课件44张PPT。二 光合作用的原理和应用
第1课时 光合作用的原理一、光合作用概念和反应式
1.概念:绿色植物通过_______,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_____的
过程。
2.反应式:_______________________。叶绿体氧气CO2+H2O (CH2O)+O2二、光合作用探究历程
1.19世纪末,科学界普遍观点:C与H2O结合成_____。
2.1928年:甲醛不能通过光合作用转化成___。
3.1937年,英国希尔:离体叶绿体在适当条件下可产生
_____。甲醛氧气糖4.1941年,鲁宾和卡门:研究了光合作用中_____的来源
(氧气来源于H2O)。
5.1954年,美国阿尔农:光照下,叶绿体可合成____;
1957年:这一过程总是与水的光解相伴随。氧气ATP三、光合作用的过程
1.写出图中序号代表的物质或过程:①______ ②____ ③___ ④______ ⑤_______⑥ _____
___NADPHATPCO2(CH2O)光反应暗反应2.光反应阶段:
(1)场所:叶绿体的___________。
(2)条件:___、_____和有关的___。
(3)物质变化:
①水的光解:H2O ____+_______
②ATP的合成:ADP+Pi+能量 ____。
(4)能量变化:将_____转变为活跃的_______。类囊体薄膜光色素酶O22NADPHATP光能化学能3.暗反应阶段:
(1)场所:叶绿体内的___________中。
(2)条件:___的催化。
(3)物质变化:
①CO2的固定:CO2+C5 2C3
②C3的还原:C3 (CH2O)
C3 C5叶绿体基质酶(4)能量变化:____中活跃的化学能转变为有机物中___
___________。ATP稳定的化学能【激疑】
(1)在无光条件下,暗反应能否长期进行?
提示:在无光条件下,光反应不能进行,光反应的产物ATP和NADPH减少,不能满足暗反应的需求,暗反应将停止进行。 (2)若暗反应停止,光反应能否持续进行?
提示:暗反应停止,光反应产生的ATP和NADPH积累过多,抑制光反应的进行。知识点一 光合作用的探究历程
1.希尔实验:
(1)实验过程:离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O,没有CO2),在光照下可以释放出氧气。
(2)实验结论:在适当条件下叶绿体产生氧气。2.鲁宾和卡门实验:
相互对照(条件相同的两组材料,分别标记不同的物质:
一组为 ,另一组为C18O2)。
3.阿尔农实验:
光照下叶绿体合成ATP,这一过程与水的光解相伴随。【思考·讨论】
希尔实验说明水光解可以产生氧气,是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧全部来自水?为什么?(科学思维)
提示:不能。叶绿体内还有其他含有氧元素的物质,不能确定氧元素全部来自水。 【素养案例】
美国科学家鲁宾(S.Ruben)和卡门(M.kamen)用18O分别标记H2O和CO2中的氧,进行光合作用实验。该实验证明了 ( )A.光合作用制造了有机物
B.光合作用需要利用根系吸收的水分
C.光合作用生成的氧来自水
D.光合作用吸收的二氧化碳来自大气【解析】选C。美国科学家鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2中的氧,进行光合作用实验。实验过程中,发现如果用18O标记H2O,光合作用释放的氧气中含有18O;用18O标记CO2,光合作用释放的氧气中没有18O。科学家通过相互对照实验,证明了光合作用生成的O2中的氧来自H2O。【素养·迁移】
下面表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下,小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后,以下相关实验比较不正确的是 ( )
A.Y2的质量大于Y3的质量
B.④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量
C.②中水的质量大于④中水的质量
D.试管①的质量大于试管②的质量【解析】选C。Y1和Y3是O2,Y2和Y4是18O2,因此Y2的质量
大于Y3的质量;④中小球藻中含有( )的有机物,而
①中小球藻含有(CH2O)的有机物,故④中小球藻的质量
大于①中小球藻的质量;④和②中的水都为O,且含量相
同,因此质量相等;在试管①和②中原有质量相等的情
况下,②中释放的是18O2,而①中释放的是O2,故剩余质
量①大于②。知识点二 光合作用的过程
1.光反应与暗反应的比较:
(1)区别:(2)联系:
①光反应为暗反应提供两种重要物质:NADPH和ATP,
NADPH既可作还原剂,又可提供能量;暗反应为光反应提供三种物质:ADP、Pi以及NADP+。
②暗反应有光无光都能进行。若光反应停止,暗反应可持续进行一段时间,但时间不长,故晚上一般认为只进行呼吸作用,不进行光合作用。2.光合作用过程中的物质变化:
(1)光合作用过程中C、O元素转移途径:(2)光合作用总反应式与C、H、O元素的去向:3.光照和CO2浓度变化对细胞中C3、C5含量的影响:
(1)理论依据:细胞中C3的含量取决于C3的生成速率和C3的消耗速率。C3的生成通过CO2的固定实现,C3的消耗通过C3的还原实现,如图所示:由C5+CO2→2C3可知,细胞中C3、C5的含量变化相反。(2)实例分析:【思考·讨论】
1.若给植物提供 ,一段时间后能否在植物体内的
有机物中发现18O?试说明原因。(生命观念)
提示: 参与有氧呼吸第二阶段,可形成C18O2,C18O2
参与光合作用,可形成含有18O的有机物。2.光合作用中的还原剂和细胞呼吸中的还原剂是否相同,完成下表:(科学思维)光反应一二三碳化合物的还原三一【素养案例】
阳光穿过森林中的空隙形成“光斑”,如图表示一株生长旺盛的植物在“光斑”照射前后光合作用吸收CO2和释放O2量的变化,据此正确的分析是 ( )
A.光斑照射前,光合作用无法进行
B.光斑照射后,光反应和暗反应迅速同步增加
C.光斑照射后,暗反应对光反应有限制作用
D.光斑移开后,光反应和暗反应迅速同步减弱【解题导引】
(1)图示信息:
①光斑照射前有氧气的释放和二氧化碳的吸收。
②光斑照射后氧气的释放速率和二氧化碳吸收速率增加不同步。
③光斑移开后,氧气的释放速率和二氧化碳吸收速率减弱不同步。(2)关键知识:光合作用总反应式中,氧气的释放量和二氧化碳吸收量相等。 【解析】选C。光斑照射前,有氧气释放,说明植物细胞
在进行光合作用,A项错误;光斑照射后,光反应迅速增
加,而暗反应没有相应增加,二者不同步,B项错误;光斑
照射后,一开始光反应远高于暗反应,然后光反应逐渐
减弱,与暗反应保持一致,因此可以看出,暗反应限制了
光反应的进行,C项正确;光斑移开后,光反应迅速减弱,
而暗反应过一段时间后才减弱,二者不同步,D项错误。【素养·探究】——母题追问
科学思维——分析与综合
光斑移开后,C3含量和C3的生成速率会如何变化?为什么? 提示:C3含量增多,C3的生成速率减慢。光斑移开后,光反应减弱,NADPH和ATP合成量减少,被还原的C3减少,导致C3含量增多,进而反馈抑制C3的生成过程,导致C3的生成速率减慢。【素养·迁移】
在其他条件适宜的情况下,在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照,并在黑暗中立即开始连续取样分析,在短时间内叶绿体中C3和C5含量的变化是 ( ) A.C3和C5都迅速减少
B.C3和C5都迅速增加
C.C3迅速增加,C5迅速减少
D.C3迅速减少,C5迅速增加【解析】选C。由题意知,在其他条件适宜的情况下,在
供试植物正常进行光合作用时突然停止光照后,光反应
停止,NADPH和ATP下降,C3的还原减弱直至停止,而CO2
的固定则继续进行,但由于缺少NADPH和ATP,C3不能被
还原而积累,使C3迅速增加;C5是植物体细胞内具有一
定数量且能循环利用的物质,当C3不能被还原再形成C5时,C5将迅速减少。所以,在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照,并在黑暗中立即开始连续取样分析,此时叶绿体中C3迅速增加,C5迅速减少。【补偿训练】
在叶绿体中,ATP和ADP的运动方向是 ( )
A.ADP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动,ATP则向相反方向运动
B.ATP与ADP同时由类囊体薄膜向叶绿体基质运动
C.ATP与ADP同时由叶绿体的基质向类囊体薄膜运动D.ATP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动,ADP的运动方向则正好相反 【解析】选D。叶绿体是进行光合作用的场所,光反应在叶绿体类囊体薄膜上进行,此过程中消耗来自叶绿体基质的ADP,产生ATP,供暗反应阶段C3的还原,所以叶绿体中ATP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动,ADP则由叶绿体的基质向类囊体薄膜运动。 【课堂回眸】课件73张PPT。第2课时
