高考生物一轮复习第三单元细胞的能量供应和利用第三讲能量之源光与光合作用一学案新人教版Word格式文档下载.docx
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②英格豪斯b.植物可以更新空气
③梅耶c.光合作用的产物除O2外,还有
淀粉
④萨克斯
⑤鲁宾和卡门
⑥卡尔文f.暗反应14C的转移途径(卡尔文
循环)
对应关系:
①—b__②—a__③—e__④—c__⑤—d__⑥—f
四、光合作用的反应式及过程
1.反应式:
CO2+H2O
(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。
[巧记助学]
光合作用过程的“一、二、三、四”
一个场所:
叶绿体。
两个阶段:
光反应、暗反应。
三种能量:
光能→ATP中活跃的化学能→(CH2O)中稳定的化学能。
四个物质变化:
水光解、ATP形成、CO2固定、C3还原。
1.叶绿体中的色素有4种,即叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素。
2.叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
3.吸收光能的四种色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。
4.叶绿体是进行光合作用的场所。
它内部的巨大膜表面上,不仅分布着许多吸收光能的色素分子,还有许多进行光合作用所必需的酶。
5.光合作用释放的O2来自于H2O。
6.光反应阶段就是叶绿体中的色素吸收光能,将H2O分解成[H]和O2,同时形成ATP的过程。
7.暗反应过程是在叶绿体基质内,在多种酶催化下完成的,包括CO2的固定和C3的还原等过程。
对光合作用认识的5个易混易错点
(1)误认为暗反应不需要光:
光合作用的过程可以分为两个阶段,即光反应和暗反应。
前者在光下才能进行,并在一定范围内随着光照强度的增加而增强;
后者在有光、无光的条件下都可以进行,但需要光反应的产物[H]和ATP,因此在无光条件下不可以长期进行。
(2)误认为光合作用产生的[H]与呼吸作用产生的[H]是同一种物质:
光合作用中产生的[H]为NADPH,呼吸作用中产生的[H]为NADH,两种[H]不是同一种物质。
(3)误认为光反应中产生的ATP用于各种生命活动:
光合作用光反应中产生的ATP只被暗反应所利用,呼吸作用中产生的ATP可被除暗反应外的各项生命活动所利用。
(4)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分钟黑暗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。
(5)CO2中C进入C3但不进入C5,最后进入(CH2O),C5中C不进入(CH2O),可用放射性同位素标记法证明。
对应学生用书第54页
考点一 捕获光能的色素和叶绿体
[核心考点通关]
1.叶绿素和其他色素
色素种类
叶绿素(约3/4)
类胡萝卜素(约1/4)
叶绿素a
叶绿素b
胡萝卜素
叶黄素
蓝绿色
黄绿色
橙黄色
黄色
分布
叶绿体的类囊体薄膜上
色素的吸收光谱及在滤纸条上的分布
化学特性
不溶于水,能溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂
分离方法
纸层析法
功能
吸收、传递光能,少数特殊状态的叶绿素a将光能转化为电能
(1)不同颜色温室大棚的光合效率
①无色透明大棚日光中各色光均能透过,有色大棚主要透过同色光,其他光被其吸收,所以用无色透明的大棚光合效率最高;
其次是红色光为光合作用的有效光。
②叶绿素对绿光吸收最少,因此绿色塑料大棚光合效率最低。
(2)吸收光谱
①连续光谱:
可见光→三棱镜→赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫。
②吸收光谱:
可见光→色素溶液→三棱镜→红光、蓝光、紫光区出现强暗带,绿光区几乎无变化(说明绿光吸收非常少)。
2.影响叶绿素合成的因素分析
(1)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,因而叶片发黄。
(2)温度:
温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性,进而影响叶绿素的合成。
低温时,叶绿素分子易被破坏,而使叶子变黄。
(3)必需元素:
