2019-2020年高考生物一輪復(fù)習(xí) 3-3 能量之源 光與光合作用課時訓(xùn)練 新人教版必修1.doc
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2019-2020年高考生物一輪復(fù)習(xí) 3-3 能量之源 光與光合作用課時訓(xùn)練 新人教版必修1 光合作用的基本過程(Ⅱ) 影響光合作用速率的環(huán)境因素(Ⅱ) 實(shí)驗(yàn):葉綠體色素的提取和分離 知識點(diǎn)一 捕獲光能的色素和葉綠體結(jié)構(gòu) 實(shí)驗(yàn):綠葉中色素的提取和分離(紙層析法) 分 布 于 葉綠體 議一議:(1)海洋中藻類有分層現(xiàn)象,與植物中的色素吸收光的顏色有什么關(guān)系? (2)在溫室內(nèi)自然光照射基礎(chǔ)上,給植物人工補(bǔ)充哪些單色光對增產(chǎn)有利? 知識點(diǎn)二 光合作用的探索歷程(連一連) ①普利斯特里 A.點(diǎn)燃的蠟燭(或小鼠)與綠色植物,密閉——蠟燭不易熄滅(小鼠不易死亡) a.只有在陽光下,植物才更新空氣 ②英格豪斯 B. b.植物可以更新空氣 ③梅耶 C.500多次實(shí)驗(yàn)確認(rèn)實(shí)驗(yàn)條件 c.光合作用的產(chǎn)物除O2外,還有淀粉 ④薩克斯 d.光合作用釋放的O2來自于水 ⑤魯賓和卡門 E.根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律 e.光合作用把光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能 知識點(diǎn)三 光合作用的過程及總反應(yīng)式 1.總反應(yīng)式 2.過程 知識點(diǎn)四 光合作用原理的應(yīng)用 1.光合作用強(qiáng)度 (1)概念:植物在?________內(nèi)通過光合作用制造?________的數(shù)量。 (2)表示方法:用一定時間內(nèi)?________或?________來定量表示。 2.影響因素 (1)原料:空氣中?________、土壤中________和________ (2)光照條件:包括________、光照時間和光的成分 (3)________的高低(通過影響酶的活性而影響光合作用速率) 3.應(yīng)用 控制________和溫度的高低,適當(dāng)增加作物環(huán)境中________來提高光合作用強(qiáng)度。 想一想:什么叫光合速率?它分為幾種類型,關(guān)系如何? 類囊體膜上的色素及吸收光譜 閃記:色素的功能:轉(zhuǎn)換光能的色素只有少數(shù)處于特殊狀態(tài)的葉綠素a。吸收、傳遞光能,四種色素都可以。 巧記:光合作用過程“一二三四” 葉綠體 光反應(yīng)、暗反應(yīng) 判一判 1.葉綠體中的色素主要分布在類囊體薄膜上( )。 2.光合作用酶只分布在葉綠體的基質(zhì)中( )。 3.葉綠體是光合作用的主要場所( )。 自我校對: ①紅光和藍(lán)紫光 ②藍(lán)紫光?、郯捣磻?yīng)所需的酶?、苌睾凸夥磻?yīng)所需的酶?、萑~綠體是光合作用的場所?、薰?、色素、酶?、哳惸殷w薄膜 ⑧[H]+O2?、酇TP?、釧TP中活躍的化學(xué)能 ?酶、[H]、ATP ?葉綠體基質(zhì) ?2C3 ?(CH2O)+C5+H2O ?有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能 ?單位時間、單位面積 ?有機(jī)物 ?CO2的吸收量 ?O2的釋放量 ?CO2 H2O 礦質(zhì)離子 光照強(qiáng)度 溫度 光照強(qiáng)弱 CO2濃度 議一議:(1)不同波長的光穿透性不同,不同藻類吸收不同波長的光。 (2)紅光、藍(lán)紫光屬于對植物光合作用最有效的光譜,因此可以補(bǔ)充這兩種光達(dá)到增產(chǎn)的目的。 連一連:①-A-b ②-C-a?、郏璄-e?