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光合作用
光合作用
编制:
江苏省宜兴第一中学李守宇2014-8-29
一、考查内容及等级要求
1、说出叶绿体中色素的种类和作用(A)
2、简述色素提取和分离的实验原理(A),尝试提取和分离叶绿体中的色素(B)
3、说明光合作用以及对它的认识过程(C)
4、阐明光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系(B)
5、影响光合作用速率的环境因素(C)
二、基本考点梳理
考点1:
叶绿体中色素的种类和作用
1.新鲜菠菜绿叶中的色素主要包括、、和四种。
2.叶绿体中色素的功能是
3.叶绿素a和叶绿素b主要吸收,胡萝卜素和叶黄素主要吸收
(在“红光”、“蓝紫光”中选择)
4.下图表示叶绿素a的吸收光谱和叶绿体中色素的总吸收光谱。
上图中,两曲线不吻合的原因是_______________
(答案:
吸收光能的色素除了叶绿素a外,还有叶绿素b等其它色素)
5.某研究组同时对水稻正常叶片和叶黄素缺失突变体进行红光照射光吸收测定。
预测二者的光吸收差异(显著/不显著)。
考点2:
色素提取和分离的实验原理,尝试提取和分离叶绿体中的色素
1.提取试剂的选择及其依据
2.分离试剂的选择及其依据
3.色素提取和分离的操作流程
①称取5g绿色叶片,,放入研钵中。
④过滤,试管收集滤液并及时用棉塞塞严试管口。
②向研钵中加入少量的和,再加入和10ml的。
③研磨(迅速、充分)。
(1)提取色素
⑤将的定性滤纸条,剪去一端两角并在距剪角一端1cm处用铅笔画一条细的横线
(2)制备滤纸条
⑥用毛细吸管吸少量的滤液沿铅笔线处小心均匀地划一条滤液细线,待滤液后,再画一两次。
(3)画滤液细线
⑧将滤纸条(有滤液细线的一端朝下)插入层析液中并用棉塞塞紧试管口。
⑦试管中倒入适量层析液
(4)分离色素
(5)结果观察与记录
4.实验关键操作的注意事项
(1)研磨
①研磨时要注意将植物材料剪碎以利于研磨充分。
②研磨主要是为了破坏植物细胞的(细胞结构),以利于色素的释放。
③研钵中加入石英砂(二氧化硅)、碳酸钙和无水乙醇(或丙酮)的作用分别为:
石英砂碳酸钙无水乙醇
④研磨要求迅速、充分的原因为
⑤叶绿素和胡萝卜素的化学组成决定了色素在不同溶剂中的溶解度大小,胡萝卜素在丙酮中的溶解度明显大于在无水乙醇中的溶解度,为了获得较多的胡萝卜素,在研磨时应当采取的安全操作措施是。
(答案:
研磨时研钵上加开洞的纸盖)
(2)过滤
①研磨液过滤时,玻璃漏斗基部应放置(单层尼龙布/滤纸),其原因在于
。
②将滤液收集到试管中后及时用棉塞将试管口塞严的原因在于
(3)制备滤纸条
制备滤纸条时需要保证滤纸条干燥并要注意在其一端剪去两角的目的是为了保证
。
(答案:
层析液在滤纸条上均匀扩散(防止两边色素扩散过快),获得整齐的色素带)
(4)画滤液细线
画滤液细线的注意事项是。
(答案:
滤液细线均匀且直,滤液干后重复2~3次)
(5)分离色素
①分离色素的方法称为法。
②滤纸条上的滤液细线不能触及层析液且不能摇晃试管的原因为
③层析分离时应当采取的安全操作措施是。
(答案:
层析装置要加培养皿盖或试管口用棉塞塞紧)
5.真题链接
1.(2012年江苏小高考)在“绿叶中色素的提取和分离”实验中,某同学按下表中的方法步骤进行了实验。
步骤
具体操作
①剪碎叶片
称取适量幼嫩菠菜叶,剪碎,放入研钵中
②充分研磨
向研钵中放入少许二氧化硅,再加入适量无水乙醇,然后迅速、充分地研磨
③迅速过滤
将研磨液迅速倒入玻璃漏斗(漏斗基部放一张滤纸)中进行过滤;将滤液收集到试管中,及时用棉塞将试管口塞紧
④制备滤纸条
将干燥的定性滤纸剪成略小于试管长与直径的滤纸条,将滤纸条的一端剪去两角,并在距这一端1cm处用铅笔画一条细的横线
⑤画滤液细线
用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线均匀画出一条细线;重复画若干次,每次待滤液干后再画
⑥分离色素
将适量层析液倒入试管中,将滤纸条(有滤液细线的一端朝下)轻轻插入层析液中(注意:
不能让滤液细线触及层析液),随后用棉塞塞紧试管口
⑦观察与记录
观察试管内滤纸条上出现了几条色素带,以及每条色素带的颜色;将观察结果记录下来
请分析回答:
(1)步骤②中无水乙醇的作用是。
(2)按照上表中方法步骤进行实验操作,该同学在步骤收集到的滤液呈色。
(3)上述实验操作中存在三处错误,请一一加以改正、
、。
(4)若将提取的天然叶绿素用作食品添加剂,根据你所学的叶绿素化学性质分析,天然叶绿素不能添加在等食品中。
