课件59张PPT。95%的乙醇层析液层析液纸层析阶段达标检测(二) 酶和ATP 物质出入细胞的方式
(单击进入电子文档)阶段达标检测(三) 细胞呼吸和光合作用
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第二单元 细胞的代谢
第4讲光合作用
[知考纲·明考情]
知识内容
必考要求
备考指南
1.光合作用的概念、阶段、场所和产物
2.色素的种类、颜色和吸收光谱
3.光反应和碳反应的过程
4.活动：光合色素的提取与分离
5.活动：探究环境因素对光合作用的影响
b
a
b
b
c
命题特点
均以非选择题形式出现。
考情分析
不同考题均关注光合作用的基本过程和探究影响光合作用的环境因素，光合色素提取和分离的内容穿插于题目中。
备考策略
①加强对光反应和碳反应过程的分析，明确两个阶段的发生场所、物质变化及能量变化等内容。
②理清光合色素提取和分离实验的基本操作，明确不同试剂的作用，特别关注分离后条带的名称、位置、颜色及宽度等内容。
③具备基本的变量分析能力，能够找出探究环境因素对光合作用的影响实验中的自变量和因变量，并在变量分析的基础上得出相应的结论。
1．(2018·浙江6月学考)某研究小组进行了探究环境因素对光合作用影响的活动，其装置如图所示。实验开始时，经抽气处理的叶圆片沉在NaHCO3溶液底部。回答下列问题：
(1)光合作用产生的氧气使叶圆片上浮，氧气产生于叶绿体的________，该结构产生的ATP和__________用于将3-磷酸甘油酸还原成________________。
(2)该小组利用上述装置，以叶圆片上浮时间为观察指标，研究NaHCO3浓度对光合作用的影响。在坐标系中用曲线图预测实验结果，并标注横、纵坐标的名称。
(3)该小组还利用菠菜叶圆片研究了某些因素对酶促反应的影响。实验设计和结果如下表：
组别
1
2
3
4
5
菠菜叶圆片(片)
5
5
5
5
5
蒸馏水(mL)
10
8
8
7
6
淀粉酶溶液(mL)
/
2
/
/
/
纤维素酶溶液(mL)
/
/
2
3
4
实验结果
－
－
＋
＋＋
＋＋＋
注：观察前去除液体中叶圆片或残渣；“＋”越多表示溶液绿色越深，“－”表示溶液颜色无显著变化。
①该实验的可变因素是___________________________________________。
②第3、4、5组的溶液呈绿色，原因可能是___________________________
________________________________________________________________
(答出1点即可)。
解析：(1)光合作用的光反应中，氧气产生于叶绿体的类囊体膜上，光反应产生的NADPH和ATP用于将3-磷酸甘油酸还原成三碳糖磷酸。(2)在一定范围内，NaHCO3溶液浓度越大，光合作用越强，产生的O2的量越多，叶片上浮的时间越短。达到CO2饱和点后，光合速率不变，上浮时间保持不变。(3)①根据表格数据可知，该实验的自变量为酶的种类和浓度，因变量为酶促反应速率的变化，观察指标为溶液颜色的变化。②去壁的细胞吸水胀破或叶绿体破裂都会导致溶液呈绿色。
答案：(1)类囊体膜 NADPH
三碳糖磷酸 (2)如图所示
(3)①酶的种类和浓度
②去壁的细胞吸水胀破或叶绿体破裂
2．(2018·浙江4月学考)在“探究环境因素对光合作用的影响”的活动中，选用某植物A、B两个品种，在正常光照和弱光照下进行实验，部分实验内容与结果见下表。
品种
光照
处理
叶绿素
a含量
(mg/cm2)
叶绿素
b含量
(mg/cm2)
类胡萝卜
素总含量
(mg/cm2)
光合速率
(μmol CO2
/m2·s)
A
正常光照
1.81
0.42
1.02
4.59
A
弱光照
0.99
0.25
0.46
2.60
B
正常光照
1.39
0.27
0.78
3.97
B
弱光照
