2024届高三生物二轮复习：光合作用专题复习（共35张ppt）

(共35张PPT)
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光合作用专题复习
“液滴移动法”测定细胞呼吸与光合速率
色素的提取与分离实验
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1
2
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本节主要解决的困惑
光合作用原理的实验探索
3
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4. 影响光合作用的因素
5. 光合速率曲线和呼吸速率曲线的综合分析
1. 菏泽牡丹历史悠久，具有较高的科研价值。科研人员利用密闭玻璃容器探究光照强度对牡丹光合作用速率的影响，甲乙两图是在温度、CO2浓度均适宜的条件下测得的相关曲线。请回答下列问题：
（1）图甲中B点时叶肉细胞中产生ATP的细胞器是_________________________，在叶绿体中为C3的还原提供能量的物质是_________________________，分离叶绿体中色素所用试剂是__________________。
（2）据图乙曲线分析，给植株光照时间共有_______h，其中有光照且光照强度一定保持不变的时间段有______________(用字母回答)。
（3）若在图甲实验的环境条件下，每天光照12h，则光照强度至少要大于_______klx时，植株才能够正常生长。
（4）你认为图丙装置_______(填“能”或“不能”)准确测出图甲中A点的数值，并说明理由__________________________________________________________________________________________________。
【答案】（1） ①. 叶绿体和线粒体 ②. ATP和NADPH（[H]) ③. 层析液 （2） ①. 14 ②. AB段和CD段 （3）4 （4） ①. 不能 ②. 该装置缺乏对照，不能排除外界环境条件对红色液滴移动的影响
困惑点一：“液滴移动法”测定细胞呼吸与光合速率
点拨提升一：“液滴移动法”测定细胞呼吸与光合速率
“三率”的概念及相互关系
“液滴移动法”
“三率”的实验探究的5个方法
(1)甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，因此单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表有氧呼吸速率。
(2)乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，因此单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。
(3)真正(总)光合速率=净光合速率+有氧呼吸速率。
(4)物理误差的校正:为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
本方法适合以气体的含量变化作为测定指标，通过红色液滴的移动判断气体含量的变化，从而测定三率。由于CO2比O2容易操控，因此可通过控制CO2来测定O2的含量变化。
特别提醒
①实验变量控制：上述实验测定过程中，除了提及的实验条件，其他条件应保持相同且适宜，从而避免无关变量对实验的干扰。
②也可利用装置乙在黑暗条件下测定呼吸速率。NaHCO3溶液维持容器内CO2含量的恒定，单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2消耗量，可代表呼吸速率。
③测定净光合速率时，装置乙的液滴也可能往左移动，说明此时呼吸速率＞光合速率。
（5）计算方法
装置甲 装置乙 装置丙 呼吸速率 净光合速率 总光合速率
左移x 右移y 不动
左移x 右移y 左移z
左移x 右移y 右移z
左移x 左移y 右移z
“液滴移动法”
x y x+y
x-z y+z （x-z）+（y+z）
x+z y-z （x+z）+（y-z）
x+z y-x z+y
（1）本方法适合测定小型水生植物如水绵、绿藻、黑藻等的光合作用和呼吸作用。
（2）本方法可用氧气传感器检测O2的含量变化作为测定指标。
（3）测定方法
①呼吸速率
实验操作：从富含藻类的某一深度的水层取样，测定初始含氧量x，将瓶口密封后再沉入取水处，24小时后取出，测定两瓶中的氧气含量y。
计算方法：呼吸速率=x-y
②净光合速率
实验操作：从①相同位置的水层取等量水样，测定初始含氧量x，将瓶口密封后再沉入取水处，24小时后取出，测定两瓶中的氧气含量z。
计算方法：净光合速率=z-x
③总光合速率
真正光合速率=呼吸速率+净光合速率=（x-y）+（z-x）
若只计算总光合速率，可不用测定初始含氧量，
直接利用：
白瓶最终含氧量z－黑瓶最终含氧量y即为总光合作用量x-y
2. 在植物体内，制造或输出有机物的组织器官被称为“源”，接纳有机物用于生长或贮藏的组织器官被称为“库”。小麦是重要的粮食作物，其植株最后长出的、位于最上部的叶片称为旗叶，旗叶对籽粒产量有重要贡献。回答下列问题。