叶绿素中含N、Mg等必需元素,缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成,叶子变黄。
另外,Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分,缺Fe也将导致叶绿素合成受阻,叶子变黄。
3.叶绿体的结构与功能
(1)结构与功能的关系
①基粒的类囊体增大了受光面积。
②类囊体的薄膜上分布着酶和色素,有利于光反应的顺利进行。
③基质中含有与暗反应有关的酶。
(2)功能的实验验证
①实验过程及现象
②实验结论
a.叶绿体是进行光合作用的场所。
b.O2是由叶绿体释放的。
[题组突破演练]
题组 叶绿体的结构及色素
1.如图为正常绿色植物的叶绿素a的吸收光谱、色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率)。
下列叙述错误的是( )
A.总吸收光谱是叶绿体内多种色素共同作用的结果
B.从新鲜的绿叶中提取叶绿素a,需要用到无水乙醇、碳酸钙、二氧化硅
C.植物进行光合作用时,氧气释放量的变化趋势与作用光谱不同
D.由550nm波长的光转为670nm波长的光后,叶绿体中C3的量减少
解析:
总吸收光谱是叶绿体内多种色素共同作用的结果,A正确;
提取叶绿素a时,需要用到无水乙醇、碳酸钙、二氧化硅,B正确;
在不同光质下,光合作用强度不同,故氧气释放量的变化趋势与作用光谱基本一致,C错误;
由550nm波长的光转为670nm波长的光后,光反应加速,产生的[H]和ATP增加,从而促进了C3的还原,导致叶绿体中C3的量减少,D正确。
答案:
C
2.(2017·
安徽合肥质检)实验发现将叶绿体从叶肉细胞中分离出来,破坏其外膜,仍然可以在光下利用二氧化碳生产有机物、放出氧气。
以下分析正确的是( )
A.光合作用所需的酶和色素主要位于叶绿体内膜和基质中
B.叶绿体内膜具有选择透过性,外膜是全透的,起保护作用
C.光合作用必须在叶绿体中才能进行
D.叶绿素被破坏则不能进行光合作用
与光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜和叶绿体基质中,色素仅分布在类囊体薄膜上,A错误;
叶绿体内膜和外膜都具有选择透过性,B错误;
蓝藻没有叶绿体,也能进行光合作用,C错误;
叶绿素在光反应中吸收和转化光能,叶绿素被破坏,则不能进行光合作用,D正确。
D
3.下列有关正常情况下进行光合作用的某植物的说法中正确的是( )
A.光能的吸收发生在叶绿体的内膜上,淀粉是在叶绿体基质中合成的
B.突然升高CO2浓度,发现该植物的某叶肉细胞内C3含量会突然上升
C.该植物根尖根毛区细胞能够产生ATP的场所只有线粒体和叶绿体
D.要测定该植物是否进行了光反应,最简单的方法是测二氧化碳吸收量
选项A,与光合作用光反应有关的色素和酶分布在叶绿体的类囊体薄膜上,光反应发生的场所是类囊体薄膜。
选项B,关于C3和C5含量的变化应注意回到卡尔文循环中去理解,C3增多,说明:
①C3消耗(即C3被还原的反应减弱)减少,最可能的原因是光照强度减弱;
②C3生成(即CO2的固定反应加强)增多,最可能的原因是CO2浓度升高。
选项C,植物根尖根毛区细胞没有叶绿体,所以产生ATP的场所只有细胞质基质和线粒体。
选项D,要测定该植物是否进行了光反应,最简单的方法是测氧气释放量。
B
考点二 光合作用的过程
1.光合作用的探索历程
科学家
结论
普利斯特利
植物可以更新污浊的空气
英格豪斯
普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功;
植物体只有绿叶才能更新污浊的空气
梅耶
光合作用把光能转换成化学能储存起来
萨克斯
植物叶片在光合作用中产生淀粉
恩格尔曼
氧气是叶绿体释放出来的,叶绿体是光合作用的场所
鲁宾和卡门
光合作用释放的氧气全部来自水
卡尔文
探明了CO2中的碳转化成有机物中碳的途径
2.光合作用过程中O元素的转移途径
H218O
18O2
C18O2
C3
(CH218O)+H218O
3.光合作用过程中C元素的转移途径
14CO2
14C3
(14CH2O)
4.光照和CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、[H]、ATP和O2及(CH2O)含量的影响
条件
C5
[H]和ATP
(CH2O)合成量
模型分析
光照强度由强到弱,CO2供应不变
增加
减少
减少或没有
光照强度由弱到强,CO2供应不变
光照不变,CO2量由充足到不足
光照不变,CO2量由不足到充足
[特别提醒]