3.80
3.04
0.62
2.97
回答下列问题：
(1)据表推知，经弱光照处理，品种A的叶绿素总含量和类胡萝卜素总含量较正常光照________，导致其卡尔文循环中再生出________的量改变，从而影响光合作用速率。
(2)表中的光合色素位于叶绿体的____________膜中。分别提取经两种光照处理的品种B的光合色素，再用滤纸进行层析分离。与正常光照相比，弱光照处理的滤纸条上，自上而下的第4条色素带变________，这有利于品种B利用可见光中较短波长的________光。
(3)实验结果表明，经弱光照处理，该植物可通过改变光合色素的含量及其________来适应弱光环境。品种________的耐荫性较高。
解析：据表可知，品种A在弱光照下，光合色素的含量都下降；品种B在弱光照时，叶绿素a和叶绿素b的含量显著升高，更有利于对蓝紫光的吸收；在弱光照下，品种B的光合速率大于品种A，其更耐荫。
答案：(1)下降 RuBP (2)类囊体 宽 蓝紫
(3)比例 B
3．(2017·浙江11月学考)为探究环境因素对光合作用的影响，进行了相关实验。取去除淀粉的某植物叶片打成大小相等的圆片，并将相同数量的叶圆片分别放入A～D四组烧杯中，在25 ℃环境中进行实验，实验内容与结果见下表。
组别
烧杯中液体成分
处理条件
检测结果
A
富含CO2的纯水
光照
＋
B
富含CO2的纯水
黑暗
－
C
富含CO2的葡萄糖溶液
光照
＋＋
D
富含CO2的葡萄糖溶液
黑暗
－
注：“＋”表示检出淀粉，“＋＋”表示检出淀粉含量较高，“－”表示未检出淀粉。
回答下列问题：
(1)本实验的可变因素是________________。
(2)如何去除植物叶片中的淀粉？________________。
(3)据表分析，将CO2作为光合作用原料的是________组。在植物体内，CO2转变为有机物的途径为________循环，其产物可运至叶绿体外转变成____________，并运到植物体其他部位供细胞利用。
(4)检测结果表明离体叶肉细胞可直接利用葡萄糖合成淀粉。叶肉细胞合成淀粉的场所是____________，而在块茎中，淀粉长期储存在________中。
解析：(1)分析表中数据可知，本实验的自变量是烧杯中的液体成分和处理条件，可变因素是葡萄糖和光照。(2)去除叶片中的淀粉，可以采用暗处理的方法。(3)进行光合作用，首先需要光照，表中A、C两组能够体现植物将CO2作为光合作用的原料。在植物体内，CO2转变为有机物的途径为卡尔文循环，该循环的产物运至叶绿体外转变成蔗糖，并运到植物体其他部位供细胞利用。(4)叶肉细胞合成淀粉的场所是叶绿体基质；对于植物的块根，淀粉长期储存在白色体中。
答案：(1)葡萄糖和光照 (2)暗处理 (3)A、C 卡尔文 蔗糖 (4)叶绿体基质 白色体
4．(2017·浙江4月学考)为探究不同环境因素对某植物叶片中叶绿素含量的影响，进行了相关实验，结果如图所示。回答下列问题：
(1)本实验的因变量是________________。由图中曲线对比可知，经____________处理的该植物叶片中叶绿素含量下降最为明显，这将直接导致光反应中叶绿素吸收的____________光减少而降低了光合速率。由此推知，若遇到较低温天气，除升温方法外，可对植物进行________处理以减少叶绿素的损失。
(2)提取上述四组该植物叶片中的色素时，为防止色素被破坏，研磨时可加入适量的________________。对上述四组色素提取液分别进行纸层析分离，结果发现第4组得到的色素带中，从上到下的第________条色素带均明显变窄。
(3)若用不同波长的光照射叶绿素a的提取液并测定________，可得到叶绿素a的吸收光谱。