光合作用原理的应用一、探究环境因素对光合作用强度的影响
1.光合作用强度:
(1)概念:植物在_________内通过光合作用制造_____
的数量。单位时间糖类(2)表示方法:(3)下列哪些是能够对光合作用强度造成影响的外界因
素___________。
①空气中二氧化碳的浓度 ②温度的高低
③土壤中水分的多少 ④光的成分
⑤酶的活性 ⑥光照的强弱①②③④⑥2.实验原理:
(1)利用LED台灯离实验装置的距离不同,产生不同的
_________。
(2)根据_______________________________,判断不同
光照强度下光合作用强度的大小。光照强度单位时间内圆形小叶片上浮的数量3.实验步骤:二、化能合成作用
1.概念:利用体外环境中的某些_______氧化时所释放
的能量来制造_______。
2.实例:硝化细菌能利用___氧化释放的化学能将_____
___合成糖类,供自身利用。无机物有机物NH3CO2和H2O三、光合作用影响因素
1.光照强度:(1)原理:主要影响光反应阶段___________的产生,进而
影响暗反应阶段。ATP和NADPH(2)曲线分析:细胞呼吸细胞呼吸速率小于等于大于基本不变2.CO2浓度:
(1)原理:CO2浓度通过影响_______阶段,制约C3的生成
进而影响光合作用强度。暗反应(2)曲线:等于不再增强3.温度:
(1)原理:通过影响_______进而影响光合作用。
(2)曲线:酶活性①AB段:随着温度升高,光合作用强度_____。
②B点:光合作用_____温度下的光合作用强度。
③BC段:随着温度升高,光合作用强度_____。
④温度过高时,酶失活,光合作用完全停止。增强最适减弱4.水及矿质元素对光合作用的影响:
(1)原理:①N、Mg、Fe等是_______合成的必需元素,若
这些元素缺乏,会影响叶绿素的合成从而影响光合作用。
②水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介
质,水还会影响气孔的开闭,从而影响___进入植物体。叶绿素CO2(2)曲线:5.影响因素在生产实践中的应用(连线):【激疑】
夏季晴朗的中午,植物的光合作用强度不是最大,而是相对降低,这一现象称为植物的“午休”。试解释出现这一现象的原因。
提示:夏季晴朗的中午,温度较高,植物蒸腾作用旺盛,植物失水较多,导致气孔关闭,影响二氧化碳的吸收,从而使光合作用强度降低。 知识点一 探究环境因素对光合作用强度的影响
测定光合速率与呼吸速率的装置:
(1)测定装置:(2)测定方法及解读。
①测定呼吸速率。
a.在小烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液用于吸收CO2。
b.玻璃钟罩遮光处理,以排除光合作用干扰。
c.置于适宜温度环境中。
d.红色液滴向左移动(单位时间内移动距离代表呼吸速率)。②测定净光合速率。
a.在小烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液,用于保证容器内CO2浓度恒定,满足光合作用的需求。
b.必须给予较强光照处理,且温度适宜。
c.红色液滴向右移动(单位时间内移动距离代表净光合速率)。【思考·讨论】
图示装置中液滴的移动可能是由于环境因素所导致,排除这一无关变量,应在原实验的基础上如何设计?(科学探究)
提示:可增加一组实验,其他设计同原实验,只是去掉绿色植物。 【素养案例】
为探究光照强度对光合作用的影响,某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组,在25 ℃条件下进行了一系列实验。下列说法正确的是 ( )
A.在无光条件下,液滴向左移动
B.在有光条件下,液滴向右移动
C.在有光条件下,液滴向右移动的距离代表光合速率
D.随光照强度的增强,液滴向右移动的距离逐渐增大【解题导引】
(1)找出关键点:CO2缓冲液可以维持密闭装置内一定的二氧化碳浓度,即密闭装置内气体体积的变化不是由二氧化碳的产生或消耗引起的。
(2)分清两个关系:光合作用与细胞呼吸的大小。 【解析】选A。由于CO2缓冲液维持装置中的CO2含量不
变,所以引起装置中气压变化的原因是O2的变化。无光
条件下绿色植物只进行细胞呼吸,消耗O2,液滴左移,A
项正确。有光条件下,绿色植物既进行细胞呼吸消耗O2,
又进行光合作用产生O2,若光合作用>细胞呼吸,液滴右
移;若光合作用=细胞呼吸,液滴不移动;若光合作用<细胞呼吸,液滴左移,B项错误。在有光条件下,液滴向右移动的距离代表净光合速率,C项错误。在达到光饱和点之前随光照强度的增强,液滴向右移动的距离逐渐增大,D项错误。【方法规律】光合作用、细胞呼吸实验常用的研究方法
(1)“黑白瓶法”:用黑瓶(无光照的一组)测得的结果为呼吸作用强度值,用白瓶(有光照的一组)测得的结果为净光合作用强度值,综合两者即可得到真正光合作用强度值。(2)梯度法:用一系列不同光照强度、温度或CO2浓度的装置,可探究光照强度、温度或CO2浓度对光合作用强度的影响。【素养·迁移】
用等体积的三个玻璃瓶甲、乙、丙,同时从某池塘水深0.5 m 处的同一位置取满水样,立即测定甲瓶中的氧气含量,并将乙、丙瓶密封后沉回原处。一昼夜后取出玻璃瓶,分别测定两瓶中的氧气含量,结果如表(不考虑化能合成作用)。有关分析合理的是 ( )
A.丙瓶中浮游植物的细胞产生[H]的场所是线粒体内膜
B.在一昼夜内,丙瓶生物细胞呼吸消耗的氧气量约为1.1 mg
C.在一昼夜后,乙瓶水样的pH比丙瓶的低
D.在一昼夜内,乙瓶中生产者实际光合作用释放的氧气量约为1.1 mg【解析】选B。本实验中氧气含量甲瓶-丙瓶=1.1 mg,
可表示一昼夜内丙瓶中生物细胞呼吸消耗的氧气量,乙
瓶-甲瓶=0.7 mg,可表示一昼夜乙瓶中生物净产生的氧
气量,因此乙瓶中生产者实际光合作用释放的氧气量
=1.1 mg+0.7 mg=1.8 mg,B正确、D错误。丙瓶中浮游
植物的细胞产生[H]的场所有细胞质基质、线粒体基质,A错误。一昼夜后,乙瓶水样中的CO2含量下降,因此其pH上升,而丙瓶中只进行细胞呼吸,CO2含量上升,pH下降,乙瓶水样的pH比丙瓶的高,C错误。【补偿训练】
取某种植物生长状态一致的新鲜叶片,用打孔器将叶片
打出若干圆片,圆片平均分成甲、乙、丙三组。甲组立
即烘干处理并测得圆片干重为a,乙组保持湿润且置于
一个黑暗密闭装置内,丙组保持湿润且置于一个密闭装
置内并给予适宜强度的光照。乙组和丙组其他条件一致,一小时后,测得乙装置内圆片干重为b,丙装置内圆片干重为c。下列叙述正确的是 ( )
A.c-a为圆片叶肉细胞一小时内的真正光合速率
B.c-b为圆片叶肉细胞一小时内的净光合速率
C.a-b为圆片叶肉细胞一小时内的呼吸速率
D.实验过程中,乙组圆片叶肉细胞呼吸速率保持恒定 【解析】选C。c-a为圆片叶肉细胞一小时内的净光合速率;c-b为圆片叶肉细胞一小时内的真正光合速率;a-b为圆片叶肉细胞一小时内的呼吸速率;乙装置随着O2浓度下降,叶肉细胞呼吸速率也下降。知识点二 光合作用影响因素综合分析
1.开放环境中光合作用昼夜变化曲线分析: (1)曲线分析:(2)一昼夜有机物的积累量的计算方法(用CO2表示):一昼夜有机物的积累量=白天从外界吸收的CO2量-晚上呼吸作用释放的CO2量,即S3-(S1+S4)。2.密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系曲线:(1)曲线分析:(2)植物生长与否的判断方法: 【思考·讨论】
1.各种环境因素同时对植物的光合作用产生影响,试分析冬季早晨和夏季早晨限制光合作用的因素分别是什么。(科学思维)
提示:冬季早晨温度较低,温度是限制光合作用的主要因素;夏季早晨温度较高,光照较弱,光照是限制光合作用的主要因素。 2.大棚生产中,为什么多施加有机肥能够提高作物的产量?(科学思维)
提示:有机肥中的有机物被微生物分解产生二氧化碳和无机盐,二氧化碳能够增加大棚中的二氧化碳浓度,无机盐为作物提供矿质营养。【素养案例】
(2018·全国卷Ⅱ)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性,某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片,分别测定其净光合速率,结果如图所示。据图回答问题: (1)从图可知,A叶片是树冠__________________(填“上层”或“下层”)的叶片,判断依据是___________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。?(2)光照强度达到一定数值时,A叶片的净光合速率开始下降,但测得放氧速率不变,则净光合速率降低的主要原因是光合作用的______________________反应受到抑制。?
