(共36张PPT)
第2课时 光反应与碳反应的基本过程
一
二
一、光反应将光能转化为化学能,并产生氧气
1.场所:叶绿体 中。?
2.物质变化
(1)水光解:水在光下裂解为 和O2。?
(2) 将NADP+还原为 ,并产生ATP。?
3.能量变化
光能转化为 中的化学能。?
类囊体膜
H+、e-
H+、e-
NADPH
ATP和NADPH
一
二
预习反馈
1.判断正误。
(1)NADPH是氢的载体,储存有化学能。( )
(2)光合作用产生的氧气来自水和二氧化碳。( )
(3)NADPH和ATP产生于光反应中,消耗于碳反应中。( )
(4)水裂解产生H+、电子,其中H+将NADP+还原为NADPH。( )
×
√
√
×
一
二
2.光合作用过程中能在叶绿体的类囊体薄膜中完成的能量转换过程是( )
A.光能→稳定的化学能
B.光能→活跃的化学能
C.活跃的化学能→稳定的化学能
D.光能→活跃的化学能→稳定的化学能
B
解析:光合作用包括光反应和碳反应阶段,其中光反应阶段发生在类囊体薄膜中,该生物膜上有色素,能够发生水的光解,并能产生NADPH及合成ATP,即在叶绿体的类囊体薄膜中能将光能转化成活跃的化学能。
一
二
二、碳反应将二氧化碳还原成糖
1.场所:叶绿体 。?
2.物质变化
(1)CO2被固定:1分子CO2和1分子 结合→形成1个六碳分子→2个 分子。?
(2)三碳酸被还原:三碳酸分子接受来自NADPH的 和来自ATP的能量→被还原成 (卡尔文循环中的第一个糖)。?
(3)再生五碳糖:三碳糖形成后,卡尔文循环的许多反应,都是为了 ,以保证此循环的不断进行。?
基质
五碳糖
三碳酸
氢
三碳糖
再生五碳糖
一
二
3.能量变化
ATP和NADPH中的化学能转变为 中化学能。三碳糖在叶绿体内能作为合成淀粉、 和 的原料被利用,但大部分运至 外,转变成 供植物体所有细胞利用。?
三碳糖
蛋白质
脂质
叶绿体
蔗糖
一
二
预习反馈
1.判断正误。
(1)碳反应又称为柠檬酸循环,在叶绿体基质中将CO2还原成糖。( )
(2)卡尔文循环从1个五碳糖开始,光反应产生的NADPH将五碳糖还原为三碳糖。( )
(3)碳反应不需要光,一定要在黑暗条件下才能进行。( )
(4)植物光合作用中,NADP+和ADP由叶绿体基质运输到类囊体膜重新形成NADPH和ATP。( )
(5)在植物细胞内,三碳糖作为淀粉、蛋白质和脂质的原料,在细胞外作为蔗糖合成的原料。( )
×
×
×
√
×
一
二
2.在碳反应阶段,生成三碳酸分子的反应中的反应物有( )
A.CO2和五碳糖
B.H2O和五碳糖
C.O2和五碳糖
D.CO2和H2O
A
解析:碳反应阶段,二氧化碳的固定的反应中,在酶的催化作用下,CO2和五碳糖形成三碳酸。
探究点一
探究点二
探究点三
光反应将光能转化为化学能,并产生氧气
问题情境
某兴趣小组用某植物及其分离的叶绿体进行下列实验。
实验一:先将叶绿体浸泡在pH为4的培养液中,使类囊体空腔中的pH为4,然后将此叶绿体转移到pH为8的培养液中,遮光一段时间,测得培养液中有ATP合成。
实验二:将类囊体浸泡在pH为7的培养液中,使类囊体空腔中的pH为7,光照一段时间。测得培养液中有ATP合成。
探究点一
探究点二
探究点三
请思考并回答以下问题。
1.实验一中,叶绿体为什么在黑暗条件下能够生成ATP?
?
?
?
2.若出现实验一的结果,培养液中应至少含有什么成分?
?
?
?
提示:叶绿体浸泡在pH为4的培养液中,类囊体中的pH下降,H+浓度升高,将其置于pH为8的培养液中,即外界溶液浓度H+浓度低,类囊体与外界产生H+浓度差,促进ADP合成ATP。
提示:培养液中至少含有酶、ADP、Pi等成分。
探究点一
探究点二
探究点三
3.实验二中,为什么未进行培养液的转移,也可生成ATP?
?
?
?
4.实验一与实验二是否均有氧气产生?试分析原因。
?
?
?
?
提示:光照促使类囊体发生光反应,造成类囊体中H+浓度增高,形成类囊体与外界的H+浓度差,促使ATP生成。
提示:实验一无氧气产生,因为实验一中仅是通过将类囊体置于不同pH溶液中,建构类囊体与外界的H+浓度差,促使ATP生成,而未进行完整的光反应过程;实验二中,进行了光反应过程,能够检测到氧气的产生。
探究点一
探究点二
探究点三
典例剖析
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。
探究点一
探究点二
探究点三
(1)该膜是 膜,其上含有色素和催化光反应的 。光反应中,色素吸收的光能转化为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中所含的色素是 。?
探究点一
探究点二
探究点三
解析:由题干“叶绿体中的色素、蛋白质等在某种膜上的分布”及吸收光能所发生的反应可知,该膜为类囊体膜,其上含有色素和催化光反应的酶。色素吸收的光能转化为ATP等物质中的化学能;分离光合色素时应注意,不能让滤液细线触及层析液的液面,因此滤液细线要高于层析液的液面;滤纸条上最宽的色素带,即为含量最多的色素:叶绿素a。
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
探究点一
探究点二
探究点三
活学活练
对光合作用的研究发现:叶绿体接受光照后,类囊体腔内的pH明显下降。下列有关该现象原因的叙述,正确的是( )
A.NADPH分解释放H+引起
B.大量CO2进入叶绿体基质引起
C.与ATP水解后产生磷酸有关
D.该现象与H2O的光解有关
D
解析:NADPH是在类囊体膜外形成的,其水解发生在叶绿体基质,A项错误;CO2进入叶绿体基质,与类囊体无关,B项错误;叶绿体类囊体薄膜上合成ATP,而ATP水解产生磷酸,发生在叶绿体基质中,不会导致类囊体薄膜的pH明显下降,C项错误;叶绿体类囊体腔内发生了水的光解产生了大量的H+,造成类囊体腔内pH下降,D项正确。
探究点一
探究点二
探究点三
碳反应将二氧化碳还原成糖
问题情境
某同学绘制了一幅植物叶肉细胞光合作用的碳反应示意图(如下),三碳糖可以转运出叶绿体。
探究点一
探究点二
探究点三
请根据该同学绘制的过程图示,思考并回答以下问题。
1.三碳糖能用于叶绿体内的什么物质的组成?
?
?
?
2.卡尔文循环中三碳酸的还原反应中需要光反应提供什么物质?
?
提示:淀粉、蛋白质和脂质。
提示:ATP和NADPH。
探究点一
探究点二
探究点三
典例剖析
如图表示光合作用碳反应示意图,数字代表物质。下列叙述正确的是( )
A.②是三碳酸
B.④是六碳糖
C.⑦在叶绿体基质中被还原
D.碳反应生成的三碳糖主要用于合成蔗糖
A
解析:分析图示可知,②是六碳分子分解产生的三碳酸,A项正确;④是五碳糖,B项错误;⑦是NADP+,在叶绿体类囊体膜中被还原,C项错误;②还原生成的三碳糖主要用于再生五碳糖,D项错误。
探究点一
探究点二
探究点三
归纳提升
光反应和碳反应的比较
探究点一
探究点二
探究点三
探究点一
探究点二
探究点三
探究点一
探究点二
探究点三
活学活练
1.下列生理过程中不属于碳反应的是( )
A.CO2和五碳糖的结合
B.三碳酸接受ATP的能量
C.H2O中的氢将NADP+还原为NADPH
D.NADPH的氢传递给三碳酸
C
解析:CO2与五碳糖结合属于碳反应CO2的固定;三碳酸接受ATP释放的能量属于碳反应三碳酸的还原;H2O的氢传递给NADP+形成NADPH属于光反应;NADPH的氢传递给三碳酸属于碳反应三碳酸的还原。
探究点一
探究点二
探究点三
2.科学家向小球藻培养液中通入14CO2,给予实验装置不同时间光照,结果如表所示。
根据上述实验结果分析,下列叙述正确的是( )
A.碳反应最初形成的主要是三碳酸
B.本实验利用小球藻研究的是光合作用的光反应阶段
C.三碳酸可直接转化成氨基酸、有机酸等
D.实验结果说明光合作用产物是糖类
A
探究点一
探究点二
探究点三
解析:由表格内容可知:碳反应最初形成的主要是三碳酸,A项正确;由题意可知用的是同位素标记法探究二氧化碳中的碳元素的去向,故本实验利用小球藻研究的是光合作用的碳反应阶段,B项错误;三碳酸要先转化成12种磷酸化糖类,然后才转化成氨基酸、有机酸等,C项错误;表格中的内容说明光合作用除了产生糖类外,还产生氨基酸、有机酸等其他有机物,D项错误。
探究点一
探究点二
探究点三
外界环境因素改变时,光合作用相关物质变化情况
问题情境
思考以下2个问题。
1.在无光条件下,碳反应能否长期进行?为什么?
?
?
?
2.分析光反应、碳反应的过程,思考:若突然停止光照,短时间内叶绿体中三碳酸和五碳糖相对含量会发生怎样的变化?
?