、埽璂-c ⑤-B-d 想一想:光合速率或稱光合強(qiáng)度是指一定量的植物(如一定的葉面積)在單位時間內(nèi)進(jìn)行光合作用的量(如釋放多少氧,消耗多少CO2)。 它分為表觀光合速率和真正光合速率兩種類型,在光照條件下,人們測得的CO2吸收量是植物從外界環(huán)境吸收的CO2總量,叫表觀光合速率。真正光合速率是指植物在光照條件下,植物從外界環(huán)境中吸收的CO2的量加上呼吸作用釋放的CO2的量,即植物實(shí)際同化的CO2的量。表觀光合速率小于真正光合速率。 判一判:1.√ 2. 3. 光合作用發(fā)現(xiàn)史中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)分析 溫馨提示: 近幾年生物命題借鑒科學(xué)史上的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)成為趨勢,應(yīng)倍加重視(本書特別歸納如下)。 1.1771年普里斯特利實(shí)驗(yàn) 植物更新空氣 缺點(diǎn):缺乏對照組(記錄時漏掉了實(shí)驗(yàn)在陽光下進(jìn)行這一重要條件,后來英格豪斯為其糾正)。 2.1864年薩克斯實(shí)驗(yàn) 提前暗處理——消耗掉葉片中原有的淀粉,避免干擾。 3.1880年恩格爾曼實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)組:極細(xì)光束照射處的葉綠體。 對照組:黑暗處的葉綠體和完全曝光的葉綠體。 4.20世紀(jì)30年代魯賓、卡門實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)方法:同位素標(biāo)記法。 反應(yīng)式:6CO2+12H 218O C6H12O6+6H2O+618O2 在光合作用的發(fā)現(xiàn)中,大多數(shù)科學(xué)家們利用了對照實(shí)驗(yàn),使結(jié)果和結(jié)論更科學(xué)、準(zhǔn)確。 (1)薩克斯:自身對照,自變量為光照(一半曝光與另一半遮光),因變量為顏色變化。 (2)恩格爾曼:自身對照,自變量為光照(照光處與不照光處;黑暗與完全曝光),因變量為好氧菌的分布。 (3)魯賓和卡門:相互對照,自變量為標(biāo)記物質(zhì)(HO與C18O2),因變量為O2的放射性。 (4)普里斯特利:缺少空白對照,實(shí)驗(yàn)結(jié)果說服力不強(qiáng)。 本考點(diǎn)單獨(dú)命題概率低,往往是借鑒經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的方法手段在綜合題或探究題中體現(xiàn)。 【典例1】 (xx南昌市一模)德國科學(xué)家薩克斯將綠色葉片放在暗處數(shù)小時“饑餓”處理(消耗掉葉片中的淀粉)后,再把葉片的一部分遮光,其余部分曝光。一段時間后,將該葉片經(jīng)脫色、漂洗后再用碘液處理,結(jié)果發(fā)現(xiàn)遮光部分不變藍(lán),曝光部分變藍(lán)。下列有關(guān)本實(shí)驗(yàn)的分析及結(jié)論合理的是( )。 ①本實(shí)驗(yàn)未設(shè)對照組?、谟袩o光照是遮光和曝光區(qū)域表現(xiàn)不同結(jié)果的唯一原因 ③實(shí)驗(yàn)初始時遮光和曝光區(qū)域均達(dá)到無淀粉狀態(tài)?、軐?shí)驗(yàn)證明葉綠體利用光照將CO2轉(zhuǎn)變成了淀粉 A.①~④全部 B.只有②③④ C.只有①②③ D.只有②③ 解析 該實(shí)驗(yàn)中曝光部分與遮光部分形成了對照,①錯誤。該實(shí)驗(yàn)只能證明有淀粉的生成,但不能證明葉綠體利用光照將CO2轉(zhuǎn)變成了淀粉,④錯誤。 答案 D 【思考與評價】 恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)設(shè)計巧妙之處在哪兒? 提示 主要表現(xiàn)在以下四個方面: ①選材方面,選用水綿為實(shí)驗(yàn)材料。