(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,而非长时间。
(2)以上各物质变化中,C3和C5含量的变化是相反的,[H]和ATP含量的变化是一致的。
题组一 光合作用的探究历程及过程分析
4.(2017·
北京海淀区检测)科学家在研究光合作用时进行了以下实验:
在某种绿藻培养液中通入14CO2,再给予不同的光照时间后从培养液中提取并分析放射性物质。
预测实验结果是( )
A.光照时间越长,固定产生的三碳化合物越多
B.在一定时间内光照时间越长,产生的放射性物质的种类越多
C.无论光照时间长短,放射性物质都会分布在叶绿体的类囊体薄膜上
D.三碳化合物中不存在放射性
光照时间越长,固定产生的三碳化合物达到一种平衡,不会越来越多,A错;
14CO2首先和五碳化合物结合,形成三碳化合物,三碳化合物被还原形成葡萄糖和五碳化合物,所以在一定时间内光照时间越长,产生的放射性物质的种类越多,B正确;
无论光照时间长短,放射性物质不会分布在叶绿体的类囊体薄膜上,C错;
CO2与C5反应合成三碳化合物,故三碳化合物中存在放射性,D错。
5.(2017·
湖南株洲检测)如图为光合作用示意图。
下列说法错误的是( )
A.①表示O2,④表示CO2
B.暗反应中,CO2首先与C5结合生成C3,然后被还原为(CH2O)
C.C3的还原过程中,需要光反应提供的物质只有②
D.增加光照强度,C3的含量将减少
在叶绿体的类囊体薄膜上进行的是光反应,这一阶段中产生[H](即NADPH)、ATP和氧气,因此,①表示氧气,④表示暗反应中与C5反应的CO2;
CO2先与C5反应生成C3,然后C3在光反应提供的ATP和[H]参与下被还原成(CH2O);
增加光照强度,则光反应产生的ATP和[H]增多,则在暗反应中有更多的C3被还原,故增加光照强度,C3含量减少。
6.图甲表示光合作用过程的图解,图乙为大棚中栽培的某种蔬菜在水肥充足、温度适宜条件下,光合作用强度受环境因素影响的变化曲线图。
请据图分析并回答下列问题:
(1)参与光合作用的色素分布在叶绿体的________上。
(2)光合作用的过程可以分为两个阶段,图甲中B表示________阶段,反应场所是________________________________________________________________________。
(3)图甲A生理过程的产物是______________________________________________。
(4)由图乙可知,影响光合作用的外界因素是________和________。
(5)比较Ⅰ、Ⅱ两条曲线,当光照强度大于a时,曲线Ⅱ的光合作用强度不再增大的原因是________,限制了光合作用________阶段的进行。
(6)写出光合作用的总反应式:
___________________________________________。
(1)光合作用色素分布在类囊体的薄膜上。
(2)光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段,A是光反应阶段,场所在类囊体的薄膜,B是暗反应阶段,场所在叶绿体基质。
(3)光反应产物有[H]、ATP、O2。
(4)图中比较的是光照强度和二氧化碳浓度对光合作用的影响,所以影响光合作用的外界因素有光照强度和二氧化碳浓度。
(5)二氧化碳浓度过低,限制了暗反应进行。
(1)类囊体的薄膜(或“基粒”)
(2)暗反应 叶绿体基质
(3)O2、[H]、ATP
(4)光照强度 CO2浓度
(5)CO2浓度过低 暗反应
(6)CO2+H2O
题组二 外界条件变化对光合作用中物质变
化的影响
7.(2017·
黑龙江哈尔滨模拟)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.t1→t2,叶绿体类囊体薄膜上的色素吸收光能增加,水光解加快、O2释放增多
B.t2→t3,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.t3→t4,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后短时间内,叶绿体中ADP和Pi含量升高,三碳化合物还原后的直接产物含量升高
t1→t2,叶绿体类囊体薄膜上的色素吸收光能增加,类囊体薄膜上水光解加快、O2释放增多,A正确;
t2→t3,暗反应限制光合作用,若在t2时刻增加CO2,光合速率将再提高,B错误;