提示:不能。因为无光条件下,光反应不能进行,当光反应的产物ATP和NADPH不能满足碳反应的需求时,碳反应将停止进行。
提示:突然停止光照,NADPH和ATP不再产生,三碳酸还原减弱直至停止,但CO2的固定仍在进行,故三碳酸含量升高,五碳糖含量下降。
探究点一
探究点二
探究点三
典例剖析
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气体的供应,短时间内叶绿体中三碳酸、五碳糖及ATP相对含量的变化是( )
A.上升、下降、上升
B.上升、下降、下降
C.下降、上升、下降
D.下降、上升、上升
D
探究点一
探究点二
探究点三
解析:突然中断CO2的供应直接影响的是碳反应中CO2的固定过程,CO2的固定过程变弱,该反应的反应物五碳糖消耗减少;生成物三碳酸减少,由于三碳酸的化合物减少,则又影响了三碳酸的还原,使得三碳酸的还原反应减弱,则消耗的NADPH和ATP量减少,所以NADPH和ATP剩余的量增多,三碳糖仍转化为五碳糖,五碳糖含量增加,所以突然中断CO2气体的供应,短时间内叶绿体中三碳酸的含量减少、五碳糖的含量增多、ATP的含量增多。
探究点一
探究点二
探究点三
归纳提升
外界环境因素改变时,光合作用相关物质变化情况
(1)当CO2供应不变,光照发生变化时
探究点一
探究点二
探究点三
探究点一
探究点二
探究点三
(2)当光照不变,CO2供应发生变化时
探究点一
探究点二
探究点三
技巧总结(1)光照强弱问题。如对光照增强的分析如下(CO2浓度不变):
↓
ATP和NADPH对三碳酸的消耗增多,三碳酸的含量减少
↓
最终结果:三碳糖含量增多,五碳糖含量增多
综合分析为ATP和NADPH增加,三碳糖含量增多,五碳糖含量增多,三碳酸含量减少。
探究点一
探究点二
探究点三
(2)CO2浓度多少问题。对CO2浓度突然增加的分析如下(光强度不变):
初始结果:CO2消耗五碳糖增多,五碳糖减少,三碳酸增多;ATP和NADPH不变
↓
三碳酸对ATP和NADPH的消耗增加,ATP和NADPH减少
↓
最终结果:三碳糖含量增多
综合分析为ATP和NADPH减少,三碳糖含量增多,五碳糖含量减少,三碳酸增加。
探究点一
探究点二
探究点三
活学活练
1.正常生长的绿藻,照光培养一段时间后,用黑布迅速将培养瓶罩上,此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是( )
A.O2的产生停止
B.CO2的固定加快
D.NADPH含量减少
B
解析:用黑布将培养瓶罩上,光反应停止,氧气的产生停止,A项正确;同时NADPH和ATP的产生停止,使碳反应三碳酸的还原速度减慢,从而导致CO2的固定减慢,B项错误,D项正确;ATP的产生停止,但仍有消耗,使ATP/ADP比值下降,C项正确。
探究点一
探究点二
探究点三
2.关于光合作用中改变反应条件而引起的变化,下列叙述正确的是( )
A.突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸比值减小
B.突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减小
C.突然将单色光改变为白光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增大
D.突然将白光改变为单色光会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸比值增大
C
探究点一
探究点二
探究点三
解析:突然中断CO2供应,使碳反应中CO2固定减少,而三碳酸还原仍在正常进行,因此导致三碳酸减少,五碳糖增多,因此会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸比值增加,A项错误;突然中断CO2供应使三碳酸减少,因此三碳酸还原利用的ATP减少,导致ATP积累增多,而ADP含量减少,因此会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加,B项错误;突然将单色光改变为白光会导致光反应吸收的光能增加,光反应产生的ATP和NADPH增加,而ADP相对含量减少,因此暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加,C项正确;突然将白光改变为单色光,会导致光反应产生的ATP和NADPH减少,这将减缓碳反应中三碳酸的还原,导致五碳糖减少,三碳酸增多,因此会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸比值减少,D项错误。第3课时 光合作用受环境因素的影响
基础巩固
1.雾霾天气会导致农作物的光合作用速率下降,其主要原因是( )
A.光强度减弱
B.土壤肥力下降
C.吸收CO2过多
D.吸收水分过多
2.用金鱼藻在下图的实验装置中进行与光合作用有关的实验,下列说法正确的是( )
A.试管中收集的气体量代表了光合作用制造的氧气量
B.试管中收集的气体量代表了金鱼藻细胞呼吸制造的CO2量
C.探究CO2浓度对光合作用的影响,可以用不同浓度的NaHCO3溶液进行实验
D.探究光强度对光合作用的影响,可用光源慢慢靠近装置,观察气泡产生的速率变化
3.利用小球藻培养液进行光合作用实验时,在其中加入抑制碳反应的药物后,发现在同样的光照条件下释放氧气的速率下降。主要原因是( )
A.叶绿素吸收光能的效率下降
B.NADPH等的积累,光反应速率减慢
C.合成ATP所需酶的活性受到抑制
D.碳反应中生成水减少,使光反应的原料不足
4.(2020浙江名校协作体高二联考)下列有关细胞呼吸和光合作用的叙述,错误的是( )
A.线粒体和叶绿体都能合成蛋白质
B.光合作用和细胞呼吸都能产生ATP
C.水体的pH影响藻类的细胞呼吸和光合作用
D.光合作用产生的葡萄糖可进入线粒体被氧化分解
5.下图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况,除各图中所示因素外,其他因素均控制在最适范围。下列分析不正确的是( )
A.图甲中A点的内在限制因素可能是叶绿体中酶的数量或色素的数量不足
B.图乙中D点与C点相比,相同时间内叶肉细胞中三碳酸与五碳糖的生成量都多
C.图丙中,随着温度的升高,曲线走势将稳定不变
D.图中M、N点的限制因素是光强度,P点的限制因素是温度
6.番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后,与对照组相比,其叶片光合速率下降,原因是( )
A.光反应强度升高,碳反应强度降低
B.光反应强度降低,碳反应强度降低
C.光反应强度不变,碳反应强度降低
D.光反应强度降低,碳反应强度不变
7.下图表示光照下叶肉细胞中A、B两种细胞器间的气体交换。下列有关此图的叙述正确的是( )
A.A结构可进行完整的细胞呼吸
B.A、B结构可为对方提供ATP
C.若O2全部被A结构利用,则光合速率与呼吸速率相同
D.限制A、B结构代谢的主要环境因素不同
8.下图是夏季晴朗的白天,某种绿色植物叶片光合强度的曲线图。下列有关光合强度变化原因的分析,错误的是( )
A.从A→B主要原因是光照增强,气温上升
B.从B→C主要原因是温度过高,酶失活
C.从C→D主要原因是气孔打开,CO2供应增加
D.从D→E主要原因是光照减弱,气温下降
9.在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中,某兴趣小组利用实验室提供的有关材料(大烧杯、大试管、铁架台、温度计、盛水玻璃柱、功率100
W的灯泡各一,适宜浓度的NaHCO3溶液,新鲜黑藻若干),设计了如图的实验装置图。请回答下列问题。
(1)若用该实验装置探究光强度对光合速率的影响时,可通过 来改变光强度,光合速率可用 表示。?
(2)该实验装置还可以用于探究 (至少写2种)等环境因素对光合速率的影响。?
(3)在碳反应中,CO2先被固定形成 分子,再转变为三碳酸,三碳酸接受来自ATP的能量和NADPH的 而形成三碳糖,其大部分用于 。?
(4)在实验过程中,为隔绝灯泡产生的热量,以防温度变化对实验结果的影响,请为该兴趣小组设计一个合理可行的解决方案: 。?
能力提升
10.图1是某种猕猴桃叶肉细胞光合作用和需氧呼吸过程示意图,①~④表示相关生理过程;图2是科研人员在某山区研究夏季遮阳对该种猕猴桃净光合速率影响的结果。下列叙述错误的是( )
A.图1过程①~④中,发生在生物膜上的有①④
B.图1过程③产生的NADH中的氢元素来源于有机物
C.35%遮阳能增加净光合速率,可能是适当遮光导致叶绿素含量增加引起
D.N点的净光合速率比M点低,主要是由气孔关闭导致图1中过程②减慢所致
11.在玻璃温室中,研究小组分别用三种单色光对某种绿叶蔬菜进行补充光源(补光)实验,结果如图所示。补光的光强度为150
μmol/(m2·s),补光时间为上午7:00~10:00,温度适宜。
下列叙述正确的是( )
A.给植株补充580
nm光源,对该植株的生长有促进作用
B.若680
nm补光后植株的光合色素增加,则光饱和点将下降
C.若450
nm补光组在9:00时突然停止补光,则植株释放的O2量增大
D.当对照组和450
nm补光组CO2吸收速率都达到6
μmol/(m2·s)时,450
nm补光组从温室中吸收的CO2总量比对照组少
12.(2020浙江超级全能生联考)在特定条件下,某植物细胞的部分代谢过程如下图所示,相关叙述错误的是( )
A.①过程属于放能反应,同时也伴随着ATP的生成
B.①②③④的过程可能均不发生在生物膜上
C.②代表的过程可能产生了部分还原氢,但不可能消耗还原氢
D.物质A在①②过程与③④过程中的含义是不同的
13.(2020绍兴高一期末)研究人员以生长状态相同的绿色植物为材料,在相同的条件下进行了四组实验。其中D组连续光照T秒,A~C组依次加大光照—黑暗的交替频率,每组处理的总时间均为T秒,发现单位光照时间内光合作用产物的相对含量从A到C依次越来越大。下列相关说法正确的是( )
A.实验说明白天给予一定频率的遮光有利于农作物增产
B.实验过程中C组积累的有机物最多
C.实验结束后立即检测植物体内NADPH含量,D组最高
D.实验组由黑暗变为光照时,光反应速率增加,碳反应速率变小
14.水分、光质等环境因素都会影响到植物的光合作用。回答下列问题。
(1)科研人员研究了在高温条件下湿度对某沙漠植物光合作用的影响,一天中11时~19时检测结果如图所示。(说明:净光合速率=总光合速率-呼吸速率)
①本实验以 作为因变量的检测指标。?