解析：(1)分析图示可知，本实验检测不同处理方式下叶绿素的含量，故因变量是叶绿素含量。与其他组别相比，0 ℃低温和光照条件处理，叶绿素的含量最低。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，叶绿素含量降低，会对上述光吸收减少。曲线3为低温处理，相对曲线4，该组叶绿素含量更高，因此遇低温天气，可适当进行遮光处理。(2)提取光合色素，为防止叶绿素被破坏，可加入少量碳酸钙，以保护叶绿素。对提取的光合色素进行纸层析处理后，自上而下，叶绿素a和叶绿素b分别处于色素带的第3和第4的位置，实验中第4组叶绿素被破坏，上述条带会在层析后明显变窄。(3)不同光合色素吸收不同波长的光，利用不同波长的光照射光合色素，可绘制光合色素对不同波长光的吸收率的吸收光谱。
答案：(1)叶绿素含量 低温和光照 蓝紫光和红 遮光 (2)碳酸钙 3、4 (3)吸光率
5．(2016·浙江4月学考)叶绿体中的色素、蛋白质等在某种膜上的分布及部分反应的示意图如下，请回答下列问题：
(1)该膜是____________膜，其上含有色素和催化光反应的________。光反应中，色素吸收的光能转变为ATP等物质中的____________。
(2)光反应的产物除图中所示的物质外，还有电子和________。ATP为碳反应提供了能量和____________。
(3)分离新鲜菠菜叶片中的光合色素时，应注意滤纸条上的滤液细线要高于____________的液面，滤纸条上最宽色素带所含的色素是____________。
解析：(1)分析图示可知，该膜中发生光能的转换，是叶绿体中的类囊体膜(或光合膜)，该膜上存在色素和催化光反应的酶，将光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能。(2)图中的反应产物有O2、H＋、ATP，除此之外还应有NADPH和电子(e－)；光反应产生的ATP为碳反应中三碳酸的还原提供能量，同时也提供磷酸基团。(3)分离色素时，层析液不可没过滤液细线，否则光和色素溶于层析液而无法被分离；分离结束，距滤液细线由远及近四条色素带分别为胡萝卜素(橙黄色，条带最窄)、叶黄素(黄色，条带略窄)、叶绿素a(蓝绿色，条带最宽)、叶绿素b(黄绿色，条带略宽)。
答案：(1)类囊体(光合) 酶 化学能 (2)NADPH 磷酸基团 (3)层析液 叶绿素a
一、光合作用的基本过程
光反应
碳反应
场所
叶绿体?类囊体膜
叶绿体?基质
物质
变化
水的光解：2H2O?4H＋＋O2＋4e－；
ATP的形成：ADP＋Pi＋能量 ATP；
NADP＋的还原：
NADP＋＋?2e－＋H＋NADPH
CO2的固定：
3CO2＋3?RuBP(C5)6?三碳酸；
三碳酸的还原：6三碳酸6三碳糖；
RuBP的再生：
5?三碳糖3?RuBP
能量
变化
光能转变为?ATP和NADPH中的化学能
ATP和NADPH中的化学能转变为糖分子中的化学能
注：在碳反应过程中，生成的三碳糖大部分会留在卡尔文循环中再生成RuBP，少部分离开卡尔文循环用于有机物的合成。而用于生成有机物的三碳糖，大部分会运至叶绿体外，转变成蔗糖供植物所有细胞利用；少部分留在叶绿体内作为合成淀粉、蛋白质和脂质的原料被利用。
对光反应与碳反应认识的六个误区
(1)光合作用中光反应和碳反应不是独立的，而是息息相关的两个过程，没有光反应，碳反应也无法进行。
(2)光合作用的场所在真核生物中一定为叶绿体，在原核生物中为质膜。
(3)碳反应所需要的ATP仅来自光反应，而不能由细胞呼吸提供。
(4)光合作用中，ATP提供能量和磷酸基团；NADPH提供能量和作为还原剂，也是氢的载体，提供氢。
(5)三碳糖或五碳糖(RuBP)组成元素中含有磷。
(6)CO2中的C进入三碳酸分子但不进入RuBP，最后进入三碳糖；RuBP中C不进入三碳糖，可以通过同位素示踪实验证明。
二、光照和CO2浓度变化对光合作用物质变化的影响
变化条件
三碳酸分子
RuBP
NADPH
和ATP
三碳糖
CO2供
应不变
光照
强→弱
增加
减少
减少
减少
光照
弱→强
减少
增加
