(共63张PPT)
1.实验原理
(1)提取色素:利用无水乙醇溶解绿叶中的色素。
(2)分离色素:色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散得快(离
层析液液面远);反之则慢。
第4节 光合作用与能量转化
必备知识 清单破
知识点 1 绿叶中色素的提取和分离
2.实验过程
(1)提取色素
(2)分离色素——纸层析法
特别提醒 提取色素时研磨应迅速,分离色素时加盖密闭,且在通风良好的条件下进行,因为
无水乙醇和层析液均易挥发,且层析液有毒性。
3.实验结果及分析
知识拓展 纸层析法分离色素时,也可以用圆形滤纸进行。此时应在圆心处点样,滤液在圆
形滤纸上的扩散原理和在滤纸条上是一样的,可看到4个同心圆,结果如图所示。
4.实验的异常现象分析
(1)收集到的滤液绿色过浅
①未加SiO2或研磨不充分,色素未充分提取出来。
②未加CaCO3或加入过少,叶绿素被破坏。
③一次加入大量的无水乙醇,导致提取液浓度太低(应多次少量加入)。
④使用放置数天的绿叶或绿叶用量少,滤液中的色素(叶绿素)含量太少。
(2)滤纸条色素带重叠:可能是滤液细线画得过粗或连续画滤液细线。
(3)滤纸条看不见色素带
①没有提取出色素。
②滤液细线触及层析液,且时间较长,色素全部溶解到层析液中。
知识拓展
(1)影响叶绿素合成的因素
(2)色素与叶片颜色的关系
1.上图为类胡萝卜素、叶绿素a、叶绿素b吸收光能的百分比。不同色素对蓝紫光的吸收百
分比差别不大,对红光的吸收百分比差别较大。
2.一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光(400~760 nm)。
知识点 2 绿叶中色素的吸收光谱
1.恩格尔曼实验
(1)实验选材
①水绵:叶绿体呈螺旋带状分布,便于观察。
②需氧细菌:直观定位释放O2的部位。
(2)实验一
知识点 3 叶绿体的结构适于进行光合作用
(3)实验二:用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
(4)实验结论:叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用放氧。
2.叶绿体的形态结构与功能相适应
1.光合作用:绿色植物通过叶绿体,利用光能,将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并
且释放出氧气的过程。
2.探索光合作用原理的部分实验
知识点 4 光合作用的原理
3.光合作用的过程
光反应阶段 暗反应(碳反应)阶段
场所 类囊体薄膜 叶绿体基质
条件 光、色素、酶、水、ADP、
Pi、NADP+等 CO2、ATP、酶、NADPH等
物质变化 ①水的光解:H2O H++O2; ②NADP++H+ NADPH; ③ADP+Pi+能量 ATP ①CO2的固定:CO2+C5 2C3;
②C3的还原:2C3 C5+(CH2O)
能量变化 光能→ATP和NADPH中的化学能 ATP和NADPH中的化学能→(CH2O)中的化学能
联系 ①物质联系:光反应生成的ATP和NADPH供暗反应中C3的
还原,而暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+;
②能量联系:光反应为暗反应提供了活跃的化学能,暗反应
将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能
易错分析
(1)C3还原消耗的能量来自ATP和NADPH,同时NADPH(还原型辅酶Ⅱ)作还原剂。
(2)暗反应有光、无光都能进行:若光反应停止,因NADPH和ATP还没有消耗完,暗反应可继续
进行一段时间。
4.光合作用总反应式
(1)H2O中的O:以O2的形式释放出去。
(2)CO2中的O:进入有机物。
(3)CO2中C的转移途径:CO2→C3→(CH2O)、C5。
1.影响光合作用强度的环境因素及其应用
知识点 5 光合作用原理的应用
原理 应用
光照 强度 光照影响光反应阶段ATP、 NADPH的产生,进而影响暗反应阶段 ①间作套种的农作物合理搭配,林带树种合理配置,充分利用光能;
②适当提高光照强度可增加大棚作物产量
CO2 浓度 CO2作为原料通过影响暗反应阶段C3的合成,从而影响光合作用强度 在农业生产上可以通过“正其行,通其风”、增施农家肥等增大CO2浓度,提高光合作用速率
温度 主要通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率冬季种植蔬菜用大棚来提高温度
水 ①主要影响叶片气孔的开闭,进而影响CO2进入叶片进行暗反应;
②水是光合作用的原料之一合理灌溉等
无机 盐 ①N:酶、ATP的组成元素之一;
②P:参与ATP、生物膜的组成;
③Mg:参与叶绿素的组成;
④K:参与有机物的运输等合理施肥:在一定浓度范围内,增大必需元素的供应,可提高光合作用速率,但超过一定浓度后,植物会因土壤溶液浓度过高发生渗透失水而萎蔫
2.影响光合作用强度的其他环境因素:叶面积系数、光质(见定点1)。
3.探究光照强度对光合作用强度的影响
(1)实验原理
(2)变量分析
(3)实验结果:在一定范围内,单位时间内光照强度越大→圆形小叶片中产生的O2越多→浮起
的圆形小叶片数量越多。
(4)实验结论:在一定范围内,随着光照强度不断增强,光合作用强度也不断增强。
1.概念:自然界中的某些生物能利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有
机物。
2.实例:硝化细菌。
知识点 6 化能合成作用
归纳总结 光合作用和化能合成作用的共同点是都能利用CO2等合成有机物,区别在于两者
使用的能量不同。
知识辨析
1.在绿叶中色素的提取和分离实验中,未加二氧化硅或未加碳酸钙形成的实验现象相同,是否
正确
不正确。未加二氧化硅会导致绿叶研磨不充分,色素未充分提取出来(4条色素带均变窄);未加碳酸钙会导致叶绿素被破坏,叶绿素a和叶绿素b的色素带变窄,其余色素带基本无影响。
2.光合作用的暗反应阶段不需要光参与,可以在黑暗条件下持续进行,是否正确
不正确。暗反应虽然不直接依赖于光,但依赖于光反应产生的ATP和NADPH,黑暗环境中
缺乏光反应产物,暗反应无法持续进行。
3.干旱条件下植物光合速率降低,主要是因为光反应原料水不足,是否正确
不正确。干旱缺水主要会影响植物的蒸腾作用,植物为避免失水过多,叶片部分气孔会关闭,导致CO2吸收减少,从而使光合速率降低。
提示
提示
提示
4.生物光合作用的场所不一定是叶绿体,没有叶绿体的生物也可以是自养生物,是否正确
正确。蓝细菌是原核生物,没有叶绿体,细胞内有藻蓝素和叶绿素,蓝细菌是能进行光合作用的自养生物。
5.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用,是否正确
不正确。叶绿体中的色素主要吸收400~760 nm的可见光;波长小于400 nm的紫外光和波长大于760 nm的红外光不能被叶绿体色素吸收。