②据图所示,11时到19时,绿地高温环境下该沙漠植物净光合速率变化的趋势是 。?
③经检测,沙漠高温条件下,该植物叶片胞间CO2浓度的最大值出现在15时,可能原因是在高温缺水条件下,此时光合作用较弱,CO2几乎不消耗,同时 。?
(2)研究表明,光质在植物的生长发育、形态建成和生理代谢方面具有明显的调控作用。欲研究一定比例组合(1∶1与3∶1)的红光和蓝光对番茄幼苗光合作用的影响,实验应注意调节各组光源与幼苗的距离,使 。除了不同比例的红蓝光组,实验还应设置 作为对照组。衡量光合作用的指标除了光合速率外,还可以测量 (答出两点即可)。?
参考答案
第3课时 光合作用受环境因素的影响
基础巩固
1.A 解析
影响光合作用的环境因素主要有光强度、温度和二氧化碳浓度等。雾霾天气导致光强度降低,光反应阶段强度减弱,导致光合速率下降。
2.C 解析
光合作用制造的氧气量指的是总光合作用量,细胞呼吸消耗的氧气是收集不到的,A项错误;在光下,若细胞呼吸强度大于光合作用强度,则试管中收集的气体是细胞呼吸释放的CO2(净细胞呼吸量),细胞呼吸制造的CO2量,一部分用于光合作用,一部分释放到外界,若光合作用强度大于细胞呼吸强度,则试管中收集的气体是氧气,B项错误;不同浓度的NaHCO3溶液可以为光合作用提供CO2,本实验可以用不同浓度的NaHCO3溶液探究CO2浓度对光合作用的影响,C项正确;为了探究光强度对光合作用的影响,若用光源慢慢靠近该套装置,观察气泡产生的速率变化不明显无法达到目的,应该用多套相同的装置,其他条件相同,只是距离光源的位置不同,D项错误。
3.B 解析
变化的条件影响了碳反应,没有影响光反应,所以叶绿素吸收光能的效率没有下降,A项错误;由于碳反应效率下降,会减低对NADPH和ATP的消耗,导致NADPH和ATP积累,导致光反应速率减慢,B项正确;ATP的合成是在光反应进行的,ATP合成酶属于光反应的物质,药物抑制碳反应,影响的是碳反应的酶,C项错误;光反应的原料水主要来自环境,不是来自碳反应,D项错误。
4.D 解析
蛋白质合成的场所是核糖体,线粒体、叶绿体中含有核糖体,可以合成蛋白质,A项正确;光合作用和细胞呼吸都能产生ATP,B项正确;pH能通过影响酶的活性进而影响光合作用和细胞呼吸,C项正确;葡萄糖不能进入线粒体,必须先在细胞溶胶中分解成丙酮酸,丙酮酸进入线粒体继续氧化分解,D项错误。
5.C 解析
图甲中可以看出,A点随着光强度的增加,光合作用速率不变,此时限制光合作用速率增加的内部因素可能是酶的数量或色素的数量,A项正确;图乙中D点与C点相比,光强度增加,光反应增加,产生的ATP和NADPH增加,因此相同时间内叶肉细胞中三碳酸与五碳糖的生成量都多,B项正确;图丙中,随着温度的升高,曲线走势有可能下降,因为超过最适浓度,酶的活性降低,C项错误;图中M、N、P三点的限制因素分别是光强度、光强度和温度,D项正确。
6.B 解析
镁是合成叶绿素的原料,缺镁培养液培养的植物叶绿素合成受阻,光反应减弱,合成的NADPH与ATP减少,从而使碳反应强度也降低。
7.D 解析
A是线粒体,线粒体是需氧呼吸第二阶段和第三阶段的场所,而需氧呼吸第一阶段的场所是细胞溶胶,A项错误;A线粒体产生的ATP不能供给叶绿体,B叶绿体产生的ATP只供给碳反应,不能供给其他生命活动,B项错误;若O2全部被A结构利用,则光合速率与呼吸速率相同或呼吸速率大于光合速率,C项错误;限制A线粒体中需氧呼吸的主要环境因素是温度和氧气浓度,限制B叶绿体中光合作用的主要环境因素是光强度、温度、二氧化碳浓度,D项正确。
8.B 解析
由题图曲线可知,从6时~10时气温上升,光强度增强,因此光合强度增强;B→C光合强度下降的原因是光照过强,部分气孔关闭,二氧化碳供应不足;C→D,光合午休现象逐渐消失,气孔打开,二氧化碳供应增加,光合强度增强;D→E处于一天的下午,光强度减弱,气温下降,导致光合强度减弱。
9.解析
(1)据分析可知,若用该实验装置探究光强度对光合速率的影响时,可通过改变灯泡与装置之间的距离来改变光强度,其他装置都不变,光合速率可用单位时间内氧气的释放量表示。
(2)实验装置中NaHCO3可以提供CO2,不同浓度的NaHCO3可以研究CO2对光合作用的影响,温度计可以测量温度,可以研究温度对光合作用的影响,因此该实验装置还可以用于探究温度、CO2浓度等环境因素对光合速率的影响。
(3)在碳反应中,CO2先与五碳糖结合被固定形成六碳分子,再转变为三碳酸,三碳酸接受来自ATP的能量和NADPH的氢而形成三碳糖,其大部分用于再生五碳糖。
(4)在实验过程中,以防温度变化对实验结果的影响,可以在灯泡和烧杯之间放置盛水玻璃柱隔绝灯泡产生的热量。
答案
(1)改变灯泡与装置之间的距离 单位时间内氧气的释放量
(2)温度、CO2浓度
(3)六碳 氢 再生五碳糖
(4)在灯泡和烧杯之间放置盛水玻璃柱
能力提升
10.B 解析
①表示光反应阶段(类囊体膜),②表示碳反应阶段(叶绿体基质),③表示需氧呼吸的第一阶段(细胞溶胶)和第二阶段(线粒体基质),④表示需氧呼吸的第三阶段(线粒体内膜),发生在生物膜上的有①④,A项正确;图1过程③产生的NADH中的氢元素来源于有机物和水,B项错误;图2可以看出,35%遮阳能增加净光合速率,可能是适当遮光导致叶绿素含量增加引起,C项正确;N点的净光合速率比M点低,主要是由气孔关闭导致图1中过程②(碳反应阶段中CO2固定)减慢所致,D项正确。
11.D 解析
给植株补充580
nm光源时,该植株CO2吸收速率比白光时低,说明给植株补充580
nm光源对该植株的生长有抑制作用;光饱和点的影响因素很多,不只有光合色素,因此,若680
nm补光后植株的光合色素增加,其光饱和点的变化仍无法判断;450
nm补光组在9:00时的CO2吸收速率大于对照组,即其光合速率大于对照组,植株释放的O2量大于对照组,因此,若450
nm补光组在9:00时突然停止补光,则植株释放的O2量减小;分析题图可知,当对照组和450
nm补光组CO2吸收速率都达到6
μmol/(m2·s)时,450
nm补光组从温室中吸收的CO2总量即图中其曲线与横轴所围成的面积比对照组小。
12.C 解析
①代表厌氧呼吸第一阶段,葡萄糖分解成丙酮酸和[H],释放少量能量,伴随着ATP的生成,发生在细胞溶胶,A项正确;①②可以代表厌氧呼吸,发生在细胞溶胶中,③④为碳反应过程,发生在叶绿体基质中,B项正确;②代表厌氧呼吸第二阶段,厌氧呼吸产生二氧化碳和乙醇消耗还原氢,C项错误;物质A在①②过程中表示丙酮酸,③④过程中代表三碳酸或三碳糖,D项正确。
13.C 解析
实验说明增大光照—黑暗的交替频率,光合速率可以提高,但白天遮光会缩短光照时间,不利于农作物增产,A项错误;实验过程中D组光照时间最长,D组积累的有机物最多,B项错误;因为D组持续光照,有NADPH积累,故实验结束后D组NADPH最高,C项正确;实验组由黑暗变为光照时,光反应速率增加,碳反应速率增大,D项错误。
14.解析
(1)①本实验因变量是净光合速率,以单位时间单位叶面积CO2的吸收量作为净光合速率的检测指标。②据图所示,11时到19时,绿地高温环境下该沙漠植物净光合速率变化的趋势是先增加后减少。③经检测,沙漠高温条件下,植物缺水,植物叶片光合作用较弱,气孔关闭,CO2几乎不消耗,CO2无法释放,导致植物叶片胞间CO2浓度的最大值出现在15时。
(2)研究的自变量是光质,无关变量应相同且适宜,调节各组光源与幼苗的距离,是使光强度相同。除了不同比例的红蓝光组,实验还应设置白光、红光、蓝光作为对照组。衡量光合作用的指标除了光合速率外,还可以测量色素含量、色素比例、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率等。
答案
(1)单位时间单位叶面积CO2的吸收量 先增加后减少 气孔关闭后,CO2无法释放
(2)光强度相同 白光、红光、蓝光 色素含量、色素比例、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率等(共31张PPT)
第3课时 光合作用受环境因素的影响
光合作用受环境因素的影响
1.光合速率(又称光合强度)
(1)含义: 的植物(如一定的叶面积)在___________ 内进行多少光合作用,如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳。?