水綿不僅具有細(xì)長的帶狀葉綠體,而且葉綠體呈螺旋狀地分布在細(xì)胞中,便于觀察、分析研究。 ②將臨時裝片放在黑暗并且沒有空氣的環(huán)境中,排除了光線和氧氣的影響,從而確保實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行。 ③選用了極細(xì)光束照射,并且選用好氧細(xì)菌檢測,從而能夠準(zhǔn)確判斷出水綿細(xì)胞中釋放氧的部位。 ④進(jìn)行黑暗(局部光照)和曝光對比實(shí)驗(yàn),從而明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是光照引起的。 光合作用過程分析 1.識圖領(lǐng)悟光合作用過程 2.光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較(結(jié)合上圖分析) 過 程 光反應(yīng) 暗反應(yīng) 圖 解 條 件 必須在光下 有光、無光都可以 場 所 葉綠體類囊體薄膜 葉綠體基質(zhì) 物質(zhì) 轉(zhuǎn)化 ①水光解 2H2O4[H]+O2↑ ②ATP的合成 ADP+PiATP 能量 轉(zhuǎn)化 光能―→電能―→活躍化學(xué)能,并儲存在ATP中 ATP中活躍的化學(xué)能―→(CH2O)中穩(wěn)定的化學(xué)能 關(guān) 系 ①光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供[H]和ATP;暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi; ②沒有光反應(yīng),暗反應(yīng)無法進(jìn)行;沒有暗反應(yīng),有機(jī)物無法合成 ★★★ 本考點(diǎn)是歷年高考命題的重要內(nèi)容,試題側(cè)重考查考生對光合作用過程圖解的理解與分析,如光反應(yīng)與暗反應(yīng)的場所、條件、物質(zhì)變化、能量變化、相互關(guān)系以及在某種環(huán)境因素突然發(fā)生變化的情況下,細(xì)胞中C3和C5的含量變化情況等。 【典例2】 (改編題)綠色植物是主要的能量轉(zhuǎn)換者,是因?yàn)樗鼈兙腥~綠體(圖甲)這一完成能量轉(zhuǎn)換的細(xì)胞器,圖乙是圖甲中的色素分離結(jié)果,圖丙是在圖甲④結(jié)構(gòu)中進(jìn)行的生化反應(yīng),①~④分別代表圖甲中葉綠體的結(jié)構(gòu)。 下列相關(guān)敘述中,不正確的是( )。 A.圖乙中的色素帶由1到4分別是葉綠素b、葉綠素a、葉黃素、胡蘿卜素,這些色素存在于圖甲②中 B.光照條件下,圖甲中的②上能進(jìn)行光反應(yīng),產(chǎn)生[H]、ATP、O2 C.圖甲中①和③的成分和結(jié)構(gòu)相似 D.環(huán)境條件相對穩(wěn)定的條件下,圖甲④中的C3含量多于C5 E.如果突然降低CO2的濃度,圖丙中的C3含量會一直下降 解析 圖乙中左側(cè)有濾液細(xì)線,色素的擴(kuò)散是從左向右的,所以1~4分別是葉綠素b、葉綠素a、葉黃素、胡蘿卜素。圖甲中的①和③分別是葉綠體的內(nèi)膜和外膜,它們的成分和結(jié)構(gòu)相似。光照條件下,②類囊體膜上能發(fā)生光反應(yīng),產(chǎn)生[H]、ATP、O2。分析圖丙中的過程要從兩個方面進(jìn)行:一是環(huán)境條件相對穩(wěn)定時,暗反應(yīng)中的兩個過程、光反應(yīng)與暗反應(yīng)之間均處于一種相對平衡的狀態(tài),由于一個C5對應(yīng)著兩個C3,所以C3含量要比C5高;另一方面,當(dāng)環(huán)境條件突然改變時,如CO2濃度突然降低時,短時間內(nèi)由于CO2固定過程減弱而C3的還原過程仍在進(jìn)行,故C3含量降低而C5含量升高,但一段時間后,反應(yīng)過程又達(dá)到一個新的平衡狀態(tài),所以C3含量不會一直下降。 