(3)若要比较A、B两种新鲜叶片中叶绿素的含量,在提取叶绿素的过程中,常用的有机溶剂是_____________
______________。?【解题导引】解答本题需明确以下两点:
(1)明确题干两图的区别,比较光饱和点、光补偿点的大小。
(2)明确光合作用过程及影响光合作用的外界因素。 【解析】(1)题干两图横坐标都是光照强度,纵坐标都是净光合速率。A叶片的细胞呼吸弱,光补偿点低,光饱和点低,适应弱光环境,判断为下层叶片。
(2)放氧速率不变,说明光反应速率不变,净光合速率下降的主要原因是暗反应受到抑制。
(3)绿叶中的色素易溶于有机溶剂,常用无水乙醇提取。答案:(1)下层 A叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于B叶片
(2)暗 (3)无水乙醇【方法规律】植物“三率”的判定
(1)根据坐标曲线判定:
①当光照强度为0时,若CO2吸收值为负值,该值绝对值代表呼吸速率,该曲线代表净光合速率。
②当光照强度为0时,若CO2吸收值为0,该曲线代表真正光合速率。 (2)根据关键词判定:【素养·探究】——情境迁移
为了探究生长条件对植物光合作用的影响,某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组,置于人工气候室中,甲组模拟自然光照,乙组提供低光照,其他培养条件相同。结果如图: (1)据图判断,光照强度低于a时,限制甲、乙两组植物光合作用的因素是什么?(科学思维)
提示:光照强度。(2)b光照强度下,要使甲组的光合作用强度升高,可以考虑的措施是什么?(科学思维)
提示:适当提高CO2浓度、温度、水、矿质元素等条件。【素养·迁移】
图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时,单位时间内CO2的释放量和O2产生总量的变化。图乙表示蓝细菌光合速率与光照强度的关系,下列说法正确的是( ) A.图甲中,光照强度为b时,光合速率等于呼吸速率
B.图甲中,光照强度为d时,单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2
C.图乙中,当光照强度为x时,细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体
D.图乙中,限制e、f、g点光合作用速率的因素主要是光照强度【解析】选B。分析图甲可知,光照强度为b时,CO2释放
量和O2产生总量相等,都为3单位,细胞呼吸释放的CO2
首先供应叶绿体进行光合作用,剩余部分释放到外界,
说明此时细胞呼吸大于光合作用,A项错误;光照强度为
d时,水稻叶肉细胞光合作用速率大于细胞呼吸速率,光
照强度为a时,CO2释放量即为呼吸速率,则光照强度为d时,O2产生总量为8单位,需要消耗的CO2也为8单位,所以单位时间内需要从外界吸收的CO2为2单位,B项正确;图乙中所示生物为蓝细菌,蓝细菌不含线粒体和叶绿体,C项错误;图乙中,限制g点光合作用速率的因素不是光照强度,可能是二氧化碳浓度及温度等,D项错误。【补偿训练】
夏季晴朗的一天,甲、乙两株不同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。下列说法正确的是
( ) A.甲植株在a点开始进行光合作用
B.乙植株在e点有机物积累量最多
C.曲线b～c段和d～e段下降的原因相同
D.两曲线b～d段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭【解析】选D。图中甲植株光合作用开始的点在a点之前,即CO2吸收速率开始变化的点,故A错误;图中乙植株6～18时有机物一直在积累,18时植物体内有机物积累量最大,故B错误;曲线b～c段下降的原因是光照过强,气孔关闭,叶片吸收的CO2少,d～e段下降的原因是光照强度减弱,故C错误;甲植株没有出现光合午休现象,可能原因是气孔无法关闭,故D正确。 【课堂回眸】课堂检测·素养达标
【概念·诊断】
1.光合作用是生物界重要的生理过程,为地球上的绝大多数生物提供物质和能量。下列关于光合作用的叙述,正确的是__________________。?
①光反应需要光不需要酶
②暗反应需要酶但不能在光下进行
③光反应阶段氧气的释放来自水的光解
④将CO2转变成含能量的有机物
⑤光反应中消耗磷酸分子,暗反应中产生磷酸分子
⑥暗反应中二氧化碳的固定生成C5,C3的还原消耗C5
【解析】选③④⑤。①光反应需要光也需要酶,如ATP合成需要酶的参与。②暗反应需要酶,也可在光下进行。③光反应产生的氧气来源于水的光解。④CO2经过固定和C3的还原转变为含有稳定化学能的有机物。⑤光反应中ADP和Pi合成ATP,暗反应中ATP水解形成ADP和Pi。⑥暗反应中二氧化碳的固定消耗C5,C3的还原生成C5。
2.(2019·全国卷Ⅰ)将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中,一段时间后植株达到40 g,其增加的质量来自 ( )
A.水、矿质元素和空气 B.光、矿质元素和水
C.水、矿质元素和土壤 D.光、矿质元素和空气
【解析】选A。本题考查光合作用的影响因素。植物生长过程中增重主要通过光合作用制造有机物,其主要过程是利用光能,将CO2和水合成储存能量的有机物,其中CO2来自空气。另外,植物体内蛋白质、核酸等有机物的合成还需要矿质元素,故A项正确。
3.离体的叶绿体在光照下进行稳定的光合作用时,如果突然中断CO2的供应,短暂时间内叶绿体中C3与C5相对含量的变化是 ( )
A.C3增多、C5减少 B.C3增多、C5增多
C.C3减少、C5增多 D.C3减少、C5减少
【解析】选C。在光合作用暗反应过程中,CO2首先与C5结合,形成2个C3,最后经一系列的循环后又产生C5。所以叶绿体在光照下进行光合作用时,C3和C5含量都维持在相对平衡的状态。如果突然中断CO2的供应,CO2固定减弱,所以C3减少而C5增多。
4.用高速离心机打碎小球藻细胞,获得可以进行光合作用的离体叶绿体,进行如图所示的实验。本实验 ( )
A.释放的氧气中可以检测到放射性
B.是研究光合作用过程中能量的传递和转换
C.是用同位素示踪法研究由CO2合成糖类的过程
D.是研究光合作用过程中光反应的过程
【解析】选C。科学家鲁宾和卡门以小球藻为实验材料,用18O分别标记H2O和CO2,最终证明光合作用释放的O2来自H2O,本题中提供的水不含放射性,所以释放的氧气中检测不到放射性;分析题图,可看出本实验利用的是同位素标记法(同位素示踪法)研究CO2合成糖类的过程,研究的是光合作用过程中暗反应的过程,而不是研究光合作用过程中能量的传递和转换。
5.下列与光合作用有关的化学物质的叙述,正确的是 ( )
A.叶绿素全部分布在类囊体薄膜上
B.光合作用的酶只参与暗反应过程的催化
C.光反应产生的氧气全部来自水的光解
D.CO2中的碳的转移途径是CO2→C5→C3→(CH2O)
【解析】选C。类囊体是叶绿体内的结构,原核生物含有叶绿素,但无叶绿体,A错误;光反应也需要酶的催化,B错误;光反应产生的氧气全部来自水的光解,C正确; CO2中的碳的转移途径是CO2→C3→(CH2O),D错误。
6.光合作用的光反应和暗反应依次发生在 ( )
A.细胞质、细胞核中
B.叶绿体的类囊体膜上、叶绿体的基质中
C.叶绿体的外膜、内膜上
D.叶绿体的基质中、叶绿体的类囊体膜上
【解析】选B。光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜,暗反应的场所是叶绿体基质。综上所述,B符合题意。
7.下列关于植物光合作用暗反应的叙述中,错误的是 ( )
A.暗反应要消耗光反应产生的ATP
B.暗反应是只在暗处进行的反应
C.C3的还原要消耗光反应产生的NADPH
D.暗反应过程中有C5的再生
【解析】选B。暗反应要消耗光反应产生的ATP,A正确;暗反应有光无光均可进行,B错误;C3的还原要消耗光反应产生的NADPH和ATP,C正确;暗反应过程中有C5的再生和二氧化碳的固定,D正确。
【思维·跃迁】
8.如图表示植物叶肉细胞光合作用和细胞呼吸过程中氢元素的转移途径,相关叙述不正确的是 ( )
H2ONADPH(CH2O)[H]H2O
A.过程①④在生物膜上进行
B.过程①可以为过程④提供氧气
C.过程①③④中能合成ATP
D.过程④是有氧呼吸和无氧呼吸共有的阶段
【解析】选D。过程①在叶绿体类囊体薄膜上进行,④在线粒体内膜上进行,即都在生物膜上进行,A正确;过程①光反应可以为过程④有氧呼吸第三阶段提供氧气,B正确;过程①③④中能合成ATP,C正确;过程④是有氧呼吸特有的,D错误。