(2)表示方法:产生氧气量/单位时间或 /单位时间。?
(3)表观光合速率:在光照条件下,测得的植物从______________ 吸收的CO2总量。?
(4)真正光合速率:在光照条件下,植物从 吸收的CO2的量, 细胞呼吸释放的CO2量。?
一定量
单位时间
消耗二氧化碳量
外界环境中
外界环境中
加上
2.环境因素对光合速率的影响
(1)光强度
光合速率随光强度的增加而 ,但在强度达到全日照之前,光合作用已达到 时的速率,即光强度再增加,光合速率也不会增加。?
(2)温度
光合作用有一个 温度,和酶反应有最适温度一样。表现为一定范围内光合速率随温度的升高而加快,超过最适温度光合速率下降。?
(3)CO2浓度
空气中CO2浓度的增加会使光合速率 。大气中CO2浓度约为0.035%,CO2浓度在 以内时,光合速率会随CO2浓度的增加而增加。?
增加
光饱和点
最适
加快
1%
预习反馈
1.判断正误。
(1)施用农家肥,可提高大棚中CO2的浓度。( )
(2)与夏季相比,植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短。( )
(3)真正光合速率是指人们测得的CO2吸收量。( )
(4)光饱和点指最大光合速率对应的最小光强度。( )
(5)适宜温度下,增加CO2的浓度,光合速率不再增加,说明限制光合速率增加的环境因素是光强度和温度。( )
√
×
×
√
×
2.如图为光合作用与光强度之间关系的曲线,光强度在n点时,限制光合作用强度进一步升高的主要因素是( )
①光强度 ②CO2浓度 ③温度 ④O2浓度
A.②③
B.③④
C.①②
D.②④
A
解析:光强度为n点时,达到了光饱和点,此时影响光合作用强度增高的因素有CO2浓度、温度。
探究点一
探究点二
光合作用受环境因素的影响
问题情境
光补偿点(a)是光合作用速率等于呼吸作用速率时的光强度,光饱和点(b)是光合作用速率最大时的最小光强度。在一定范围内,当光强在a点以上继续增加时,光合作用速率呈比例地增加。
请思考并回答以下问题。
1.种植过密的作物群体中,经常会造成作物减产,请分析原因。
提示:种植过密的作物,底层叶片所受的光照往往在a点以下,这些叶片由于呼吸速率大于光合速率,消耗其他部位的光合产物进而造成作物减产。
探究点一
探究点二
2.阴生植物用于运输水分和有机物的输导组织欠发达,据此解释为什么阴生植物的光饱和点一般较低。
?
?
?
3.若将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内,给予强度为b的光照培养,随培养时间的延长,玻璃容器内的CO2浓度会发生怎样的变化?
提示:阴生植物用于运输水分和有机物的输导组织欠发达,一方面源于水分供给不足,另一方面源于光合作用产物的输出受阻造成积累,导致光强度较低时,光合速率不再增加,所以阴生植物的光饱和点较低。
提示:玻璃容器内CO2浓度降至一定水平后保持相对稳定。
探究点一
探究点二
典例剖析
如图曲线表示在适宜温度、水分和一定的光强度下,甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2浓度的关系。下列说法正确的是( )
A.适当增加光强度,a点将右移
B.CO2浓度为a时,此时甲植物的光合作用等于呼吸作用
C.CO2浓度为b时,甲、乙真正光合速率一定相等
D.甲、乙光合作用速率随CO2浓度的增大而不断增强
B
探究点一
探究点二
解析:适当增加光强度可提高光合作用强度,因此a点将左移,A项错误;CO2浓度为a时,甲植物的净光合速率为0,表明此时甲植物的光合作用强度等于呼吸作用强度,B项正确;CO2浓度为b时,甲、乙两植物的净光合作用强度相等,由于不知道两植物的呼吸作用强度,因此不能比较真正光合作用速率,C项错误;在一定的CO2浓度范围内,甲、乙光合作用速率随CO2浓度的增大而不断增强,D项错误。
探究点一
探究点二
归纳提升
综合分析各种因素对光合速率的影响
(1)单因素对光合速率的影响
探究点一
探究点二
探究点一
探究点二
探究点一
探究点二
(2)多因素对光合速率的影响
①曲线解读:P点时,限制光合速率的因素应为横坐标所示因素,随该因素的不断增强,光合速率不断提高;Q点时,横坐标所示因素不再影响光合速率,若要提高光合速率,可适当提高图示其他因素的强度。
探究点一
探究点二
②应用
a.温室栽培植物时,在光强度一定条件下,白天适当提高温度,可增加与光合作用有关的酶的活性,提高光合速率,也可同时适当补充CO2进一步提高光合速率;
b.当温度适宜时,可适当增加光强度和CO2浓度以提高光合速率。
探究点一
探究点二
活学活练
1.不同质量浓度物质P对某植物光合速率日变化影响的结果如图所示。下列叙述正确的是( )
探究点一
探究点二
A.不同质量浓度物质P处理都有一定的减弱光合速率的作用
B.16:00时,该植物细胞产生ATP的场所为细胞溶胶和线粒体
C.18:00时,低浓度物质P处理的该植物与对照组CO2固定速率相同
D.与11:00时相比,14:00时对照组该植物叶绿体内五碳糖的合成速率降低
答案:D
解析:图示表明,不同质量浓度物质P处理在不同时间对光合速率的作用影响不同,有促进作用也有抑制作用,A项错误;16:00时,该植物光合作用与呼吸作用都可以进行,细胞产生ATP的场所为叶绿体、细胞溶胶和线粒体,B项错误;18:00时,物质P处理的该植物可能会对呼吸速率有影响,低浓度物质P处理的该植物与对照组CO2固定速率不一定相同,C项错误;与11:00时相比,14:00时该植物会出现光合午休现象,光合速率降低,对照组该植物叶绿体内五碳糖的合成速率降低,D项正确。
探究点一
探究点二
2.(2020浙江1月选考,27)某同学进行“探究环境因素对光合作用的影响”的活动,以黑藻、NaHCO3溶液、精密pH试纸、100
W聚光灯、大烧杯和不同颜色的玻璃纸等为材料用具。回答下列问题。
(1)选用无色、绿色、红色和蓝色的4种玻璃纸分别罩住聚光灯,用于探究 。在相同时间内,用 玻璃纸罩住的实验组O2释放量最少。光合色素主要吸收 光,吸收的光能在叶绿体内将H2O分解为
。?
探究点一
探究点二
(2)用精密试纸检测溶液pH来估算光合速率变化,其理由是
,?引起溶液pH的改变。
(3)若将烧杯口密封,持续一段时间,直至溶液pH保持稳定,此时RuBP(五碳糖)和三碳酸的含量与密封前相比分别为 。?
(4)若将黑藻从适宜温度移到高温的溶液环境,一段时间后,其光合作用的强度和细胞呼吸的强度分别将 ,其主要原因是 ?
。?
探究点一
探究点二
解析:(1)不同颜色的玻璃纸能改变光质(也就是光的波长),因此能够用于探究光波长对光合作用的影响,其中光合色素主要吸收红光和蓝紫光,对绿光吸收量最少,释放的O2最少,吸收的光能在叶绿体中把水分解为H+、e-和O2。(2)NaHCO3溶液能够提供CO2,其含量的改变能够改变溶液pH,因此黑藻能够将溶液中的CO2转化为有机物进而引起溶液pH的改变。(3)密封一段时间后到pH不改变,说明光合作用强度与细胞呼吸强度相等,不再有外界CO2补充,因此RuBP(五碳糖)和三碳酸比密封前下降;将环境温度提高,细胞呼吸与光合作用的强度都将下降,因为高温会影响酶的活性,导改酶结构改变引起活性降低。
探究点一
探究点二
答案:(1)光波长对光合作用的影响 绿色 红光和蓝紫 H+、e-和O2
(2)黑藻将溶液中的CO2转化为有机物
(3)下降、下降
(4)减弱、减弱 高温导致酶的结构改变,活性下降
探究点一
探究点二
探究环境因素对光合作用的影响
问题情境
某校学生为探究“环境因素对植物光合作用的影响”,设计如下实验过程。
步骤一:取生长旺盛的绿叶,用直径为1
cm的打孔器打出小圆形叶片40片(注意避开大的叶脉)。
步骤二:用适当的实验方法将小圆形叶片内部的气体全部抽出,并放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。这样的叶片因为细胞间隙充满水,所以全部沉入水底(具体操作如下图)。
探究点一
探究点二
探究点一
探究点二
请思考以下问题。
1.本实验的目的是探究什么因素对光合作用的影响?
?
?
?
2.图示的装置中,哪组叶片最先浮起来?试说明原因。
?
?
?
3.能否将B组和C组作为对照实验?请说明原因。
?
?