增加
增加
光照
不变
CO2充
足→不足
减少
增加
增加
减少
CO2不
足→充足
增加
减少
减少
增加
光合作用过程中物质变化的分析技巧
(1)光照强弱问题。如对光照增强的分析如下(CO2浓度不变)：
(2)CO2浓度强弱问题。如对CO2浓度突然增加的分析如下(光照强度不变)：
活动(一)——光合色素的提取与分离
1．实验原理
(1)提取色素原理：色素是有机物，易溶于有机溶剂而不溶于水，可用95%的乙醇等有机溶剂溶解、提取色素。
(2)分离色素原理：各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的色素随层析液在滤纸条上扩散得快，反之则扩散得慢，从而使各种色素相互分离；采用纸层析法进行分离。
2．实验步骤及现象分析
活动(二)——探究环境因素对光合作用的影响
1．实验原理
(1)光合速率通常以一定量的植物在单位时间内有机物的积累量、CO2的吸收量、O2的释放量即表观光合速率来衡量。
(2)影响光合作用的主要环境因素：温度、CO2浓度、光强度。
2．实验步骤(以光强度为例)
(1)实验假设：一定范围内，光合速率随光强度的增加而增强。
(2)实验过程
①组装如图装置三套，编号为甲、乙、丙；
②分别向三支试管内加入等量的金鱼藻和5%NaHCO3溶液；
③记录有色液滴的起始位置；
④取三只100 W灯泡，分别置于距甲、乙、丙10 cm、20 cm、50 cm处，一段时间后，记录有色液滴位置。
[知识拓展]
探究影响光合作用因素时常见的变量处理
实验目的
自变量处理
检测指标
探究光强度对光合作用的影响
光强度变化：灯光瓦数、灯泡与植物距离等
O2收集量、
容器排水量
探究温度对光合作用的影响
温度变化：温度梯度(如利用温度控制器设置温度)
探究CO2浓度对光合作用的影响
CO2浓度变化：不同浓度NaHCO3溶液
1．(2018·嘉兴3月学考模拟)图1为番茄叶肉细胞中某种膜结构以及发生的部分生化反应示意图。图2为在充满N2与CO2的密闭容器中，用水培法栽培番茄(CO2充足)，测得图1中膜上O2生成速率的变化曲线。
(1)图1所示生物膜A侧浓稠的液体称为____________________，在有光照条件下膜A侧的H＋浓度________膜B侧。水在光下裂解的产物除了图中所示外，还有________。在该膜上光能转变成的化学能贮存在ATP和________中。
(2)图2中，9～10 h 间膜生成O2的速率迅速下降，推测最可能发生的环境因素变化是________________。9～10 h间3-磷酸甘油酸的合成速率变化是________。10 h后容器内的O2含量将________。
解析：(1)分析图1可知，该生物膜表示类囊体膜，根据H＋的转运方向可确定A侧为类囊体膜外侧，内含叶绿体基质，B侧为类囊体膜内侧，类囊体膜内的H＋浓度大于类囊体膜外(即B侧大于A侧)。图中已包含了水裂解产生的H＋、O2，还缺少电子。类囊体膜上将光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能。(2)题干中已指出CO2充足，图2中，在9～10 h，O2的生成速率迅速降为0，说明光合作用基本停止，因此该阶段最可能发生的环境因素变化是光强度变为0。9～10 h，光照强度减弱，3-磷酸甘油酸不能被及时消耗，造成积累，其合成速率下降，10 h后，容器内的O2因呼吸消耗会减少。
答案：(1)叶绿体基质 小于 电子 NADPH (2)光强度变为0 减小 减少
2．(2015·浙江10月学考)图中是探究光对黑藻光合作用影响的实验装置，光源位置固定，且光照时间一定，反应室的溶液中含有适量NaHCO3。图乙为黑藻叶绿体中的某生理过程。请回答下列问题：
(1)本实验中黑藻的光合速率可用单位时间内__________表示。
(2)若变换图甲中的光源，可改变光的____________或________。