(5)在对实验操作进行修正后,该同学改变层析液组成后继续进行实验,滤纸条上只出现了黄、绿两条色素带。
他用刀片裁出带有色素带的滤纸条,用乙醚分别溶解条带上的色素,浓缩后用一分析仪器检测,通过分析色素溶液的来判断条带的色素种类。
答案:
(1)提取绿叶中的色素
(2)浅绿(3)步骤①中应该用新鲜的绿叶(幼嫩的菠菜叶色素含量少)步骤②中研磨时还要添加少量碳酸钙步骤③中漏斗基部应该放一块单层尼龙布(4)酸性(5)吸收光谱
2.(2011年广东高考)中国的饮食讲究“色香味”,颜色会影响消费。
小李同学拟研发“绿色”食用色素,他以生长很快的入侵植物水葫芦为材料进行如下实验。
a.提取叶绿素
b.探究pH对叶绿素稳定性的影响
取一些叶绿素粗产品,配成一定浓度的溶液,于室温(约25℃)下进行实验,方法和结果如下表。
实验组号
叶绿素溶液(mL)
调pH至
处理时间(min)
溶液颜色
①
3.0
Y
10
绿色
②
3.0
7.0
10
绿色
③
3.0
6.0
10
黄绿色
④
3.0
5.0
10
黄褐色
注:
叶绿素被破坏后变成黄褐色。
根据所学知识和实验结果,请回答:
⑴提取食用叶绿素的X应该为,原因是
⑵加入绿色叶片的X应该为 ,原因是 。
⑶表中Y应该为 ,原因是 。
⑷若用作食品色素,天然叶绿素色素不适用于 (酸性或碱性)食品,原因是
。
⑸小李想了解叶绿素粗产品中是否含有其它色素,你认为检测方法是 。
其主要步骤包括。
答案:
(1)对人无害的有机溶剂(食用酒精);叶绿体溶于有机溶剂和应考虑溶剂对人体的影响。
(2)8.0 ;实验中自变量的变化应有规律和应考虑碱性pH对叶绿素稳定性的影响。
(3)酸性。
由于叶绿素被破坏造成食品失绿而影响品质。
(4)纸层析法,其主要步骤:
①制备滤纸条,②画色素滤液细线,③用层析液分离色素,④观察色素带。
考点3:
叶绿体的结构和功能
1.以下是叶绿体的亚显微结构模式图和电镜下叶绿体的亚显微结构图。
请在方框内填写叶绿体的各部分结构名称。
2.高等植物的光合色素分布在叶绿体的(部位),进行光合作用所必需的多种酶分布在叶绿体的(部位)。
3.叶绿体内含有较多的基粒和类囊体在生物学具有的适应性意义为
(答案:
增大了叶绿体内部的膜面积,极大地扩展了受光面积)
4.叶绿体的功能是
考点4:
光合作用的探究历程(发现史)
1.亚里士多德:
植物体是由“土壤汁”构成的,即植物生长发育所需的物质完全来自土壤。
2.1648年赫尔蒙德的柳苗实验(苏教):
构成植物体的物质来自水(H2O),土壤只供给极少量物质。
3.1771年普里斯特利实验:
植物能更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而污浊的空气。
4.1779年英格豪斯实验:
在光照条件下,植物才能更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而污浊的空气。
5.1782年谢尼伯实验(补充):
在光照条件下,植物利用二氧化碳营养,释放氧气。
6.1804年索热尔实验(补充):
定量测定发现,光合作用过程中,植物制造有机物和氧释放量,远远超过二氧化碳吸收量——水也是光合作用的原料
7.1864年萨克斯实验:
证明绿叶在光合作用时形成淀粉。
8.1880年恩吉尔曼的水绵实验:
证实叶绿体在光下可以产生氧气。
9.1941年鲁宾和卡门同位素(18O)标记实验:
光合作用产生的氧气来自于水。
10.1945年卡尔文用放射性同位素(14C)示踪法探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物碳的途径,确定暗反应(卡尔文循环)过程。
11.1905年布莱克曼提出光合作用包括“光反应”和“暗反应”两个过程。
(补充)
12.20世纪20年代,瓦尔堡进一步提出在光反应中不是温度而是光的强度起作用。
(补充)
13.1929~1931年范尼尔通过比较生化研究,发现光合硫细菌与绿色植物一样,也进行光合作用.(补充)
……
考点5:
光合作用的过程
以下是光合作用过程图解,根据图解完成以下问题。
1.请在图中方框内填写适当的内容(物质或过程)以完善光合作用过程。
物质变化
能量转换
场所
2.请分别写出光反应阶段和暗反应阶段发生的场所、物质变化(反应式)和能量转换。
光反应阶段
暗反应阶段
3.光反应阶段和暗反应阶段的能量来源分别为、。
连接光反应和暗反应两个阶段使之成为一个统一整体的关键性物质为。
4.在同一植株上选择了两个生长状况和大小相近的叶片,在保证其他因素相同的情况下,分别给予不同的处理。