（1）旗叶是小麦最重要的“源”。与其他叶片相比，旗叶光合作用更有优势的环境因素是________________。“源”光合作用所制造的有机物一部分用于“源”自身的_______________________，另一部分输送到“库”。（2）籽粒是小麦开花后最重要的“库”。为指导田间管理和育种，科研人员对多个品种的小麦旗叶在不同时期的光合特性指标与籽粒产量的相关性进行了研究，结果如表所示。
*气孔导度表示气孔张开的程度。表中数值代表相关性，数值越大表明该指标对籽粒产量的影响越大气孔导度主要影响光合作用中___________的供应。以上研究结果表明，在___________期旗叶气孔导度对籽粒产量的影响最大。若在此时期因干旱导致气孔开放程度下降，籽粒产量会明显降低，有效的增产措施是_______________。（3）取生理状态相同的小麦幼苗若干，随机均分为A、B两组，将A组幼苗放在完全培养液中，将B组幼苗放在缺镁的培养液中，在相同且适宜的条件下培养。一段时间后，发现两组幼苗老叶颜色不同，A组呈绿色，B组呈黄色，而两组幼苗的新叶都呈绿色，推测B组出现该现象的原因是___________________________________________。（4）研究发现小麦灌浆期以后的净光合速率有所下降，推测可能与叶片的叶绿素含量减少有关。请设计实验验证该推测，简要写出实验设计思路_______________________________________________________________________。
2. 在植物体内，制造或输出有机物的组织器官被称为“源”，接纳有机物用于生长或贮藏的组织器官被称为“库”。小麦是重要的粮食作物，其植株最后长出的、位于最上部的叶片称为旗叶，旗叶对籽粒产量有重要贡献。回答下列问题。
【答案】（1）①. 光照强度②. 呼吸消耗 （2）①. CO2 ②. 灌浆前③. 合理灌溉 （3）老叶因叶绿素分解呈现黄色，新叶获得了来自老叶的Mg2+后颜色不受影响 （4）在灌浆期后不同时间，取等量的同种小麦叶片，测定其叶绿素含量
困惑点二：光合作用原理的实验探索
光照
需氧性细菌聚集
的部位
叶绿体
氧气
光合作用
氧气
同位素标记
光合作用释放的O2
ATP　
二氧化碳
选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位。
排除氧气和极细光束外的其他光的干扰。
因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放更多氧气，适于好氧细菌在此区域分布。
点拨提升二：光合作用原理的实验探索
（1）普利斯特利通过实验证明植物能净化空气；英格豪斯的实验也可证明光是光合作用的必要条件（2）梅耶根据能量转换与守恒定律明确指出植物进行光合作用时光能转换为化学能；（3）萨克斯通过实验证明光合作用的产物除了氧气外还有淀粉；（4）恩格尔曼采用水绵、好氧细菌和极细光束进行对照实验，发现光合作用的场所是叶绿体；（5）鲁宾和卡门采用同位素标记法进行实验证明光合作用释放的O2来自水；（6）卡尔文采用同位素标记法探明了CO2的固定过程中碳元素的转移途径。
归纳总结
3.玉米是我国北方地区主要的农作物之一。玉米每展现一个叶片称为一个叶龄，植株自下而上展现的叶片数称为相应的叶龄。玉米的叶龄与玉米生理状态密切相关，农业生产中可以依据叶龄，采取间苗、施用矮化剂（防倒伏、提高种植密度）、追肥等方法调节其生长发育，实现高产稳产。科研工作者以某品种玉米12叶龄期不同部位的叶片为实验材料，在适宜温度条件下，研究不同叶龄叶片光合作用强度（平均值）的变化，测量结果如下表所示。
（2）与新叶相比，玉米成熟叶最大净光合作用较大的内因是_____________________。研究者适当降低了测量温度后发现三组叶片的光补偿点均有所上升，原因可能是_____________________________________________________。（3）光能利用率是指单位土地面积上，农作物通过光合作用产生的有机物中所含的能量与这块土地接受的太阳能之比。请提出玉米种植时提高光能利用率的措施_____________________________________________________。（4）CO2是影响植物生长的外界因素之一。研究者在光饱和点加倍供应CO2，光合作用强度并没有倍增，分析其原因是_____________________________________________________________________________________________。
【答案】（1）①. 无水乙醇 ②. 色素提取时，研磨叶片会导致液泡中的有机酸释放破坏叶绿素（需要答出有机酸），碳酸钙可以中和酸性物质，保护叶绿素 （2）①. 成熟叶叶绿素a含量高②. 温度降低导致光合作用相关酶活性的降低程度高于呼吸作用相关酶活性的降低程度（需体现出二者比较） （3）使用矮化剂提高种植密度，通风等 （4）受先反应产生的NADPH和ATP限制；催化CO2固定的酶数量限制
（1）实验室可将色素提取液置于分光光度计中测量色素含量，色素提取时可在研钵中加入5-10mL的_____________，然后迅速研磨。在酸性条件下，叶绿素分子卟啉环中的镁离子可以被氢离子取代，导致叶绿素被破坏，试分析色素提取时加入碳酸钙的作用是____________________________________________________。
困惑点三：色素的提取与分离实验
(1)实验原理
纸层析法
层析液
