202X版高考生物一轮复习第三单元第10讲光合作用课件

1、第第1010讲讲 光合作用光合作用考点一光合作用的发现过程及光合色素与光能的捕获考点二光合作用的过程总总纲纲目目录录高考再现考点三环境因素对光合作用的影响及其在生产中的应用考点四提取和分离叶绿体中的光合色素(实验)考点一光合作用的发现过程及光合色素与光能的捕获考点一光合作用的发现过程及光合色素与光能的捕获一、光合作用的发现过程一、光合作用的发现过程年代和科学家实验设计思路及现象结论17世纪中叶,比利时范海尔蒙特第一次尝试用定量的方法研究植物的营养来源植物生长所需的养料主要来自水,而不是土壤年代和科学家实验设计思路及现象结论1771年,英国普利斯特莱点燃的蜡烛与绿色植物放在密闭玻璃罩内,现象是蜡

2、烛不容易熄灭;小鼠与绿色植物放在密闭的玻璃罩内,现象是小鼠不容易窒息死亡植物生长吸收CO2,同时释放O21779年,荷兰扬英根豪斯把带叶枝条放入水里,发现叶在阳光下产生O2,在黑暗处不产生O2植物需要阳光才能制造出O2181822218222HO ,OHC O ,OOC O、释放、释放年代和科学家实验设计思路及现象结论1864年,德国萨克斯把绿色叶片放在暗处几小时,目的是消耗掉绿叶内原有的淀粉,然后一半曝光,另一半遮光。一段时间后,用碘蒸气处理叶片,发现曝光的一半呈蓝色,遮光的一半则没有颜色变化证明光合作用产物除了O2外还有淀粉1940年,美国鲁宾和卡门实验方法是同位素标记法向植物提供光合作用

3、释放的O2、糖类中的氢都来自水年代和科学家实验设计思路及现象结论1948年,美国卡尔文用14C标记CO2追踪光合作用过程中碳元素的行踪,发现CO2被用于合成糖类等有机物CO2中的碳在光合作用中的转移途径是14CO214C3(14CH2O)二、光合色素与光能的捕获二、光合色素与光能的捕获(一一)植物叶片吸收的光谱植物叶片吸收的光谱白色的可见光在通过三棱镜时会形成7种颜色的连续光谱,而照射植物叶片却呈现绿色;植物叶片中含有多种光合色素,光合色素吸收光的能力很强,除了部分橙光、黄光和大部分绿光被反射外,其他波长的光如蓝紫光和红光基本上都能被光合色素所吸收。(二二)色素的种类和吸收光谱色素的种类和吸收

4、光谱1.色素的种类和吸收光谱色素种类颜色主要吸收光谱滤纸条位置叶绿素(约占3/4)叶绿素a蓝绿色红光、蓝紫光中下层叶绿素b黄绿色最下层类胡萝卜素(约占1/4)胡萝卜素橙黄色蓝紫光最上层叶黄素黄色中上层2.色素的功能吸收、传递和转换光能。三、捕获光能的结构三、捕获光能的结构叶绿体叶绿体1.结构结构:2.功能功能:进行光合作用的主要场所。3.恩吉尔曼的实验恩吉尔曼的实验:好氧细菌只分布于叶绿体被光束照射的部位周围。1.普利斯特莱的实验证明了植物可以更新空气。()2.萨克斯的实验证明了光合作用的产物除氧气外还有淀粉。()3.1940年,美国人鲁宾和卡门用14C标记CO2,追踪光合作用中碳元素的行踪,

5、历经10年,终于发现CO2被用于合成糖类等有机物。( )4.恩吉尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量。( )5.恩吉尔曼的实验表明,叶绿体中的光合色素能有效地吸收和利用红光和蓝光。()6.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。( )7.植物叶片呈现绿色的原因之一是光合色素能有效地吸收绿光。( )8.在叶绿体的类囊体薄膜上,有进行光合作用所需的色素和酶。 ()如图是光合作用探究历程中恩吉尔曼和萨克斯的实验示意图,请分析回答:(1)恩吉尔曼实验在实验材料的选取上的巧妙之处是。(2)恩吉尔曼实验在没有空气的黑暗环境中进行可以排除和的干扰。(3)萨克斯实验中进行“黑暗”处理的

6、目的是。(4)萨克斯实验中在染色前通常用酒精对叶片进行脱色处理,目的是防止叶片中具有的颜色对实验结果的干扰。(5)恩吉尔曼的实验中,、形成对照;萨克斯的实验中,暗处理的叶片、形成对照。答案答案(1)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)氧气光照(3)消耗掉叶片中原有的淀粉,防止对实验结果造成干扰。(4)色素(5)照光处理与不照光黑暗与完全曝光一半曝光一半遮光解析解析(1)水绵的叶绿体大,且呈带状螺旋式排列,便于观察,好氧细菌需要氧气,通过观察好氧细菌聚集情况,可以确定释放氧气多的部位。(2)没有空气的黑暗环境可以排除氧气和光照的影响。

7、(3)萨克斯实验中进行“黑暗”处理的目的是消耗掉叶片中原有的淀粉,防止对实验结果造成干扰。(4)叶绿体中色素具有颜色,会对实验的观察造成干扰。(5)恩吉尔曼的实验中,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。考向一光合作用探究历程的相关实验分析考向一光合作用探究历程的相关实验分析1.(2018江苏苏州质量调研)下列有关光合作用探究历程的叙述,正确的是(D)A.英根豪斯认为密闭玻璃罩中蜡烛熄灭的根本原因是缺乏足够的氧气B.萨克斯的实验中叶片曝光的一半变蓝,说明叶绿体在光下产生了淀粉C.鲁宾和卡门只用18O标记H2O,证明了光合作用释放的氧气都

