[高考必杀技]高考生物专项突破：能量之源——光与光合作用

[高考必杀技]高考生物专项突破：能量之源——光与光合作用
考纲速递：
考纲展示 考纲解读
1.酶在代谢中的作用 (Ⅱ) 说出酶的化学本质、酶的特性、影响因素及在细胞代谢中的作用
2.ATP在能量代谢中的作用(Ⅱ) 简述ATP的化学组成和特点，阐明ATP和ADP之间的相互转化关系，解释ATP在能量代谢中的作用
3.细胞呼吸 (Ⅱ) 描述线粒体的结构和功能，说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同及细胞呼吸的原理，探讨在生产和生活中的应用
4.光合作用的基本过程(Ⅱ) 说出色素的种类和作用，描述叶绿体的结构和功能，了解人类对光合作用的认识过程，说明光合作用的光反应和暗反应的过程，阐明其中的物质和能量变化，举例说出光合作用原理在农业生产中的应用
考纲展示 考纲解读
1.酶在代谢中的作用 (Ⅱ) 说出酶的化学本质、酶的特性、影响因素及在细胞代谢中的作用
2.ATP在能量代谢中的作用(Ⅱ) 简述ATP的化学组成和特点，阐明ATP和ADP之间的相互转化关系，解释ATP在能量代谢中的作用
3.细胞呼吸 (Ⅱ) 描述线粒体的结构和功能，说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同及细胞呼吸的原理，探讨在生产和生活中的应用
4.光合作用的基本过程(Ⅱ) 说出色素的种类和作用，描述叶绿体的结构和功能，了解人类对光合作用的认识过程，说明光合作用的光反应和暗反应的过程，阐明其中的物质和能量变化，举例说出光合作用原理在农业生产中的应用
方向解读：
1．考查角度：(1)考查酶的化学本质、催化特性等探究实验及相关实验设计、影响酶活性的曲线及图表分析；(2)结合光合作用与细胞呼吸考查ATP与能量代谢的关系；(3)考查光合作用过程、光合作用速率的制约因素及其在生产实践中的应用，光合作用与细胞呼吸过程中的物质转变及相互关系，光合色素的种类、颜色、生理作用及实验；(4)考查细胞呼吸的类型、有氧呼吸过程、细胞呼吸原理在实践中的应用，影响细胞呼吸的因素分析及相关实验设计以及粮食、果蔬贮存的原理与应用。
2．考查题型：以选择题和非选择题的形式出现，其中综合题及联系生产生活实际的非选择题几率会增加。
3．高考预测：(1)以图表形式概括酶的特性和影响酶活性的因素考查获取信息的能力，以酶的实验为背景考查实验探究能力；(2)围绕ATP联系光合作用、细胞呼吸、能量代谢等，考查知识的综合运用及理解能力；(3)将细胞呼吸与光合作用、水分代谢、矿质代谢等代谢过程联系在一起，并与生产实践结合考查粮食、果蔬的贮存问题，以影响细胞呼吸强度的因素为背景考查实验与探究能力；(4)光合作用是生物学科的命题重点，也是高考的热点，试题综合性大、灵活性强、开放度大、命题形式灵活多变，其中主要集中在：①光照强度、温度、二氧化碳浓度等因素对光合作用的影响及对光合作用的产物、中间产物含量的影响；②光合作用的过程(重点是光反应、暗反应中的物质变化和能量变化)；③光合作用和细胞呼吸的相互影响。
学习指导：
1．线索导引，强化联系
(1)以能量来源、储存、释放为主线，辐射酶、ATP、细胞呼吸、光合作用等相关知识；
(2)以物质合成与分解为纽带，系统复习细胞呼吸、光合作用过程及影响因素等内容。
2．归纳、比较，深化理解
(1)通过与无机催化剂对比，理解酶的特性。以曲线形式表示环境因素对酶活性的影响；对比细胞呼吸、光合作用过程中不同阶段物质、能量变化。
(2)归纳有关光合作用和细胞呼吸的实验设计的规律方法，注重实验过程中实验变量的确定与控制，以及实验预测、推断及相关结论分析。
3．图文结合
(1)运用图文结合法使光合作用与细胞呼吸的场所、物质变化的关系形象化、直观化，便于理解和记忆。
(2)以图表、曲线形式表示环境因素对光合作用和细胞呼吸的影响，强化坐标曲线的分析，关注曲线特殊点和线段的意义，掌握分析曲线的规律方法。
4．理论联系实际
通过光合作用和细胞呼吸原理及意义在农业生产中的应用，分析、加深知识的内在联系。
考点分析：
一、叶绿体中色素的种类及功能
1．叶绿体中色素种类及其吸收光谱
2.叶绿体中色素的分布与作用
(1)分布：类囊体的薄膜上。
(2)作用：吸收光能并将光能转变为储存于ATP中的化学能，同时还将H2O分解为[H]和O2。
3．影响叶绿素合成的因素
(1)光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
(2)温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。
(3)必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。
4．叶绿体功能的实验验证
(1)实验过程及现象
(2)设置了对照实验
(3)实验结论
①叶绿体是进行光合作用的场所。