给叶片A和叶片B相同时间的持续光照后,立即检测叶片A中的有机物含量;叶片B经短暂时间的黑暗处理后,在检测其中的有机物含量。
请比较叶片A所含的有机物总量要(“大于”、“小于”或“等于”)叶片B中的有机物总量。
5.下列过程需要酶参与的有(填序号)
①叶绿素吸收光能②水在光下分解③二氧化碳固定和还原④ATP合成与分解
6.假如白天突然中断了二氧化碳的供应,叶绿体内首先积累起来的物质是。
7.假如白天突然晴转阴,短时间内叶绿体中C3和C5含量的变化情况分别为。
8.将剪碎的银杏叶片、无水酒精、碳酸钙和石英砂放入研钵中快速研磨、过滤,将滤液收集到试管中,塞上橡皮塞;将试管置于适当的光照下2~3min后,试管内的氧含量
(“增多”、“减少”或“基本不变”)。
9.根据光合作用过程图解推测影响光合作用强度的主要环境因素有、
、、等。
考点6:
影响光合作用速率的环境因素
1.分析图1、2、3,完成以下问题。
(1)连线
(2)比较下列指标的大小
①呼吸速率AB段光合作用速率AB段
②呼吸速率B点光合作用速率B点
③呼吸速率BC段光合作用速率BC段
(3)影响曲线BC段光合作用速率的环境因素主要是,而可能限制曲线CD段光合作用速率的两种环境因素主要是。
(4)如果植物白天始终处于B点状态,则在较长时间内该植物(填“能”或“不能”)正常生长,原因是。
(答案:
白天没有有机物积累,夜间呼吸作用还要消耗有机物,故在较长时间有机物的消耗量大于合成量)
(5)当光强度为B时,叶肉细胞中产生ATP的可能场所有;叶肉细胞中CO2的运动情况为为下图中的(填序号)。
(6)如将该曲线改绘为人参(阴生植物)光合作用强度与光强度关系的曲线,F点的位置应向移动。
(7)若该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃,在其他条件不变的情况下,将温度调节到25℃,图1曲线中A点将向移动,B点将向移动。
(8)经实验证明,在光强度为E时,增加某植物周围的CO2浓度也可以提高光合作用速率,其提高可能是通过光补偿点的(“提高”或“降低”)来实现的。
(9)如果光照强度适当增强,则a点移,b点移。
(10)在光强度为F时,适当提高CO2浓度可以提高光合作用速率的原因为
(11)预测光强度大于G(其他实验条件不变)时,CO2吸收速率曲线的变化趋势。
(12)温度低于10℃时,即使在全日照和CO2充足的条件下植物也不能快速生长,其原因为,当温度高于35℃时,光合速率下降的原因为。
2.下图是某同学“探究影响植物光合速率的因素”的实验装置图。
分析判断下列说法的正误。
(1)试管中收集到的气体总量等于光合作用产生的氧气总量()
(2)为了探究不同光照强度对光合作用速率的影响,用一套装置慢慢向光源靠近,观察气泡产生速率的变化。
()
(3)装置中隔在灯与试管之间盛水玻璃柱可以有效避免光照对试管内水温的影响。
()
(4)若实验中每隔5min改变一次试管与玻璃柱之间的距离,随着距离的增加,气泡产生速率下降与光照强度减弱和水中CO2含量逐渐下降有关。
()
(5)若要探究CO2浓度对光合速率的影响,可以用不同浓度的NaHCO3溶液代替水进行实验。
()
考点7:
光合作用原理在农业生产中的应用
在温室大棚(农田)中,能够提高农作物产量的措施有(填序号)
(1)用绿光灯补充人工光照
(2)用红色塑料薄膜代替无色塑料薄膜
(3)合理密植(4)正其行,通其风(5)增施农家肥/有机肥
(6)深施碳酸氢铵肥料(7)阴雨天昼夜恒温25℃(8)合理灌溉
(9)间(套)作模式的应用
三、反馈基础,形成能力
1.下列关于叶绿体的描述,错误的是
A.基粒由类囊体堆叠而成B.叶绿体被膜由双层膜组成
C.暗反应发生在类囊体膜上D.类囊体膜上具有叶绿素和酶
2.叶绿体是植物进行光合作用的场所。
下列关于叶绿体结构与功能的叙述,正确的是
A.叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内
B.H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在基质中
C.CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上
D.光合作用的产物—淀粉是在基质中合成的
3.下列关于叶绿体和光合作用的描述中,正确的是
A.叶片反射绿光故呈绿色,因此日光中绿光透过叶绿体的比例最小
B.叶绿体的类囊体膜上含有自身光合作用所需的各种色素
C.光照下叶绿体中的ATP主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的