8、来自水D.恩吉尔曼的水绵实验利用了好氧细菌的生理特点作为因变量观测指标解析解析英根豪斯认为植物体只有绿叶才能更新污浊的空气,A错误;萨克斯将暗处理的叶片一半曝光、一半遮光,一段时间后用碘蒸汽处理,发现曝光的一半呈深蓝色,遮光的一半没有颜色变化,证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉,B错误;鲁宾和卡门用18O分别标记CO2和H2O,进行了两组实验,一组向植物提供C18O2和H2O,另一组向同种植物提供CO2和O,分析两组植物释放的O2,证明了光合作用释放的氧气都来自水,C错误;恩吉尔曼将载有水绵和好氧细菌的临时装片放在黑暗、无空气的环境中,用极细光束照射水绵,发现细菌只向叶绿体被光束照182H射

9、的部位集中,如果临时装片暴露在光下,细菌则分布在叶绿体所有受光部位,证明了O2是由叶绿体释放出来的,叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所,可见,恩吉尔曼的水绵实验利用了好氧细菌的生理特点作为因变量观测指标,D正确。2.在光合作用的探究历程中,德国科学家梅耶根据能量转化和守恒定律,曾提出了植物在进行光合作用时发生能量转化的假说。以下科学实验能证明这一假说的是(C)A.英根豪斯证明植物在光照条件下可以改变空气成分的实验B.恩吉尔曼证明光合作用的有效光是红橙光和蓝紫光的实验C.萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用可以产生淀粉的实验D.鲁宾和卡门证明光合作用产生的氧气来自水的实验解析解析萨克斯证明绿叶在光下

10、进行光合作用的产物除氧气外还有淀粉,即光能转化为储存在淀粉等有机物中的化学能,因此该实验能证明“植物在进行光合作用时发生能量转化”的假说。考向二捕获光能的色素和结构考向二捕获光能的色素和结构3.将可见光通过三棱镜后照射到绿色植物叶片的某种色素提取液上,可获得该吸收光谱(图中的数字表示光的波长,单位为nm,暗带表示溶液吸收该波长的光后形成的光谱)。则该色素是(D)A.类胡萝卜素B.叶黄素C.胡萝卜素D.叶绿素a解析解析叶绿体中的色素包括叶绿素和类胡萝卜素。其中,叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b,主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素,主要吸收蓝紫光。从图中可以看出,该色素主要吸收红光和

11、蓝紫光,所以该色素为叶绿素。4.如图是在电子显微镜下观察到的高等植物叶绿体结构模式图,下列有关叙述错误的是(D) A.和均为选择透过性膜B.上分布有与光反应有关的色素和酶C.在上形成的产物H和ATP进入中为暗反应提供物质和能量D.中进行的反应消耗ADP解析解析所示结构分别是叶绿体外膜和内膜,都是选择透过性膜,A正确;图中表示基粒,基粒是光合作用光反应的场所,因此在基粒的类囊体薄膜上分布有与光反应有关的色素和酶,B正确;光反应发生在叶绿体基粒上,暗反应发生在叶绿体基质中,并且光反应为暗反应提供了H和ATP,C正确;表示叶绿体基质,在其上进行的暗反应需要消耗ATP,D错误。影响叶绿素合成的主要因素

12、影响叶绿素合成的主要因素(1)光照: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,因而叶片发黄。(2)温度:通过影响与叶绿素合成有关酶的活性,进而影响叶绿素的合成。(3)必需元素:叶绿素中含N、Mg等必需元素,它们有的是叶绿素的组成元素,有的是有关酶的活化剂,缺乏N、Mg等将导致叶绿素无法合成,叶片变黄。(4)水:缺水不但影响叶绿素的合成,还会促进叶绿素的分解。归纳拓展归纳拓展考点二光合作用的过程考点二光合作用的过程一、光合作用的概念一、光合作用的概念绿色植物通过叶绿体吸收光能,将CO2和H2O合成为有机物并释放出O2,同时也将光能转化为化学能储存在有机物中,这一过程称为光合作用

13、。二、光合作用的过程二、光合作用的过程1.总反应式总反应式:CO2+H2O(CH2O)+O2。2.过程过程根据反应过程是否需要光能,可以将光合作用中一系列化学反应概括地分为光反应和暗反应两个阶段。(1)图解(2)光反应和暗反应的比较比较项目光反应暗反应区别场所叶绿体的类囊体膜上叶绿体的基质中条件光、色素、酶等有光或无光、多种酶物质变化a.水的光解:2H2O 4H+O2b.ATP的生成: ADP+Pi+能量 ATPc.CO2的固定:CO2+ C5 2C3d.C3的还原:2C3 (CH2O)+C5能量变化光能ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化学能比较项目光反应暗反应联系

14、两者紧密联系,缺一不可。光反应为暗反应提供H和ATP;暗反应为光反应提供ADP和磷酸三、光合作用的意义三、光合作用的意义(1)光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢:制造有机物;将光能转变为化学能,储存在有机物中。(2)维持大气中O2和CO2含量相对稳定。(3)促进生物的进化:无氧呼吸生物有氧呼吸生物;水生生物陆生生物。项目光合作用化能合成作用区别能量来源光能环境中无机物的氧化释放出的能量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四、光合作用和化能合成作用的比较四、光合作用和化能合成作用的比较1.光反应必须在光照条件下才能进行,暗反应必须在黑暗条件下才能进行。(