提示:比较A、B或C、D两组,温度相同,自变量是光照有无,对比B、D两组,自变量是温度,所以本实验的目的是探究光强度、温度对光合作用强度的影响。
提示:B组。A、C两组无光照不进行光合作用,叶片不上浮;B、D两组光强度相同,但B组温度更适于光合作用,所以B组叶片最先浮起来。
提示:不能。对照实验应遵循单一变量原则,B、C两组的光照和温度都不同,不能作为对照实验进行比较。
探究点一
探究点二
典例剖析
为了探究环境因素对光合作用的影响,某生物兴趣小组利用下图装置进行了相关实验,下列说法错误的是( )
A.该装置可用于探究光强度对光合速率的影响,但会因温度变化影响实验结果
B.本实验采用O2释放量作为检测实验结果的指标
C.置于黑暗环境中,该装置可直接用于探究黑藻的呼吸速率
D.多组该实验装置可用来探究CO2浓度对光合速率的影响
C
探究点一
探究点二
解析:探究光强度对黑藻光合速率的影响,实验的自变量为光强度,温度是无关变量,要严格控制,A项正确;本实验采用O2释放量作为黑藻净光合速率的指标,B项正确;若要测量黑藻的呼吸速率,需要在黑暗条件下进行,同时需要将NaHCO3溶液改为NaOH,用于吸收植物呼吸作用产生的二氧化碳,测定氧气的消耗量作为指标,C项错误;多组该实验装置,改变CO2浓度,来探究CO2浓度对光合速率的影响,D项正确。
探究点一
探究点二
归纳提升
探究环境因素对光合作用的影响实验分析
(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影响的主要环境因素:温度、CO2浓度、光强度。
探究点一
探究点二
(2)实验步骤
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
a.组装下图装置三套,编号为甲、乙、丙。
b.分别向三支试管内加入等量的小球藻和5%的NaHCO3溶液。
c.记录有色液滴的起始位置。
d.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,记录液滴位置。
探究点一
探究点二
活学活练
研究人员探究影响某绿色植物光合作用的外界因素,设计了如下实验:在适宜温度下将离体叶绿体、一定量的ATP、NADPH、NaHCO3等加入一个密闭容器内,按图示的条件进行Ⅰ、Ⅱ两个阶段的实验,实验结果如图。请回答下列问题。
(1)该实验的自变量是 ,溶液中的NADPH的作用是 。?
(2)曲线AB段下降的原因是?
?,限制CD段的因素可能有 (多选:A.温度 B.光强度 C.光照时间 D.离体叶绿体数量),容器内氧气浓度最高是 点。?
(3)若想从容器内提取光合色素,可取上述溶液1
mL置于试管中,加入 (试剂)。?
探究点一
探究点二
解析:(1)该实验的自变量是是否光照,溶液中的NADPH参与碳反应三碳酸的还原,作用是供氢。
(2)曲线AB段是处于黑暗条件下,故不能进行光反应,但随着碳反应不断消耗ATP、NADPH,导致容器内ATP、NADPH减少,碳反应减弱,二氧化碳吸收减少,该实验是在最适温度下进行的,CD段已达到光饱和点,但题目中并未说明是最适宜光照,故此时限制因素为光强度和离体叶绿体数量,由于E点还有二氧化碳的吸收,故容器内氧气浓度最高点是E点。
(3)由于色素易溶于脂溶剂,若想从容器内提取光合色素,可取上述溶液1
mL置于试管中,加入95%的酒精。
探究点一
探究点二
答案:(1)是否光照 供氢
(2)黑暗条件下,不能进行光反应,随着ATP、NADPH不断减少,碳反应减弱,二氧化碳吸收减少 BD E
(3)95%的酒精(共26张PPT)
第1课时 光合作用概述、光合色素的提取与分离
一
二
一、光合作用概述
1.光合作用的概念和反应式
(1)光合作用主要指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把
转化成贮存着能量的有机物,并且释放出 的过程。?
CO2和H2O
氧气
C6H12O6+6H2O
一
二
2.叶绿体的结构与功能
(1)结构模式图
一
二
双层
碳反应
基粒
光合作用
一
二
预习反馈
1.判断正误。
(1)光合作用与细胞呼吸均属于氧化还原反应,两者互为可逆反应。( )
(2)能进行细胞呼吸的细胞一定能进行光合作用。( )
(3)光合作用的实质是合成有机物,释放能量。( )
(4)叶绿体的类囊体膜和基质中均分布有叶绿素及将光能转化为化学能的多种蛋白质。( )
(5)与H2O的裂解有关的许多酶分布在叶绿体的类囊体空腔内。( )
×
×
×
×
√
一
二
2.光合作用发生的部位是( )
A.叶绿体的基质
B.叶绿体的内膜
C.叶绿体的类囊体
D.叶绿体
D
解析:光合作用主要包括两个阶段:叶绿体类囊体中发生的光反应过程和叶绿体基质中发生的碳反应过程。
一
二
二、光合色素的提取与分离
1.实验原理
(1)提取色素:光合色素是一类 物质,可利用脂溶剂将它们从叶绿体中提取出来,本实验采用 进行提取。?
(2)分离叶绿体中色素:各种色素在 中的溶解度不同,
高的随层析液在滤纸上扩散的速度快,反之则速度 ,因而色素就会随着层析液在滤纸上扩散而分离开。?
脂溶性
95%的酒精
层析液
溶解度
慢
一
二
2.实验步骤
(1)提取绿叶中的色素。
叶片烘干、粉碎→加入少许 和碳酸钙、
→研磨成匀浆?
(2)收集 。?
(3)制备 。?
将一张预先 的定性滤纸剪成长10
cm、宽1
cm的纸条,再将滤纸条一端剪去两角,并在距这一端底部1
cm处用
画一条细横线。?
二氧化硅
95%的酒精
滤液
滤纸条
干燥过
铅笔
一
二
(4)点样。
用 吸取少量滤液,沿铅笔画的横线画 ,待 再画一次,共画3~4次。?
(5)分离叶绿体中的色素。
将滤纸条置于层析液中,滤纸上的 要高于层析液液面。?
(6)观察实验结果。
滤纸上会出现4种不同颜色的光合色素,即 、叶绿素b、 和叶黄素。?
毛细吸管
滤液细线
干后
滤液细线
叶绿素a
胡萝卜素
一
二
预习反馈
1.判断正误。
(1)叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中。( )
(2)提取色素研磨时加入少许CaCO3,可防止叶绿体被破坏。( )
(3)利用纸层析法可分离4种光合色素。( )
(4)叶绿体中色素提取的原理是色素溶解在层析液中。( )
×
√
√
×
一
二
2.在绿叶中色素的提取实验中,研磨绿叶时要加入95%的酒精,其目的是( )
A.防止叶绿素被破坏
B.使叶片充分研磨
C.使叶绿体中的色素充分溶解在95%的酒精中
D.使叶绿素溶解在95%的酒精中
C
解析:加入碳酸钙的作用是防止叶绿素被破坏,A项错误;加入二氧化硅的作用是使叶片充分研磨,B项错误;95%的酒精能溶解叶绿体中的色素,进而提取色素,C项正确,D项错误。
探究点一
探究点二
光合作用概述
问题情境
1880年,德国科学家恩格尔曼以水绵为实验材料,把载有水绵和能运动的好氧细菌的临时装片放在一定的环境中进行如下实验:
A.将水绵细胞置于暗处,然后用白光作点状照明,悬浮液中的好氧细菌向近叶绿体的光点集中;
B.用光照射整个细胞,可以观察到好氧细菌聚集在叶绿体周围。
请思考以下问题。
1.该实验说明光合作用的场所是什么结构?
提示:叶绿体。
探究点一
探究点二
2.好氧细菌聚集在叶绿体周围的原因是什么?
?
?
3.叶绿体释放的O2具体部位是哪里?什么物质或结构与O2的释放有关?
?
提示:在光的照射下,叶绿体释放O2,好氧细菌聚集在叶绿体周围获取O2。
提示:O2产生的部位为类囊体的空腔内,该结构具有与水裂解有关的色素与酶。在光的照射下,叶绿体内发生水的光解过程,释放出O2。
4.科学家恩格尔曼后来又做了一个实验:他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,惊奇地发现好氧细菌大量聚集在红光和蓝紫光所照射的区域,这说明了什么问题?
?
?
提示:叶绿体进行光合作用主要吸收红光和蓝紫光。
探究点一
探究点二
典例剖析
下列关于叶绿体中类囊体的叙述,正确的是( )
A.叶绿体中的一个基粒就是一个类囊体
B.光合色素都分布在类囊体的双层薄膜上
C.组成各基粒的类囊体之间没有结构上的联系
D.基粒和类囊体极大地扩大了光合作用的反应面积
D
解析:叶绿体是双层膜结构,膜内有许多个绿色的基粒,基粒和基粒之间充满着基质。每个基粒都含有两个以上的类囊体,类囊体由单层膜构成。叶绿体的基粒之间通过膜状结构相连。基粒及类囊体扩大了叶绿体内膜的表面积,因此扩大了光合作用的反应面积。
探究点一
探究点二
活学活练
下列关于光合作用的叙述,哪一项是不正确的?( )
A.把二氧化碳和水转变成有机物
B.把光能转变成化学能
C.全过程都必须在光下进行
D.有氧气放出
C
解析:光合作用是指绿色植物通过叶绿体利用光能,把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物,并释放出氧气的过程,A项正确;光合作用吸收光能,并将其转化成化学能储存在有机物中,B项正确;光合作用的光反应必须在光下进行,但碳反应在有光无光条件下都能进行,C项错误;光合作用吸收二氧化碳,释放出氧气,D项正确。
探究点一
探究点二
光合色素的提取与分离
问题情境
1.探讨实验中95%的酒精、层析液、二氧化硅、碳酸钙等物质的作用各是什么?
?
??
?
2.实验操作时,为什么要将滤纸条的一端剪去两角?画滤液细线的要求是细、直、齐,且要在干燥后重复画2~3次,请分析这样做的原因是什么。
?
?
