(2)ATP和H(3)不会由于PEP酶对CO2的亲和力远大于Rubisco酶,故虽然气孔关闭导致CO2浓度降低,但是对玉米叶肉细胞中CO2的固定影响不明显解析 (1)玉米叶肉细胞中的叶绿体进行光反应可将光能转化为ATP中的化学能,同时分解水产生O2,该过程发生于叶绿体的类囊体薄膜上。(2)CO2在Rubisco酶的催化下与C5结合产生C
31、3,继而消耗光反应产生的ATP和H,从而将C3还原成糖。(3)由题干、题图信息可知,玉米在进行光合作用时,外层叶肉细胞中的PEP酶催化CO2固定产生四碳化合物(C4),随后C4进入内层的维管束鞘细胞中分解,再释放出CO2用于卡尔文循环。而PEP酶对CO2的亲和力远大于Rubisco酶,故在夏季晴朗的白天中午,高温导致部分气孔关闭,CO2进入量减少时,对玉米叶肉细胞中CO2的固定影响不明显。主题一主题二主题三方法突破1.光反应和暗反应主题一主题二主题三主题一主题二主题三2.环境改变时光合作用各物质含量的变化(1)“过程法”主题一主题二主题三主题一主题二主题三(2)“模型法”四类模型主题一主题二主
32、题三三条规律 主题一主题二主题三能力解读主题三主题三 光合作用的影响因素及应用光合作用的影响因素及应用主题一主题二主题三命题解读主题一主题二主题三考向探究考向1单因素影响1.如图表示在一定的光照强度和温度下,植物光合作用增长速率随CO2浓度变化的情况,下列有关说法错误的是()A.与D点相比,C点时细胞内H的含量较高B.与A点相比,B点时细胞内的C5含量较低C.图中C点时光合作用速率达到最大值D.图中D以后限制光合速率的主要环境因素是光照强度或温度主题一主题二主题三答案 C解析 由C点到D点光合作用增长速率一直大于0,说明D点光合作用速率大于C点,因此与D点相比,C点时细胞内CO2含量少,CO2
33、固定产生的C3少,消耗的H少,故C点时细胞内H的含量较高,A项正确;B点的光合作用增长速率和光合作用速率均大于A点,CO2固定消耗的C5多,故B点时细胞内的C5含量较低,B项正确;O点至D点期间光合作用增长速率一直大于0,D点时光合作用增长速率为0,说明D点光合作用速率最大,C项错误;D点光合作用速率最大,光合作用速率不再随CO2浓度增大而增大,说明D点以后限制光合速率的主要环境因素是光照强度或温度,D项正确。主题一主题二主题三考向2多因素影响2.(2014全国)某植物净光合速率的变化趋势如图所示。据图回答下列问题。(1)当CO2浓度为A时,高光强下该植物的净光合速率为。CO2浓度在AB之间时
34、,曲线表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。 (2)CO2浓度大于C时,曲线b和c所表示的净光合速率不再增加,限制其增加的环境因素是。 (3)当环境中CO2浓度小于A时,在图示的3种光强下,该植物呼吸作用产生的CO2量(填“大于”“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。 (4)据图可推测,在温室中,若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量,还应该同时考虑这一因素的影响,并采取相应措施。 0a、b、c光强大于光强主题一主题二主题三考题点睛 主题一主题二主题三3.下图表示光照强度、CO2浓度和温度对植物光合速率的影响。根据图形分析,下列有关说法错误的是()A.CO2浓度直接影响光合
35、作用C3的生成速率B.在OA区间限制光合速率的环境因素主要是光照强度C.在BC区间限制组实验光合速率的环境因素一定有光照强度、温度D.图中所示温度一定是t1大于t2主题一主题二主题三答案 D解析 分析题图,该实验的自变量是光照强度、温度和CO2浓度,因变量是光合速率。光合作用过程中,CO2与C5结合生成C3 ,故CO2浓度直接影响光合作用中C3的生成速率,A项正确;图中在OA区间,曲线处于上升阶段,限制图示三组实验光合速率的环境因素主要是光照强度,B项正确;光照强度在BC区间时,组还没有达到光饱和点,且组与组相比,除温度不同外其他条件相同,而组光合速率低于组,此时限制组实验光合速率的环境因素一
36、定有光照强度、温度,C项正确;温度可通过影响光合作用相关酶的活性来影响光合速率,图中曲线与对应的CO2浓度相同、温度不同,光合速率不同,据此无法判断t1和t2的大小,D项错误。主题一主题二主题三考向3影响因素实验探究4.某植物的叶片如图一所示,实验前放在黑暗中两天后,再根据图二所示,处理其中一块叶片。然后将整株植物置于阳光下4 h,取该叶片经酒精脱色处理后,滴加碘液(棕黄色)显色,其中X和Y是原叶片的绿色部分,有关该实验结果和现象的描述不正确的是()A.显色后X为蓝色,W为棕黄色B.显色后Y为棕黄色C.X和Y两部分对照实验能证明光合作用需要CO2D.W和Y两部分对照实验能证明光合作用需要叶绿素
37、主题一主题二主题三答案 D解析 据实验装置可知,只有X部分条件充分且适宜,能进行光合作用,遇到碘呈蓝色,其他部分都是棕黄色,A、B两项正确;X和Y两部分对照实验,因NaOH溶液吸收CO2,使Y部分缺少CO2,则能证明光合作用需要CO2,C项正确;W和X两部分对照实验,W部分为白色,缺少叶绿素,不能吸收和转化光能,能证明光合作用需要叶绿素,D项错误。主题一主题二主题三考向4影响因素及其实践应用综合5.一般认为,草莓比较耐阴,生长在光照强度较弱的温室大棚里可能更加适宜。以丰香草莓为材料,研究了遮阴处理对草莓叶片光合作用的影响,旨在为草莓栽培提供理论依据。材料用具:2叶期草莓幼苗,遮阳网(网内光强为