15、)2.H2O在光下分解为H和O2的过程发生在叶绿体基质中。( )3.光合作用过程中,催化ATP合成的酶分布在叶绿体的类囊体薄膜上。()4.光合作用过程中,色素吸收光能不需要酶的催化。()5.离体的叶绿体基质中添加ATP、H和CO2后,可完成暗反应过程。()6.正常生长的绿藻,照光培养一段时间后,用黑布迅速将培养瓶罩上,其叶绿体内CO2的固定立即停止。( )7.光反应和暗反应总是同时进行,二者是紧密联系、缺一不可的整体。( )8.土壤中的硝化细菌可将CO2和H2O合成为糖类。 ()请分析光合作用的过程图解,回答下列问题:(1)图中的甲表示阶段,发生在叶绿体的上。(2)乙表示阶段,发生在叶绿体的中

16、,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。答案答案(1)光反应类囊体薄膜(2)暗反应基质卡尔文(3)HCO2(4)不能解析解析(1)甲过程有H2O的参与和O2的生成,故表示光反应阶段,发生场所是叶绿体的类囊体薄膜上。(2)乙过程有(CH2O)和H2O的生成,故表示暗反应阶段,发生场所是叶绿体的基质中,美国科学家卡尔文等用小球藻做实验:用14C标记的14CO2,供小球藻进行光合作用,然后追踪检测其放射性,最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径,这一途径称为卡尔文循环。(3)图中的物质a是光反应产生的

17、H,作为暗反应还原C3的还原剂,物质c是参与暗反应的CO2。(4)光反应过程产生的ATP,只能用于暗反应为C3的还原提供能量,不能运出所在的细胞器,用于其他生命活动。1.光合速率光合速率(1)光合速率的表示方法:通常以单位时间内CO2等原料的消耗量或O2等产物的生成量表示。(2)真正(总)光合速率与表观(净)光合速率真正(总)光合速率即实际光合速率,常用单位时间内植物O2产生量、CO2固定量或有机物的合成量表示。表观光合速率即净光合速率,常用单位时间内植物O2释放量、CO2吸收量或有机物的积累量表示。(3)表观光合速率与真正光合速率的关系真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率。如上图:在不考虑光

18、照强度对呼吸速率影响的情况下,OA段表示植物呼吸速率,曲线上某点对应的纵坐标为表观光合速率,最大真正光合速率为OA+OD。知能拓展知能拓展植物在光下实际合成有机物的速率为实际(总/真正)光合速率;光照下测定的CO2吸收速率(或O2释放速率)则为净(表观)光合速率。当净(表观)光合速率0时,植物积累有机物而生长;当净光合速率=0时,植物不能积累有机物;当净光合速率0时,长时间处于此种状态,植物将死亡。在有光条件下,植物同时进行光合作用和细胞呼吸,实验容器中O2增加量、CO2减少量或有机物的增加量用于表示表观光合速率,而植物真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率。呼吸速率:将植物置于黑暗中,单位时间

19、内实验容器中CO2增加量、O2减少量或有机物减少量,表示细胞呼吸速率。2.光合速率的测定方法光合速率的测定方法(1)以气体体积变化量为测量指标测定方法光合速率可用如图所示装置进行测定,NaHCO3溶液可以维持容器内CO2浓度稳定,小液滴的移动量表示植物光合作用释放氧气量(净光合量)。物理实验误差的校正为了防止气压、温度等非光合作用因素所引起的误差,应设置对照实验,将所测的生物材料灭活(如死的幼苗),其他条件均不变。利用装置进行光合速率的测定,测出的直接结果是净光合速率,要得到真正的光合速率,还需要在黑暗环境中测出其呼吸速率,二者相加即为真正光合速率。(2)以有机物变化量为测量指标半叶法如右图,

20、可在同一片叶主脉两侧对称位置取等大的两部分A、B。若给B照光,A取下并放置在与B温度、湿度等条件相同,但无光的环境中保存,一段时间后,与取下的B同时烘干、称重,二者重量差值与时间的比值表示真正光合速率假设最初A、B初始重量为X,实验处理t时间后A、B称重分别为WA、WB,则(X-WA)表示呼吸消耗量,(WB-X)表示净光合量,真正光合量=(WB-X)+(X-WA),真正光合速率=(WB-WA)/t。若先将A取下烘干、称重,B照光一段时间后再取下烘干、称重,则重量差值与时间比值表示净光合速率A、B初始干重相等,故(WB-WA)表示有机物积累量。考向一光合作用的过程考向一光合作用的过程1.如图为高

21、等绿色植物光合作用图解,以下说法正确的是()A.是光合色素,分布在叶绿体和细胞质基质中B.是氧气,可参与有氧呼吸的第三阶段C.是三碳化合物,能被氧化为(CH2O)D.是ATP,在叶绿体基质中生成答案答案 B解析解析叶绿体中的色素分布在叶绿体的类囊体膜上,A错误;分析题图可知,光反应阶段,水分解形成了和还原氢,因此是氧气,B正确;三碳化合物被还原氢还原形成有机物,不是被氧化形成有机物,C错误;是ATP,ATP形成于光反应阶段,场所在叶绿体的类囊体膜上,D错误。2.在光合作用中,RuBP羧化酶能催化CO2+C5(即RuBP)2C3。为测定RuBP羧化酶的活性,某学习小组从菠菜叶中提取该酶,用其催化