答案 E 影響光合作用的環(huán)境因素及其在生產(chǎn)上的應(yīng)用 溫馨提示:以下內(nèi)容為難點(diǎn),高考時又為出題熱點(diǎn),望認(rèn)真復(fù)習(xí),真正掌握。 一、內(nèi)部因素對光合作用速率的影響 1.同一植物的不同生長發(fā)育階段 曲線分析:在外界條件相同的情況下,光合作用速率由弱到強(qiáng)依次是幼苗期、營養(yǎng)生長期、開花期。 應(yīng)用:根據(jù)植物在不同生長發(fā)育階段光合作用速率不同,適時、適量地提供水肥及其他環(huán)境條件,以使植物茁壯成長。 2.同一葉片的不同生長發(fā)育時期 曲線分析:隨幼葉發(fā)育為壯葉,葉面積增大,葉綠體不斷增多,葉綠素含量不斷增加,光合速率增大;老葉內(nèi)葉綠素被破壞,光合速率隨之下降。 應(yīng)用:農(nóng)作物、果樹管理后期適當(dāng)摘除老葉、殘葉及莖葉蔬菜及時換新葉,都是根據(jù)其原理,可降低其細(xì)胞呼吸消耗的有機(jī)物。 二、單因子變量對光合作用的影響(外界因素) 1.光照——光合作用的動力 ①光照時間越長,產(chǎn)生的光合產(chǎn)物越多。 ②光質(zhì),由于色素吸收可見光中的紅光和藍(lán)紫光最多,吸收綠光最少,故不同波長的光對光合作用的影響不一樣,建溫室時,選用無色透明的玻璃(或塑料薄膜)做頂棚,能提高光能利用率。 ③光照強(qiáng)度:在一定光照強(qiáng)度范圍內(nèi),增加光照強(qiáng)度可提高光合作用速率。 曲線分析:A點(diǎn)光照強(qiáng)度為0,此時只進(jìn)行細(xì)胞呼吸,釋放CO2量表示此時的呼吸強(qiáng)度。 AB段表明光照強(qiáng)度加強(qiáng),光合作用速率逐漸加強(qiáng),CO2的釋放量逐漸減少,有一部分用于光合作用;而到B點(diǎn)時,細(xì)胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用,即光合作用強(qiáng)度=細(xì)胞呼吸強(qiáng)度,B點(diǎn)對應(yīng)的光照強(qiáng)度稱為光補(bǔ)償點(diǎn)。 BC段表明隨著光照強(qiáng)度不斷加強(qiáng),光合作用強(qiáng)度不斷加強(qiáng),到C點(diǎn)以上不再加強(qiáng)了。C點(diǎn)對應(yīng)的光照強(qiáng)度稱為光飽和點(diǎn)。 應(yīng)用:陰生植物的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)比較低,如上圖虛線所示。間作套種時農(nóng)作物的種類搭配,林帶樹種的配置,冬季溫室栽培避免高溫等都與光補(bǔ)償點(diǎn)有關(guān)。 2.光照面積 曲線分析:OA段表明隨葉面積的不斷增大,光合作用實(shí)際量不斷增大,A點(diǎn)為光合作用面積的飽和點(diǎn)。隨葉面積的增大,光合作用強(qiáng)度不再增加,原因是有很多葉被遮擋,光照不足。 OB段表明干物質(zhì)量隨光合作用增加而增加,而由于A點(diǎn)以后光合作用強(qiáng)度不再增加,但葉片隨葉面積的不斷增加,呼吸量(OC段)不斷增加,所以干物質(zhì)積累量不斷降低(BC段)。 應(yīng)用:適當(dāng)間苗、修剪,合理施肥、澆水,避免徒長。封行過早,使中下層葉子所受的光照往往在光補(bǔ)償點(diǎn)以下,白白消耗有機(jī)物,造成不必要的浪費(fèi)。 3.CO2濃度 曲線分析:圖1中A點(diǎn)表示光合作用速率等于細(xì)胞呼吸速率時的CO2濃度,即CO2補(bǔ)償點(diǎn);圖2中的A′點(diǎn)表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度。兩圖中的B和B′點(diǎn)都表示CO2飽和點(diǎn),兩圖都表示在一定范圍內(nèi),光合作用速率隨CO2濃度增加而增大。 