D.光合作用强烈时,暗反应过程直接将3个CO2分子合成一个三碳化合物
4.下列关于生长在同一植株上绿色叶片和黄色叶片的叙述,错误的是
A.两种叶片都能吸收蓝紫光B.两种叶片均含有类胡萝素
C.两种叶片的叶绿体中都含有叶绿素aD.黄绿色叶片在光反应中不会产生ATP
5.关于叶绿素的叙述,错误的是
A.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素B.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光
C.被叶绿素吸收的光可用于光合作用D.叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同
6.下图是不同材料的色素提取物进行层析的结果,其中不正确的是
7.番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后,与对照组相比,其叶片光合作用强度下降,原因是
A.光反应强度升高,暗反应强度降低B.光反应强度降低,暗反应强度降低
C.反应强度不变,暗反应强度降低降低D.反应强度降低,暗反应强度降低不变
8.红枫是一种木本观赏植物,在生长季节叶片呈红色,下列关于该植物的叙述,正确的是
A.红枫叶片不含叶绿素B.红枫叶片呈红色是因为吸收了红光
C.红枫叶片能吸收光能进行光合作用D.液泡中的色素吸收的光能用于光合作用
9.在叶肉细胞中,CO2的固定和产生场所分别是
①叶绿体基质②类囊体薄膜③线粒体基质④线粒体内膜
A.①③B.②③C.①④D.②④
10.关于小麦光合作用的叙述,错误的是
A.类囊体上产生的ATP可用于暗反应B.夏季晴天光照最强时,小麦光合速率最高
C.进入叶绿体的CO2不能被[H]直接还原D.净光合速率为长期零时会导致幼苗停止生长
11.右图为绿色植物细胞内某些代谢过程中物质变化的示意图,甲、乙、丙分别表示不同代谢过程。
表达正确的是
A.X代表的物质是ADP、Pi
B.乙过程将ATP中的能量转变为储存在有机物中的能量
C.乙在线粒体的基质中进行
D.甲过程产生的O2参与丙过程的第一阶段的反应
12.下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,叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加,基质中水光解加快、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
13.夏季晴朗的一天,甲乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。
下列说法正确的是
A.甲植株在a点开始进行光合作用
B.乙植株在e点有机物积累量最多
C.曲线b-c段和d-e段下降的原因相同
D.两曲线b-d段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭
14.下列有关叶绿体及光合作用的叙述,正确的是
A.破坏叶绿体外膜后,O2不能产生
B.植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例保持不变
C.与夏季相比,植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短
D.离体的叶绿体基质中添加ATP、[H]和CO2后,可完成暗反应
15.某种铁线莲的根茎可作中药,有重要经济价值。
下表为不同遮光处理对其光合作用影响的结果,相关叙述正确的是(多选)
A.适当的遮光处理,可提高其干重B.叶绿素含量与净光合速率呈正相关
C.叶绿素a/b可作为其利用弱光能力的判断指标D.遮光90%时,铁线莲不进行光合作用
16.以测定的CO2吸收量与释放量为指标,研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响,结果如图所示。
下列分析正确的是
A.光照相同时间,在20℃条件下植物积累的有机物的量最多
B.温度高于25℃时,光合作用制造的有机物的量开始减少
C.两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等
D.光照相同时间,35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等
17.某研究性学习小组采用盆栽实验,探究土壤干旱对某种植物叶片光合速率的影响。