22、C5与14CO2的反应,并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是(B)A.菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质B.RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行C.测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法D.单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高解析解析RuBP羧化酶催化上述反应即为二氧化碳的固定,属于暗反应,其场所是叶绿体基质,A正确;暗反应不需要光,有光和无光条件下都可进行,B错误;实验中利用14C标记CO2并检测产物放射性强度,采用同位素标记法,C正确;单位时间内产物生成量可代表化学反应的催化效率, 酶对化学反应的催化效率即可反映酶

23、活性,D正确。(1)H:3H2O3H(C3H2O)。(2)C:14CO214C3(14CH2O)。(3)O:O18O2;C18O2C3(CO)。182H182H根据同位素示踪法判断光合作用过程中C、H、O的转移途径技能提炼技能提炼考向二条件骤变对叶绿体中物质含量的影响考向二条件骤变对叶绿体中物质含量的影响3.在其他条件适宜的情况下,在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照,并在黑暗中立即开始连续取样分析,在短时间内叶绿体中C3和C5化合物含量的变化是(C)A.C3和C5都迅速减少B.C3和C5都迅速增加C.C3迅速增加,C5迅速减少D.C3迅速减少,C5迅速增加解析解析由题意可知,在其他条件适

24、宜的情况下,在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照后,光反应停止,H和ATP合成停止,C3的还原减弱直至停止,而CO2的固定则继续进行,但由于缺少H和ATP,C3不能被还原而积累,使C3迅速增加;C5是植物体细胞内具有一定数量且能循环利用的物质,当CO2+C5C3后,C3又不能被还原再形成C5时,C5将迅速减少。所以,在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照,并在黑暗中立即开始连续取样分析,此时叶绿体中C3迅速增加,C5迅速减少。4.(2018江苏高邮中学阶段测试)如图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述正确的是()A.t1t2,叶绿体类囊体膜上的色素吸收光

25、能增加,基质中水光解加快、O2释放增多B.t2t3,暗反应限制光合作用;若在t2时刻增加光照,光合速率将再提高C.t3t4,光照强度不变,光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强的结果D.t4后短暂时间内,叶绿体中ADP和Pi含量升高,C3化合物还原后的直接产物含量降低答案答案D解析解析水的光解、O2释放发生在叶绿体类囊体膜上,而不是叶绿体基质中,A错误;t2t3,限制光合速率的因素为CO2浓度,此时光照充足且恒定,若增加光照,光合速率不会提高,B错误;t3t4,暗反应增强,一定程度上加快ATP和ADP的转化,同时促进了光反应,C错误;突然停止光照,光反应减弱甚至停止,类囊体膜上ATP合

26、成受阻,ATP含量减少,ADP和Pi含量升高,缺少光反应提供的H和ATP,C3化合物还原受阻,还原后的直接产物含量降低,D正确。环境因素骤变对光合作用过程中各物质量的变化分析环境因素骤变对光合作用过程中各物质量的变化分析1.当外界因素中光照强度、CO2浓度改变时,光合作用过程中C3、C5、H、ATP、ADP及(CH2O)的含量变化分析分析的方法:联系光反应和暗反应过程中的物质变化来分析。分析时,可借助图示进行分析:类题通法类题通法(1)停止光照时:光停,ATP,ADP,C3,C5,分析如下:(2)CO2供应停止时:CO2停,C5,C3,ATP,ADP,分析如下:2.物质含量变化总结条件C3 含

27、量 C5 含量 H和ATP含量 (CH2O) 合成量模型分析光照由强到弱,CO2供应不变增加减少减少或没有减少甚至停止光照由弱到强,CO2供应不变减少增加增加增加条件C3 含量 C5 含量 H和ATP含量 (CH2O) 合成量模型分析光照不变,CO2由充足到不足减少增加增加减少甚至停止光照不变,CO2由不足到充足增加减少减少增加上述的变化是发生的“瞬时的变化”,若“变化”稳定下来后,上述物质就会达到一个新的动态平衡。特别提醒特别提醒考点三环境因素对光合作用的影响及其在生产中的应用考点三环境因素对光合作用的影响及其在生产中的应用一、光照强度一、光照强度1.原理原理:光照强度通过影响植物的光反应阶

28、段进而影响光合速率。光照强度增加,光反应速率加快,产生的H和ATP增多,使暗反应中还原过程加快,从而使光合作用产物增加。2.曲线分析曲线分析(1)A点:光照强度为0,此时只进行细胞呼吸。细胞内的代谢特点如图甲所示,释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。(2)AB段(不含A、B两点):随光照强度增强,光合作用强度也逐渐增强,CO2释放量逐渐减少,这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用,此时细胞呼吸强度大于光合作用强度(如图乙所示)。(3)B点:为光补偿点,细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用,即光合作用强度等于细胞呼吸强度(如图丙所示)。(4)BC段:表明随着光照强度不断加强,光合作