9.小乐同学在“绿叶在光下制造淀粉”的实验中发现一些问题,请帮他解决。
(1)为了把叶片中淀粉全部转运和消耗掉,小乐应将植物提前放在_________
_______________________________处一昼夜。?
(2)将叶片的一部分用不透光的纸遮盖起来的目的是设置_____________________________________________实验。这样设置后,该实验中的变量是________________________________________。?
(3)为了让绿叶充分进行光合作用,应将遮好纸片的植物放在_____________
________________________________下几小时。?
(4)这样处理后,摘取一片部分遮光的叶片,除去不透光纸后,将叶片放入酒精中隔水加热。酒精逐渐变为绿色溶液,你认为是_________________________
_______________溶解于酒精。?
(5)用清水漂洗脱色叶片后向叶片滴加碘液,是为了检验叶片中是否含有____________________________________。?
(6)滴加碘液片刻后,再用清水洗去碘液,预期:叶片遮光部分不变蓝,不遮光部分变为__________________色。?
(7)若实验结果与预期相符,则实验表明:_______________________________________________________________。?
【解析】(1)为了把叶片中淀粉全部转运和消耗掉,应将植物提前放在黑暗处一昼夜。
(2)实验设计时,一般要设置对照实验,故将叶片的一部分用不透光的纸遮盖起来的目的是设置对照实验。遮光部分没有光照,未遮光的部分有光照,因此这样设置后,该实验中的变量是光照。
(3)为了让绿叶充分进行光合作用,应将遮好纸片的植物放在光照下几小时。
(4)将叶片放入酒精中隔水加热,叶绿素容易溶解于酒精,使酒精变为绿色溶液。
(5)用清水漂洗脱色叶片后,叶片颜色变淡。淀粉遇碘变蓝,故向叶片滴加碘液,可检验叶片中是否含有淀粉。
(6)叶片遮光部分没有光照,叶片无法进行光合作用制造淀粉,滴加碘液不变蓝。不遮光部分有光照,叶片可进行光合作用制造淀粉,滴加碘液变蓝。
(7)若实验结果与预期相符,则表明绿叶在光下能制造淀粉。
答案:(1)黑暗 (2)对照 光照 (3)光照 (4)叶绿素
(5)淀粉 (6)蓝 (7)绿叶在光下能制造淀粉
【拓展·探究】
10.阅读下列与光合作用有关的材料,并回答相关问题:
材料1:美国科学家鲁宾和卡门把小球藻分成2组,研究光合作用释放的气体,实验结果如表:
组号
物质
气体
Ⅰ
H2O和C18O2
O2
Ⅱ
O和CO2
18O2
材料2:景天科植物有一种很特殊的CO2同化方式:夜间气孔开放,吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中的苹果酸经脱羧作用释放出CO2用于光合作用。
材料3:在甘蔗、玉米等植物的叶肉细胞中,叶绿体固定CO2的最初产物是含4个碳的草酰乙酸,然后转化为苹果酸进入维管束鞘细胞的叶绿体中释放CO2(简称C4途径),再进行卡尔文循环(C3途径)。C4途径起到CO2泵的作用,提高了C4植物利用CO2的能力。
(1)材料1中,研究元素去向用的技术方法是什么?
______________________________________________________。?
(2)材料1的实验结果表明________________________________________。若18O2进入线粒体一段时间后,线粒体内含18O的化合物有_____________________
______。?
(3)材料2中,景天科植物夜晩能吸收CO2,却不能合成葡萄糖的原因是什么?____________________________________________________________________________。气孔开闭的特点与其生活环境相适应,推测景天科植物的原始生活环境条件可能是____?________________________________________。?
(4)材料3中,C4植物首先将CO2固定形成_______________________________,然后释放CO2。在炎热干旱的夏季,C4植物的优势表现为_____________________。?
【解析】(1)材料1中,研究元素的去向用了同位素标记法。
(2)分析可知,材料1的两组实验结果说明光合作用释放的氧气中的氧来自水;若18O2进入线粒体一段时间后,该氧气先参与有氧呼吸第三阶段生成O,O参与有氧呼吸第二阶段生成C18O2,参与光合作用暗反应生成含有18O的有机物,该有机物参与有氧呼吸第一阶段生成含有18O的丙酮酸,进入线粒体。因此一段时间后,线粒体内含18O的化合物有水、二氧化碳和丙酮酸。
(3)由于夜晚没有光照,不能进行光反应,无法为暗反应提供ATP、NADPH,因此景天科植物夜晩能吸收CO2,却不能合成葡萄糖;景天科植物夜晚气孔开放,而白天气孔关闭,说明其可能生活在炎热干旱的环境中。
(4)根据材料分析可知,C4植物首先将CO2固定形成四碳化合物(草酰乙酸),然后释放CO2。在炎热干旱的夏季,C4植物利用CO2的能力强、光合效率高。
答案:(1)同位素标记(示踪)法 (2)光合作用释放的氧气中的氧来自水 水、二氧化碳、丙酮酸 (3)没有光照,不能进行光反应,无法为暗反应提供ATP、NADPH 炎热干旱 (4)草酰乙酸 利用CO2的能力强、光合效率高
课堂检测·素养达标
【概念·诊断】
1.在严寒的冬天,利用温室进行蔬菜种植,可以提高经济效益,但需要调节好温室的光照、湿度、气体和温度,以提高产品的产量,下列措施及方法正确的有__________________。?
