2015高考第一轮复习能量之源――光与光合作用

第3讲能量之源——光与光合作用基础梳理一、捕获光能的色素和叶绿体的结构1．叶绿体(1)结构示意图2．色素的种类和功能温馨提示①叶绿体和液泡中都有色素，但只有叶绿体中的色素参与光能的捕获。②叶绿体中的色素只存在于光反应部位——叶绿体类囊体薄膜上，与光合作用有关的酶存在于两个部位——叶绿体类囊体薄膜上和基质中。二、光合作用的探究历程请将科学家和其相关实验的结论连起来三、光合作用的过程1．光反应与暗反应2．总反应式：CO2＋H2O―――→光能叶绿体(CH2O)＋O2。四、影响光合速率的环境因素1．空气中CO2的浓度；2．土壤中水分的多少；3．光照的长短与强弱以及光的成分；4．温度的高低等。知识整合考点一光合作用过程分析1.识图领悟光合作用过程2．光反应与暗反应的比较(结合上图分析)过程光反应暗反应图解条件必须在光下有光、无光都可以场所叶绿体类囊体薄膜叶绿体基质3.光照和CO2浓度变化对光合作用物质含量变化的影响当外界条件改变时，光合作用中C3、C5、[H]、ATP的含量变化可以采用下图分析：分析：条件过程变化C3C5[H]和ATP光照由强到弱，CO2供应不变①过程减弱，②③过程减弱，④过程正常进行增加减少减少或没有光照由弱到强，CO2供应不变①过程增强，②③过程增强，④过程正常进行减少增加增加光照不变，CO2由充足到不足④过程减弱，①②③过程正常进行，随C3减少②③减弱，①过程正常减少增加增加光照不变，CO2由不足到充足④过程增强，①②③正常进行，随C3增加②③增强，①过程正常增加减少减少特别提醒相同光照时间内，若光照和黑暗短时间隔处理比一直光照有机物积累多，因为[H]、ATP基本不积累，利用充分；但一直光照会造成[H]、ATP的积累，利用不充分。跟踪训练1如图所示，图甲为叶绿体结构与功能示意图，图乙表示一株小麦叶片细胞内C3(三碳化合物)相对含量在一天24小时内的变化，请据图分析：(1)图甲中A、B、C、D分别表示参与光合作用或光合作用生成的物质，则A、B、C、D依次是___________________。(2)在Ⅰ中发生的过程称为________，在Ⅰ中含有的参与此过程需要的条件是__________________。(3)Ⅰ中发生的反应与Ⅱ中发生反应的物质联系是_________________________________。(4)图乙中，从________点开始合成有机物，至________点有机物合成终止。(5)AB段C3含量较高，其主要原因是_______________。(6)G点C3含量极少，其原因是____________________。(7)G点与F点相比，叶绿体中[H]含量较________(填“高”或“低”)。思路分析：解析：(1)据光合作用过程可知，图甲中A、B、C、D依次是H2O、CO2、C3和C5。(2)Ⅰ是基粒，由许多类囊体组成，在其上发生光反应，其上含有参与光反应的色素和酶。(3)Ⅱ是叶绿体基质，发生暗反应。光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi等。(4)图中从B点开始C3含量下降，至Ⅰ点C3含量不再变化，说明光合作用从B点开始，到Ⅰ点结束。(5)、(6)、(7)在B点前无光照，不能进行光反应，不能进行C3的还原，因此在AB段C3含量较高，B点之后，开始进行光合作用，C3含量相对下降，Ⅰ点无光照，光合作用停止。G点C3含量少的原因是植物因“光合午休”，气孔关闭，CO2供应不足，C3合成减少，C3少，[H]消耗少，因此G点[H]含量高于F点。答案：(1)H2O、CO2、C3、C5(2)光反应色素和酶(3)光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi等(4)BⅠ(5)无光不进行光反应，C3不能被还原(6)气孔关闭，叶肉细胞内CO2含量低，CO2的固定减弱(7)高考点二影响光合作用的环境因素及其在生产上的应用一、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曲线分析：在外界条件相同的情况下，光合作用速率由弱到强依次是幼苗期、营养生长期、开花期。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曲线分析：随幼叶发育为壮叶，叶面积增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合速率增大；老叶内叶绿素被破坏，光合速率随之下降。应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶使蔬菜及时换新叶，都是根据其原理，可降低其细胞呼吸消耗的有机物。二、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。曲线分析：A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放CO2量表示此时的呼吸强度。AB段表明光照强度加强，光合作用速率逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少，有一部分用于光合作用；而到B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度＝细胞呼吸强度，B点对应的光照强度称为光补偿点。BC段表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强。