29、用强度不断增强,到C点后就不再增强了,B点以后的细胞代谢特点可用图丁表示。(5)D点:为光饱和点,限制D点以后光合作用强度不再增加的内部因素是光合色素含量、酶的数量和酶活性,外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。3.应用应用(1)温室生产中,适当增强光照强度,以提高光合速率,使作物增产。(2)阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低,间作套种农作物,林带树种的配置,可合理利用光能。2.曲线分析曲线分析二、二、CO2浓度浓度1.原理原理:CO2影响暗反应阶段,制约C3的形成。(1)图1和图2都表示在一定范围内,光合作用速率随CO2浓度的增加而增大,但当CO2浓度超出一定范围后,光合作

30、用速率不再增加。(2)图1中A点表示CO2补偿点,即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度。图2中的A点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。(3)图1和图2中的B和B点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。3.应用应用:在农业生产上可以通过“正其行,通其风”,增施农家肥、大棚中施用干冰等增大CO2浓度,提高光合作用速率。三、温度三、温度1.原理原理:温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率,主要制约暗反应。2.曲线分析曲线分析(1)AB段,随着温度升高,光合速率逐渐增强。(2)B点对应的温度为酶的最适温度,光合速率最大.(3)BC段,随着温度升高,酶的活性逐渐下降,光合速率逐渐降低

31、,50左右光合速率几乎为零。3.应用应用冬季白天将蔬菜大棚的温度调到光合作用最适温度,以提高光合作用速率;晚上适当降低温室内温度,以降低细胞呼吸速率,保证植物有机物的积累。四、水分四、水分1.原理原理:水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质,缺水既可直接影响光合作用,又会导致叶片气孔关闭,限制CO2进入叶片,从而间接影响光合作用。如植物缺水导致萎蔫,使光合速率下降。2.曲线曲线3.应用应用:根据作物的需水规律合理灌溉。五、矿质元素五、矿质元素1.原理原理:矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成,对光合作用产生直接或间接的影响。如镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应。2.曲线分析

32、曲线分析在一定浓度范围内,增大必需元素的供应,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渗透失水而萎蔫。3.应用应用:农业生产中,可根据作物的生长规律,合理施肥。六、叶龄对光合作用的影响及其在生产中的应用六、叶龄对光合作用的影响及其在生产中的应用1.曲线分析曲线分析(1)随幼叶不断生长,叶面积不断增大,叶内叶绿体不断增多,叶绿素含量不断增加,光合作用速率不断增加(OA段)。(2)壮叶时,叶面积、叶绿体、叶绿素都处于稳定状态,光合速率基本稳定(AB段)(3)老叶时,随叶龄增加,叶内叶绿素被破坏,光合速率下降(BC段)。2.应用应用:适当摘除老叶、残叶,可降低其细胞呼吸

33、消耗的有机物。七、多因子对光合作用的影响七、多因子对光合作用的影响1.曲线分析曲线分析(1)P点时,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随着该因子的不断加强,光合速率不断提高。(2)当到Q点时,横坐标所表示的因素,不再是影响光合速率的因子,要想提高光合速率,可适当提高图示中的其他因子。2.应用应用:温室栽培时,在一定光照强度下,白天适当提高温度的同时也可适当提高CO2浓度,提高光合速率。当温度适宜时,可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。1.光照强度由强变弱时,短时间内C5含量会上升。( )2.温室栽培时,在晴朗的白天适当提高温度,可增加作物的光合作用强度。()3.水是光合作用的

34、原料,又是光合产物在植物体内运输的主要介质,停止供水,植物光合速率下降。()4.夏季连续阴天,大棚中白天适当增加光照,夜晚适当降温,可以提高作物产量。()5.在相同光照和温度条件下,空气中CO2浓度越高,光合作用的强度就越大。( )6.将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内,在适宜条件下光照培养,随培养时间的延长,玻璃容器内CO2浓度一直保持稳定,不变化。( )7.夏季晴朗的中午植物出现“光合午休”的主要原因是暗反应受阻。()8.一次施肥过多造成“烧苗”的主要原因是作物吸收矿质元素过多,影响了光合作用。 ( )如图为多种因素对光合作用的影响,请分析回答:(1)三条曲线在P点之前限制光合速

35、率的因素分别是、和。(2)三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因子(填“是”或“不是”)影响光合速率的主要因素,此时的限制因素分别是、和。(3)在北方的冬暖大棚中施用有机肥是利用土壤中的微生物将有机物分解为各种矿质元素,增加了土壤的肥力,另外还释放出热量和CO2,提高了大棚内的温度和CO2浓度,为大棚中植物光合作用的进行提供了适宜的和。答案答案(1)光照强度光照强度温度(2)不是温度CO2浓度光照强度(3)温度CO2浓度解析解析(1)P点之前,随着横坐标表示的因子的增强,光合速率也不断增强,因此限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子。(2)Q点之后光合速率不再随着横坐标所表示的因子的增加而增强,

36、因此横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的主要因素,从图中可以看出,主要影响因素依次为温度、CO2浓度和光照强度。(3)有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解,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,有利于光合作用的进行。考向一单因素对光合作用的影响考向一单因素对光合作用的影响1.(2018江苏海门中学调研)某同学以小球藻为材料探究光照对光合作用速率的影响,得出在不同光照强度下(灯泡距离玻璃缸0.3m处,光照1h)玻璃缸内氧气浓度的变化(单位是mg/mL),实验结果如表所示。下列有关叙述中,错误的是()灯泡功率(W)15202530354045甲缸-6-4-1