6.光合作用的产物有淀粉和蔗糖,淀粉和蔗糖可以进入筛管,通过韧皮部运输到植株各处,是
否正确
不正确。光合作用的产物有一部分是淀粉,还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管,再通过韧皮部运输到植株各处。
提示
提示
提示
1.叶面积系数
(1)叶面积系数:单位土地面积上植物绿色叶片的总面积与土地面积的比值,又叫叶面积指数。
关键能力 定点破
定点1 影响光合作用强度的其他环境因素
(2)叶面积系数小于a时,随叶面积系数增加,群体光合速率和干物质积累速率均提高;叶面积
系数>b时,随叶面积系数增加,群体呼吸速率增加而光合速率保持不变,故群体干物质积累速
率降低。
(3)栽培作物时需合理密植,以提高光能利用率和单位土地的产量。
2.光质(不同颜色的光):光合色素主要吸收红光和蓝紫光,因此,温室大棚中给植物补光时,同
等强度下使用红光比白光更有利于植物光合作用制造有机物。
定点2 环境变化时光合作用过程中各物质的含量变化分析
光照强度 CO2浓度 变化 由强到弱 由弱到强 由充足到不足 由不足到充足
分析 ①过程减弱 ↓ ATP、NADPH减少 ↓ ②过程减弱,③过程正常 ↓ C5、(CH2O)减少, C3增加 ①过程增强 ↓ ATP、NADPH增加 ↓ ②过程增强,③过程正常 ↓ C5、(CH2O)增加, C3减少 ③过程减弱 ↓ C3减少,C5增加 ↓ ②过程减弱,①过程正常 ↓ (CH2O)减少,
ATP、NADPH增加 ③过程增强
↓
C3增加,C5减少
↓
②过程增强,
①过程正常
↓
(CH2O)增加,
ATP、NADPH减少
模型
归纳总结
(1)C3的起始值高于C5。
(2)光照强度影响C3的还原,即C3的消耗;CO2浓度影响CO2的固定,即C3的生成。
(3)C5、ATP、NADPH变化一致,与C3变化相反。各物质的含量取决于其生成速率和消耗速率。
(4)以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化,而非长时间。
1.光合速率、细胞呼吸速率和净光合速率的表示方法
知识点 3 绿色植物光合速率的测定
表示方法
(总)光合速率 光照下,单位时间O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量
呼吸速率 黑暗下,单位时间CO2的释放量、O2的消耗量、有机物的消耗量
净光合速率 光照下,单位时间O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量
(1)(总)光合速率=呼吸速率+净光合速率
(2)光合作用固定的CO2总量=呼吸作用产生的CO2量+从外界吸收的CO2量
(3)光合作用产生的O2量=呼吸作用消耗的O2量+释放到外界的O2量
2.液滴移动法
(1)测定呼吸速率
①将装置甲置于黑暗条件下,植物只进行细胞呼吸,单位时间内红色液滴左移的距离表示植物O2的消耗速率,可代表呼吸速率。
②t小时后,记录液滴移动距离为a。
③细胞呼吸速率(黑暗中O2消耗速率)=a/t。
甲
(2)测定净光合速率
乙
①将装置乙置于光照条件下,植物进行光合作用和细胞呼吸,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。
②t小时后,记录液滴移动距离为b。
③净光合速率(植物O2释放速率)=b/t。
(3)测定(总)光合速率(装置甲和乙):
(总)光合速率=(a+b)/t。
(4)为防止气压、温度等物理因素引起实验误差,应设置对照实验,即用死亡的相同大小的同
种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。
图示及操作 分析
半叶法 叶片两部分不存在物质和能量转移,t小时后,截取对称位置面积均为S的叶片称重,计为WA和WB ①遮光部分:细胞呼吸速率
(有机物的消耗速率)=(初始重量-WA)/(S×t);
②曝光部分:净光合速率(有物的积累速率)=(WB-初始重量)/(S×t);
③(总)光合速率=(WB-WA)/(S×t)
3.半叶法和黑白瓶法
黑白瓶法 ①从某一水层相同位置取样,装入若干个等体积黑瓶(不透光)和白瓶(透光)中,并分别测得初始溶氧量x; ②把黑、白瓶悬挂于原水深处; ③一段时间后,分别测出黑瓶、白瓶的溶氧量并算出平均值y、z ①黑瓶:细胞呼吸速率(O2消耗速率)=(x-y)/t;
②白瓶:净光合速率(O2释放速率)=(z-x)/t;
③(总)光合速率=(z-y)/t
1.光照强度(或CO2浓度)对光合作用的影响
(1)曲线分析
定点4 光合作用相关曲线分析
曲线分析 图示
A点 只进行细胞呼吸(CO2释放速
率可表示细胞呼吸速率)
AB段 光合速率<呼吸速率
B点 光合速率=呼吸速率,B点时
的光照强度(CO2浓度)称为光
补偿点(CO2补偿点)
BC段 光合速率>呼吸速率
C点 此时的光照强度(CO2浓度)称
为光饱和点(CO2饱和点),C点
以后光照强度(CO2浓度)增
加,光合速率不再增加 (2)“补偿点和饱和点”移动问题
①A点:代表呼吸速率,细胞呼吸增强,A点下移;反之,A点上移。
②B点与C点
B点(光补偿点) C点(光饱和点)
适当增大(减小)CO2浓度 左移(右移) 右移(左移)
土壤缺Mg2+ 右移 左移
③D点:代表最大光合速率,增大CO2浓度使光合速率增大时,D点向右上方移动;反之,D点向左
下方移动。
(3)阴生植物
阴生植物的光补偿点和光饱和点均小于阳生植物。间作套种农作物,可以合理利用光能。
2.密闭容器中一昼夜植物光合作用曲线
AB段 CO2增加→植物释放CO2→植物光合作用强度<呼吸作用强度
B点 植物光合作用强度=呼吸作用强度(光合作用在B点前已经开始,而不是在B点开始)
BC段 CO2减少→植物吸收CO2→植物光合作用强度>呼吸作用强度
C点 植物光合作用强度=呼吸作用强度,有机物积累最多
CD段 CO2增加→植物释放CO2→植物光合作用强度<呼吸作用强度,直至光合作用停止
(1)曲线分析
(2)该植物一昼夜表现为生长的原因:密闭容器内CO2浓度在D点时低于A点时,说明经过一昼
夜,密闭容器中CO2减少,即植物光合作用制造的有机物总量>呼吸作用消耗的有机物量,该植
物有有机物的积累。
3.自然环境中(夏季晴朗天气)一昼夜植物光合作用曲线
b点 开始进行光合作用
c点 光合作用强度=呼吸作用强度
d点 “光合午休”
e点 光合作用强度=呼吸作用强度,有机物积累量
最大
bf段 制造有机物
ce段 积累有机物
典例 晴朗夏季,某兴趣小组将用全素营养液培养的花生植株放入密闭的玻璃罩内,置于室外
继续培养,获得实验结果如图所示。其中图甲表示玻璃罩内的CO2含量一昼夜的变化情况(A
点表示玻璃罩内起始CO2浓度),图乙表示该植株一昼夜CO2释放速率或吸收速率,图丙表示花
生叶肉细胞中两种细胞器的四种生理状态。下列有关叙述正确的是 ( )
甲
C
乙
丙
A.图甲中的D点与图丙中的②对应,D点之后植株开始进行光合作用
B.图甲中的H点与图乙中的e点对应,此时植株的光合作用最强
