基础课时案10光合作用的探究历程与基本过程.docx
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基础课时案10光合作用的探究历程与基本过程
基础课时案10 光合作用的探究历程与基本过程
2018备考·最新考纲
1.光合作用的基本过程(Ⅱ)。
2.影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)。
3.实验:
叶绿体色素的提取和分离。
一、捕获光能的色素和结构
1.叶绿体
(1)结构示意图
(2)结构
决定
(3)功能:
叶绿体是进行光合作用的场所
结论证明
(4)恩格尔曼的实验:
好氧细菌集中分布于叶绿体被光束照射的部位
2.叶绿体中色素的提取和分离
(1)实验原理
(2)分离结果
深度思考
1.如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。
则①②③分别表示哪类色素的吸光状况?
提示 图示①代表的色素主要吸收蓝紫光,而②③主要吸收红光和蓝紫光,则①为类胡萝卜素,②为叶绿素b,③为叶绿素a。
2.如图是恩格尔曼实验装置改装示意图,光线先通过三棱镜再通过叶绿体色素提取液后照射玻片上的水绵,一段时间后,水绵周围好氧细菌分布无显著变化,请分析其原因。
提示 三棱镜将光分为七色光,叶绿体色素提取液主要吸收红光和蓝紫光,故透过三棱镜再通过叶绿体色素提取液后照射到水绵上的光,没有红光和蓝紫光,使水绵不同部分的光合作用变化不大,产生氧气的量大致相同,因此水绵周围好氧细菌分布无显著变化。
二、光合作用的探究历程(连一连)
实验结论或观点
①普利斯特利
A.点燃的蜡烛(或小鼠)与绿色植物,密闭——蜡烛不易熄灭(小鼠不易死亡)
a.只有在阳光下,植物才更新空气
②英格豪斯
B.
b.植物可以更新空气
③梅耶
C.500多次实验确认实验条件
c.光合作用的产物除O2外,还有淀粉
④萨克斯
D.绿叶
d.光合作用释放的O2全部来自于水
⑤鲁宾和卡门
E.根据能量转化与守恒定律
e.光合作用把光能转换为化学能
答案 ①—A—b ②—C—a ③—E—e ④—D—c ⑤—B—d
深度思考
英格豪斯认为普利斯特利的实验只有在光下才能成功,则只要有光照,植物一定能更新空气,对吗?
提示 不对,植物更新空气的前提是光合速率大于呼吸速率,即净光合>0,倘若光照强度不够充分(在光补偿点以下),则植物不但不能更新空气,反而会使空气变得更混浊。
三、光合作用的过程
1.完善光合作用过程
2.写出光合作用的总反应式并标出各元素的来源和去向
深度思考
(1)光反应中光能转化成的活跃化学能仅贮存于ATP中吗?
(2)光反应产生的[H]与细胞呼吸产生的[H]是否为同一类物质?
(3)暗反应为光反应提供了哪些物质?
提示
(1)不是,除ATP外,还贮存于[H]中。
(2)光反应产生的[H]为NADPH(还原型辅酶Ⅱ),细胞呼吸产生的[H]为NADH(还原型辅酶Ⅰ)。
(3)ADP、Pi等。
3.判断下面结论是否正确(请在括号中打“√”或“×”)
(1)在诱导菊花茎段形成幼苗的过程中不会同时发生光能的吸收与转化(2013·四川高考)( )
(2)在95%乙醇中加入无水Na2CO3后可提高色素的溶解度(2013·重庆高考)( )
(3)利用纸层析法可分离4种叶绿体色素(2012·海南高考)( )
(4)叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光(2012·海南高考)( )
(5)液泡中色素吸收的光能用于光合作用(2011·海南高考)( )
(6)破坏叶绿体外膜后,O2不能产生(2011·浙江高考)( )
答案
(1)×
(2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)×
光合作用的过程“一、二、三、四”
考点一 光合作用的探究历程
[典例引领]
【典例1】(2013·海南高考)某植物叶片不同部位的颜色不同,将该植物在黑暗中放置48h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蓝色,有的没有出现蓝色。
其中,没有出现蓝色的部位是( )
A.a、b和dB.a、c和e
C.c、d和eD.b、c和e
解析 绿色植物光合作用合成淀粉,淀粉遇碘变蓝。
a侧黄白色,没有叶绿素,特别是没有叶绿素a,不能进行光合作用,b侧有叶绿体和光,能进行光合作用,c、e遮光,不能进行光合作用,d侧有叶绿素和光,能进行光合作用。
答案 B
思维发散 图中哪两处对照可证明光合作用需要光?