②O2是由叶绿体释放的。
二、光合作用的探究历程中几个重要实验分析
1．普利斯特利的实验
(1)实验过程及现象
密闭玻璃罩＋绿色植物
(2)实验分析
①缺少空白对照，实验结果说服力不强，应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于玻璃罩内，作为空白对照。
②没有认识到光在植物更新空气中的作用，而将空气的更新归因于植物的生长。
③限于当时科学发展水平的限制，没有明确植物更新气体的成分。
2．萨克斯的实验
(1)实验过程及现象
黑暗中饥饿处理的绿叶
(2)实验分析
①设置了自身对照，自变量为光照的有无，因变量是颜色变化(有无淀粉生成)。
②实验的关键是饥饿处理，以使叶片中的营养物质消耗掉，增强了实验的说服力。为了使实验结果更明显，在用碘蒸气处理之前应用热酒精对叶片进行脱绿处理。
③本实验除证明了光合作用的产物有淀粉外，还证明了光是光合作用的必要条件。
3．鲁宾和卡门的实验
(1)实验过程及结论
―→光合作用释放的O2全部来自水。
(2)实验分析
设置了对照实验，自变量是标记物质(H218O和C18O2)，因变量是O2的放射性。
三、光合作用过程分析
1．光合作用过程图解
2．反应式及元素去向
CO2＋H2O(CH2O)＋O2
(1)氧元素
(2)碳元素：CO2―→C3―→(CH2O)
(3)氢元素：H2O―→[H]―→(CH2O)
3．光反应与暗反应的比较
4.光反应和暗反应中C3、C5、ATP和CO2之间的转化关系
(1)停止光照、CO2供应不变，短时间内C3、C5、ATP、ADP相对含量变化
(3)同理可分析并得出：
突然增强光照，CO2供应不变时，短时间内，ATP↑，ADP↓，C3↓，C5↑
突然增加CO2供应，光照不变，短时间内，ATP↓，ADP↑，C3↑，C5↓
四、环境因素对光合作用的影响及在农业生产上的应用
1．光照强度对光合速率的影响
(1)光照强度与光合作用强度的关系曲线分析
①A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。
②AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
③B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)，B点所示光照强度称为光补偿点。
④BC段：表明随光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强，C点所示光照强度称为光饱和点。限制C点以后光合作用强度不再增加的内部因素是色素的含量以及酶的数量和最大活性，外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。
(2)应用
阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中虚线所示。间作套种农作物，可合理利用光能。
2．温度对光合速率的影响
(1)关键点的含义
光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。一般植物在10 ℃～35 ℃下正常进行光合作用，其中AB段(10 ℃～35 ℃)随温度的升高光合作用逐渐加强，B点(35 ℃)以后酶活性下降，光合作用开始下降，50 ℃时光合作用完全停止。
(2)生产上的应用：温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降温，增加昼夜温差，以降低细胞呼吸消耗有机物。
3．CO2浓度对光合速率的影响
(1)关键点的含义
①在一定范围内，植物光合速率随CO2浓度增大而加快；当CO2浓度达到一定值时，再增加CO2浓度，光合速率也不再增加，甚至减弱(细胞呼吸被抑制)。
②图1中A点表示光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。
(2)生产上的应用
①对农田里的农作物应“正其行，通其风”；
②对温室作物来说，应增施农家肥料或使用CO2发生器。
4．多因子影响
五、光合作用与细胞呼吸
1．区别
2.光合速率与呼吸速率
(1)呼吸速率的表示方法：植物置于黑暗环境中，测定实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。
(2)净光合速率和真正光合速率
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真正光合速率：常用一定时间内O2产生量，CO2固定量或有机物产生量来表示。
(3)光合速率与呼吸速率的关系
①绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。
②绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