C.图乙中ac段发生的生理过程对应图丙中的④
D.图乙中积累有机物的时段是di段
思路点拨
图甲:D点前植株开始进行光合作用,D点和H点植株光合速率=细胞呼吸速率。
图乙:c点植株开始进行光合作用,d点和h点植株光合速率=细胞呼吸速率。
图丙:①光合速率>细胞呼吸速率,②光合速率=细胞呼吸速率,③光合速率<细胞呼吸速
率,④只进行细胞呼吸。
解析 图甲中的D点植株光合速率=呼吸速率,此时叶肉细胞的光合速率>细胞呼吸速率,对
应图丙中的①,D点之前植株已经开始进行光合作用,A错误。图甲中的H点植株光合速率=细
胞呼吸速率,与图乙中的h点对应;图甲中的EF段CO2含量下降速度最快,即净光合速率最大,
此时植株的光合作用最强,B错误。图乙中ac段植株处于黑暗环境中,细胞只进行呼吸作用,
对应图丙中的④,C正确。图乙中dh段植物吸收CO2,植株光合速率>细胞呼吸速率,积累有机
物,而hi段植物释放CO2,植株光合速率<细胞呼吸速率,体内有机物减少,D错误。
1.物质联系
(1)碳元素
定点5 光合作用和呼吸作用中物质和能量的联系
(3)氢元素
2.能量联系
(2)氧元素
Rubisco是普遍分布于玉米、大豆等作物叶绿体中的一种双功能酶,它既是光呼吸中不
可缺少的加氧酶,也是卡尔文循环中固定CO2最关键的羧化酶。
在较强光照下,Rubisco以五碳化合物(RuBP)为底物,在CO2/O2的值高时,催化RuBP结合CO2发
生羧化;在CO2/O2的值低时,催化RuBP结合O2发生氧化产生光呼吸,具体过程如图所示。
学科素养 情境破
情境探究
素养 生命观念——光合作用的特殊类型
问题1 从物质变化的角度看,光呼吸和有氧呼吸的共同点是什么
光呼吸和有氧呼吸都需要消耗O2,都产生CO2。
问题2 在天气晴朗、气候干燥的中午,大豆叶肉细胞中光呼吸的强度较通常条件下会升高还
是降低 为什么
升高。在天气晴朗、气候干燥的中午,光照强度较强,植物部分气孔关闭,CO2/O2的值
较低,此时Rubisco催化RuBP结合O2发生氧化产生光呼吸,故光呼吸强度升高。
问题3 光呼吸的存在会明显降低作物产量,原因是什么
光呼吸存在时,光呼吸消耗参与暗反应的ATP、NADPH和RuBP,使暗反应速率降低,
从而使光合作用合成有机物减少。
问题4 研究表明,光呼吸是植物在长期进化过程中为适应环境变化、提高抗逆性而形成的一
条代谢途径。据图推测,光呼吸提高抗逆性的作用机理是什么
光呼吸可以为光合作用提供CO2。
提示
提示
提示
提示
讲解分析
1.光呼吸与光合作用暗反应的比较
光合作用暗反应 光呼吸
过程 ①CO2+C5 2C3; ②2C3 C5+(CH2O) ①C5+O2 C2+C3;
②C2+C3 C5+CO2
反应物 C5、CO2 C5、O2
条件 CO2/O2的值高 CO2/O2的值低
意义 合成糖类,储存能量 消耗能量,生成的CO2可用于光合作用
2.一些植物在进化中形成了特殊的固定和浓缩CO2的机制,能够在高温、干旱导致气孔开放
度下降的情况下,有效利用叶肉细胞间隙低浓度的CO2进行光合作用,如C4植物和CAM植物。
(1)C4植物:CO2在叶肉细胞被PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)固定,生成C4,C4通过胞间连丝进入维管
束鞘细胞生成CO2,CO2被C5固定,从而进入卡尔文循环。
(2)CAM植物:夜晚,植物气孔开放吸收CO2,CO2在叶肉细胞被固定为苹果酸,储存在液泡中;白
天,苹果酸出液泡,在细胞质基质中分解并释放CO2,CO2被C5固定,从而进入卡尔文循环。
C3植物 C4植物 CAM植物
植物类型 典型温带植物 典型热带或亚热带植物 典型干旱地区植物
主要CO2固定酶 Rubisco PEP羧化酶、Rubisco PEP羧化酶、Rubisco
发生CO2固定的细胞 叶肉细胞 叶肉细胞和维管束鞘细胞 叶肉细胞
卡尔文循环的场所 叶肉细胞的叶绿体基质 维管束鞘细胞的叶绿体基质 叶肉细胞的叶绿体基质
最初CO2接受体 RuBP(C5) PEP 光下:RuBP(C5);黑暗中:PEP
CO2固定的最初产物 C3 C4 光下:C3;
黑暗中:草酰乙酸(C4)
3.C3植物、C4植物和CAM植物的比较
C3途径是碳同化的基本途径,C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用,最终还是通过C3途径合成有机物。
典例呈现
例题 植物的叶肉细胞在光下有一个与呼吸作用不同的生理过程,即在光照下叶肉细胞吸收O2,
释放CO2。由于这种反应需叶绿体参与,并与光合作用同时发生,故称光呼吸。Rubisco是一
个双功能的酶,具有催化羧化反应和加氧反应两种功能。RuBP(C5)既可与CO2结合,经此酶催
化生成PGA(C3),进行光合作用;又可与O2在此酶催化下生成1分子PGA和1分子PG(C2),进行光
呼吸。具体过程如图1:
(1)在光照条件下,Rubisco催化RuBP与CO2生成PGA的过程称为 ,该过程发生在 (填场所)中。Rubisco也可以催化RuBP与O2反应,推测O2与CO2比值 (填“高”或“低”)时,有利于光呼吸而不利于光合作用。
(2)分析表中数据, 遮光比例条件下植物积累的有机物最多。结合已学的生物学知识
和图1中的信息,从两个方面解释为什么该条件下比不遮光条件下积累的有机物多
。
遮光比例(%) 叶绿素含量(mg/g) 净光合速率(μmol·m-2·s-1) 植株干重(g)
0 2.1 8.0 7.5
10 2.3 9.6 9.9
30 2.4 8.9 9.2
50 2.6 5.0 7.2
70 2.9 2.7 4.8
90 3.0 0 3.2
(3)在干旱和过强光照下,因为温度高,蒸腾作用强,植物气孔大量关闭。此时的光呼吸可以消
耗光反应阶段生成的多余的 ,光呼吸产生的 又可以作为暗反应阶段的
原料,因此有观点指出光呼吸在一定条件下对植物也有重要的正面意义。
(4)1955年,科学家通过实验观察到,对正在进行光合作用的叶片突然停止光照,短时间内叶片
会释放出大量的CO2,他们称之为“CO2的猝发”。某研究小组测得在适宜条件下某植物叶
片遮光前吸收CO2的速率和遮光后(完全黑暗)释放CO2的速率,图2为吸收或释放CO2的速率
随时间变化趋势的示意图(吸收或释放CO2的速率是指单位面积叶片在单位时间内吸收或释
放CO2的量)。
突然停止光照时,植物所释放CO2的来源是
。
在光照条件下,该植物单位面积叶片光合作用固定的
CO2总量是 (用图形的面积表
示,图中A、B、C表示每一块的面积大小)。
思路点拨
(1)在光照条件下,细胞进行呼吸作用和光合作用的同时还进行光呼吸。
(2)RuBP(C5)可以与O2在Rubisco酶催化下生成1分子PGA(C3)和1分子PG(C2)。
(3)光呼吸消耗光反应产生的ATP和NADPH。
解题思路 (1)在光照条件下,Rubisco催化RuBP(C5)与CO2生成PGA(C3)的过程是暗反应阶段
CO2的固定,场所是叶绿体基质。RuBP也可以与O2在Rubisco酶催化下生成1分子PGA(C3)和