38、自然光强的1/3左右),光合分析测定仪等。(1)实验步骤:选取若干生长状况相似的丰香草莓幼苗随机均分为对照组和实验组,实验组用进行处理,在相同且适宜条件下培养至植株长出6张叶片左右,测定两种环境下各项指标如下表:主题一主题二主题三遮阴对丰香草莓叶片光合色素含量的影响(单位:mg/g) 处理叶绿素a叶绿素b类胡萝卜素对照0.450.130.32遮阴0.520.170.38图1遮阴对丰香草莓光合速率的影响 图2遮阴对丰香草莓固定CO2的效率和CO2补偿点的影响 主题一主题二主题三(2)表中数据显示,遮阴提高草莓叶片的,进而提高草莓适应弱光的能力。 (3)图1中,对照组草莓净光合速率曲线呈现“双峰”
39、型的原因是。遮阴组实验时间段内光合积累总量显著对照组,推测遮阴可能影响反应,并据此继续进行实验得到图2的结果。 (4)由图2可知实验处理显著提高其CO2补偿点,固定CO2的效率,可能的原因是遮阴使叶片温度降低,导致。 (5)综上所述,1/3左右的自然光强提高了草莓叶片利用光的能力,但CO2的利用率下降。欲进一步研究本课题,可改变进行研究。 主题一主题二主题三答案 (1)遮阳网(2)光合色素含量(3)中午气孔关闭,CO2吸收减少低于暗(4)降低催化CO2固定的相关酶活性降低(5)遮阴比例主题一主题二主题三解析 (1)依据实验目的探究遮阴处理对草莓叶片光合速率的影响,实验变量应为是否给予遮阴处理,
40、故实验组应给予“遮阳网”处理。(2)由表格数据分析可知,与对照组相比,实验组中各种色素含量均有所提升,故而可提高弱光适应能力。(3)图1中对照组草莓净光合速率曲线在中午11:00附近出现光合午休现象,其成因是气孔关闭,CO2吸收减少,从而制约了暗反应。遮阴组实验时间段内光合积累总量显著低于对照组,可能是暗反应受到影响。(4)由图2可知,与对照组相比,实验组CO2补偿点显著提高,推测其固定CO2的效率有所降低,其可能原因是遮阴使叶片温度降低,导致相关酶活性降低。(5)因为1/3左右的自然光强提高了草莓叶片利用光的能力,但CO2的利用率下降,所以进一步的课题应为探究在多大比例的自然光强时,草莓叶片
41、的光合作用最强,可改变遮阴比例进行研究。主题一主题二主题三方法突破1.影响光合作用的外部因素归纳主题一主题二主题三主题一主题二主题三2.提高农作物产量的四大“农耕措施”原理分析 悟考情悟考情 演练真题演练真题1.(2021广东)在高等植物光合作用的卡尔文循环中,唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco,下列叙述正确的是()A.Rubisco存在于细胞质基质中B.激活Rubisco需要黑暗条件C.Rubisco催化CO2固定需要ATPD.Rubisco催化C5和CO2结合答案 D解析 CO2的固定属于暗反应阶段,场所是叶绿体基质,A项错误。CO2的固定过程在有光和无光条件下都能进行,但
42、Rubisco需要光激活,B项错误。CO2的固定过程需要酶的参与,不消耗ATP,C项错误。由题干信息可知,催化CO2固定形成C3的酶是Rubisco,D项正确。2.(2021湖南)绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是()A.弱光条件下植物没有O2的释放,说明未进行光合作用B.在暗反应阶段,CO2不能直接被还原C.在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗,叶片的光合速率会暂时下降D.合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度答案 A解析 弱光条件下植物没有O2的释放,有可能是光合作用强度小于或等于细胞呼吸强度,光合作用产生的O2被细胞呼吸消耗完,此时植物虽然进
43、行了光合作用,但是没有O2的释放,A项错误;CO2性质不活泼,在暗反应阶段,一个CO2分子被一个C5分子固定以后,很快形成两个C3分子,在有关酶的催化作用下,C3接受ATP释放的能量并且被H还原,因此CO2不能直接被还原,B项正确;在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗,光合作用产物输出受阻,叶片的光合速率会暂时下降,C项正确;合理密植可以充分利用光照,增施有机肥可以为植物提供矿质元素和CO2,这些措施均能提高农作物的光合作用强度,D项正确。3.(2021广东)与野生型拟南芥WT相比,突变体t1和t2在正常光照条件下,叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图a,示意图),造成叶绿体相对受光面积的不同(图
44、b),进而引起光合速率差异,但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下,下列叙述错误的是()a bA.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大答案 D解析 由题图可知,t1的叶绿体相对受光面积大于t2,因此,t1在较低的光照强度下就能达到光补偿点和光饱和点,A、B两项正确。由题干“叶绿素含量及其他性状基本一致”可知,叶绿素的含量与三者光合速率的高低无关,C项正确。由题图可知,三者光合