哪两处对照可证明光合作用必须有叶绿体?
提示
(1)图中d(b)与e对照,其单一变量为有无光照,结果d(b)部位经碘液检测显示蓝色,e部位不显示蓝色,表明光合作用制造淀粉必须有“光”。
(2)图中a与d(或b)对照,其单一变量为叶绿体有无,结果d(b)部位经碘液检测显示蓝色,a部位不显示蓝色,表明光合作用制造淀粉,必须有“叶绿体”。
【典例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能量转化的假说。
以下科学实验能证明这一假说的是( )
A.英格豪斯证明植物在光照条件下可以改变空气成分的实验
B.恩格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于水的实验
解析 萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用产物除氧气外还可以产生淀粉,即光能转变成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能量转化”的假说。
答案 C
高考常考的4个经典实验分析
(1)普利斯特利实验:
缺乏对照实验,实验结果说服力不强。
应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于含同一种但却死亡的植物的玻璃罩内,作为空白对照。
(2)普利斯特利没有认识到光在植物更新空气中的作用。
(3)萨克斯实验:
①对照类型为自身对照,自变量为光的有无,因变量为颜色变化(有无淀粉生成),实验组是遮光处理组,对照组为曝光处理组。
②该实验的关键是要进行饥饿处理,以使叶片中的营养物质消耗掉,增强实验的说服力。
(4)恩格尔曼实验中
①将临时装片放在黑暗和无空气的环境中是为了排除环境中光线和O2的影响。
②设置细光束和好氧菌的好处:
能够准确判断出水绵细胞中产生氧气的部位。
(5)鲁宾和卡门实验中
①应用同位素标记法追踪CO2和H2O中的O元素在光合作用中的转移途径。
②此实验设置了对照,自变量是标记物质即H
O和C18O2,因变量是释放的O2有无放射性。
考点二 光合作用的过程
[典例引领]
【典例1】(2014·课标Ⅰ,2)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
解析 用黑布将培养瓶罩上,光反应停止,氧气的产生停止,A项正确;同时ATP的生成减少,ADP积累,使ATP/ADP比值下降,NADPH([H])的产生减少,NADP+积累,NADPH/NADP+比值下降,C、D项正确;光反应停止后,[H]和ATP的产生减少,导致暗反应C3的还原速度减慢,C3在叶绿体内积累导致CO2的固定减慢,B项错误。
答案 B
【典例2】(2014·广东理综,26)观测不同光照条件下生长的柑橘,结果见下表。
请回答下列问题:
光照强度
叶色
平均叶面积/cm2
强
浅绿
13.6(100%)
826(100%)
4.33(100%)
中
绿
20.3(149%)
768(93%)
4.17(96%)
弱
深绿
28.4(209%)
752(91%)
3.87(89%)
注:
括号内的百分数以强光照的数据作为参照
(1)CO2以________方式进入叶绿体后,与________结合而被固定,固定产物的还原需要光反应提供的________。
(2)在弱光下,柑橘通过________和________来吸收更多的光能,以适应弱光环境。
(3)与弱光下相比,强光下柑橘平均每片叶的气孔总数________,单位时间内平均每片叶CO2吸收量__________。
对强光下生长的柑橘适度遮阴,持续观察叶色、叶面积和净光合速率,这三个指标中,最先发生改变的是________,最后发生改变的是________。
解析
(1)CO2等气体是以自由扩散的方式进入叶绿体,进入叶绿体的CO2首先与C5结合生成C3,C3的还原需要光反应提供ATP和[H]。
(2)据题中表格数据可知,在弱光下,柑橘的叶色加深,平均叶面积增大,气孔密度变小。
故柑橘通过增加叶绿素含量和增大叶面积来适应弱光环境。
(3)分析表格数据可知,强光下平均每片叶的气孔总数为13.6×826×100=1123360(个),弱光下平均每片叶的气孔总数为752×28.4×100=2135680(个);强光下单位时间内平均每片叶CO2吸收量为4.33×13.6×10-4=5.9×10-3(μmol),弱光下单位时间内平均每片叶CO2吸收量为3.87×28.4×10-4=1.1×10-2(μmol),对强光下生长的柑橘适度遮阴,柑橘的光反应强度降低,光合速率相对下降。
