33光合作用

3.3光合作用考纲要求(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)叶绿体色素的提取和分离(实验)考点突破考点一光合作用发现史中的经典实验分析1.1771年普里斯特利实验当时，科学家对空气的成分还不了解缺点：缺乏空白对照记录时漏掉了实验在阳光下进行这一条件，后来英格豪斯为其纠正拓展：普利斯特里的实验有时成功，有时失败，在什么条件下，实验会失败2.1864年萨克斯实验提前暗处理——消耗掉叶片中原有的淀粉，避免干扰。自变量：因变量：光照颜色变化3.1880年恩格尔曼实验实验组：极细光束照射处的叶绿体。对照组：黑暗处的叶绿体和完全曝光的叶绿体。实验结论：氧是由叶绿体释放出来；叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所自变量：因变量：光照好氧菌的分布恩格尔曼的实验设计巧妙之处主要表现在以下四个方面：①选材方面，选用水绵为实验材料。水绵不仅具有细长的带状叶绿体，而且叶绿体呈螺旋状地分布在细胞中，便于观察、分析研究。②将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了光线和氧气的影响，从而确保实验正常进行。③选用了极细光束照射，并且选用好氧细菌检测，从而能够准确判断出水绵细胞中释放氧的部位。④进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验，从而明确实验结果完全是光照引起的。4.20世纪30年代鲁宾、卡门实验实验方法：同位素标记法自变量：因变量：标记物质氧气的放射性【例1】德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处数小时“饥饿”处理(消耗掉叶片中的淀粉)后，再把叶片的一部分遮光，其余部分曝光。一段时间后，将该叶片经脱色、漂洗后再用碘液处理，结果发现遮光部分不变蓝，曝光部分变蓝。下列有关本实验的分析及结论合理的是()①本实验未设对照组②有无光照是遮光和曝光区域表现不同结果的唯一原因③实验初始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态④实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉A.①-④全部B.只有②③④C.只有①②③D.只有②③【例2】1880年美国生物学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入好氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图)。他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个实验的思路是()A.细菌对不同波长的光反应不同，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强B.好氧性细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强C.好氧性细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强D.好氧性细菌大量消耗O2，使水绵光合作用速度快，则该种光有利于光合作用考点二捕获光能的色素和结构1.叶绿体(1)结构模式图：2.色素的种类和功能吸收、传递、转化光能3.实验：绿叶中色素的提取和分离(1)实验原理：①提取：叶绿体中的色素溶于有机溶剂而不溶于水，可用无水乙醇等有机溶剂提取色素。②分离：各种色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。(2)实验程序：叶片要新鲜，颜色要深绿，含有较多色素充分，快速防止无水乙醇挥发扩散均匀色素可以溶解在层析液中防止层析液挥发绿叶中色素提取分离实验现象分析收集到的滤液绿色过浅的原因分析：未加SiO2：研磨不充分使用放置数天的叶片：滤液色素（叶绿素）太少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）未加CaCO3或加入过少：色素分子被破坏滤纸条色带重叠滤液细线不直滤液细线过粗滤纸条看不见色素带：忘记画滤液细线滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解在层析液中在做绿叶中色素提取的实验时，没有添加无水乙醇，没有提取到色素（滤液不是绿色）考点三光合作用过程1.光反应与暗反应的比较物质转化叶绿体基质叶绿体类囊体薄膜场所有光、无光都可以必须在光下条件暗反应光反应过程能量转化光能、活跃化学能，并储存在ATP中ATP中活跃的化学能→(CH2O)中稳定的化学能关系①光反应为暗反应提供［H］和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi；②没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成总反应式呢？2.动态分析光照与CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、［H］、ATP、C6H12O6合成量的影响即：停止光照(强→弱)时，［H］↓，ATP↓，C3↑，C5↓，(CH2O)↓。(2)同理：突然增强光照时，［H］↑，ATP↑，C3↓，C5↑，(CH2O)↑。即：停止(减少)CO2供应时，C3↓，C5↑，［H］↑，ATP↑，(CH2O)↓。(4)同理：突然增加CO2供应时，C3↑，C5↓，［H］↓，ATP↓，(CH2O)↑。3.反应式及元素去向分析(1)反应式：以生成C6H12O6为例。(2)元素去向：②碳元素：CO2→C3→(CH2O)③氢元素：H2O→［H］→(CH2O)【例6】下图为甘蔗叶肉细胞内的一系列反应过程，有关说法正确的是()A.过程①中叶绿体中的四种色素都主要吸收蓝紫光和红光B.过程②只发生在叶绿体基质中，过程③只发生在线粒体中C.过程①产生［H］，过程②消耗［H］，过程③既产生也消耗［H］D.若过程②的速率大于过程③的速率，则甘蔗的干重就会增加【例7】下面为光合作用的过程示意图，在适宜条件下栽培小麦，如果突然将c降低至极低水平(其他条件不变)，则a、b在叶绿体中的含量变化将会是()A.a上升、b下降B.a、b都上升C.a、b都下降D.a下降、b上升【例8】(2011·新课标全国)在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。回答问题：(1)图中物质A是________(C3、C5)。