①由于温室内外温差大,在温室薄膜(或玻璃)上结成一层水膜,要及时擦干,以防止透光率降低
②适当增加光照,以弥补冬季阳光的不足
③尽量增加空气湿度,以降低植物的蒸腾作用
④向温室内定期施放二氧化碳气体,以增加光合作用强度
⑤向温室内定期施放氧气,以降低呼吸作用强度
⑥如遇持续的阴雨天气,白天不宜过多升高温室温度,仍保持昼夜温差
【解析】选①②④⑥。水膜会影响透光率,降低温室内的光照强度,从而降低光合速率,故①正确;增加光照可以提高光合速率,弥补冬季阳光的不足,故②正确;植物进行蒸腾作用可以调节体内温度和提高物质的运输,所以过分降低植物的蒸腾作用对植物自身的生长发育不利,故③错误;施放二氧化碳气体可以提高光合作用暗反应,从而提高光合作用强度,故④正确;施放氧气,会提高植物的有氧呼吸强度,故⑤错误;植物白天进行光合作用积累有机物,也进行细胞呼吸消耗有机物,持续的阴雨天气,植物的光合作用强度不高,升高温室温度会提高植物的细胞呼吸,消耗更多的有机物,使植物有机物的积累量下降;保持昼夜温差,减少夜间的呼吸消耗,有助于植物积累有机物,故⑥正确。
2.与蓝细菌相比,硝化细菌特有的生理过程为 ( )
A.水的光解
B.CO2合成葡萄糖
C.利用线粒体进行有氧呼吸
D.利用无机物氧化形成的能量
【解析】选D。水的光解属于光反应,蓝细菌可进行光合作用,而硝化细菌不能进行光合作用,A错误;硝化细菌可进行化能合成作用,化能合成作用和光合作用都可消耗CO2合成葡萄糖,B错误;硝化细菌为原核细胞,不含线粒体,C错误;化能合成作用可利用无机物氧化释放的能量合成有机物,而光合作用不能,D正确。
3.在同一植株上分别于早晨、傍晚、深夜摘取同一部位的三片叶子,用打孔器取同样大小的圆片,进行脱色后,用碘处理,结果是 ( )
A.早晨摘取的叶子蓝色较深
B.傍晚摘取的叶子蓝色较深
C.深夜摘取的叶子蓝色较深
D.三个圆片的蓝色深浅相同
【解析】选B。早晨摘取的叶子,由于植物进行了一夜的细胞呼吸消耗了大量的淀粉,所以这时候叶子中的淀粉最少,滴加碘液颜色浅,A错误;傍晚摘取的叶子,植物进行了一天的光合作用,叶子中的淀粉积累较多,滴加碘液颜色最深,B正确;深夜摘取的叶子,由于植物进行了半夜的细胞呼吸消耗了大量的淀粉,所以这时候叶子中的淀粉比较少,滴加碘液颜色比较浅,C错误;综上分析,三个圆片的蓝色深浅不相同,D错误。
4.光合作用强度可以用多种指标表示,以下不适合的是 ( )
A.植物体鲜重增加量 B.植物体干重增加量
C.O2释放量 D.CO2吸收量
【解析】选A。植物光合作用消耗CO2,产生有机物和O2,因此,光合作用强度的指标可以是B、C、D选项中的指标。植物体鲜重增加量主要是水分的增加,不能作为光合作用强度的指标。
5.对于大棚栽培的农作物,下列增产措施并不是通过增强光合作用速率实现的是 ( )
A.给农作物增施氮肥和镁
B.夜间适当降低农作物的环境温度
C.大棚栽培的农作物通过增施农家肥料补充CO2
D.给农作物补充适宜强度的人工光照
【解析】选B。给农作物增施氮肥和镁,这两种元素是叶绿素的组成元素,从而提高叶绿素含量,增强光合作用速率,A不符合题意;夜间适当降低农作物的环境温度,导致酶活性降低,从而减少呼吸作用对有机物的消耗,最终达到增产的目的,可见该措施是通过降低呼吸作用速率实现增产的,B符合题意;大棚栽培的农作物通过增施农家肥料补充CO2,提供了光合作用的原料,也增强了光合作用速率,C不符合题意;给农作物补充适宜强度的人工光照也是通过增强光合作用速率实现增产的,D不符合题意。
【思维·跃迁】
6.如图表示将某植物叶片置于适宜条件下,不同的细胞间隙CO2浓度下叶肉细胞中C5的含量变化。以下推测不合理的是 ( )
A.a→b,暗反应消耗ATP的速率增加
B.a→b,CO2固定速率比C3的还原速率快
C.b→c,光合作用速率等于呼吸作用速率
D.b→c,可能是光反应限制了光合速率
【解析】选C。a→b,随叶肉细胞间隙CO2浓度的升高,CO2的固定加快,C3增多,还原加快,消耗ATP的速率增加,A正确;a→b,C5含量降低,说明CO2固定速率比C3的还原速率快,B正确;b→c,叶肉细胞间隙的CO2的相对浓度增加,C5含量基本维持不变,表示达到CO2饱和点,此时光合速率应大于呼吸速率,叶片的净光合速率大于零,C错误;b→c,可能是光反应产生的NADPH和ATP的数量限制了光合速率,D正确。
【补偿训练】
如图为某种植物在夏季晴天一昼夜内CO2吸收量的变化情况。下列判断正确的是
( )
A.影响bc段光合速率的外界因素只有光照强度
B.ce段下降主要是由于部分气孔关闭造成的
C.ce段与fg段光合速率下降的原因相同
D.该植物进行光合作用的时间区段是bg
【解析】选B。影响bc段光合速率的外界因素除了光照强度,还有温度等,A错误。ce段下降主要是由于温度过高,光照过强,导致部分气孔关闭,CO2吸收量减少造成的,B正确。而fg段光合速率下降则是因为光照强度降低,C错误。当CO2释放量减少时说明出现光合作用,因此该植物进行光合作用的时间区段是ah,D错误。
【拓展·探究】
7.育种工作者为研究自然条件下大豆光合作用速率的日变化情况,设计了图1所示的装置。实验中将装置置于自然环境中,测定北方夏季晴天一昼夜中小室内氧气的增加量或减少量,得到如图2所示曲线。
请据图回答下列问题:
(1)图2中的c点表示的生物学含义是什么?
_________________________________________________________________。?
(2)图2曲线中,6～8 h时,小室内氧气减少量逐渐减小,其可能的主要原因是什么?
_____________________________________________________________。?
(3)如果以缺镁的完全营养液培养大豆幼苗,则曲线中a点的移动方向是____________________________________;你的判断依据是______________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。?
【解析】实验中将该装置置于自然环境中,测定北方夏季某一晴天一昼夜中小室内氧气的增加量或减少量。
(1)图2中c点正好与横轴相交,所以光合作用产生的氧气量与细胞呼吸消耗的氧气量相等(注意纵轴不是二氧化碳)。(2)6～8 h时,小室内氧气减少量逐渐减小,其可能的主要原因是既有光合作用又有细胞呼吸,但因光照弱,光合作用小于细胞呼吸。(3)镁是叶绿素的重要组成元素。缺镁时叶绿素形成量减少,需要较强的光照才能补偿细胞呼吸中有机物的消耗。
答案:(1)光合作用产生的氧气量与细胞呼吸消耗的氧气量相等
(2)植物开始进行微弱的光合作用,且光合作用逐渐增强,但此时间段内光合作用强度仍小于细胞呼吸强度
(3)向右移动 植物缺镁,叶绿素形成量减少,导致光合作用产生O2量少,要达到光合作用产生的O2量等于呼吸作用消耗的O2量,则需要更强的光照强度
课时素养评价 二十
光合作用原理的应用
(20分钟·70分)
一、选择题(共9小题,每小题4分,共36分)
1.夏季晴朗的中午,由于温度过高、蒸腾作用过大,气孔关闭,某植物出现“午休现象”,此时叶肉细胞 ( )
A.三碳化合物含量上升
B.光反应产物不能满足暗反应的需求
C.叶绿体基质中ADP含量增加
D.有机物积累速率明显下降
【解析】选D。中午,气孔关闭,二氧化碳吸收量下降,短时间内,二氧化碳的固定减慢,三碳化合物含量下降,A错误;光反应产物可以满足暗反应的需求,B错误;暗反应减慢,叶绿体基质中ADP含量减少,C错误;“午休”时,光合速率下降,有机物积累速率明显下降,D正确。
2.如图表示植物光合作用的一个阶段,下列各项叙述正确的是 ( )
A.该反应的场所是类囊体的薄膜
B.C3生成(CH2O)需要NADPH、ATP和多种酶
C.提高温度一定能促进(CH2O)的生成
D.无光条件有利于暗反应进行
【解析】选B。题图表示光合作用的暗反应阶段,其反应场所是叶绿体基质,该过程在有氧和无氧条件下均能进行,但需要多种酶催化、充足的CO2、光反应提供的NADPH、ATP及适宜的温度等条件,适当提高温度可以提高酶的活性,加快反应速率,但超过一定的温度范围,提高温度会使酶的活性降低,反应速率减慢。
3.取某种植物生长状态一致的新鲜叶片,用打孔器打出若干绿叶圆片后平均分成甲、乙、丙三组,每组各置于一个密闭装置内,分别给予a、b、c三种不同强度的光照,其他条件一致。照光相同时间后,测得各装置内氧气的增加量如图所示。下列叙述错误的是 ( )
A.装置内增加的氧气来自水
B.光照强度为a时,光合作用停止
C.丙组装置内的CO2含量照光后比照光前低
D.此图反映了光合作用强度与光照强度的关系
【解析】选B。光照强度为a时,装置内氧气增加量接近“0”,意味着叶片光合作用与细胞呼吸相比略占优势。
4.生长于较弱光照条件下的植物,当提高CO2浓度时,其光合速率并未随之增加,主要限制因素是 ( )
A.细胞呼吸和暗反应 B.光反应
C.暗反应 D.呼吸作用
【解析】选B。生长于较弱光照条件下的植物光反应弱,生成的ATP和NADPH少,即使提高CO2浓度,暗反应的速率也不会提高,光合速率并未随之增加。
5.在封闭的温室内栽种农作物,以下措施不能提高农作物产量的是 ( )
A.适当增加光照强度 B.增加室内CO2浓度
C.增大室内昼夜温差 D.采用绿色玻璃盖顶
【解析】选D。适当增加光照强度可以提高光合作用强度,可以提高产量,A不符合题意;增加室内CO2浓度可以提高光合作用强度,B不符合题意;增大室内昼夜温差,晚上降低呼吸作用消耗有机物,可以提高产量,C不符合题意;采用绿色玻璃盖顶会降低光合速率,D符合题意。