典例解析：
【例1】如图为正常绿色植物的叶绿素a的吸收光谱、叶绿体色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率)。以下对该图的分析错误的是(　　)
A．图示表明叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光
B．总吸收光谱是代表叶绿体四种色素对光能的吸收
C．图示表明只有叶绿素a吸收的光能才能用于光合作用
D．总吸收光谱与光合作用光谱基本一致，说明叶绿体色素吸收光能都能参加光合作用
解析：据图可知，叶绿素a的吸收值有两个波峰，主要集中在红光和蓝紫光区；总吸收光谱是指叶绿体色素总吸收值，叶绿体含四种光合色素；图示中光合作用光谱的变化趋势与总吸收光谱非常相似，说明四种色素吸收的光均可用于光合作用。
答案：C。
【例2】下列有关科学家的经典研究中，采取了同位素示踪法的是(　　)
①恩格尔曼发现光合作用的部位　②梅耶指出植物通过光合作用把光能转换为化学能　③鲁宾和卡门证明光合作用释放的O2来自水　④卡尔文探明了CO2中的碳在光合作用中的转移途径
A．①③ B．②④ C．①② D．③④
解析：恩格尔曼用水绵和好氧细菌进行实验时，通过显微镜观察发现，好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射到的部位，从而发现了光合作用的部位；梅耶根据能量转化和守恒定律明确指出：植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来了。鲁宾和卡门用氧的同位素——18O分别标记H2O和CO2做实验，证明了光合作用释放的O2来自水。卡尔文用14C标记CO2追踪碳的转移途径。
答案：D。
【例3】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片细胞内C3(三碳化合物)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、B、C、D依次是________________________________________________________________________。
(2)在Ⅰ中发生的过程称为________，在Ⅰ中含有的参与此过程需要的条件是________。
(3)Ⅰ中发生的反应与Ⅱ中发生反应的物质联系是___________________________。
(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，叶绿体中[H]含量较________(填“高”或“低”)。
解析：(1)据光合作用过程可知，图甲中A、B、C、D依次是H2O、CO2、C3和C5。(2)Ⅰ是基粒，有许多类囊体组成，在其上发生光反应，其上含有参与光反应的色素和酶。(3)Ⅱ是叶绿体基质，发生暗反应。光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi等。(4)图中从B点开始C3含量下降，至I点C3含量不再变化，说明光合作用从B点开始，到I点结束。(5)(6)(7)在B点前无光照，不能进行光反应，不能进行C3的还原，因此在AB段C3含量较高，B点之后，开始进行光合作用，C3含量相对下降，I点无光照，光合作用停止。G点C3含量少的原因是植物因“光合午休”，气孔关闭，CO2供应不足，C3合成减少，C3少，[H]消耗少，因此G点[H]含量高于F点。
答案：(1)H2O、CO2、C3、C5
(2)光反应　色素和酶
(3)光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi等
(4)B　I
(5)无光不进行光反应，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
【例4】科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一种植物光合作用强度的影响，得到实验结果如图所示。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时，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a～c时，曲线Ⅰ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高
解析：从图中可以看出A项中在a点时曲线Ⅱ和Ⅲ的外界条件只有一个不同，那就是CO2浓度，所以A正确；同理B项中在b点时曲线Ⅰ和Ⅱ只有温度这一个外界条件不同，所以B也正确；在光照强度为a～b时，图中曲线Ⅰ、Ⅱ的趋势是上升的，所以C正确；光照强度为a～c，曲线Ⅰ光合作用强度随光照强度升高而升高，而曲线Ⅲ是基本不变的。故D项错误。
答案：D。