t3→t4,光照强度不变,光合速率的提高主要是由于光反应和暗反应都增强的结果,C错误;
t4后短时间内,光照停止产生ATP停止,但是还在消耗ATP,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,D错误。
A
8.图1表示光合作用部分过程的图解,图2表示改变光照后与光合作用有关的五碳化合物和三碳化合物在细胞内的变化曲线。
请根据图分析回答:
(1)图1中A表示的物质是________,它由________产生,其作用主要是________________________________________________________________________。
(2)图1中ATP形成所需的能量最终来自于________________。
若用放射性同位素标记14CO2,则14C最终进入的物质是________。
(3)图2中曲线a表示的化合物是________,在无光照时,其含量迅速上升的原因是____________________________。
(4)曲线b表示的化合物是________,在无光照时,其含量下降的原因是____________________________________。
(1)光反应为暗反应提供的物质是[H]和ATP,由此可确定A是[H],[H]是由水光解后经一系列过程产生的,其作用主要是用于C3的还原。
(2)光反应中,光能转换为活跃的化学能储存于ATP等化合物中,14CO2的同化途径为14CO2→14C3→(14CH2O)。
(3)、(4)题干中已说明曲线a、b表示C3和C5的含量变化,光照停止后,光反应停止,[H]和ATP下降,C3的还原减弱直至停止,而CO2的固定仍将进行,因此C3含量相对升高,C5含量相对下降,即a表示C3,b表示C5。
(1)[H] 水在光下分解 用于C3的还原
(2)太阳光能 (CH2O) (3)C3 CO2与C5结合形成C3而C3不能被还原 (4)C5 C5与CO2结合形成C3而C3不能被还原为C5
考点三 绿叶中色素的提取和分离(实验探究)
1.
2.绿叶中色素的提取和分离的实验操作
步骤
方法
原因
提取
绿叶
中的
色素
①加入二氧化硅:
有助于研磨充分
②加入碳酸钙:
防止研磨中色素被破坏
③加入无水乙醇:
为了溶解、提取色素
将研磨液迅速倒入基部垫有单层尼龙布的玻璃漏斗中过滤,滤液收集到试管中,及时用棉塞塞紧试管口
①单层尼龙布:
过滤叶脉及二氧化硅等
②试管口塞紧:
防止乙醇挥发
续表
制备滤纸条
①干燥滤纸:
透性好、吸收滤液多
②剪去两角:
使层析液同步到达滤液细线
画滤液细线
用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线均匀地画出一条细而直的滤液细线,待干后再重复画一两次
①画得细而直:
防止色素带重叠而影响分离效果
②画两三次:
是为积累更多的色素,使分离后的色素带明显
分离绿叶中的色素
①层析液不能没及滤液细线,以防止色素溶解于层析液中而无法分离
②烧杯加盖是为了防止层析液中成分挥发
观察与分析
3.实验中的注意事项
(1)选材:
应选取鲜嫩、颜色深绿的叶片,以保证含有较多的色素。
(2)提取色素:
研磨要迅速、充分,且加入各物质的量要成比例,以保证提取较多的色素和色素浓度适宜。
(3)制备滤纸条:
剪去两角,以保证色素在滤纸条上扩散均匀、整齐,便于观察实验结果,否则,会形成弧形色素带。
(4)画滤液细线:
用力要均匀,快慢要适中。
滤液细线要细、直,且干燥后重复画一两次,使滤液细线既有较多的色素,又使各色素扩散的起点相同。
(5)色素分离:
滤液细线不要触及层析液,否则滤液细线中的色素分子将溶解到层析液中,滤纸条上得不到色素带。
[易混易错]
绿叶中色素提取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
①未加石英砂(二氧化硅),研磨不充分。
②使用放置数天的叶片,滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇(正确做法:
分次加入少量无水乙醇提取色素)。
④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:
滤纸条上的滤液细线接触到层析液或者滤液线过粗。
(3)滤纸条上看不见色素带的原因
①忘记画滤液细线。
②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。
题组 色素提取与分离实验分析
9.(2017·