C点对应的光照强度称为光饱和点。应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低，如上图虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置、冬季温室栽培避免高温等都与光补偿点有关。特别提醒外界条件变化时，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。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浓度曲线分析：图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。两图中的B和B′点都表示CO2饱和点，两图都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度增加而增大。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。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。三、多因子变量对光合作用速率影响的分析(外界因素)曲线分析：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。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，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。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。特别提醒各种环境因子对植物光合作用并不是单独地发挥作用，而是综合作用。但各种因子的作用并不是同等重要的，其中起主要作用的因子为关键因子，因此在分析相关问题时，应抓关键因子。跟踪训练22014·泰安一模如图为某植物光合作用速率与环境因素之间的关系，请据图回答：(1)甲图表示在弱光照情况下，光合作用随________的增加成正比增加，这种情况下，可以认为此时影响光合作用过程的__________阶段。(2)从图甲可见，光照强度超过某一强度时，光合作用速率不再增加，且有稳定发展的趋势，这种变化主要决定于__________，此时光合作用的__________阶段受到限制。(3)图乙中C点表示光照强度为B时，植物生长的__________，出现CD段的原因是___________。(4)请在图甲中绘制50℃时植物光合作用速率变化的曲线。(5)根据图甲，在图乙中绘制光照强度为A时，不同温度下光合作用速率变化曲线。解析：本题考查光照强度和温度对光合作用的影响，由图甲可以看出，光照弱时，光合作用速率随光照强度的增加而上升，此时影响光合作用的外界因素主要是光，而与温度无关，且可认为主要影响光反应。而当光照强度超过某一值时。温度又成了限制因素。由图乙可以看出，在50℃时光合作用速率大于20℃的而小于30℃的，可在图甲中相应位置画出。由图甲可以看出，在光照强度为A时，光合作用速率与温度变化无关，可在图乙中相应位置画出。答案：(1)光照强度光反应(2)温度暗反应(3)最适温度温度升高，酶活性降低，光合作用速率降低(4)如图1所示(5)如图2所示名师点拨：在一个坐标系中，有时有两条或两条以上的曲线，对于多曲线的坐标曲线题，常有多个变量，因此在解题时，应该设法控制单一变量，并要注意曲线之间的交叉点，还要注意比较各曲线的变化趋势。考点三光合作用与细胞呼吸综合分析1.区别项目光合作用细胞呼吸代谢类型合成作用分解作用物质变化无机物合成有机物有机物被分解成无机物能量变化光能→化学能化学能→热能、ATP中活跃化学能实质合成有机物，储存能量分解有机物、释放能量，供细胞利用场所主要是叶绿体细胞质基质和线粒体条件只在光下进行时刻都在进行2.联系(1)元素转移途径分析。C：CO2――→暗反应(CH2O)――→呼吸Ⅰ丙酮酸――→呼吸ⅡCO2O：H2O――→光反应O2――→呼吸ⅢH2OH：H2O――→光反应[H]――→暗反应(CH2O)――――→呼吸Ⅰ、Ⅱ[H]――→呼吸ⅢH2O(2)气体交换分析。3．光合作用与细胞呼吸综合计算总结(1)光合作用强度的表示方法。①单位时间内光合作用产生有机物的量；②单位时间内光合作用吸收CO2的量；③单位时间内光合作用释放O2的量。(2)在光下，植物光合作用与呼吸作用同时进行：①植物黑暗条件下的耗氧量即为植物的呼吸作用强度。②光合作用(实际)产氧量＝实测的氧气释放量＋呼吸作用耗氧量。③光合作用二氧化碳消耗量＝实测的二氧化碳消耗量＋呼吸作用二氧化碳释放量。④光合作用葡萄糖净生产量＝光合作用(实际)葡萄糖生产量－呼吸作用葡萄糖消耗量。思维拓展(1)用单位时间内植物光合作用从周围空气中吸收CO2的量或单位时间内光合作用放出O2的量来测定光合作用强度，测的是周围空气中气体的变化，所以所测数据为净光合速率。(2)如果用实验测只能在黑暗条件下测植物呼吸速率；在光照条件下测净光合速率；不能测到真正光合速率，因为呼吸作用每时每刻都在进行着。跟踪训练3植物生理学家对黑藻光合作用与呼吸作用进行了大量研究，如图是其中的一些实验曲线：(1)甲图中在AB段和CD段影响光合作用的主要限制因素分别是________和________。(2)甲图曲线Ⅲ的最强光合作用需要的最低CO2浓度是________mg/L。如果提高光照强度，则光饱和点的位置将向________移动。(3)乙图中30℃时该植物呼