提示:①95%的酒精用于溶解、提取绿叶中的色素;②层析液用于分离色素;③二氧化硅有助于研磨充分;④碳酸钙的作用是防止研磨中叶绿素被破坏。
提示:①剪去两角的目的是防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快;②滤液细线要细、直、齐是使分离的色素不重叠,重复画线的目的是增加色素含量使分离的色素带清晰,便于观察。
探究点一
探究点二
3.滤纸条上有几条不同颜色的色带?其排序怎样?宽窄如何?这说明了什么?
?
?
?
?
?
4.滤纸上的滤液细线,为什么不能触及层析液?
?
提示:滤纸条上有4条不同颜色的色带,从上往下依次为:胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色),这说明绿叶中的色素有4种,它们在层析液中的溶解度不同,随层析液在滤纸上扩散的快慢也不一样。叶绿素a(蓝绿色)色带最宽,依次为叶绿素b(黄绿色)、叶黄素(黄色)、胡萝卜素(橙黄色)色带最窄,色带越宽说明色素含量越多。
提示:滤纸上的滤液细线如果触到层析液,细线上的色素就会溶解到层析液中,就不会在滤纸上扩散开来,实验就会失败。
探究点一
探究点二
5.结合实验结果呈现的色素带,请思考分析:
(1)导致色素带分布不同的原因。
?
?
?
(2)导致色素带宽度不同的原因。
?
?
?
提示:色素溶解度的不同是导致色素带分布不同的原因。溶解度大小依次为:胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b。
提示:色素含量的不同是导致色素带宽度不同的原因。含量大小为:叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。
探究点一
探究点二
典例剖析
某同学在进行“光合色素的提取与分离”实验时,进行了以下操作。该同学的操作正确的是( )
A.将新鲜菠菜叶片烘干粉碎后放入研钵中,加入95%的酒精后直接进行研磨
B.将预备好的滤纸条一端剪去两角,在距这一端1
cm处用毛细吸管重复画横线
C.为增强实验效果,将滤液细线画粗些并进行多次重复
D.将滤纸条画有滤液细线的一端朝下,轻轻插入层析液中,滤液细线不能触及层析液
D
探究点一
探究点二
解析:将新鲜菠菜叶片烘干粉碎后放入研钵中,加入95%的酒精、二氧化硅、CaCO3以后,迅速研磨,A项错误;将预备好的滤纸条一端剪去两角,在距这一端1
cm处用铅笔画一条横线,B项错误;用毛细吸管吸少量滤液,沿铅笔线处小心均匀地画出一条滤液细线,滤液细线要求细、直、齐,滤液干后再重复画2~3次,C项错误;将滤纸条画有滤液细线的一端朝下,轻轻插入层析液中,滤液细线不能触及层析液,D项正确。
探究点一
探究点二
归纳提升
1.叶绿体色素的种类、颜色及吸收光谱
探究点一
探究点二
2.实验中的注意事项及操作目的
探究点一
探究点二
探究点一
探究点二
活学活练
1.(2020东阳中学高二期中)下列关于光合色素的提取与分离实验的操作,正确的是( )
A.使用定性滤纸过滤研磨液
B.将干燥处理过的定性滤纸条用于层析
C.在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2~3次
D.研磨叶片时,用70%的酒精溶解色素
B
解析:定性滤纸容易吸收色素,所以应该使用单层尼龙布过滤研磨液,而不是使用定性滤纸,A项错误;干燥处理定性滤纸是为了让层析液能够更快地上升,使色素更好地分离,B项正确;画滤液细线,要等滤液干燥后才能重复,防止滤液细线过粗,影响层析效果,C项错误;叶绿体中的色素都能溶解于有机溶剂中,所以研磨叶片时,可用95%的酒精提取叶绿体中的色素,D项错误。
探究点一
探究点二
2.(2020浙江名校协作体高二联考)如图为光合作用色素纸层析的实验结果,样品分别为新鲜菠菜叶(A)和一种蓝细菌(B)经液氮冷冻研磨后的95%的酒精提取液。下列叙述错误的是( )
A.以A为材料,若研磨时未加入CaCO3,层析结果与B相同
B.95%的酒精可用于提取色素,层析液可用于分离色素
C.层析过程需用软木塞塞住层析试管管口
D.实验验证了该种蓝细菌没有叶绿素b
A
解析:研磨时加入碳酸钙是为了保护叶绿素,以A为材料,若研磨时未加入CaCO3,层析结果中下端的两条色素带变窄或消失,与B不相同,A项错误;光合色素能够溶解在95%的酒精中,95%的酒精可用于提取色素,层析液可用于分离色素,B项正确;层析液易挥发,有毒,所以层析过程需用软木塞塞住层析试管管口,C项正确;由图可知,蓝细菌只有两条色素带,不含有叶绿素b,D项正确。第五节 光合作用将光能转化为化学能
第1课时 光合作用概述、光合色素的提取与分离
基础巩固
1.植物缺少哪一种无机盐,会明显影响光合作用对红光的吸收?( )
A.碘
B.镁
C.钙
D.氯
2.对绿色植物光合作用最有效的一组光是( )
A.红光和蓝绿光
B.黄光和蓝紫光
C.红光和橙光
D.红光和蓝紫光
3.树叶在秋季由绿色变为橙黄色,其原因主要是( )
A.叶绿体中的色素被破坏,其他细胞器的颜色显露出来
B.叶绿素的颜色由绿色变成橙黄色
C.原有的色素被破坏,新形成了胡萝卜素
D.叶绿体中的叶绿素含量降低,类胡萝卜素的颜色显露出来
4.下图是新鲜菠菜叶的光合色素纸层析的结果,下列叙述正确的是( )
A.色素带①②是都是由碳氢链组成的分子
B.色素带①②变窄的原因可能是未加碳酸钙
C.纸层析的原理是光合色素易溶于95%的酒精
D.色素带③④中的色素只能吸收红光和蓝紫光
5.在进行绿叶中色素的提取和分离的实验时不让层析液没及滤液细线的原因是( )
A.滤纸上几种色素会扩散不均匀而影响实验结果
B.滤纸上的滤液细线会变粗而使色素太分散
C.色素会溶解在层析液中而使实验失败
D.滤纸上的几种色素会混合起来不分散
6.下列关于叶绿体叙述,正确的是( )
A.叶绿体是进行光合作用的场所
B.没有叶绿体的细胞不能进行光合作用
C.叶绿体是具有单层膜结构的细胞器
D.叶绿体是进行细胞呼吸的主要场所
7.下图为新鲜菠菜叶中的光合色素纸层析的结果,下列描述中正确的是( )
A.能吸收红光的色素带是③
B.低温对色素带④的破坏率最高
C.纸层析的原理是光合色素易溶于95%的酒精
D.提取色素时不加碳酸钙会使色素带①②变浅
8.如图是利用新鲜菠菜叶进行“光合色素的提取和分离”活动时得到的结果,出现该实验结果的原因可能是( )
A.用70%的酒精作为提取液
B.研磨时未加SiO2
C.研磨时未加CaCO3
D.分离时层析液液面高于滤液细线
9.将在黑暗中放置一段时间的叶片均分4块,置于不同的试管中,利用有色玻璃进行遮光,按下表进行实验,着色最浅的叶片所在的试管是( )
试管编号
①
②
③
④
实验处理
CO2溶液
+
+
+
+
光照
白光
蓝光
红光
绿光
碘液
+
+
+
+
注:“+”表示具有该条件。
A.①
B.②
C.③
D.④
10.(2017浙江4月选考,30)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,为防止叶绿素被破坏,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提取液并测定 ,可得到叶绿素a的吸收光谱。?
能力提升
11.利用95%的酒精提取出叶绿体中的色素,设法分离得到各种色素后,并将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如图所示),当滤纸下方浸入层析液后,滤纸条上各色素正确位置应为( )
12.如图表示德国科学家萨克斯的实验,在叶片光照24
h后,经脱色并用碘液处理,结果有锡箔覆盖的部分呈棕色,而不被覆盖的部分呈蓝色。本实验证明
( )
①光合作用需要二氧化碳 ②光合作用需要光 ③光合作用需要叶绿素 ④光合作用放出氧气 ⑤光合作用制造淀粉
A.①②
B.③⑤
C.②⑤
D.①③
13.如图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行实验的流程。相关叙述错误的是( )
A.纸层析法分离色素的原理是色素在层析液中溶解度不同
B.两组实验的结果①中共有色素带的颜色是黄色和橙黄色
C.若在缺镁条件下完成该实验,两组实验的结果①和②差异都不大
D.两组实验的结果②中吸收光谱最明显的差异出现在蓝紫光区域
14.中国的饮食讲究“色香味”,颜色会影响消费。小李同学拟研发“绿色”食用色素,他以生长很快的入侵植物水葫芦为材料进行如下实验。
Ⅰ.提取叶绿素
绿色叶片提取液→过滤液→浓缩液→叶绿素粗产品
Ⅱ.探究pH对叶绿素稳定性的影响
取一些叶绿素粗产品,配成一定浓度的溶液,于室温(约25
℃)下进行实验,方法和结果如下表。
实验组号
叶绿素溶液/mL
调pH
处理时间/min
溶液颜色
①
3.0
Y
10
绿色
②
3.0
7.0
10
绿色
③
3.0
6.0
10
黄绿色
④
3.0
5.0
10
黄褐色
注:叶绿素被破坏后变成黄褐色。
根据所学知识和实验结果,请回答下列问题。
(1)提取食用叶绿素的X应该为?
,原因是 ?
。?
(2)表中Y应该为 ,原因是 ?
。?
(3)若用作食品色素,天然叶绿素色素不适用于 食品,否则 。?