1分子PG(C2),进行光呼吸。当O2含量较高时,即O2与CO2比值高时,有利于光呼吸而不利于光合
作用。(2)分析表格数据可知:当遮光比例为10%时,植物的净光合速率最大,因此该条件下植
物积累的有机物最多。
因此10%遮光比不遮光条件下积累的有机物多。(3)在干旱和过强光照下,植物气孔大量关
闭,CO2吸收减少,暗反应速率降低,此时光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的ATP和
NADPH,起到保护叶绿体的作用。另外光呼吸产生的CO2又可以作为暗反应阶段的原料,提
高暗反应速率,因此有观点指出光呼吸在一定条件下对植物也有重要的正面意义。
(4)据图2可知,完全黑暗后(遮光后),CO2释放速率趋于稳定,则B表示细胞呼吸释放的CO2量。突然停止光照时,CO2释放量除了B外还有C,C是光呼吸释放的CO2量。由此可知,突然停止光照,植物释放CO2的来源有细胞呼吸释放的CO2和光呼吸释放的CO2。据图2可知,在光照条件下,细胞进行呼吸作用和光合作用的同时还进行光呼吸,该植物单位面积叶片光合作用固定的CO2总
量(总光合量)=A+B+C。
答案 (1)CO2的固定 叶绿体基质 高 (2)10% 适当遮光可以提高叶绿素的含量增强光
合速率;可以抑制光呼吸进而提高光合速率 (3)ATP和NADPH CO2 (4)细胞呼吸释放的
CO2和光呼吸释放的CO2 A+B+C第4节 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素和结构
基础过关练
题组一 绿叶中色素的提取、分离及功能
1.在“绿叶中色素的提取和分离”实验中,以下主要步骤操作正确的是( )
A.图中a、b分别表示层析液和体积分数为70%的乙醇
B.步骤②采用定性滤纸过滤,可提高滤液中光合色素的含量
C.步骤③在滤纸条上连续画2~3次滤液细线,分离色素效果更好
D.步骤④将试管固定于铁架台上,可防止b液晃动而触及滤液细线
2.下图表示用韭菜宿根进行的相关对照实验流程。下列叙述错误的是( )
A.实验结果①观察到的色素条带数目相同,颜色深浅不同
B.实验结果②表明韭菜中提取到的色素吸收光的种类更多
C.提取色素时一次性加入大量的无水乙醇,会导致收集到的滤液绿色过浅
D.色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同
3.如图表示新鲜菠菜叶中四种色素的相对含量及在滤纸条上的分离情况。下列说法不正确的是( )
A.丙、丁两种色素主要吸收蓝紫光
B.四种色素均可溶于有机溶剂无水乙醇
C.四种色素在层析液中溶解度最大的是乙
D.若用发黄的菠菜叶进行该实验,则甲、乙色素带会变窄
4.关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是( )
A.被叶绿体中色素吸收的光能可用于光合作用
B.绿叶中叶绿素含量约为类胡萝卜素的3倍
C.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D.植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例会发生变化
5.下面是甲、乙、丙三位同学进行“绿叶中色素的提取和分离”实验的过程,请回答下列问题:
图1
(1)甲同学选用新鲜菠菜的绿色叶片进行实验,滤纸上出现了四条清晰的色素带,如图1所示。甲同学分离色素的方法是 ,滤纸条上色素带位置的不同主要取决于 。从上到下,叶黄素位于第 条色素带。
(2)乙同学改变甲同学所用层析液组成后继续进行实验,在滤纸条上出现了黄、绿两条色素带。他用刀片裁出含色素带的滤纸条,用乙醚分别溶解条带上的色素,浓缩后,在色素溶液与阳光之间放置一块三棱镜,通过分析色素溶液的 来判断色素带上色素的种类。
(3)丙同学对甲同学“绿叶中色素的分离”实验进行改进,实验装置如图2所示,该同学应将提取到的滤液滴在 (填“a”或“b”)处,棉线灯芯下端应浸没在 中。实验最终得到四个不同颜色的同心圆,排列在最内侧的色素是 (填色素的名称)。
题组二 叶绿体的结构适合进行光合作用
6.德国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的吸收光谱。他将三棱镜产生的散射光投射到丝状水绵上,并在水绵悬液中放入需氧细菌,观察细菌的聚集情况(如图所示)。他由实验结果得出光合作用在红光区和蓝紫光区最强。这个实验的思路是( )
A.细菌对不同的光反应不一,细菌聚集多的地方,细菌光合作用强
B.需氧细菌聚集多的地方,O2浓度高,水绵光合作用强
C.需氧细菌聚集多的地方,产生的有机物多,水绵光合作用强
D.需氧细菌大量消耗O2,使水绵的光合速率大幅度加快
7.如图为叶绿体亚显微结构模式图,下列关于其结构与功能的叙述,正确的是( )
A.叶绿体分布在植物体的所有细胞中
B.与光合作用有关的酶都位于④中
C.同线粒体一样,叶绿体的内膜极大地扩展了受光面积
D.吸收光能的色素都分布在③上
8.研究表明:强光照射下,为了减少光对叶绿体的损伤,叶绿体在细胞中的位置会发生改变。弱光照射下,为了增加光的吸收,叶绿体在细胞中的位置也会发生调整。图甲为叶肉细胞中叶绿体的分布情况,图乙为扁平椭球形叶绿体的示意图。下列推测错误的是( )
图甲
图乙
A.强光照射下,叶绿体会移动到叶肉细胞的B侧
B.弱光照射下,叶绿体会移动到叶肉细胞的A侧
C.弱光照射下,叶绿体的扁平面侧与光照方向平行
D.强光照射下,叶绿体的扁平面侧与光照方向平行
能力提升练
题组 捕获光能的色素及结构
1.为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响,某同学用无水乙醇提取色素,进行纸层析,如图为纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是( )
A.提取色素时加CaCO3的目的是使研磨更充分
B.色素Ⅱ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长有差异
C.高光强导致该植物胡萝卜素的含量降低
D.叶绿素含量增加可能有利于该植物抵御高光强
2.(易错题)在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时,甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如表所示(“+”表示使用,“-”表示未使用),其余操作均正常,他们所得到的实验结果依次应为( )
甲 乙 丙 丁
无水乙醇 - + + +
水 + - - -
CaCO3 + + - +
SiO2 + + + -
A.①②③④ B.②④①③
C.④②③① D.③②①④