6.下列关于硝化细菌的叙述,错误的是 ( )
A.能将二氧化碳和水合成有机物
B.将二氧化碳和水合成有机物所需能量为化学能
C.将二氧化碳和水合成有机物所需能量为光能
D.硝化细菌和绿色植物一样都是自养型生物
【解析】选C。硝化细菌利用无机物氧化时释放的化学能把二氧化碳和水合成有机物,同时储存能量;硝化细菌能制造有机物,故其也属于自养型生物。
7.(2017·天津高考)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半,但固定CO2酶的活性显著高于野生型。如图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。叙述错误的是 ( )
A.光照强度低于P时,突变型的光反应强度低于野生型
B.光照强度高于P时,突变型的暗反应强度高于野生型
C.光照强度低于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
D.光照强度高于P时,限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度
【解析】选D。题图中光照强度低于P时,突变型CO2吸收速率低于野生型,原因是突变型叶绿素含量较低,吸收光的能力较弱,光反应强度低于野生型,A项正确;光照强度高于P时,突变型CO2吸收速率大于野生型,原因是突变型固定CO2酶的活性显著高于野生型,导致暗反应强度高于野生型,B项正确;光照强度低于P时,突变型光合速率随光照强度增加而增加,限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度,C项正确;光照强度高于P时,在达到光饱和点以前,突变型光合速率仍随光照强度增加而增加,此时限制突变型光合速率的主要环境因素仍是光照强度,D项错误。
8.下面为几种环境因素对植物光合作用影响的关系图,有关描述错误的是
( )
A.图1中,若光照强度适当增强至最适状态,a点左移,b点右移
B.图2中,若CO2浓度适当增大至最适状态,a点右移,b点左移
C.图3中,a点与b点相比,a点时叶绿体中C3含量相对较多
D.图3中,限制b点光合作用的主要因素是光照强度和CO2浓度
【解析】选B。光照强度和CO2浓度都是限制光合作用强度的因素,当其中一个因素增大,要达到相同的生理状态,另一个因素在其相对较弱时即可满足,故图1中光照强度适当增大至最适状态时,a点会左移,图2中CO2浓度适当增大至最适状态时,a点也会左移;图1和图2中的b点代表光合作用的饱和点,限制因素分别是CO2浓度和光照强度,适当分别改善其限制条件时,光合作用强度也会增大,所需的CO2浓度和光照强度也会增大,b点右移;图3中b点时,光照强度和CO2浓度均是光合作用的限制因素,a点和b点的光照强度相等,a点CO2浓度大于b点的,故a点时叶绿体中C3含量比b点多。
【方法规律】光合作用曲线中补偿点和饱和点移动规律
(1)补偿点的移动:
①呼吸速率增加,其他条件不变时,CO2(或光)补偿点应右移,反之左移。
②呼吸速率基本不变,相关条件的改变使光合速率下降时,CO2(或光)补偿点应右移,反之左移。
(2)饱和点的移动:
相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时,饱和点应右移,反之左移。
【补偿训练】
科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响,得到的实验结果如图所示。请据图判断下列叙述不正确的是 ( )
A.光照强度为a时,造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同
B.光照强度为b时,造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同
C.光照强度为a～b,曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高
D.光照强度为b～c,曲线Ⅱ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高
【解题导引】解答本题的关键是:
(1)比较不同曲线的不同条件:温度、光照强度和CO2浓度。
(2)分析不同曲线变化趋势不同的原因。
【解析】选D。曲线Ⅱ和Ⅲ的CO2浓度不同,因此光照强度为a时,造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同,A正确;曲线Ⅰ和Ⅱ的温度不同,因此光照强度为b时,造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同,B正确;由曲线图可知,光照强度为a～b,曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高,C正确;光照强度为b～c,曲线Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而缓慢升高直至不再变化,但曲线Ⅲ光合作用强度随着光照强度的升高不再变化,D错误。
9.如图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述正确的是 ( )
A.t1→t2,叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加,基质中水光解加快、O2释放增多
B.t2→t3,暗反应限制光合作用;若在t2时刻增加光照,光合速率将继续提高
C.t3→t4,光照强度不变,光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强的结果
D.t4后短暂时间内,叶绿体中ADP和Pi含量升高,C3还原后的直接产物含量降低
【解题导引】
(1)隐含信息:光反应和暗反应发生的部位。
(2)关键信息:t1时给予充足恒定光照,t3时充CO2。
【解析】选D。水的光解、O2释放发生在叶绿体类囊体薄膜上,而不是叶绿体基质中,A项错误;t2→t3,限制光合速率的因素为CO2浓度,此时光照充足且恒定,若增加光照,光合速率不会提高,B项错误;t3→t4,暗反应增强,一定程度上加快ATP和ADP的转化,同时促进了光反应,C项错误;突然停止光照,光反应减弱甚至停止,类囊体薄膜上ATP合成受阻,ATP含量减少,ADP和Pi含量升高,被还原的C3减少,直接产物含量降低,D项正确。
二、非选择题(共2小题,共34分)
10.(16分)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肉细胞内C3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表示____________,B表示______________,C表示____________,D表示__________。?
(2)在a中发生的过程称为____________,在a中含有的参与此过程的物质是__________。?
(3)在a中发生的能量转变是____________________________________。?
(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,G点时叶绿体中NADPH含量较____________(填“高”或“低”)。?
【解析】(1)根据图甲中物质转化关系可判断,A代表H2O,B代表CO2,C代表C3,D代表C5。
(2)图甲中a表示叶绿体类囊体薄膜,其上分布有色素和酶,是光反应进行的场所。
(3)叶绿体类囊体薄膜上发生的能量转变是光能→ATP中活跃的化学能。
(4)根据图乙中C3含量的变化曲线可知,C3含量从B点开始减少,说明在有光的条件下,C3被还原,至I点时,C3含量又保持不变,说明此时没有光,不能进行光反应,缺乏NADPH和ATP,暗反应停止,不再合成有机物。
(5)图乙AB段缺乏光,不能进行光反应,缺乏NADPH和ATP,C3不能被还原。
(6)G点时光照强度强,蒸腾作用旺盛,导致气孔关闭,CO2不能通过气孔进入,缺乏CO2,CO2固定减弱,C3生成减少。
(7)G点时C3缺乏,光反应正常进行,NADPH积累,而F点时,C3含量比G点时高,消耗NADPH多,积累的NADPH少。
答案:(1)H2O CO2 C3 C5 (2)光反应 色素和酶 (3)光能→ATP中活跃的化学能
(4)B I
(5)无光不进行光反应,不产生NADPH和ATP,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
11.(18分)如图是绿色植物体内光合作用和细胞呼吸的示意图,请据图回答:
(1)图中A表示的过程为________,此过程发生的场所是叶绿体的_________
___________。?
(2)图中B表示的过程为________,此过程发生的场所是_________________。?
(3)图中C表示的过程为__________,这里产生的水是在__________阶段形成的。?
(4)当光照强度为0时,植物细胞中可以产生ATP的结构是__________________。?
(5)温室大棚作物如果遇到阴雨天,为避免减产,大棚内的温度应该适当__________,原因是____________。?