为适应弱光环境,柑橘叶合成更多叶绿素来增强吸收光的能力,以合成相对较多的有机物,有利于叶的生长,故最后发生改变的是平均叶面积。
答案
(1)自由扩散 五碳化合物 [H]/NADPH和ATP
(2)增加叶面积 提高叶绿素含量
(3)较少 较少 净光合速率 叶面积
(1)比较光反应与暗反应
比较项目
光反应
暗反应
实质
光能转换为化学能,并放出O2
同化CO2形成有机物(酶促反应)
时间
短促,以微秒计
较缓慢
条件
色素、光、酶、水、ADP、Pi
多种酶、ATP、[H]、CO2、C5
场所
在叶绿体内的类囊体薄膜上进行
在叶绿体基质中进行
物质转化
(1)水的光解:
2H2O4[H]+O2;
(2)ATP的合成:
ADP+Pi+能量ATP
(1)CO2的固定:
CO2+C52C3:
(2)C3的还原:
能量转化
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
关系
(2)比较光合作用与有氧呼吸
能量变化
光合作用
有氧呼吸
光能→化学能(储能)
化学能→ATP、热能(放能)
实质
合成有机物,储存能量
分解有机物、释放能量,供细胞利用
场所
叶绿体
细胞质基质和线粒体
条件
只在光下进行
有光、无光都能进行
联系
考点三 叶绿体中色素的提取和分离(实验7)
[典例引领]
【典例1】(2013·江苏单科,5)关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作,正确的是( )
A.使用定性滤纸过滤研磨液
B.将干燥处理过的定性滤纸条用于层析
C.在划出一条滤液细线后紧接着重复划线2~3次
D.研磨叶片时,用体积分数为70%的乙醇溶解色素
解析 本题考查叶绿体色素的提取和分离实验的相关知识。
实验过程中用单层尼龙布过滤研磨液;在滤纸条上划出一条滤液细线后,待干燥后再重复划线2~3次;研磨叶片时,用无水乙醇或95%的乙醇溶解色素。
答案 B
【典例2】(2012·上海单科,17)图表示叶绿体色素提取分离实验中纸层析的结果,据图判断用作实验材料的叶片颜色为( )
A.红色B.黄色C.绿色D.紫色
解析 在叶绿体色素提取和分离实验中,滤纸条上的四条色素带距点样处的距离由近及远分别是:
叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素,由图可知,叶绿素含量比类胡萝卜素含量少,用作实验材料的叶片应呈黄色。
B选项正确。
答案 B
1.实验中的注意事项及操作目的归纳
过程
注意事项
操作目的
提取色素
1
取新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
2
研磨时加无水乙醇
溶解色素
3
加少量SiO2和CaCO3
研磨充分和保护色素
4
迅速、充分研磨
防止乙醇挥发,充分溶解色素
5
盛放滤液的试管管口加棉塞
防止乙醇挥发和色素氧化
分离色素
1
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸上快速扩散
2
滤液细线要直、细、匀
使分离出的色素带平整不重叠
3
滤液细线干燥后再画一两次
使分离出的色素带清晰分明
4
滤液细线不触及层析液
防止色素直接溶解到层析液中
2.在滤纸纸条一端剪去两角的目的
防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快而形成弧形色素带。
3.叶绿体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使用放置数天的菠菜叶,滤液色素(叶绿素)太少。
③一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)。
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。
(3)滤纸条看不到色素带
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。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带。
忘记加碳酸钙致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”
名师点睛
(1)从色素带的宽度可推知色素含量的多少;
(2)从色素带的位置可推知色素在层析液中溶解度的大小;
(3)在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b,距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素。