(3)图乙所示的生理过程为__________循环，该循环从一个________开始，每形成1分子三碳糖磷酸需经过________轮该循环。三碳糖磷酸大部分运至叶绿体外转变成________，供植物细胞利用。
解析：反应室的溶液中含有适量NaHCO3，可以维持二氧化碳浓度的恒定，故本实验中光合速率可用单位时间内氧气的释放量来表示。本实验的目的是探究光对黑藻光合作用的影响，若变换图甲中的光源，可改变光的波长或强度。图乙所示的生理过程为碳反应(卡尔文循环)，该循环从一个RuBP开始，每形成1分子的三碳糖磷酸需要经过3轮该循环，三碳糖磷酸大部分运至叶绿体外转变为蔗糖，供植物细胞利用。
答案：(1)氧气释放量 (2)强度 波长 (3)卡尔文 RuBP 3 蔗糖
3．(2018·台州3月学考模拟)为探究某省不同时期银杏叶片各种色素含量的变化，进行了相关实验，结果如图所示。回答下列问题：
(1)据图分析，引起7～11月间银杏叶片叶绿素相对含量下降的主要环境因素有________________。
(2)叶绿素参与光合作用的____________阶段，该阶段的产物有________________________；叶绿素几乎不吸收______光。
(3)9月份叶绿素含量下降非常明显，但光合速率下降趋势反而变缓，据图分析可能的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。在秋季叶色变化
过程中，银杏叶色变黄与叶绿素总量呈________(填“正”或“负”)相关。
解析：(1)7～11月，温度和光照强度均逐渐下降，引起银杏叶片中叶绿素含量下降。(2)叶绿素主要参与光合作用的光反应阶段，将光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，并且释放O2。叶绿素与其他光合色素相比，几乎不吸收绿光。(3)9月份叶绿素下降明显，但光合速率未呈现明显下降，原因主要是植物叶肉细胞中仍有较多的类胡萝卜素参与光合作用。秋季银杏叶变黄，叶绿素含量下降，两者为负相关。
答案：(1)光照和温度 (2)光反应 NADPH、ATP、电子和O2 绿 (3)此时仍含有较多的类胡萝卜素，可以进行光合作用 负
4．(2018·温州3月学考模拟)某研究小组对两组生长状况基本相同的腊梅分别进行修剪与不修剪处理，再进行相关实验测定，结果如下。请回答下列问题：
处理
叶绿素a含量(mg·g－1)
叶绿素比(a/b)
修剪
2.3
11.1
不修剪
1.3
6.3
(1)提取腊梅叶肉细胞叶绿体中的色素时，需在研钵中加入__________用于保护叶绿素。若将色素进行纸层析法分离，两组色素带明显差异的是滤纸条由上到下的第________条。
(2)据图分析，与10：00相比，12：00腊梅叶肉细胞中三碳酸被________形成三碳糖的速率________(填“较大”或“较小”)，原因之一可能是受________________与CO2结合这一反应速率的影响。
(3)实验表明，修剪组的光合速率明显大于不修剪组，其原因可能是：①__________________________，促进光反应过程；②________________，提高了碳反应速率。
解析：(1)提取光合色素时，需加入CaCO3，防止叶绿素被破坏。分析表中数据可知，修剪和不修剪情况下，叶绿素a的含量存在明显差异，该色素带在滤纸条上由上到下的位置为第3条。(2)碳反应生成的三碳酸被光反应产生的ATP和NADPH还原生成三碳糖；12：00，气孔开度小，CO2与RuBP结合形成三碳酸受阻，因此此时还原速率较10：00弱。(3)修剪组的光合速率明显大于不修剪组，原因可能是修剪组叶绿素a含量增加促进了光反应过程，或者气孔开度增加，吸收CO2增多，碳反应增强。
答案：(1)CaCO3 3 (2)还原 较小 RuBP (3)叶绿素a含量多 气孔开度大(吸收CO2多)