37、02510乙缸(遮光处理)-10-10-10-10-10-10-10A.根据实验可知,一定范围内光照强度越强光合作用越强B.在20W光下,小球藻线粒体利用的氧气来自小球藻叶绿体和外界水溶液C.在30W光下,小球藻无有机物的积累,不利于小球藻的生长D.在45W光下,小球藻光合作用产生氧气的速率为10mgmL-1h-1答案答案 D甲缸中氧气浓度的变化代表净光合速率,乙缸中氧气浓度的变化代表呼吸速率,根据表中信息可知,一定范围内光照强度越强光合作用越强,A正确;在20W光下,小球藻光合速率小于呼吸速率,小球藻线粒体利用的氧气来自小球藻叶绿体和外界水溶液,B正确;在30W光下,小球藻净光合速率为0,无

38、有机物的积累,不利于小球藻的生长,C正确;在45W光下,小球藻光合作用产生氧气的速率为10+10=20mgmL-1h-1,D错误。2.阳光穿过森林中的空隙形成光斑,如图表示一株生长旺盛的植物在光斑照射前后光合作用吸收CO2和释放O2量的变化,据此下列分析正确的是()A.光斑照射前,光合作用无法进行B.光斑照射后,光反应和暗反应迅速同步增加C.光斑照射后,暗反应对光反应有限制作用D.光斑移开后,光反应和暗反应迅速同步减弱答案答案C解析解析氧气释放速率代表光反应速率(虚线),CO2吸收速率代表暗反应速率(实线),光斑照射前,有氧气释放,说明植物细胞在进行光合作用,A错误;光斑照射后,氧气释放速率急

39、剧增大,CO2吸收速率相对较慢,说明光反应和暗反应不是同步增加的,B错误;光斑照射后,二氧化碳吸收速率增加的同时,氧气的释放量下降,说明暗反应对光反应有限制作用,原因是暗反应不能及时消耗光反应产生的ATP和H,C正确;光斑移开后,氧气的释放量迅速减弱,而二氧化碳的吸收速率过一段时间后才减弱,二者不同步,D错误。考向二多因素对光合作用的影响考向二多因素对光合作用的影响3.科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响,得到的实验结果如图所示。请据图判断下列叙述不正确的是 ()A.光照强度为a时,造成曲线和光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同B.光照强度为b时,造成曲线和光合作

40、用强度差异的原因是温度不同C.光照强度为ab,曲线、光合作用强度随光照强度升高而升高D.光照强度为bc,曲线、光合作用强度随光照强度升高而升高答案答案D解析解析曲线和只有CO2浓度不同,因此光照强度为a时,造成曲线和光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同,A正确;曲线和只有温度不同,因此光照强度为b时,造成曲线和光合作用强度差异的原因是温度不同,B正确;由曲线图可知,光照强度为ab,曲线、光合作用强度随光照强度升高而升高,C正确;光照强度为bc,曲线光合作用强度随光照强度升高而升高,但曲线光合作用强度随着光照强度的升高不再变化,D错误。4.(2018江苏徐州一中阶段测试)电场会对植物的生长发育

41、产生一种“无形”的影响。在温室中同时增补电场和增施CO2,蔬菜产量可提高70%左右,这就是著名的“电场产量倍增效应”。科学家根据电场强度与CO2浓度对黄瓜幼苗光合作用强度影响的实验,绘制如下曲线。据图回答下列问题:(1)第1组实验的作用是。在饱和光照强度下,该实验的自变量是。(2)第1组实验和第2组实验的曲线比较,说明。(3)根据实验曲线可知,在相同光照强度下,为了最大限度地增加作物产量,可以采取的措施是。答案答案(1)对照电场强度和CO2浓度(2)强电场可以提高植物的光合作用强度(3)增补电场和增施CO2解析解析(1)第1组实验的实验条件为大气电场和大气CO2浓度,属于对照组,起对照作用。饱

42、和光照强度下,实验的自变量是电场强度和CO2浓度。(2)第1组和第2组对比,二者的自变量为电场强度,第2组的净光合作用强度大于第1组,而二者的细胞呼吸强度相等,因此说明强电场可以提高植物的光合作用强度。(3)分析曲线可知,同一光照强度下净光合作用强度最大的是第4组,因此为了最大限度地增加作物产量,可增加电场强度和提高CO2浓度。受多因素影响的光合作用曲线题的解法受多因素影响的光合作用曲线题的解法解答受多因素影响的光合作用曲线题时,找出曲线的限制因素是关键。具体方法是对纵坐标或横坐标画垂线或者只看某一条曲线的变化,将多因素转变为单一因素,从而确定限制因素。当曲线上标有条件时,说明因变量受横坐标和

43、曲线上条件的共同影响。若题干中描述了曲线的影响因素,如最适温度下测得,则应该考虑温度以外的影响因素。类题通法类题通法考点四提取和分离叶绿体中的光合色素考点四提取和分离叶绿体中的光合色素( (实验实验) )一、实验原理一、实验原理1.提取提取:绿叶中的色素不溶于水,但能溶于有机溶剂如无水乙醇(或丙酮)中,故可以用无水乙醇(或丙酮)提取绿叶中的色素(磨碎细胞,放出色素,并被溶解)。2.分离分离:绿叶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,溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢,因此绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。二、实验步骤二、实验步骤1.提取色素提取色素