3.(不定项)高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下,叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化,这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现,在适当遮光条件下,叶绿素a/叶绿素b的值会降低,以适应环境。下图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述,不正确的是 ( )
A.缺少微量元素镁时,①②的合成都会受到影响
B.利用纸层析法分离色素时,②应位于滤纸条的最下端
C.与①②不同,类胡萝卜素主要吸收红光
D.弱光下①的相对含量增加有利于植物对弱光的利用
4.某同学用薄层层析硅胶板代替定性滤纸,采用薄层层析法对绿叶中色素进行分离。薄层层析硅胶板板面纯白平整,均匀细密,层析所得色素斑点清晰,分离效果较纸层析法更明显。下列叙述错误的是( )
A.该方法与纸层析法遵循相同的分离原理
B.若硅胶板上未出现色素斑点,可能是分离色素时点样处触及层析液
C.实验待测植物种类不同,四种色素斑点在硅胶板上的排列顺序不同
D.点样时无需画滤液细线,只需将滤液点在点样处即可,降低了点样难度
答案与分层梯度式解析
第4节 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素和结构
基础过关练
1.D 2.A 3.C 4.C 6.B 7.D 8.C
1.D 利用无水乙醇(a)提取色素;色素可溶解在层析液中,利用层析液(b)分离色素,A错误。滤纸易吸附色素,步骤②可采用单层尼龙布过滤,B错误。画滤液细线时,应待第一次画的滤液干后,再重画一到两次,不是连续画线,C错误。若b液触及滤液细线,滤液细线上的色素可溶解到层析液中而不能在滤纸上扩散,D正确。
2.A 叶绿素的合成需要光照,韭菜光下生长,韭黄避光生长,分别对韭菜和韭黄提取色素,分离得到的色素带如图所示,可知A错误。
与韭菜相比,韭黄缺少叶绿素,韭黄中提取到的色素吸收光的种类少于韭菜,B正确。提取色素时一次性加入大量的无水乙醇,会导致提取液浓度太低,收集到的滤液绿色过浅,C正确。由于不同色素在层析液中的溶解度不同,所以各种色素随层析液在滤纸上扩散的速度不同,据此可将不同色素分开,D正确。
3.C 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,故用无水乙醇提取绿叶中的色素,B正确。色素在层析液中的溶解度越大,随层析液在滤纸上扩散得越快(与滤液细线的距离越远),分析如下图,可知A、D正确,C错误。
4.C 光合色素的功能是吸收、传递、转化光能,被叶绿体中色素吸收的光能可用于光合作用,A正确;绿叶中的色素为叶绿素和类胡萝卜素,叶绿素约占3/4,类胡萝卜素约占1/4,B正确;一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光,红外光和紫外光不属于可见光,C错误;植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例是会发生变化的,如秋天叶子变黄,叶绿素分解,色素比例明显改变,D正确。
5.答案 (1)纸层析法 色素在层析液中溶解度的大小 2 (2)吸收光谱 (3)a 层析液 叶绿素b
解析 (1)图1所示分离色素的方法为纸层析法;分离色素的原理是色素在层析液中的溶解度不同,溶解度大的随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢。色素带由上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。(2)不同色素吸收光的种类不同,因此可以通过分析色素溶液的吸收光谱来判断色素带上色素的种类,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。(3)将提取到的滤液滴在滤纸中央(a处),棉线灯芯下端应浸没在层析液中。棉线灯芯吸取层析液到达点样处,色素在层析液中的溶解度越大,在滤纸上扩散得越快,得到的圆越大。实验最终得到四个不同颜色的同心圆,排列在最内侧的色素是溶解度最小的叶绿素b。如下图所示:
6.B 题述实验的设计思路:水绵光合作用强的部位,产生的O2多,在O2含量多的地方需氧细菌的数量多,B正确。
7.D 植物细胞不都含有叶绿体,如根尖细胞不含叶绿体,A错误;与光合作用有关的酶位于③基粒和④基质中,B错误;同线粒体不一样,叶绿体的内膜没有明显扩大,叶绿体的类囊体堆叠形成基粒,极大地扩展了受光面积,C错误;吸收光能的色素都分布在③的类囊体薄膜上,D正确。
8.C 分析不同光照条件下叶绿体的运动和意义:
强光照射 弱光照射
叶绿体 运动 移动到叶肉细胞的B侧; 叶绿体的扁平面侧与光照方向平行 移动到叶肉细胞的A侧; 叶绿体的扁平面侧与光照方向垂直
意义 保证光合作用吸收光能的同时避免强光对叶绿体造成伤害,A、D正确 增加对光的吸收,有利于光合作用,B正确,C错误
能力提升练
1.B 2.B 3.ABC 4.C
1.B 提取色素时加CaCO3可防止研磨中色素被破坏,A错误;Ⅱ(叶黄素)主要吸收蓝紫光,Ⅳ(叶绿素b)主要吸收蓝紫光和红光,B正确;据题图可知,高光强导致Ⅰ(胡萝卜素)、Ⅱ(叶黄素)含量增加,Ⅲ(叶绿素a)、Ⅳ(叶绿素b)的含量减少,推测类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御高光强,C、D错误。
2.B 利用无水乙醇可提取色素;CaCO3可防止叶绿素被破坏;SiO2可使研磨更充分,增加色素含量。
甲 乙 丙 丁
操作 未加无水乙醇 操作正确 未加CaCO3 未加SiO2
实验 结果 提取液中无色素,对应② 得到正常色素带,对应④ 叶绿素含量减少,叶绿素对应的2条色素带比正常的色素带窄,对应① 叶片研磨不充分,各种色素的含量均减少,对应③
3.ABC 由题图可判断,①是叶绿素b,②是叶绿素a。元素镁是叶绿素的重要组成成分,故缺少镁时,叶绿素b和叶绿素a的合成都会受到影响,但镁是大量元素,A错误;利用纸层析法分离色素时,叶绿素b(①)位于滤纸条最下端,B错误;叶绿素b和叶绿素a(①②)主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,C错误;根据题干信息可知,弱光下叶绿素a通过“叶绿素循环”向叶绿素b转化,使①的相对含量增加,以适应弱光环境,增强对光能的利用,D正确。
4.C 题述方法与纸层析法遵循相同的分离原理,即不同色素都能溶解在层析液中,但不同的色素溶解度不同,溶解度大的随层析液在滤纸或薄层层析硅胶板上扩散得快,反之则慢,A正确;若分离色素时点样处触及层析液,色素溶解于层析液中会导致硅胶板上不出现色素斑点,B正确;不同植物中四种色素经过层析后在硅胶板上的排列顺序相同,C错误;与纸层析法相比,题述方法点样时无需画滤液细线,只需将滤液点在点样处即可,降低了点样难度,D正确。
11第2课时 光合作用的原理和应用
基础过关练
题组一 探索光合作用原理的部分实验
1.1937年,英国植物学家希尔发现,在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O,没有CO2),在光照条件下会发生水的光解、产生O2的化学反应。下列说法错误的是( )