45、速率的差异是由叶绿体在细胞中的分布及位置不同引起的,与光照强度无关,D项错误。4.(2020全国)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,达到增加产量等目的。回答下列问题。(1)中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施,该栽培措施对作物的作用有(答出2点即可)。 (2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是(答出1点即可)。 (3)农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有四种作物,在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利
46、用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是,选择这两种作物的理由是 。 作物ABCD株高/cm1706559165光饱和点/(molm-2s-1)1 2001 180560623答案 (1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争;增加土壤中的氧气含量,促进根系的呼吸作用(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收(3)A和C作物A光饱和点高且长得高,可利用上层光照进行光合作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用解析 (1)中耕能够除去杂草,减少杂草与农作物对水分、矿质元素和光的竞争;可以增加土壤中的氧气含量,促进根系的呼吸作用,进而促进根对矿质元素的吸
47、收;促进土壤微生物对腐殖质的分解,加速物质的循环利用。(2)浇水可以降低土壤溶液的浓度,防止植物因过度失水而死亡;肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收。(3)不同株高的农作物间作可避免相互遮挡,且植株高的农作物接受的光照多,光饱和点应较高,植株矮的农作物接受的光照少,光饱和点应较低。结合表中信息可知,A和C符合条件。5.(2020山东)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如下图所示,其中甲、乙表示物质,模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是,模块3中的甲可与CO2结合,甲为。 (2)若正常运转过程中气泵
48、突然停转,则短时间内乙的含量将(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长,模块2中的能量转换效率也会发生改变,原因是。 (3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量(填“高于”“低于”或“等于”)植物,原因是。 (4)干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低,在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。 答案 (1)模块1和模块2五碳化合物(或C5)(2)减少模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足(3)高于人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(4)叶片气孔开放程度降低,CO2的吸收量减少解析 (1)分析图示可知,模
49、块1为将光能转化为电能的过程,模拟的是色素吸收光能的过程,模块2模拟的是水分子氧化产生氧分子和氢离子,并合成ATP的过程,因此模块1和模块2模拟的是光反应过程。模块3模拟的是暗反应过程。(2)模块3模拟暗反应过程,气泵泵入的是CO2,其中甲表示C5,乙表示C3,若正常运转过程中气泵突然停转,则输入暗反应系统中的CO2浓度下降,CO2固定减少,则C3的含量会减少,若气泵停转的时间较长,则暗反应过程为光反应提供的ADP、Pi和NADP+不足,会导致模块2中的能量转换效率下降。(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量与植物的总光合作用量相等,由于该系统未模拟细胞呼吸,不会
50、通过呼吸作用消耗糖类,而植物会进行呼吸作用消耗糖类,因此该系统积累的糖类多于植物。(4)干旱条件下,植物的光合作用速率降低的主要原因是干旱导致植物的蒸腾作用加强,植物为了防止水分散失会关闭气孔,叶片气孔开放程度降低,CO2吸收量减少。研专项研专项 前沿命题前沿命题光合作用特殊途径及分析应用光合作用特殊途径及分析应用把握方法1.C4植物光合作用途径的特殊性(1)C3植物(如小麦)光合作用图解全过程发生于叶绿体中(2)C4植物(如玉米)的光合作用特点:在C4植物中有C4途径也有C3途径,C4途径发生在叶肉细胞的叶绿体中,C3途径发生在维管束鞘细胞的叶绿体中。C4途径起到传递、集中CO2作用,将外界