(4)小李想了解叶绿素产品中是否含有其他色素,请你提供检测方法并写出主要步骤。
参考答案
第五节 光合作用将光能转化为化学能
第1课时 光合作用概述、
光合色素的提取与分离
基础巩固
1.B 解析
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,镁是叶绿素的构成元素。
2.D 解析
叶绿体类囊体膜上含有吸收光能的四种色素,其中叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光;胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。因此,对绿色植物光合作用最有效的一组光是红光和蓝紫光。
3.D 解析
叶绿素分子不稳定,易受温度影响,秋季气温降低,叶绿素分解后使叶片显露出类胡萝卜素的颜色而使叶片变黄。
4.A 解析
色素带①②分别是胡萝卜素和叶黄素,都是由碳氢链组成的大分子物质,A项正确;碳酸钙能保护叶绿素,所以色素带③和④变窄的原因可能是未加碳酸钙,B项错误;纸层析的原理是各色素在层析液中的溶解度不同,随层析液在滤纸上扩散速度不同,C项错误;色素带③④中的色素主要吸收红光和蓝紫光,D项错误。
5.C 解析
滤液细线不能没及层析液,否则色素溶解到层析液中,将得不到清晰的色素带。
6.A 解析
叶绿体是进行光合作用的场所,A项正确;蓝细菌没有叶绿体,但是含有藻蓝素、叶绿素,可以进行光合作用,B项错误;叶绿体是具有双层膜结构的细胞器,C项错误;细胞呼吸的主要场所是线粒体,不是叶绿体,D项错误。
7.D 解析
③为叶黄素,主要吸收蓝紫光,A项错误;④为胡萝卜素,低温下叶绿素易分解,B项错误;分离色素原理是各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同,从而分离色素;溶解度大,扩散速度快;溶解度小,扩散速度慢,C项错误;碳酸钙会保护叶绿素不被破坏,故提取色素时不加碳酸钙会使色素带①②变浅,D项正确。
8.C 解析
距离点样处由远到近的色素分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b,新鲜菠菜叶正常情况下,叶绿素的含量要大于类胡萝卜素,出现图示结果可能是叶绿素被破坏,在研磨时未加入CaCO3导致。
9.D 解析
分析题干可知,本实验的自变量为光照不同。由于叶绿体中的色素对不同光质的吸收不同,色素主要吸收红光和蓝紫光,对绿光吸收最少,因此在绿光条件下光合作用最弱,产物淀粉最少,所以碘液处理后着色最浅。
10.解析
(1)由“探究不同环境因素对某植物叶片中叶绿素含量的影响”和题图可知,该实验的自变量是温度和光照的有无,因变量是叶绿素含量。由图中曲线4可知,经光照和低温处理的该植物叶片中叶绿素含量下降最为明显,由此推知,若遇较低温天气,可通过升温和对该植物进行遮光处理来减少叶绿素的损失。叶绿素主要吸收蓝紫光和红光。
(2)碳酸钙可防止研磨中叶绿素被破坏。第4组植物叶片中叶绿素含量较低,其色素提取液进行纸层析分离所得到的色素带中,从上到下的第3、4条色素带(叶绿素a、叶绿素b)均明显变窄。
(3)用不同波长的光照射叶绿素a的提取液并测定吸光率,可得到叶绿素a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
能力提升
11.B 解析
叶绿体中的色素,由于溶解度不同,在滤纸条上的扩散速率不同,扩散最快的是胡萝卜素,其次分别是叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,所以实验结果,4位置上胡萝卜素在最上面,其次3位置上的叶黄素,接着2位置上的叶绿素a,在滤纸条最下面是1位置上的叶绿素b。
12.C 解析
现象分析:见光部分可以进行光合作用,产生淀粉遇碘变蓝色;一个叶片不同处理是为了设置对照。此实验中的变量是光照。本实验结论:绿叶在光下制造淀粉;光合作用需要光。
13.D 解析
纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中溶解度不同,溶解度大的,扩散速度快,A项正确;“结果①”中共有的色素带的颜色是黄色和橙黄色,则分别是叶黄素和胡萝卜素,B项正确;镁是叶绿素合成的必需元素,若在缺镁条件下完成该实验,两组实验的结果①和②差异都不大,C项正确;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,所以将等量刚制备的韭菜和韭黄色素滤液放在阳光与三棱镜之间,“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在红光区域,D项错误。
14.解析
(1)色素易溶于脂溶剂不溶于水,因此提取食用叶绿素应选用对人体无害的脂溶剂。(2)据表中数据可知,pH梯度为1.0,因此Y的数值为8.0。(3)据题中实验结果可知,酸性条件可破坏叶绿素。(4)检测产品中是否含有其他色素,可利用教材实验的纸层析法。
答案
(1)对人体无害的脂溶剂(食用酒精) 叶绿素易溶于脂溶剂和应考虑溶剂对人体的影响
(2)8.0 以1.0作为pH梯度进行实验
(3)酸性 叶绿素被破坏会造成食品失绿而影响品质
(4)纸层析法,其主要步骤是:①制备滤纸条,②画滤液细线,③用层析液分离色素,④观察色素带第2课时 光反应与碳反应的基本过程
基础巩固
1.光合作用中光反应阶段为碳反应阶段的进行提供的物质是( )
A.NADPH和氧气
B.CO2和ATP
C.O2和ATP
D.NADPH和ATP
2.用14C标记CO2,可用于研究光合作用过程中的
( )
A.光反应的条件
B.碳反应的条件
C.由CO2合成糖的过程
D.能量的传递过程
3.光合作用过程中,ATP形成和三碳糖形成的场所是
( )
A.都在叶绿体的类囊体膜中
B.前者在叶绿体基质中,后者在叶绿体的类囊体膜中
C.都在叶绿体基质中
D.前者在叶绿体的类囊体膜中,后者在叶绿体基质中
4.光合作用可分为光反应和碳反应两个阶段,下列叙述正确的是( )
A.光反应不需要酶,碳反应需要多种酶
B.光反应消耗水,碳反应消耗ATP
C.光反应储存能量,碳反应消耗能量
D.光反应固定二氧化碳,碳反应还原二氧化碳
5.(2020嘉兴高一期末)叶绿体是植物细胞进行光合作用的场所。下列叙述正确的是( )
A.类囊体叠在一起形成的基粒彼此独立
B.光被叶绿体内膜上的色素吸收并转化
C.白天叶绿体基质中的蔗糖浓度不断增加
D.叶绿体基质中含有CO2还原为糖所需的酶
6.在叶绿体中,NADPH和ADP的运动方向是( )
A.NADPH和ADP同时由类囊体薄膜向叶绿体基质运动
B.NADPH和ADP同时由叶绿体基质向类囊体薄膜运动
C.NADPH由类囊体薄膜向叶绿体基质运动,ADP的运动方向正好相反
D.ADP由类囊体薄膜向叶绿体基质运动,NADPH的运动方向正好相反
7.科学家提取植物细胞中的叶绿体,用高速离心法打破叶绿体膜后,分离出类囊体和基质,在不同条件下进行实验(如表所示),用来研究光合作用过程,下列选项中各试管得到的产物情况错误的是
( )
试管
叶绿体结构
光照
C18O2
ATP、NADPH
三碳酸
甲
类囊体
+
+
-
-
乙
基质
-
+
+
-
丙
基质
+
-
+
+
丁
类囊体和基质
+
+
-
-
(注:表中的“+”表示添加,“-”表示不添加)
A.甲试管不会产生18O2
B.乙试管可得到三碳糖
C.丙试管可能得到淀粉
D.丁试管可得到蔗糖
8.下列关于卡尔文循环的叙述,错误的是( )
A.该循环是从1个五碳糖开始的
B.该循环是二氧化碳氧化为糖的一系列反应
C.三碳糖是该循环的产物
D.再生五碳糖能保证该循环继续进行
9.图甲是叶绿体结构模式图,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示不同的部位;图乙是光合作用的碳反应过程示意图,其中①②表示不同的物质。
请回答下列问题。
(1)光合色素存在于图甲的[ ] 中,其中呈黄色、橙色、红色的色素合称 。在分离叶绿体中的色素时,要注意滤纸上的滤液细线一定要高于层析液,层析液主要成分是 。?
(2)图乙过程发生在图甲的[ ]?
中。光反应中,水裂解产生 。?
(3)图乙中,物质①②为两种三碳化合物。物质①接受来自的NADPH的 和来自ATP的 形成物质②。离开循环的物质②大部分运至叶绿体外,并且转变成 供植物所有细胞利用。?
(4)在叶肉细胞中,叶绿体释放的氧气可扩散至线粒体中用于需氧呼吸的第三阶段,即 (写过程名称),与之有关的酶和合成 的酶镶嵌在 。?