A.该实验说明光合作用产生的O2中的O全部来自H2O
B.该实验说明光合作用的过程中能产生还原剂和O2
C.希尔反应说明水的光解和糖类的合成不是同一个化学反应
D.希尔反应模拟了叶绿体光合作用中光反应阶段的部分变化
2.如果用18O标记H2O,14C标记CO2,下列有关光合作用的叙述,正确的是 ( )
A.18O2会首先出现在叶绿体基质中
B.14C转移的途径是14CO2→14C5→糖类
C.产生18O2的同时也会产生NADPH
D.14C一定会在光反应产物——ATP中发现
题组二 光合作用的原理
3.如图表示光合作用的过程,其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段,a、b表示相关物质。下列相关叙述正确的是( )
A.物质a表示NADPH
B.物质b表示C3
C.阶段Ⅰ在叶绿体基质中进行
D.阶段Ⅱ在黑暗条件下发生
4.如图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图,下列叙述不正确的是( )
A.叶绿素a吸收的光能可在类囊体膜上转化为ATP和NADPH中的化学能
B.CO2不可直接被NADPH还原成糖类
C.被还原的C3在有关酶的作用下,可再形成C5
D.CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转化为C5中的化学能
5.下图表示在一定光强度下黑藻细胞内部分代谢过程,其中A、B、C、D、E、F分别表示光合作用不同阶段中的物质。据图分析,下列说法正确的是( )
A.该膜结构属于生物膜系统,且甲侧为叶绿体基质
B.B是H+,C是还原型辅酶Ⅰ
C.产生的O2离开该细胞,至少需要穿过4层磷脂分子
D.黑藻没有叶绿体,依靠叶绿素和藻蓝素完成光合作用
6.色素缺失会严重影响叶绿体的功能造成玉米减产。科研人员诱变得到叶色突变体玉米,并检测突变体与野生型玉米叶片中的色素含量,结果如图1。请回答问题。
(1)据图1可知,与野生型相比,叶色突变体色素含量均降低,其中
的含量变化最大,它主要吸收 光。
(2)结合图2分析,叶色突变体色素含量降低会影响光反应,使光反应产物[①] 和NADPH减少,导致叶绿体 中进行的暗反应减弱,合成的[②] 减少,使玉米产量降低。
(3)从结构与功能的角度分析,若在显微镜下观察叶色突变体的叶肉细胞,其叶绿体可能出现 等的变化,从而导致色素含量降低,光合作用强度下降。
题组三 光合作用原理的应用
7.(易错题)植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系,作物采用无土栽培。生菜是植物工厂常年培养的速生蔬菜。下列有关植物工厂中对生菜培养的说法正确的是( )
A.培养过程中需要定时向营养液中通入空气,主要目的是为光合作用提供CO2
B.同等强度下使用白光比红光更有利于生菜光合作用制造有机物
C.培养过程中需要定期更换营养液,主要目的是保证无机盐的供应
D.合理的控制温度可以提高生菜的光补偿点,有利于增产
8.农业生产中,农民会采取一些措施来提高农作物的产量。下列增产措施原理描述错误的是( )
A.“正其行,通其风”指的是合理种植,提高O2和CO2流通,加强呼吸作用
B.“玉米带大豆,十年九不漏”描述的是玉米和大豆间作,可以增加光能利用率
C.“小暑不种薯,立伏不种豆”是因为不同的植物体内酶的最适温度条件不同
D.“有收无收在于水,收多收少在于肥”说明了植物的生长和发育过程离不开水和无机盐
9.图甲为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片,再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底,然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度NaHCO3溶液的培养装置中,给予一定的光照,测量每个培养装置中叶圆片上浮至液面所用的平均时间(见图乙),以研究光合作用速率与NaHCO3溶液浓度的关系。有关分析不正确的是( )
A.在ab段,随着NaHCO3溶液浓度的增加,光合作用速率逐渐增强
B.在bc段,单独增加光照或温度,都可能缩短叶圆片上浮至液面的时间
C.在c点以后,因NaHCO3溶液浓度过高,叶肉细胞失水而使代谢水平下降
D.因为配制的NaHCO3溶液中不含O2,所以整个实验过程中叶片只能进行无氧呼吸
能力提升练
题组一 光合作用的环境影响因素及相关曲线分析
1.黄瓜是最普遍的大棚栽培蔬菜之一。图1为不同温度和光照强度下大棚黄瓜叶片的光合速率示意图,图2为25 ℃时黄瓜叶肉细胞中甲、乙两种细胞器在某一状态下部分物质及能量代谢途径示意图。据图判断,下列相关说法不正确的是( )
A.图1中的B点处,影响黄瓜叶片光合速率的因素有光照强度和温度
B.15 ℃时黄瓜叶片释放O2的速率刚好达到最大值时对应图1中的C点
C.图2中甲释放O2的速率和乙释放CO2的速率相等时应对应图1中的D点
D.据图1分析,在温度为25 ℃、光照强度为q时黄瓜的产量较高
2.(多选题)如图表示不同CO2浓度下,某植物CO2吸收速率随光照强度变化的曲线,下列叙述错误的是( )
A.与c点比,b点时叶肉细胞的光合速率更大
B.“a→b”条件改变后,短时间内叶肉细胞中C5含量升高
C.“b→c”条件改变后,短时间内叶肉细胞中C3/C5的值增大
D.光照强度为a时,该植物叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率,植物不能正常生长
3.图甲、乙分别为阳生植物鸡血藤在不同条件下相关指标的变化曲线(速率单位:mmol· cm-2·h-1)。下列说法正确的是( )
A.温度为30 ℃和40 ℃时,叶绿体消耗CO2的速率相等
B.换成阴生植物,图中的D点一般要右移
C.影响D、E两点光合速率的主要环境因素不同
D.光照强度为1 klx时,只要白天时间比晚上时间长,鸡血藤即可正常生长
4.将甲、乙两种植株分别置于两个密闭玻璃罩内,在光照、温度等相同且适宜条件下培养、定时测量玻璃罩内CO2含量,结果如图所示,下列有关叙述正确的是( )
A.AB段,甲植株光合作用制造的有机物大于细胞呼吸消耗的有机物
B.B点,甲植株所在玻璃罩内的O2含量达到最小值
C.降低光照强度,则甲植株光合速率降低,B点左移
D.甲、乙植株置于同一密闭玻璃罩内培养,一段时间后,乙植株将先死亡
5.(不定项)图1为某植物在适宜的光照、CO2浓度环境中,在不同温度条件下的净光合速率和呼吸速率曲线;图2是在适宜恒温密闭玻璃温室中测定的,连续24 h室内CO2浓度和植物CO2吸收速率。据图分析,下列说法错误的是 ( )
A.图1中,20 ℃与37 ℃单位时间内积累的有机物量相等,说明20 ℃和37 ℃下光反应产生的NADPH相等
B.据图1可知,温度为55~60 ℃时,与光合作用和呼吸作用有关的酶的活性相同
C.结合图1数据分析,进行图2所示实验时,为了减少无关变量带来的干扰,温度应设置在30 ℃左右