【解析】(1)根据图中物质转化关系可判断,A为光合作用的光反应,此过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上。(2)图中B过程是暗反应,此过程发生在叶绿体基质中。(3)图中C过程表示有氧呼吸过程,其中产生的水是在有氧呼吸第三阶段形成的。(4)光照强度为0时,植物细胞不能进行光合作用,只能进行细胞呼吸,因此产生ATP的结构是细胞质基质和线粒体。(5)温室大棚作物如果遇到阴雨天,为避免减产,可适当降低温度,减少细胞呼吸对有机物的消耗,提高产量。
答案:(1)光反应 类囊体薄膜 (2)暗反应 叶绿体基质 (3)有氧呼吸 第三 (4)线粒体、细胞质基质 (5)降低 减少细胞呼吸对有机物的消耗
(10分钟·30分)
1.(6分)以测定的CO2吸收量与释放量为指标,研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响,结果如图所示。下列分析正确的是 ( )
A.光照相同时间,35 ℃时光合作用制造的有机物的量与30 ℃时相等
B.光照相同时间,在20 ℃条件下植物积累的有机物的量最多
C.温度高于25 ℃时,光合作用制造的有机物的量开始减少
D.两曲线的交点表示光合作用制造的有机物与细胞呼吸消耗的有机物的量相等
【解析】选A。“光照下CO2的吸收量”为净变化量或积累量,即“光合实际量-呼吸量”,“黑暗中CO2释放量”为呼吸量。由图可知,在35 ℃时光合作用制造的有机物的量与30 ℃时相等,都是3+3.5=6.5 mg/h。积累有机物量最多的温度为25 ℃,此时光合作用实际量约为2.25+3.75=6 mg/h,此后光合作用的实际量还在增加。两曲线的交点表示呼吸量=净光合量,或者说光合量是呼吸量的两倍,不代表二者相等。
2.(6分)某研究小组在水肥充足条件下,观测了玉米光合速率等生理指标日变化趋势,结果如图所示。据图判断下列有关叙述正确的是 ( )
A.光合作用消耗ATP最快的时刻是15:00
B.根吸水能力最强的时刻是12:00
C.直接引起蒸腾速率变化的生理指标是气孔阻抗
D.影响光合速率的环境因素主要是CO2浓度
【解析】选C。光合速率越大,光合作用消耗ATP也就越快,由甲图可知,光合作用消耗ATP最快的时刻是12:00。蒸腾作用越强,根吸水能力越强,由乙图可知,根吸水能力最强的时刻是15:00。蒸腾作用是水分以气体形式通过气孔散失的,直接引起蒸腾速率变化的生理指标是气孔阻抗。据图可知,本题中影响光合速率的主要环境因素是光照强度。
3.(18分)植物对CO2的利用与光照强度有关,如图表示在三个不同光照强度x、y、z(单位:lx)条件下,CO2浓度对菜豆植株光合速率的影响。请回答下列问题:
(1)菜豆植株光合作用所需的碳源主要是通过叶片上的________(结构)进入的,随着CO2浓度的升高,菜豆植株细胞对光反应阶段产生的______________的利用量增多,从而促进了光合作用的进行。?
(2)图中光照强度x与y的大小关系为____________;CO2浓度为400 mg·L-1时,若光照强度突然由z变为y,叶绿体中C3的还原速率会______________(填“增大”“减小”或“不变”)。?
(3)天气晴朗的中午,光照充足,但菜豆植株光合速率却明显下降,原因可能是__________________________________________________。?
【解析】(1)植物光合作用需要的CO2主要是通过叶片上的气孔进入的;随着CO2浓度的升高,暗反应CO2固定生成的三碳化合物增加,对光反应阶段产生的ATP和NADPH的利用也增加。
(2)据图分析,在相同CO2浓度条件下,光照强度为xlx的曲线最高,说明图中光照强度x比y大;CO2浓度为400 mg·L-1时,若光照强度突然由z变为y,即光照强度增加,C3还原过程加快,则叶绿体中C3的还原速率会增大。
(3)天气晴朗的中午,光照充足,植物蒸腾作用旺盛,导致叶片气孔关闭,进而导致CO2供应不足,所以菜豆植株光合速率明显下降。
答案:(1)气孔 NADPH和ATP
(2)x大于y 增大
(3)中午,菜豆蒸腾作用旺盛,叶片气孔关闭,导致CO2供应不足
课时素养评价 十九
光合作用的原理
(20分钟·70分)
一、选择题(共9小题,每小题5分,共45分)
1.德国植物学家萨克斯将绿叶在暗处放置几小时,然后让叶片一半曝光另一半遮光,过一段时间后,再用碘蒸气处理这片叶。关于该实验的叙述,错误的是
( )
A.在黑暗中放置的目的是消耗掉叶片中的营养物质
B.预期的结果是曝光的一半呈深蓝色,遮光的一半没有颜色变化
C.在该实验中没有设置对照
D.该实验成功地证明光合作用的产物有淀粉
【解析】选C。把绿叶在暗处放置几个小时的目的是消耗掉叶片中的营养物质,防止叶片中原有的有机物影响实验的结果,A正确;碘蒸气处理叶片后会发现曝光的一半呈深蓝色,而遮光的一半没有颜色变化,说明光合作用能够产生淀粉,B正确;在该实验中遮光部分和曝光部分互为对照,C错误;因淀粉遇碘变蓝,而实验初始时又通过“饥饿”处理消耗掉了原有的淀粉,故该实验能证明光合作用的产物有淀粉,D正确。
2.如图所示为叶绿体中的某种结构及其上发生的物质和能量变化,下列叙述错误的是 ( )
A.图中的①表示水分子
B.与光合作用有关的色素都分布在结构②上
C.光能转变为ATP中的化学能
D.NADPH、O2和ATP都能用于暗反应
【解析】选D。图中的结构表示基粒,由类囊体组成,①表示水分子,A正确;与光合作用有关的色素都分布在结构②类囊体薄膜上,B正确;该膜上发生的是光反应,可以将光能转变为ATP中的化学能,C正确;NADPH和ATP都能用于暗反应,O2用于有氧呼吸的第三阶段,D错误。
【补偿训练】
关于光合作用的叙述,正确的是 ( )
A.光合作用的两个阶段均有NADPH和ATP产生
B.光合作用产生的O2来自CO2中的氧
C.光合作用中固定CO2的是一种五碳化合物
D.光合作用暗反应必须在暗处进行
【解析】选C。光合作用的暗反应阶段消耗NADPH和ATP,不产生NADPH和ATP,A错误;光合作用产生的O2来自H2O中的氧,B错误;光合作用固定CO2的是一种五碳化合物,C正确;光合作用暗反应对光没有要求,不一定在暗处进行,D错误。
3.在水稻叶肉细胞中,下列代谢产物:丙酮酸、二氧化碳、糖类产生的位置分别是 ( )
A.细胞质基质、叶绿体基质、线粒体基质
B.线粒体基质、细胞质基质、叶绿体基质
C.叶绿体基质、细胞质基质、线粒体基质
D.细胞质基质、线粒体基质、叶绿体基质
【解析】选D。细胞质基质可以进行有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段,反应式:C6H12O62C3H4O3(丙酮酸)+4[H]+少量能量,故生成丙酮酸的场所是细胞质基质;线粒体基质进行有氧呼吸的第二阶段:丙酮酸进入线粒体的基质中,2分子丙酮酸和6个水分子中的氢全部脱下,共脱下20个[H],丙酮酸被氧化分解成二氧化碳,故二氧化碳的生成场所是线粒体基质;叶绿体基质中进行光合作用的暗反应阶段,物质变化为:CO2+C52C3,C3(CH2O)+C5,产生糖类等有机物,故糖类的生成场所是叶绿体基质。综上分析,D正确,A、B、C错误。
4.植物叶片中所含RuBP羧化酶大约占总叶绿体中蛋白质的一半,其功能是催化C5+CO2→C3,下列有关分析正确的是 ( )
A.上述反应必须在无光条件下进行
B.RuBP羧化酶能为上述反应提供能量
C.上述反应所需CO2部分来自空气
D.RuBP羧化酶分布在类囊体薄膜上
【解析】选C。C5+CO2→C3是暗反应中二氧化碳的固定过程,该过程可以在有光条件下进行,A项错误;RuBP羧化酶的作用是催化反应,而不是提供能量,B项错误;暗反应中所需CO2部分来自空气,部分来自呼吸作用,C项正确;RuBP羧化酶分布在叶绿体基质中,D项错误。
5.如图表示发生在叶绿体中的相关代谢过程,其中①②表示相关过程,A、B表示两种气体物质,下列说法错误的是 ( )
A.过程①表示光反应,过程②的场所是叶绿体基质
B.物质A表示O2,物质B表示CO2
C.过程②能将活跃的化学能转变成稳定的化学能
D.过程②的两个阶段都需要消耗过程①产生的NADPH和ATP
【解析】选D。由题图可知,过程①②分别表示光反应和暗反应,反应场所分别是叶绿体的类囊体薄膜和叶绿体基质。物质A、B分别表示O2和CO2。光反应能将光能转变成活跃的化学能储存在ATP中,暗反应能将活跃的化学能转变成稳定的化学能储存在葡萄糖中。过程②包括CO2的固定和C3的还原两个阶段,其中CO2的固定不需要消耗①过程产生的NADPH和ATP。