实验开始时土壤水分充足,然后实验组停止浇水,对照组土壤水分条件保持适宜,实验结果如下图所示。
下列有关分析不正确的是
A.叶片光合速率随干旱时间延长而呈下降趋势
B.叶片光合速率下降先于叶片叶绿素含量下降、
C.实验2-4天,光合速率下降是由叶片叶绿素含量下降引起的
D.实验2-4天,光合速率下降可能是由叶片内CO2浓度下降引起的
18.有人对不同光照强度下两种果树的光合特性进行研究,结果如下表(净光合速率以CO2的吸收速率表示,其他条件适宜且相对恒定)。
下列相关分析,不正确的是
A.光强大于0.1mmol光子/m2•s,随光照增强两种果树的光能利用率逐渐减少
B.光强小于0.5mmol光子/m2•s,限制净光合速率的主要因素是叶绿素含量
C.光强大于0.7mmol光子/m2•s,限制净光合速率的主要生态因素是CO2浓度
D.龙眼的最大光能利用率大于芒果,但龙眼的最大总光合速率反而小于芒果。
19.将桑树和大豆分别单独种植(单作)或两种隔行种植(间作),测得两种植物的光合速率如下图所示(注:
光饱和点是光合速率达到最大值时所需的最低光照强度)。
据图分析,下列叙述正确的是
A.与单作相比,间作时两种植物的呼吸强度均没有受到影响
B.与单作相比,间作时两种植物光合作用的光饱和点均增大
C.间作虽然提高了桑树的光合速率但降低了大豆的光合速率
D.大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间作
20.大气中CO2浓度升高引起的温室效应,可能改变土壤水分状况和矿质元素含量。
为探究有关生态因子的变化对植物的影响,有人用同一环境中生长的两种植物,在温度、光照和水分等适宜条件下做了模拟试验,测得数据如表。
下列相关分析,不正确的是
项目
物种
355
mol·mol-1的CO2
539
mol·mol-1的CO2
不施磷肥
施磷肥
/20kg·hm-2·a-1
不施磷肥
施磷肥
/20kg·hm-2·a-1
净光合速度
/
mol·m-2·s-1
欧州蕨
2.18
3.74
3.62
5.81
石楠
1.37
6.76
5.43
15.62
蒸腾比率
/
mol·mol-1
欧洲蕨
1.40
2.37
2.22
3.86
石楠
0.25
0.66
0.71
2.10
*蒸腾比率:
植物消耗1摩尔水,通过光合作用固定的CO2微摩尔数。
A.CO2浓度升高和施磷肥都能促进两种植物的光合作用,施磷肥的效果更明显
B.两种CO2浓度下,施磷肥对石楠光合作用的促进作用都大于欧洲蕨
C.试验结果可推测,干旱对欧洲蕨光合作用的影响大于石楠
D.两种植物光合作用的最适CO2浓度都高于355
mol·mol-1
21.与大棚种植蔬菜相关的措施及分析中,正确的是
A.施用农家肥,可提高大棚中CO2的浓度
B.加大蔬菜的种植密度,可不断提高蔬菜的产量
C.阴雨天适当提高大棚内温度,可明显增加有机物的积累量
D.用红色塑料薄膜代替无色塑料薄膜,可提高蔬菜的光合作用速率
22.下图表示植物叶肉细胞中光合作用、有氧呼吸的过程,以及两者之间的联系,其中甲~戊表示生理过程,a~d表示相关物质,请据图回答:
(1)物质c表示,物质d表示。
(2)过程甲表示光合作用的阶段,过程戊进行的部位是。
(3)在过程甲~戊中,能产生ATP的有。
(4)超市中新鲜的蔬菜密封过久会腐烂,因为缺氧呼吸产生的等物质对细胞有毒害作用。
【答案】
(1)O2、CO2
(2)光反应、细胞质基质(3)甲丙丁戊(4)酒精
23.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a~b之间时,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。
【答案】
(1)0A、B、C
(2)光强(3)大于(4)光强
24.在春末晴朗白天,重庆某蔬菜基地测定了某大棚蔬菜在不同条件下的净光合作用强度(实际光合作用强度与呼吸作用强度之差),结果如图(假设塑料大棚外环境条件相同,植株大小一致、生长正常,栽培管理条件相同)
(1)在曲线a中,与11时相比,13时植株叶绿体内C3与C5化合物相对含量较高的是
(C3或C5);在11时和13时分别摘取植株上部成熟叶片用碘蒸气处理,13时所取叶片显色较(深或浅)。
(2)曲线b的峰值低于曲线a.其两个主要决定因素是(光照强度、环境温度、空气中CO2含量)曲线c高于曲线b,原因是补充光照能使叶绿体产生更多的用于CO2
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