44、:称取绿叶、剪碎(1)研磨:绿叶碎片+少许二氧化硅和碳酸钙+5mL无水乙醇。(2)过滤:用基部放入单层尼龙布的小漏斗过滤,将滤液收集到小试管中,并及时用棉塞塞紧试管口。2.制备滤纸条制备滤纸条:将干燥的定性滤纸剪成长略短于烧杯高度、宽1cm的滤纸条,剪去一端的两个角,在距离该端大约1cm处用铅笔画一条细线。3.画滤液细线画滤液细线:用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔画的细线画一条细而直的滤液细线,吹干后重复画滤液细线若干次。4.分离色素分离色素:将画好滤液细线的滤纸条(有滤液细线的一端朝下)轻轻地插入盛有3mL层析液的烧杯(或试管)中,用培养皿覆盖烧杯。滤液细线不能触及层析液。色素种类 色素颜色色

45、素含量溶解度扩散速度胡萝卜素 橙黄色最少 最高 最快叶黄素黄色较少较高较快叶绿素a蓝绿色最多 较低较慢叶绿素b黄绿色较多最低 最慢三、实验结果三、实验结果1.绿叶中色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中这是本实验的分离原理。( )2.剪碎的绿叶放入研钵后应该依次加入二氧化硅、碳酸钙和无水乙醇。()3.提取绿叶中的色素过程中,加入CaCO3的目的是充分研磨,以利于绿叶中的色素的提取。( )4.在画出一条滤液细线后紧接着重复画曲线23次。( )5.提取绿叶中的色素过程中,研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分。()6.绿叶中的色素分离的结果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。 ( )如

46、图所示为叶绿体色素的提取和分离实验的部分材料和用具。据图回答:(1)图中步骤加入研钵内的物质:A.10mL,作用是;B.少许,作用是有助于研磨得充分;C.少许,作用是。(2)图中步骤将研磨液倒入漏斗中,漏斗底部放有。(3)图中步骤剪去两角的作用是,画滤液细线的要求是。(4)图中步骤中关键应注意;加盖的目的是;色素带最宽的是,扩散速度最快的是。答案答案(1)无水乙醇溶解色素二氧化硅碳酸钙防止色素被破坏(2)单层尼龙布(3)防止色素带不整齐细、齐、直(4)层析液不能触及滤液细线防止层析液挥发叶绿素a胡萝卜素解析解析(1)研磨时加入的物质是10mL无水乙醇,作用是溶解色素;少许二氧化硅,作用是使研磨

47、得充分;少许碳酸钙,作用是防止色素被破坏。 (2)过滤时漏斗底部应放有单层尼龙布,不能用滤纸过滤,滤纸吸附性太大,而色素含量又很少。(3)将滤纸条一端剪去两角的作用是使层析液同时在滤纸条上扩散,避免色素带重叠,画滤液细线的要求是细、齐、直。(4)层析时应注意层析液不能触及滤液细线,否则色素会溶解到层析液中,导致实验失败;加盖的目的是防止层析液挥发;色素带最宽的是含量最多的叶绿素a;扩散速度最快的是在层析液中溶解度最大的胡萝卜素。考向一实验基础考向一实验基础1.(2018江苏苏北四市调研)用新鲜菠菜叶进行色素提取和分离的实验。下列叙述正确的是(A)A.将滤液收集到试管中,应及时用棉塞将试管口塞紧

48、B.画滤液细线时,在点样线上需连续重复多次画线C.滤液细线浸入层析液,可导致滤纸条上色素带重叠D.滤纸条上4条色素带通常都是平齐的,且彼此之间的距离明显解析解析提取色素所用的是有机溶剂,易挥发,所以将滤液收集到试管后,应及时用棉塞将试管口塞紧,A正确;画滤液细线要等上一次所画滤液细线干燥再重复画一次,B错误;色素滤液细线浸入层析液,可能会因色素溶解于层析液中而导致色素不能在滤纸条上扩散,C错误;滤纸条上4条色素带通常都是不平齐的,尽管滤纸条一端要减去两角,最终得到的色素带一般也不是很齐整的,D错误。2.甲、乙、丙、丁四位同学,在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料,用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离

49、实验时,由于操作不同,得到了四种不同的层析结果(如图所示)。下列分析错误的是(C)A.甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液B.乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多C.丙可能是正确操作得到的理想结果D.丁可能是研磨时未加入CaCO3解析解析光合色素不能溶于水,甲没有色素,可能是误用蒸馏水作提取液和层析液,A正确;乙结果中每种色素都有,但含量很少,可能是无水乙醇过多,色素浓度太低导致的,B正确;丙结果中每种色素都有,但是胡萝卜素和叶黄素含量较多,叶绿素a和叶绿素b含量较少,这不是正确操作得到的理想结果,C错误;丁结果中叶绿素a和叶绿素b含量很少,可能是研磨时未加入CaCO3,破坏了叶绿素类物质造成的,因

50、为与类胡萝卜素相比,叶绿素更易受到破坏,D正确。滤液中色素提取和分离实验异常现象分析滤液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。归纳拓展归纳拓展(2)滤纸条色素带重叠:未经干燥处理,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

51、带:忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。考向二实验拓展考向二实验拓展3.在圆形滤纸的中央滴上叶绿体色素滤液进行色素分离,看到近似同心环状的四个色素圈,排列在最外圈的一个呈(D)A.蓝绿色B.黄绿色C.黄色D.橙黄色解析解析绿叶中的色素能够在滤纸上彼此分离的原因是色素在层析液中的溶解度不同,在滤纸上的扩散速度不同。其中胡萝卜素(橙黄色) 的溶解度最大,故其扩散速度最快,排列在最外圈。4.(2018江苏海安高中月考)利用乙醇提取出叶绿体中的色素,设法分离得到各种色素后,并将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如图所示),当滤纸下方浸入层