能力提升
10.下图为光合作用过程示意图,在适宜条件下栽培小麦,如果突然将c降至极低水平(其他条件不变),则a、b在叶绿体中含量的变化将会是( )
A.a上升、b下降
B.a、b都上升
C.a、b都下降
D.a下降、b上升
11.绿色植物光合作用卡尔文循环过程如图所示。下列叙述正确的是( )
A.五碳糖转变成三碳酸的过程发生的场所是类囊体膜上
B.三碳酸转变成三碳糖的过程需要NADPH提供氢和ATP提供能量
C.三碳糖运至叶绿体外合成淀粉,并运输到植物体各个部位
D.三碳糖转化成五碳糖的过程发生的场所是在类囊体薄膜
12.下图是碳反应及光合产物在植物细胞中的利用示意图。据图分析,下列叙述正确的是( )
A.Ⅰ是叶绿体类囊体膜,Ⅱ是叶绿体基质
B.生成1分子离开卡尔文循环的c,需要3轮卡尔文循环
C.突然降低光强度,a的生成速率加快
D.①②③过程都直接与光反应相关
13.植物能吸收一定强度的光驱动光合作用,后者的基本过程如下图所示。过度光照可能会导致DNA损伤甚至细胞死亡,但是植物能借助一种光保护机制防止这种损伤。近来研究发现,类囊体膜蛋白PSBS感应类囊体腔内的高质子浓度而被激活,激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递,最终将过量的光能转换成热能释放,从而防止强光对植物造成损伤(即光保护效应)。下列有关说法正确的是
( )
A.抑制A物质释放有利于PSBS发挥功能
B.降低ATP合成酶活性和阻断反应Ⅱ都有利于PSBS发挥功能
C.若该植株既不吸收也不释放CO2,则所产生的A物质全部用于图示细胞的细胞呼吸
D.物质F可以在叶肉细胞的叶绿体基质中合成蔗糖
14.(2020浙大附中选考模拟)光合能力是作物产量的重要决定因素。为研究水稻控制光合能力的基因,科研人员获得了一种植株高度和籽粒重量都明显下降的水稻突变体,并对其进行了相关实验。
(1)叶绿体中的光合色素分布在 上,能够 光能,光反应阶段生成的 参与在叶绿体基质中进行的 过程,该过程的产物可以在一系列酶的作用下转化为蔗糖和淀粉。?
(2)科研人员用电镜观察野生型和突变体水稻的叶绿体,结果如下图所示。与野生型相比,突变体的叶绿体出现了两方面的明显变化:
① ;② 。此实验从 水平分析了突变体光合产量变化的原因。?
(3)半乳糖脂是类囊体膜的主要脂质成分,对于维持类囊体结构具有重要作用,酶G参与其合成过程。测序发现,该突变体的酶G基因出现异常。科研人员测定了野生型、突变体和转入酶G基因的突变体中的半乳糖脂及叶绿素含量,结果如下表所示。
野生型
突变体
转入酶G基因的突变体
半乳糖脂相对值
34
26
33
叶绿素含量相对值
3.42
2.53
3.41
对比三种水稻的测定结果,请解释在相同光照条件下,突变体产量下降的原因?
?
。?
(4)若要利用酶G基因培育高产水稻,一种可能的思路是:将酶G基因转入 (填“野生型”或“突变体”)水稻,检测 是否提高。?
参考答案
第2课时 光反应与碳反应的基本过程
基础巩固
1.D 解析
光合作用中光反应阶段为碳反应阶段的进行提供的物质是NADPH和ATP,用于三碳酸的还原过程。
2.C 解析
光合作用过程中,二氧化碳中C首先固定在三碳酸中,之后转移到三碳糖等有机物中,可以用14C标记CO2探究光合作用中CO2合成糖的过程,C项正确。
3.D
4.B 解析
光反应需要酶,例如ATP的合成需要ATP合成酶,碳反应也需要酶,A项错误;光反应消耗H2O,碳反应消耗ATP,B项正确;碳反应将活跃的化学能转变成稳定的化学能,储存能量,C项错误;光反应不固定二氧化碳,碳反应固定二氧化碳,D项错误。
5.D 解析
基粒与基粒之间有膜片层相连,基粒之间并不是彼此独立,A项错误;叶绿体中的光合色素分布在叶绿体类囊体薄膜上,B项错误;蔗糖的合成应该在细胞溶胶中进行,C项错误;CO2还原发生在叶绿体基质中,所以叶绿体基质中含有催化所需的酶,D项正确。
6.C 解析
在叶绿体中,进行碳反应时消耗NADPH,NADPH由类囊体薄膜向叶绿体基质运动;进行光反应时产生ATP,消耗ADP,ADP由叶绿体基质向类囊体薄膜运动。
7.D 解析
甲试管进行的是光反应,氧气中氧元素来源于水分子而不是C18O2,所以得到的是O2,不会产生18O2,A项正确;乙试管有CO2、ATP、NADPH,在叶绿体基质中发生碳反应,碳反应发生的是CO2的固定和三碳酸的还原,由于具有CO2和有关的酶,可以得到三碳糖,B项正确;丙试管虽没有二氧化碳,但是具有三碳酸和ATP、NADPH,因此可以进行三碳酸的还原,并能得到淀粉,C项正确;蔗糖应在叶绿体外产生,D项错误。
8.B 解析
卡尔文循环是从1个五碳糖与二氧化碳结合开始的,A项正确;该循环是二氧化碳还原为糖的一系列反应,B项错误;碳反应的产物是三碳糖,C项正确;部分三碳糖经过一系列复杂变化再生为五碳糖,保证了碳反应的继续进行,D项正确。
9.解析
据图分析:图甲是叶绿体,Ⅰ是叶绿体内外膜,Ⅱ是叶绿体基质,Ⅲ是基粒;图乙是光合作用碳反应图解,①是三碳酸,②是三碳糖。
(1)光合色素存在于图甲的Ⅲ基粒的类囊体薄膜上,其中呈黄色、橙色、红色的色素合称类胡萝卜素;层析液的主要成分是乙醚或石油醚等。
(2)图乙过程是碳反应过程,发生在图甲的Ⅱ叶绿体基质中;光反应中,水裂解产生H+、e-、O2。
(3)图乙中,物质①②为两种三碳化合物,物质①的名称是三碳酸,该物质在光反应产物ATP和NADPH的作用下形成物质②三碳糖。三碳糖可在叶绿体内作为合成淀粉、蛋白质和脂质等大分子物质的原料,也可运送到叶绿体外转变成蔗糖供植物所有细胞利用。
(4)需氧呼吸的第三阶段又叫电子传递链,发生在线粒体内膜上,该膜含有与合成ATP有关的酶。
答案
(1)Ⅲ 类囊体膜(基粒或类囊体) 类胡萝卜素 乙醚或石油醚等 (2)Ⅱ 叶绿体基质 H+、e-、O2 (3)氢 能量 蔗糖 (4)电子传递链 ATP 线粒体内膜上
能力提升
10.B 解析
图中a、b、c分别表示NADPH、ATP、CO2,若突然将CO2降至极低水平,叶绿体中三碳酸的含量会下降,三碳酸还原消耗的ATP和NADPH减少,由于此时光反应仍继续合成ATP和NADPH,故两者的含量都上升,B项符合题意。
11.B 解析
五碳糖转变成三碳酸的过程发生的场所是叶绿体基质中,A项错误;三碳酸在光反应中生成的NADPH提供氢和ATP提供能量的作用下生成三碳糖,B项正确;三碳糖运至叶绿体外合成蔗糖,并运输到植物体各个部位,C项错误;三碳糖转化成五碳糖的过程发生的场所是在叶绿体基质,D项错误。
12.B 解析
Ⅰ是光合作用碳反应的反应场所,即叶绿体基质,Ⅱ是在叶绿体外,从c可被用来进行细胞呼吸来看,Ⅱ是细胞溶胶,A项错误;卡尔文循环中固定CO2合成有机物,从图中分析,生成1分子c需要①②③各循环1次,要保证五碳糖的再生,故每生成1分子离开卡尔文循环的三碳糖,需要固定3分子CO2,B项正确;突然降低光强度,则生成的[H]和ATP减少,三碳酸还原减少,a的生成速率下降,C项错误;①②③是碳反应,只有三碳酸的还原②与光反应直接相关,需要光反应提供ATP和NADPH,D项错误。
13.B 解析
图中A是氧气,抑制氧气的释放则电子传递受影响,不利于PSBS发挥功能,A项错误;据图分析可知PSBS的作用是抑制电子在类囊体膜上的传递,所以降低ATP合成酶活性和阻断反应Ⅱ都有利于PSBS发挥功能,B项正确;若该植株既不吸收也不释放CO2,则所产生的A物质用于图示细胞的细胞呼吸和释放到细胞外,C项错误;物质F可以在叶肉细胞的叶绿体基质中合成淀粉,D项错误。
14.解析
(1)叶绿体中的光合色素分布在类囊体膜上,色素的作用能够吸收、传递和转化光能。光反应产生的[H]和ATP参与叶绿体基质中的三碳酸还原过程,形成淀粉和蔗糖。
(2)比较二者的叶绿体结构可知:①突变体的叶绿体与野生型的叶绿体相比,类囊体结构分布散乱;②图中可以明显看到,突变体的叶绿体比野生型的叶绿体中的淀粉粒减少。此实验从通过对比叶绿体的结构组成分析了光合作用的变化原因,因此属于细胞水平上的研究。
(3)分析表中的结果,对比三种水稻的测定结果可知:突变体的半乳糖脂和叶绿素含量均低于野生型,而转入酶G基因后表中数据显示,两者含量均恢复到野生型水平上,所以推测突变体产量下降的原因是突变体酶G基因异常,半乳糖脂和叶绿素含量降低,影响类囊体结构,进而影响光反应,导致碳反应合成的蔗糖和淀粉减少。
(4)根据以上研究可知,酶G基因可以有助于提高叶绿素的含量和增加类囊体的数量,从而提高产量。若要利用酶G基因培育高产水稻,根据基因工程的方法,可以将酶G基因转入野生型水稻中,检测野生型水稻的产量是否提高。
答案
(1)类囊体膜 吸收和利用 ATP和NADPH 三碳酸的还原 (2)类囊体结构散乱 淀粉粒数量减少 细胞 (3)突变体酶G基因异常,半乳糖脂和叶绿素含量降低,影响类囊体结构,进而影响光反应,导致碳反应合成的蔗糖和淀粉减少 (4)野生型 产量(或“光合速率”)