题组一 全国课标卷高考集锦
1.(2014·课标全国理综Ⅱ,6)关于光合作用和呼吸作用的叙述,错误的是( )
A.磷酸是光反应中合成ATP所需的反应物
B.光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与
C.人体在剧烈运动时所需要的能量由乳酸分解提供
D.病毒核酸的复制需要宿主细胞的呼吸作用提供能量
解析 在光合作用光反应阶段,在有关酶的作用下,叶绿体中光合色素吸收的光能促成ADP与Pi发生化学反应,生成ATP,故A项正确。
叶绿素吸收光能不需要酶的参与,故B项正确。
人体剧烈运动时,所需能量主要由有氧呼吸提供,骨骼肌细胞也可通过无氧呼吸(产生乳酸)来供能,而不是分解乳酸提供能量,故C项错误。
病毒是专营寄生生活的生物,其生命活动所需的能量全部由宿主细胞提供,故D项正确。
答案 C
2.(2013·课标Ⅱ,2)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.被叶绿素吸收的光可用于光合作用
C.叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同
D.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光
解析 本题主要考查叶绿素的相关知识。
镁是合成叶绿素a和叶绿素b的必需元素;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,用于光合作用的光反应过程;叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同;叶绿素不能有效地吸收绿光,绿光被反射出去,使植物呈现绿色。
答案 D
3.(2011·全国新课标卷,3)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.光反应强度不变,暗反应强度降低
D.光反应强度降低,暗反应强度不变
解析 镁是叶绿素的组成成分,缺镁会导致叶绿素缺少而使光反应强度降低,进而因[H]和ATP合成不足而使暗反应强度降低。
答案 B
题组二 其他各省市高考选萃
4.(2012·山东理综,2)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
解析 本题主要考查了环境因素对植物光合速率影响的相关知识。
图中两曲线可表示植物的净光合速率,A点时光合速率等于呼吸速率,说明甲植株在A点前就已经开始进行光合作用,A错误;乙植株在18时后净光合速率小于0,该植株在18时有机物的积累量最多,B错误;曲线B~C段下降的原因是气孔关闭,乙植株因二氧化碳供应不足导致光合速率下降,曲线D~E段光合速率下降的原因则是光照强度减弱,C错误;分析两曲线B~D段可知,中午时乙植株出现净光合速率先下降后上升的现象,这可能是由于乙植株气孔发生关闭造成的,而甲植株没有发生类似的现象可能是甲植株气孔无法关闭,D正确。
答案 D
5.(2011·浙江)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、NADPH和CO2后,可完成暗反应
解析 光合作用光反应的场所是叶绿体内类囊体薄膜,破坏叶绿体外膜不会影响光反应的进行,仍然会有O2产生,A项错误。
植物叶片在衰老过程中,部分色素(如叶绿素)遭到破坏,各种色素的比例发生改变:
叶绿素含量相对减少,叶黄素和类胡萝卜素含量相对增多,B项错误。
与夏季相比,冬季温度较低,低温直接影响光合作用所需酶的活性,温度是影响光合速率的主要原因,C项错误。
暗反应的场所是叶绿体基质,暗反应所需条件为ATP、[H]、CO2,所以在离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后,可完成暗反应,D项正确。
答案 D
6.(2014·四川理综,6)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
解析 由图可知,两种植物单作和间作时的呼吸速率(与纵轴的交点)不同,桑树间作时呼吸速率较大,大豆单作时呼吸速率较大,A项错误;桑树间作时光饱和点大,大豆单作时光饱和点大,B项错误;间作提高了桑树的光合速率,在较低光照强度下,间作提高了大豆的光合速率,但在较高光照强度下,间作降低了大豆的光合速率,C项错误;大豆开始积累有机物的最低光照强度(与横轴的交点)单作大于间作,D项正确。
答案 D
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