点拨提升三：色素的提取与分离实验
防止色素被破坏
单层尼龙布
铅笔
铅笔线
层析液挥发
色素溶解在层析液中，而导致滤纸条上无色素带
(2)实验流程
(3)实验结果及分析
橙黄色
色素种类
色素含量
溶解度
(实验改进)提取叶绿体中的色素，也可用如图所示的方法：即在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析，结果会出现不同颜色的4个同心圆，则①～④依次对应哪种色素及颜色？
①胡萝卜素(橙黄色)　②叶黄素(黄色)　
③叶绿素a(蓝绿色)　④叶绿素b(黄绿色)
由图可以看出：
(1)叶绿体中的色素只吸收______，而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)叶绿素对____________的吸收量大，类胡萝卜素对______的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。
可见光
红光和蓝紫光
蓝紫光
叶片呈现绿色的原因？
叶绿素含量高，叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来。
吸收、传递、转化光能
4．叶绿体中的色素及色素的吸收光谱
(可见光的波长范围大约是400～760 nm)，
色素提取分离三个常见异常现象原因分析
(3)滤纸条无色素带的原因
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。
(2)滤纸条色素带较浅的原因　
①滤液中色素含量少；
②划滤液细线时次数太少。
【变式练习】
(1)滤液颜色过浅的原因
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分；
②一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低 (正确做法：分次加入少量无水乙醇)。
③未加CaCO3、色素被破坏。
4. 干旱对植物生长有较严重影响，研究人员从盐生植物碱蓬中获得了两个特有的基因：CYC基因和AFP基因，为进一步研究两基因的功能，研究人员通过基因工程技术获得了转CYC基因水稻植株、转AFP基因水稻植株，并进行了相关实验，结果如下表所示。回答下列问题：
（1）测定水稻叶片中的叶绿素含量时，需要先提取色素，提取绿叶中光合色素的原理是____________________。利用纸层析法分别分离正常条件下和干旱条件下的叶片中的光合色素，所得的滤纸条自上到下第__________条色素带存在明显差异。（2）与普通水稻相比，湿度30%条件下，转AFP基因水稻光合速率下降不明显，根据实验结果分析其原因是___________________________________________________________________________________________________。
（3）结合上述研究结果分析，碱蓬能够在盐碱、干旱条件下保持较好生长状态的原因是___________________________________________________________________________________________________。
【答案】（1） ①. 色素易溶于有机溶剂②. 三、四
（2）叶绿素含量较高，吸收利用光能较多，光反应速率较高 （3）提高根部细胞无机盐的含量，使细胞渗透压升高，增强根部细胞的吸水能力；保持较高的叶绿素含量，维持较高的光合速率
困惑点四：影响光合作用的因素
1.内部因素
(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
增大
(3)叶面积指数
(1)植物自身的遗传特性(如植物品种不同)，
以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。
点拨提升四：影响光合作用的因素
A点 :
只呼吸
B点 :
呼吸=光合
C点 :
光合最强
AB段 :
呼吸＞光合
BC段 :
呼吸＜光合
光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。
光补偿点
光饱和点
A
B
光照强度
0
CO2吸收
C
CO2释放
植物白天的光照强度必须大于B点以上才能正常生长
限制因素：CO2等环境因素
2.外部因素
(1)单因子变量对光合作用影响的曲线分析
①光照强度
光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。
真正光合速率=呼吸速率+净光合速率
光补偿点
光饱和点
A
B
光照强度
0
CO2吸收
C
CO2释放
净光合速率
呼吸速率
真正光合速率
温室中，适当提高光照强度，以提高光合速率，使作物增产
阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套作农作物，合理利用 光能
①光照强度
“总光合速率”和“净光合速率”
①净光合速率：常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。
②总（真正）光合速率：常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或制造有机物量表示。
CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成。
CO2浓度
A
放出CO2
吸收CO2
B
CO2浓度
光
合
作
用
速
率
A'
B'
CO2补偿点
CO2饱和点
进行光合作用所需CO2最低浓度
CO2饱和点
限制因素：B点前为CO2浓度；B点及以后可能有温度、光照强度等。
若光照适当增强至光饱和点，则A点 ，B点 。
若光照适当减弱，则A点 ，B点 。
左移
右移
左移
右移
②CO2浓度
一般植物在10℃-35 ℃下正常进行光合作用，35℃以上光合作用的酶活性下降，50℃左右光合作用完全停止。
温度通过影响酶的活性影响光合作用。
温度/℃
光合速率
最适温度
应用：适当保持昼夜温差、阴雨天适当降低温室温度
③温度
水既是光合作用的原理，又是体内各种化学反应的介质，缺水会导致植物萎焉，使光合速率下降。
水分能够影响气孔开闭，间接影响CO2进入植物体。
E点：光合作用强度暂时降低。正午温度高，蒸腾作用过强，植物体水分丢失，引起气孔开度减小甚至关闭，影响的CO2的供应。
应用：根据作物的需水规律，合理灌溉
④水分
N、P、K等矿质元素
光合速率
A
B
C
BC段：土壤溶液浓度过高导致植物失水萎焉，光合速率下降
应用：合理施肥；轮作
N：是酶、NADPH和ATP的重要组成成分，叶绿素中也有N。
P：是叶绿体膜、NADPH和ATP的重要组成成分。
Mg：叶绿素的重要组成成分。
⑤矿质元素
(2)多因子对光合速率的影响
提高
提高
点拨提升四：分析曲线图像三部曲
一明确横、纵坐标含义
二看起点、折点、终点
三先单曲线分析再多曲线一起分析
1.(生产实践)土壤板结，光合速率下降的原因是____________________________
_____________________________________________________________________________________________________________________。
2.(生产实践)北方夏季中午时，光照强度很强，植物出现“午休”现象的原因是：___________________________________________________________________。
3.(生产实践)大棚种植使用有机肥有利于增产，请从影响光合作用的因素分析__________________________________________________________________
土壤板结，导致土壤中缺氧，
根细胞进行无氧呼吸，产生的ATP减少，供给根细胞用于矿质元素吸收的能量减少，光合色素的合成和酶数量减少，光合作用减弱
光照强度过强，温度升高，导致气孔关闭，细胞CO2供应不足，光合作用减弱
有机肥被微生物分解产生无机盐并释放CO2，促进光合作用
变式训练
5. 以某高等绿色植物为实验材料，研究不同光质对植物光合作用的影响，实验结果如图1，其中气孔导度大表示气孔开放程度大。另外，以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对该绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图2。
（1）高等植物绿叶中含有多种光合色素，常用纸层析方法分离，其原理是__________________________________________________________________________________________________。光合色素吸收的光能转化为____________________中的化学能，可用于碳反应中___________________ 的还原。（2）图1 中，相对于红光，蓝光照射下胞间CO2浓度低，其原因是__________________________________________。卡尔文循环中涉及从C5到C3再到C5的循环，叶绿体中C5的浓度是：蓝光照射_____（填：“大于”“等于”或“小于”）红光照射。（3）光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时 _____（填：“ 是”或“否”）相等，原因是 _________________________________________________________________。
【答案】（1）①. 不同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。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开 ②. ATP 和NADPH ③. 三碳化合物（C3或3-磷酸甘油酸） （2） ①. 光合速率大，消耗的二氧化碳多 ②. 大于 （3）①. 是 ②. 光合作用制造的有机物的量可用光照下CO2的吸收量与黑暗下的CO2释放量的和表示，两个温度条件下，二者的和相等（均为6.5mg/h ）
困惑点五：光合速率曲线和呼吸速率曲线的综合分析
3.光合速率曲线和呼吸速率曲线的综合分析
O2
CO2
【注意】
中午气温过高，为减少蒸腾作 用，叶片气孔部分关闭，
CO2吸收减少，光合作 用强度减弱。
点拨提升五：光合速率曲线和呼吸速率曲线的综合分析
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