52、析液后,滤纸条上各色素正确位置应为(B)解析解析1位置上的叶绿素b溶解度最低,在滤纸条的最下面;2位置上的叶绿素a溶解度是第三,从上到下,排列在第三位;3位置上的叶黄素的溶解度第二,在滤纸条的第二位;4位置上的胡萝卜素的溶解度最高,在滤纸条的最上面;5位置上的混合液形成四个点,B正确。高考再现高考再现1.(2018江苏单科,18,2分)下图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率,下列假设条件中能使图中结果成立的是()A.横坐标是CO2浓度,甲表示较高温度,乙表示较低温度B.横坐标是温度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度C.横坐标是光波长,甲表示较高温度,乙表示较低温度D.横坐标是

53、光照强度,甲表示较高CO2浓度,乙表示较低CO2浓度答案答案D解析解析由图中信息可知:当横坐标是光照强度,即该实验的自变量是光照强度时,温度是该实验的无关变量,所以曲线起点相同,即呼吸强度相同,当光照强度达到一定强度时,CO2浓度越高,净光合速率越大,当光照强度达到一定值即光饱和点时,净光合速率不变,D项正确;若横坐标是温度,在一定温度范围内,净光合速率随温度升高而升高,超过某一最适温度,净光合速率随温度升高而下降,B选项错误;当横坐标是CO2浓度或光波长时,净光合速率与温度的关系不一定呈正相关,A、C选项错误。2.(2017江苏单科,29,9分)科研人员对猕猴桃果肉的光合色素、光合放氧特性进

54、行了系列研究。图1为光合放氧测定装置示意图,图2为不同光照条件下果肉随时间变化的光合放氧曲线。请回答下列问题:图1图2(1)取果肉薄片放入含乙醇的试管,并加入适量,以防止叶绿素降解。长时间浸泡在乙醇中的果肉薄片会变成白色,原因是。(2)图1中影响光合放氧速率的因素有。氧电极可以检测反应液中氧气的浓度,测定前应排除反应液中的干扰。(3)图1在反应室中加入NaHCO3的主要作用是。若提高反应液中NaHCO3浓度,果肉放氧速率的变化是(填“增大”、“减小”、“增大后稳定”或“稳定后减小”)。(4)图2中不同时间段曲线的斜率代表光合放氧的速率,对1520min曲线的斜率几乎不变的合理解释是;若在20m

55、in后停止光照,则短时间内叶绿体中含量减少的物质有(填序号:C5ATPHC3),可推测2025min曲线的斜率为(填“正值”、“负值”或“零”)。答案答案(1)CaCO3光合色素溶解在乙醇中(2)光照、温度、CO2 (NaHCO3)浓度溶解氧(3)提供CO2增大后稳定(4)光合产氧量与呼吸耗氧量相等负值解析解析本题综合考查了光合色素的提取原理和环境因素对光合速率的影响。(1)CaCO3可中和果肉薄片细胞产生的有机酸,防止叶绿素降解;光合色素可溶于有机溶剂(如乙醇),所以果肉薄片长时间浸泡在乙醇中会因光合色素溶解而变成白色。(2)图1装置中的光照强度、水浴室的温度、NaHCO3的浓度(可提供不同

56、浓度的CO2)均可影响光合速率;该实验的因变量是反应液中溶解氧的浓度变化,所以测定前应除去反应液中原有的溶解氧,以排除其对实验结果的影响。(3)提高反应液中NaHCO3浓度即提高CO2浓度,可使光合速率增大后稳定。(4)1520min曲线的斜率几乎不变,即光合放氧速率为0,说明光合产氧量与呼吸耗氧量相等;停止光照后,光反应产生的H和ATP减少,C5合成速率下降,短时间内C3合成速率不变但消耗减少,所以C3含量会增加;停止光照后光合速率下降,所以2025min曲线的斜率为负值。3.(2016江苏单科,17,2分)下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述,正确的是(B)A.应该在研磨叶片后立即加入

57、CaCO3,防止酸破坏叶绿素B.即使菜叶剪碎不够充分,也可以提取出4种光合作用色素C.为获得10mL提取液,研磨时一次性加入10mL乙醇研磨效果最好D.层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失解析解析应该在研磨叶片前加入碳酸钙,A项错误;即使菜叶剪碎不够充分,叶绿体色素也可以溶解在无水乙醇中进而提取光合色素,B项正确;鲜菠菜中含有较多水分,因此不能为获得10mL提取液而一次性加入10mL乙醇,C项错误;层析完毕后,叶绿素条带不会随溶剂挥发而消失,D项错误。4.(2016江苏单科,32,8分)为了选择适宜栽种的作物品种,研究人员在相同的条件下分别测定了3个品种S1、S2、S3的光补偿点和光饱和点,结果如图1和图2。请回答以下问题:图1图2(1)最适宜在果树林下套种的品种是,最适应较高光强的品种是。(2)增加环境中CO2浓度后,测得S2的光饱和点显著提高,但S3的光饱和点却没有显著改变,原因可能是:在超过原光饱和点的光强下,S2的光反应产生了过剩的,而S3在光饱和点时可能(填序号)。光反应已基本饱和暗反应已基本饱和光、暗反应都已基本饱和(3)叶绿体中光反应产生的能量既用于固定CO2,也参与叶绿体中生物大分子的合成。(4)在光合作用过程中,CO2与Ru