(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是_____________________________，将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是_______________________________。(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的________(低、高)。(4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的________(高、低)，其原因是_____________________________。•精要点拨C3含量变化和C3生成(还原)速率变化的区分(1)C3含量变化实质上考查光合作用过程。如光强增强，光反应生成的［H］和ATP增多，暗反应中C3还原增加，C3含量降低。(2)C3生成(还原)速率变化实质上考查光合作用速率变化。如光强增强，光合作用速率加快，C3生成和还原速率均加快。考点四影响光合作用的环境因素及其在生产上的应用1.内部因素对光合作用速率的影响(1)同一植物的不同生长发育阶段：应用：根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率不同，适时、适量地提供水肥及其他环境条件，以使植物茁壮成长。(2)同一叶片的不同生长发育时期：应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，都是根据此原理，可降低其细胞呼吸消耗的有机物。2.单因子变量对光合作用的影响(外界因素)(1)光照——光合作用的动力：①光照时间越长，产生的光合产物越多。②光质，由于色素吸收可见光中的红光和蓝紫光最多，吸收绿光最少，故不同波长的光对光合作用的影响不一样，建温室时，选用无色透明的玻璃(或塑料薄膜)做顶棚，能提高光能利用率。③光照强度：在一定光照强度范围内，增加光照强度可提高光合作用速率。【注意】外界条件变化时，CO2(光)补偿点移动规律：(1)呼吸速率增加，CO2(光)补偿点应右移；呼吸速率减小，CO2(光)补偿点应左移。(2)呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降，CO2(光)补偿点右移；条件的改变使光合速率上升时，CO2(光)补偿点左移。拓展：曲线与细胞图的综合(2)光照面积：曲线分析：OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点。随叶面积的增大，光合作用强度不再增加，原因是有很多叶被遮挡，光照不足。OB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用强度不再增加，但叶片随叶面积的不断增加，呼吸量(OC段)不断增加，所以干物质积累量不断降低(BC段)。应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。(3)CO2浓度：应用：大田要“正其行，通其风”，多施有机肥；温室内可适当补充CO2，即适当提高CO2浓度可提高农作物产量。CO2补偿点光合作用所需CO2的最低浓度CO2饱和点在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度增加而增大。CO2饱和点(4)必需矿质元素：曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，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光合作用速率下降。应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高作物的光能利用率。(5)温度：曲线分析：温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。应用：冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。(6)水分的供应对光合作用速率的影响：影响：水是光合作用的原料，缺水既可影响光合作用，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。应用：根据作物的需水规律合理灌溉。3.多因子变量对光合作用速率影响的分析(外界因素)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同时充入适量的CO2，进一步提高光合速率，当温度适宜时，要适当提高光照强度和CO2浓度以提高光合速率。总之，可根据具体情况，通过提高光照强度、调节温度或增加CO2浓度等来充分提高光合速率，以达到增产的目的。4.密闭容器及自然环境中植物光合作用曲线【例9】如图曲线Ⅰ表示黄豆在适宜温度、CO2浓度为0.03%的环境中光合作用速率与光照强度的关系。在y点时改变某条件，结果发生了如曲线Ⅱ的变化。下列分析合理的是()A.与y点相比较，x点时叶绿体中C3化合物含量低B.在y点时，适当升高温度可导致曲线由Ⅰ变为ⅡC.制约x点时光合作用的因素主要是叶绿体中色素的含量D.制约z点时光合作用的因素可能是二氧化碳浓度【解析】x点时，光照强度较弱，光反应提供的［H］和ATP较少，C3化合物的浓度较y点时高，A项不正确；题目中提到已是在适宜温度下，如果再提高温度，会降低光合作用速率，B项不正确；制约x点光合作用的因素是光照强度，C项不正确；在适宜温度下和同等光照强度条件下，提高CO2浓度可大幅度提高光合作用速率，D项正确。【答案】D【例10】(2013·四川)将玉米的PEPC酶基因导入水稻后，测得光照强度对转基因水稻和原种水稻的气孔导度及光合速率的影响结果，如下图所示。(注：气孔导度越大，气孔开放程度越高)(1)水稻叶肉细胞进行光合作用的场所是________，捕获光能的色素中含量最多的是________。(2)CO2通过气孔进入叶肉细胞后，首先与________结合而被固定，固定产物的还原需要光反应提供________。(3)光照强度低于8×102μmol·m-2·s-1时，影响转基因水稻光合速率的主要因素是________；光照强度为(10-14)×102μmol·m-2·s-1时，原种水稻的气孔导度下降但光合速率基本不变，可能的原因是________。(4)分析图中信息，PEPC酶所起的作用是________；转基因水稻更适宜栽种在________环境中。【解析】本题先提取图中信息，然后综合运用光合作用的过程和影响光合作用的因素等基础知识作答。(1)高等植物叶肉细胞的叶绿体是光合作用进行的场所。捕获光能的四种色素(叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素)中，叶绿素a的含量最多。(2)光合作用过