6.根据下面光合作用图解,判断下列说法正确的是 ( )
A.⑤过程发生在叶绿体基质中
B.⑥过程发生在叶绿体类囊体薄膜上
C.图示①～④依次为NADPH、ATP、CO2、(CH2O)
D.②不仅用于还原C3,还可促进③与C5的结合
【解析】选C。根据光合作用的过程判断①②③④⑤⑥分别表示NADPH、ATP、CO2、(CH2O)、光反应、暗反应。光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上,暗反应发生在叶绿体的基质中。C3还原过程中需要ATP,CO2固定过程中不需要ATP。
7.下列有关叶绿体的描述,正确的是 ( )
A.叶肉细胞中的叶绿体在光下和黑暗中均可生成ATP
B.经黑暗处理后叶肉细胞内淀粉等被输出消耗,此时叶绿体内不含糖类
C.叶绿体中与光反应有关的酶主要分布在内膜上
D.叶绿体产生O2和线粒体产生H2O均在生物膜上进行
【解析】选D。叶肉细胞中的叶绿体只有在光下才能发生光反应生成ATP,黑暗中叶绿体不产生ATP,A错误;叶绿体中的DNA、RNA含有脱氧核糖或者核糖,B错误;在叶绿体中与光反应有关的酶主要分布在类囊体薄膜上,C错误;叶绿体产生O2发生在类囊体薄膜上,线粒体产生H2O发生在线粒体内膜上,D正确。
8.如图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在生物膜上的分布。下列选项与图示结构相符合的是 ( )
A.生物膜为叶绿体内膜
B.可完成光合作用的全过程
C.发生的能量转换为光能→化学能
D.产生的ATP可用于植物体的各项生理活动
【解析】选C。由题图可知,该膜结构上可完成光能的吸收和转化过程,即该膜结构为叶绿体类囊体薄膜,在这里可以完成光反应过程,能完成“光能→化学能”的能量转化,该过程所产生的ATP全部用于光合作用的暗反应过程。
9.下列有关植物光合作用和有氧呼吸过程中ATP、ADP的说法,正确的是( )
A.一株植物在一段较长时间内,有氧呼吸产生的ATP多于光反应产生的ATP
B.植物有氧呼吸过程中产生大量ATP的阶段既消耗水,又产生水
C.光合作用和有氧呼吸过程中都有ATP与ADP的转化
D.光照增强,叶绿体基质中ADP含量升高
【解析】选C。植物有氧呼吸消耗的有机物来自光合作用产生的有机物,因此一株植物在一段较长时间内,有氧呼吸产生的ATP少于光反应产生的ATP,A错误;植物有氧呼吸过程中产生大量ATP的阶段是有氧呼吸第三阶段,该阶段不消耗水,但是产生水,B错误;光合作用和有氧呼吸过程中都有ATP与ADP的转化,C正确;光照增强,光反应产生的ATP增多,则叶绿体基质中ADP含量降低,D错误。
二、非选择题(共25分)
10.图1表示光合作用部分过程的图解,图2表示改变光照后,与光合作用有关的五碳化合物(C5)和三碳化合物(C3)在细胞内的变化曲线。据图回答:
(1)图1中A表示的物质是__________,它由________产生,其作用主要是______________。?
(2)图1中ATP的合成所需的能量最终来自______。若用放射性同位素14C标记二氧化碳,则14C最终进入的物质是__________。?
(3)图2中曲线a表示的化合物是__________,在无光照时,其含量迅速上升的原因是______________________________________________________________。?
(4)曲线b表示的化合物是______________,在无光照时,其含量下降的原因是____________________________________________________________。?
【解析】(1)光反应为暗反应提供NADPH和ATP,由此可确定A是NADPH,是由水在光下分解产生的,主要是用于C3的还原。(2)光反应中,光能转换为活跃的化学能储存于ATP中,14CO2的转移途径为14CO2→14C3→(14CH2O)。(3)(4)题干中已说明曲线表示C3和C5的含量变化,光照停止后,光反应停止,NADPH和ATP含量下降,C3的还原减弱直至停止,而CO2的固定仍在进行,因此C3含量相对升高,C5含量相对下降,即a表示C3,b表示C5。
答案:(1)NADPH 水在光下分解 用于C3的还原 (2)光能 (14CH2O) (3)C3 CO2与C5结合形成C3,但C3不能被还原为(CH2O)和C5 (4)C5 C5与CO2结合形成C3,但C3不能被还原为C5
(10分钟·30分)
1.(6分)2,6-二氯酚靛酚是一种蓝色染料,能被还原剂还原成无色,从叶绿体中分离出类囊体,置于2,6-二氯酚靛酚溶液中,对其进行光照,发现溶液变成无色,并有O2释放。此实验证明 ( )
A.光合作用在类囊体上进行
B.光合作用产物O2中的氧元素来自CO2
C.光反应能产生还原剂和O2
D.光合作用与叶绿体基质无关
【解析】选C。依据题中信息可判断,光照后溶液变为无色,说明有还原剂产生;有O2释放,说明该过程有O2产生。
2.(6分)光合作用的光反应与暗反应相辅相成,下列说法正确的是 ( )
A.暗反应不需要光照,所以在没有光照的环境下也能持续合成(CH2O)
B.光反应产生的ATP、NADPH分别用于CO2的固定和(CH2O)的合成
C.停止光照或在CO2浓度较低的情况下提高CO2浓度均可在短时间内使C3含量增加
D.光照时间相同,间隔一定时间光照比一直光照产生的(CH2O)少
【解析】选C。暗反应不需要光,但是必须在光反应提供ATP和NADPH的情况下才能进行有机物的合成,A错误;光反应产生的NADPH和ATP,全部用于C3的还原,B错误;停止光照,光反应停止,NADPH和ATP生成停止,三碳化合物的还原受阻,短时间内其来路不变,导致三碳化合物的含量上升;提高CO2浓度,二氧化碳的固定加快,三碳化合物的生成增加,短时间内其去路不变,最终导致三碳化合物的含量上升,C正确;在光照比较强的情况下,光照时间相同时,间隔一定时间光照,虽然黑暗时无光照,但是光反应产生的ATP和NADPH足以维持暗反应进行,使暗反应时间延长,因此产生的(CH2O)比一直光照多,D错误。
【实验·探究】
3.(18分)有一种莱茵衣藻能利用光能将H2O分解成NADPH和O2,NADPH可参与暗反应。在低氧时叶绿体中的产氢酶活性提高,使NADPH转变为氢气。请据此分析并回答下列问题:
(1)莱茵衣藻捕获光能的场所在叶绿体的__________。?
(2)在自然条件下,莱茵衣藻几乎不产氢气的原因是____________________,因此可通过筛选高耐氧产氢酶以提高莱茵衣藻产氢气量。?
(3)莱茵衣藻能产生一种抑制光合作用的化学物质——CCCP,CCCP可诱导其产生氢气;已知缺硫也能抑制莱茵衣藻的光合作用。为探究缺硫对莱茵衣藻产氢气的影响,设置完全培养液A组和缺硫培养液B组,在特定条件下培养莱茵衣藻,一定时间后检测产氢气总量。结果B组>A组,说明缺硫对莱茵衣藻产氢气有________作用。?
(4)为探究CCCP、缺硫两种因素对莱茵衣藻产氢气的影响及其相互关系,则在(3)实验的基础上需增设两个实验组,其培养液为____________________和____________________。?
(5)产氢气会导致莱茵衣藻生长不良,请从光合作用物质转化的角度分析其原因:?_______________________________________________________。?
【解析】(1)莱茵衣藻为真核细胞,其捕获光能的过程发生在光反应阶段,光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜。
(2)由题意知,低氧时叶绿体中的产氢酶活性提高,使NADPH转变为氢气,在自然条件下,氧气含量较高,会抑制产氢酶的活性,因此自然条件下莱茵衣藻几乎不产氢气。
(3)分析两组实验可知,A组是完全培养液,B组是缺硫培养液,实验结果:B组>A组,说明缺硫对莱茵衣藻产氢气有促进作用。
(4)如果探究CCCP、缺硫两种因素对莱茵衣藻产氢气的影响及其相互关系,在A、B两组实验的基础上还应该增加两组实验,一组是添加CCCP的完全培养液,一组是添加CCCP的缺硫培养液。
(5)光反应阶段产生的NADPH,作为还原剂还原三碳化合物形成有机物,若莱茵衣藻光反应产生的NADPH转变为H2,则参与暗反应的NADPH减少,有机物生成量减少。
答案:(1)类囊体薄膜
(2)氧气抑制产氢酶的活性 (3)促进
(4)添加CCCP的完全培养液 添加CCCP的缺硫培养液
(5)莱茵衣藻光反应产生的NADPH转变为H2,导致参与暗反应的NADPH减少,有机物的生成量减少