安徽江淮名校联考)某同学在进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时,进行了以下操作:
①将5g新鲜菠菜叶片剪碎放入研钵中,加入无水乙醇后直接进行研磨
②将预备好的滤纸条一端剪去两角,在距这一端1cm处用钢笔画一条横线
③为增强实验效果,将滤液细线画粗些
④将滤纸条画有滤液细线的一端朝下,轻轻插入层析液中,让滤液细线浸入层析液中。
该同学操作有误的是( )
A.① B.①②
C.①②③D.①②③④
将5g新鲜菠菜叶片剪碎放入研钵中,加入无水乙醇后还需加入二氧化硅和碳酸钙,①错;
将预备好的滤纸条一端剪去两角,在距这一端1cm处用铅笔画一条横线,②错;
画滤液细线应是细线,为增强实验效果可多画几次,③错;
将滤纸条画有滤液细线的一端朝下,轻轻插入层析液中,但不能让滤液细线浸入层析液中,④错。
10.如图表示用某种颜色的叶片作实验材料,做“叶绿体中色素的提取和分离”实验的纸层析结果。
下列叙述或判断中,不正确的是( )
A.距离滤液细线(点样处)最远的色素带呈橙黄色
B.距离滤液细线(点样处)最近的色素带,其色素在层析液中的溶解度最小
C.所用实验材料的叶片呈绿色
D.所用实验材料的叶片呈黄色
叶绿体内的四种色素在层析液中溶解度最大的是呈橙黄色的胡萝卜素,在滤纸上扩散的速度最快,距离点样处最远;
溶解度最小的是叶绿素b,在滤纸上扩散的速度最慢,距离点样处最近;
距离点样处由远到近的色素带分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,图示显示类胡萝卜素的含量明显多于叶绿素的含量,说明所选实验材料的叶片呈黄色。
11.某同学在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时,为了确定无水乙醇、CaCO3和SiO2的作用,进行了4组实验来验证,四组实验结果如图所示,第④组是进行了正确操作的对照组。
下列针对实验结果的相关分析不正确的是( )
A.绿叶中的色素都能够溶解在层析液中,四种色素的溶解度相同
B.①可能是由于未加CaCO3而得到的实验结果
C.②可能是由于用水取代了无水乙醇而得到的实验结果
D.③可能是由于未加SiO2而得到的实验结果
绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同,A错误;
若未加CaCO3,叶绿素可能被破坏,因而下边的两条色素带比正常的窄,B正确;
若实验中所加溶剂为水,而不是有机溶剂无水乙醇,则提取不到叶绿体中的色素,因为色素不溶于水,C正确;
若未加SiO2,可能导致研磨不充分,即各种色素的提取量均少于正常水平,D正确。
对应学生用书第58页
练全国高考真题——知考查重点
1.(2016·
高考全国卷Ⅱ)关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中
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
叶绿体中的色素是有机物,可溶于无水乙醇中,A正确;
Mg2+是构成叶绿素的成分,可由植物的根从土壤中吸收,B正确;
一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光,叶绿体中的色素主要吸收红光、蓝紫光用于光合作用,C错误;
叶绿素的合成需要光照,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,D正确。
2.(2014·
高考新课标全国卷Ⅰ)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,此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是( )
A.O2的产生停止
B.CO2的固定加快
C.ATP/ADP比值下降
D.NADPH/NADP+比值下降
用黑布迅速将培养瓶罩上,导致绿藻细胞叶绿体内的光反应停止,不再产生O2、ATP和NADPH,使ATP/ADP、NADPH/NADP+比值下降,A、C、D正确;
光反应停止,使暗反应中的C3还原受阻,导致C5含量减少,从而使CO2的固定减慢,B错误。
3.(2016·
高考全国卷Ⅰ)为了探究生长条件对植物光合作用的影响,某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组,置于人
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