D.图1中40 ℃与图2中6 h、18 h对应曲线点的净光合速率相同
6.不同光质对某高等绿色植物光合作用的影响如图1所示。用不同次序组合的单色光处理该植物叶片,检测气孔开放程度结果如图2所示。下列叙述错误的是( )
A.与红光照射相比,蓝光照射下的光合速率大,导致胞间CO2浓度较低
B.蓝光可刺激气孔开放,其机理可能是蓝光可使保卫细胞的细胞液浓度升高
C.绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有促进作用,该作用可被蓝光逆转
D.该实验表明,不同光质及单色光的不同次序组合均会影响植物的光合作用效率
7.图甲是叶绿体模式图,图乙表示光合作用的部分过程,图丙表示在密闭恒温(温度为25 ℃)小室内测定的a、b两种不同植物光合作用强度和光照强度的关系。请回答下列问题:
(1)绿色叶片长时间浸泡在乙醇中会变成白色,原因是 。图甲叶绿体中的色素主要吸收 ,绿光因为吸收最少而被反射出去。
(2)图乙中A的作用是 ,①表示的过程是 。若光照强度突然减弱,短时间内叶绿体中含量随之减少的物质有 (填序号:④C5、⑤ATP、⑥NADPH、⑦C3)。
(3)图丙中光照强度为Z时,a、b植物制造葡萄糖速率之比为 。
(4)对a植物而言,假如白天和黑夜的时间各为12 h,平均光照强度大于 klx时才能使该植物处于生长状态。若a植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别是25 ℃和30 ℃,若将温度提高到30 ℃(其他条件不变),则图丙中M点的位置理论上会向 (填“左”“左下”“右”或“右上”)方移动。
题组二 光合作用速率的测定及相关计算
8.某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率,做了如图所示实验。在叶柄基部做环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出),于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1 cm2的叶圆片烘干后称其重量,测得叶片的叶绿体光合速率=(2y-z-x)/6[g/(cm2·h)](不考虑取叶圆片后对叶片生理活动的影响和温度微小变化对叶片生理活动的影响)。则M处的实验条件是( )
A.下午4时后将整个实验装置遮光3小时
B.下午4时后将整个实验装置遮光6小时
C.下午4时后在阳光下照射1小时
D.晚上8时后在无光下放置3小时
9.某生物兴趣小组为探究某光照强度下植物光合作用的速率,设计了由透明的玻璃罩构成的小室(如图A所示,其中CO2缓冲液可以吸收或提供CO2,保证小室内CO2浓度稳定)。
(1)为了排除无关变量的干扰,使该实验的数据更加准确,应增加一组进行对照,与图A的区别是 。如果要测出该植物总光合速率,还应该增加一组实验,与图A的区别是 。
(2)兴趣小组又将该装置放在自然环境下,测定夏季一昼夜小室内植物O2释放速率的变化,得到图B所示曲线。
①影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是 。
②小室内O2浓度最高的时间是图B中的 点。
③e点时刻C3的合成速率比f点 。
(3)图C表示植物在不同光照强度下单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。不考虑光照对温度的影响,那么植物在d光照强度下单位时间内从周围环境吸收 个单位的CO2。
答案与分层梯度式解析
第2课时 光合作用的原理和应用
基础过关练
1.A 2.C 3.A 4.D 5.A 7.C 8.A 9.D
1.A 希尔反应没有证明植物光合作用产生的O2中的O全部来自H2O,A错误;希尔反应是离体叶绿体在有氧化剂的条件下,发生水的光解、产生O2,模拟了叶绿体光合作用中光反应阶段的部分变化,可以说明光合作用的过程中能产生还原剂和O2,B、D正确;希尔反应过程中有O2的产生,但没有糖类的生成,可以说明水的光解和糖类的合成不是同一个化学反应,C正确。
2.C 光反应中,O→18O2+H+,H++NADP+→NADPH,发生在叶绿体的类囊体薄膜上,A错误,C正确;14C转移的途径是14CO2→14C3→(14CH2O),B错误;14CO2参与的是暗反应,不参与ATP的合成,D错误。
3.A 分析题图过程:
光反应阶段(Ⅰ) 暗反应(碳反应)阶段(Ⅱ)
场所 类囊体薄膜,C错误 叶绿体基质
发生 条件 有光 原料充足时,有光和无光均可,D错误
物质 变化 水的光解:H2OH++O2; NADP++H+NADPH(物质a),A正确; ADP+Pi+能量ATP(物质b),B错误 CO2的固定: CO2+C52C3; C3的还原: 2C3C5+(CH2O)
4.D 叶绿素a分布在类囊体膜上,在类囊体膜上(光反应阶段),叶绿素a吸收的光能→ATP和NADPH中的化学能;在叶绿体基质中(暗反应阶段),ATP和NADPH中的化学能→有机物中的化学能,A正确。CO2需被固定形成C3,C3接受NADPH和ATP中的能量,被NADPH还原,在相关酶的作用下形成糖类和C5,B、C正确。CO2的固定是指CO2与C5在酶的催化下合成C3的过程,没有ATP的消耗,D错误。
5.A 题图中乙侧进行H2OH++O2,则该膜结构为类囊体薄膜,属于生物膜系统,甲侧为叶绿体基质,A正确;B是H+,C是还原型辅酶Ⅱ(NADPH),B错误;O2离开这个植物细胞,至少需要穿过1层类囊体膜、2层叶绿体膜和1层细胞膜,每层膜有两层磷脂分子,所以至少需要穿过8层磷脂分子,C错误;黑藻是真核生物,有叶绿体,D错误。
6.答案 (1)叶绿素a 红光和蓝紫 (2)ATP 基质 (CH2O) (3)数量、形态、结构
解析 (2)光合色素可捕获光能,用于光反应形成NADPH和ATP,叶色突变体色素含量降低会导致捕获光能减少,进而影响光反应,使光反应产物ATP和NADPH减少;ATP和NADPH减少导致叶绿体基质中进行的暗反应减弱,合成的(CH2O)减少,使玉米产量降低。
7.C 培养过程中需要定时向营养液中通入空气,主要是为根部提供O2,保证根部细胞的有氧呼吸,A错误。植物光合色素主要吸收红光和蓝紫光,白光中红光和蓝紫光只占一部分,同等强度下,使用红光比白光更有利于生菜光合作用制造有机物,B错误。光补偿点(光合作用强度等于呼吸作用强度时的光照强度)提高后,与之前相比,相同光照条件下植物有机物积累量减少,不利于增产;合理的控制温度可以降低生菜的光补偿点,提高光饱和点(光合作用强度达到最大时的最小光照强度),有利于增产,D错误。
8.A 分析增产措施的含义和原理:
含义 原理
正其行,通其风 合理种植 提高O2和CO2流通,增加CO2浓度,以加强植物的光合作用,A错误
玉米带大豆,十年九不漏 玉米和大豆间作 充分利用了光照资源,增加了光能利用率,B正确
小暑不种薯,立伏不种豆 强调温度等对植物生长的影响 不同的植物体内酶的最适温度条件不同,C正确
有收无收在于水,收多收少在于肥 绿色植物的生命活动需要水和无机盐 水是植物体的重要组成成分,植物体内水分充足时,植株才能保持直立的姿态,叶片才能舒展,有利于光合作用,提高产量; 植物的生长需要无机盐,无机盐溶解在水中才能被植物吸收利用,D正确
9.D 分析图乙:
ab段 NaHCO3溶液浓度增加→叶圆片上浮至液面所用时间减少→单位时间内释放的O2量增多→光合作用速率逐渐增强,A正确
bc段 在达到光饱和点前增加光照,或增加温度至最适温度,都可能提高光合速率,从而缩短叶圆片上浮至液面的时间,B正确
c点后 NaHCO3溶液浓度过高→叶肉细胞失水而导致代谢水平下降→单位时间内产生O2量减少→叶圆片上浮至液面所用时间增加,C正确
配制的NaHCO3溶液中不含O2,但随着光合作用(释放O2)的进行,实验过程中叶圆片能进行有氧呼吸,D错误。
能力提升练
1.C 2.CD 3.A 4.A 5.AB 6.C 8.B
1.C 题图1中的B点处未达到光饱和点,BC段光合速率随光照强度增大而升高,说明B点时影响黄瓜叶片光合速率的因素有光照强度;光照强度为n时,黄瓜叶片在25 ℃时的光合速率比15 ℃时高,可推知此时影响黄瓜叶片光合速率的因素还有温度,A正确。图1中C点为15 ℃下光饱和点所对应的净光合速率,说明此时净光合速率达到最大,黄瓜叶片释放O2的速率刚好达到最大值,B正确。图2中,甲释放O2的速率=乙释放CO2的速率(光合作用强度=呼吸作用强度),对应图1中的A点,C错误。由图1可知,在温度为25 ℃、光照强度为q时,黄瓜叶片的净光合速率较大,积累的有机物较多,产量较高,D正确。
2.CD 与c点比,b点时叶肉细胞的CO2吸收速率更大,光合速率更大,A正确。
分析 结果
“a→b”条件改变(光照强度增强) 光反应增强→NADPH和ATP增多→C3的还原加快→C5来源增加,但消耗不变 短时间内叶绿体中C5含量升高,B正确
“b→c”条件改变(CO2浓度降低) CO2固定减少→C5消耗减少(生成不变),C3生成减少(消耗不变) 短时间内C5含量增加而C3含量减少,C3/C5的值减小,C错误
光照强度为a(光补偿点)时,该植物光合作用速率=呼吸速率(该植物叶肉细胞的光合作用速率>呼吸速率),植株不能积累有机物,不能正常生长,D错误。
3.A 总光合速率(叶绿体消耗CO2的速率)=呼吸速率+净光合速率,分析图甲,如下所示,可知A正确。
阴生植物的光补偿点(D点)通常比阳生植物小,因此,若换成阴生植物,图中的D点一般要左移,B错误。图乙中影响D、E两点(均位于曲线“上升段”)光合速率的主要环境因素都是光照强度,C错误。光照强度为1 klx时,植物净光合速率为0,白天没有有机物积累(晚上还需要消耗有机物),鸡血藤不能正常生长,D错误。
4.A
B点甲植株所在玻璃罩内CO2浓度最低,则O2含量达到最大值,B错误;若降低光照强度,则光合速率降低,甲植株达到B点所需时间延长,故B点右移,C错误。
5.AB 分析题图:
图示信息 图示分析
图1 实线:存在有机物的积累和消耗 净光合速率,即单位时间光合作用产生的有机物量-单位时间呼吸作用消耗的有机物量
虚线:只存在有机物的消耗 呼吸速率
图2 0~6 h室内CO2浓度增加 植物总光合速率<呼吸速率
18~24 h CO2吸收速率<0
6~18 h室内CO2浓度减少 植物总光合速率>呼吸速率
6~18 h CO2吸收速率>0
6 h、18 h室内CO2浓度曲线的“拐点” 植物总光合速率=呼吸速率(净光合速率=0)
6 h、18 h CO2吸收速率=0
总光合速率=净光合速率+呼吸速率,图1中20 ℃与37 ℃单位时间内积累的有机物量(净光合速率)相等,但37 ℃时的呼吸速率更大,则总光合速率更大,光反应产生的NADPH更多,A错误;图1中,温度为55~60 ℃时,植物不再进行光合作用,只进行呼吸作用,与光合作用和呼吸作用有关的酶的活性不同,B错误;结合图1数据可知,植物净光合速率最大时的温度为30 ℃,此时植物生长最佳,进行图2所示实验时温度应设置在30 ℃左右,C正确;图1中,总光合速率与呼吸速率相等(净光合速率为0)时的温度条件为40 ℃,结合表格中对图2的分析,可知D正确。
6.C 据图1分析,相对于红光,蓝光照射下气孔导度大但胞间CO2浓度低,其原因是蓝光照射下植物光合速率大,消耗的CO2多,A正确;由图1、图2可知蓝光可刺激气孔开放,其机理可能是蓝光可使保卫细胞光合产物增多等,最终导致保卫细胞的细胞液浓度升高,细胞吸水膨胀,气孔开放,B正确;分析图2可知,绿光对蓝光刺激引起的气孔开放具有抑制作用,但这种作用又可被蓝光逆转;且一段时间内,蓝光+绿光+蓝光组的气孔开放程度大于蓝光组,C错误;该实验的自变量是光质及单色光的不同次序组合,据实验结果可知,不同光质及单色光的不同次序组合均会影响植物的光合作用效率,D正确。
7.答案 (1)绿叶中的色素会溶解在乙醇中 红光和蓝紫光 (2)还原C3并提供能量 CO2的固定 ④⑤⑥ (3)10∶7 (4)Y 左下
解析 (2)光照强度突然减弱→光反应减弱→产生的NADPH和ATP减少→被还原的C3减少,剩余的C3增多,C5的变化与C3相反(C5减少),因此短时间内叶绿体中含量随之减少的物质有④⑤⑥。(3)图丙中光照强度为Z时,a、b植物的CO2吸收速率(净光合速率)分别是8 mg·m-2·h-1、6 mg·m-2·h-1,呼吸速率分别为2 mg·m-2·h-1、1 mg·m-2·h-1,故CO2的固定速率(总光合速率)分别是10 mg·m-2·h-1、7 mg·m-2·h-1,所以a、b植物制造葡萄糖的速率之比为10∶7。(4)对a植物而言,假如白天和黑夜的时间各为12 h,当每小时CO2的吸收量(白天12 h的净光合速率)-每小时CO2的产生量(夜晚12 h的呼吸速率)>0时,才能使a植物处于生长状态,由图丙可知,平均光照强度应大于Y klx。a植物光合作用的最适温度为25 ℃,呼吸作用的最适温度是30 ℃,若将温度由25 ℃(题干设置温度)提高到30 ℃,a植物的呼吸速率上升,光合速率下降,图丙中M点的位置理论上会向左下方移动。
8.B 测定总光合作用速率需要测定光下净光合速率和黑暗中的呼吸速率,据此分析实验如下。
9.答案 (1)将新鲜植物换成死亡植物,其余条件不变 将此装置遮光(黑暗),每隔一定时间记录刻度数据 (2)①温度和光照强度 ②g ③慢(低) (3)2
解析 (1)总光合作用速率=净光合速率+呼吸速率,所以要测定该植物总光合速率,应该增加一组实验测出呼吸速率,测定呼吸速率应对装置进行遮光。(2)①图A是密闭装置,内有CO2缓冲液(实验过程中小室内CO2浓度始终不变),则影响小室内植物光合作用速率变化的主要环境因素是光照强度和温度。②图B中g点光合作用速率=呼吸作用速率,超过该点植物将消耗小室内的O2,故g点时小室内O2浓度最高。③e点气温过高,气孔关闭,吸收的CO2减少,CO2固定减弱,即C3的合成速率变慢。(3)当没有O2产生时,CO2的释放量表示呼吸速率,如a条件下的状态,即呼吸速率为6。在d条件下,O2的产生总量(总光合速率)是8,且净光合速率=总光合速率-呼吸速率=8-6=2,则植物单位时间内从周围环境吸收2个单位的CO2。
20