應(yīng)用:大田要“正其行,通其風(fēng)”,多施有機(jī)肥;溫室內(nèi)可適當(dāng)補(bǔ)充CO2,即適當(dāng)提高CO2濃度可提高農(nóng)作物產(chǎn)量。 4.必需礦質(zhì)元素 曲線分析:在一定濃度范圍內(nèi),增大必需礦質(zhì)元素的供應(yīng),可提高光合作用速率,但當(dāng)超過一定濃度后,會因土壤溶液濃度過高而導(dǎo)致植物光合作用速率下降。 應(yīng)用:在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上,根據(jù)植物的需肥規(guī)律,適時、適量地增施肥料,可以提高作物的光能利用率。 5.溫度 曲線分析:溫度主要是通過影響與光合作用有關(guān)酶的活性而影響光合作用速率。 應(yīng)用:冬天,溫室栽培可適當(dāng)提高溫度;夏天,溫室栽培可適當(dāng)降低溫度。白天調(diào)到光合作用最適溫度,以提高光合作用速率;晚上適當(dāng)降低溫室溫度,以降低細(xì)胞呼吸速率,保證植物有機(jī)物的積累。 三、多因子變量對光合作用速率影響的分析(外界因素) 曲線分析:O~P段限制光合速率的因素應(yīng)為橫坐標(biāo)所表示的因子,隨其O~P段不斷加強(qiáng),光合速率不斷提高。P~Q段,圖中標(biāo)出的雙因子共同起作用。當(dāng)?shù)絈點(diǎn)之后,橫坐標(biāo)所表示的因素,不再是影響光合速率的因子,要想提高光合速率,可采取適當(dāng)提高圖示中的另一因子的方法。 應(yīng)用:溫室栽培時,在一定光照強(qiáng)度下,白天適當(dāng)提高溫度,增加光合作用酶的活性,提高光合速率,也可同時充入適量的CO2,進(jìn)一步提高光合速率,當(dāng)溫度適宜時,要適當(dāng)提高光照強(qiáng)度和CO2濃度以提高光合速率??傊筛鶕?jù)具體情況,通過提高光照強(qiáng)度、調(diào)節(jié)溫度或增加CO2濃度等來充分提高光合速率,以達(dá)到增產(chǎn)的目的。 各種環(huán)境因子對植物光合作用并不是單獨(dú)地發(fā)揮作用,而是綜合作用。但各種因子的作用并不是同等重要的,其中起主要作用的因子為關(guān)鍵因子,因此在分析相關(guān)問題時,應(yīng)抓關(guān)鍵因子。 ★★★★ 影響光合作用速率的環(huán)境因素是高考必考的內(nèi)容??疾樾问娇梢允沁x擇題也可以是非選擇題,選擇題的考查側(cè)重于對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,而非選擇題的考查往往結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計來進(jìn)行。 【典例3】 (xx全國大綱理綜,31)金魚藻是一種高等沉水植物,有關(guān)研究結(jié)果如下圖所示(圖中凈光合速率是指實(shí)際光合速率與呼吸速率之差,以每克鮮重每小時釋放O2的微摩爾數(shù)表示)。 據(jù)圖回答下列問題。 (1)該研究探討了________________對金魚藻________的影響。其中,因變量是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)該研究中凈光合速率達(dá)到最大時的光照度為________lx。在黑暗中,金魚藻的呼吸速率是每克鮮重每小時消耗氧氣________μmol。 (3)該研究中凈光合速率隨pH變化而變化的主要原因是 ________________________________________________________________________。 破題關(guān)鍵 解析 本題主要考查環(huán)境因素對光合作用影響的相關(guān)知識。(1)由圖示信息知:實(shí)驗(yàn)研究了光照度、NaHCO3濃度、pH對金魚藻凈光合速率的影響。因變量隨自變量變化而變化,曲線圖的橫、縱坐標(biāo)分別表示自變量和因變量。(2)由圖b知:金魚藻達(dá)到最大凈光合速率所對應(yīng)的光照度處于10.0103 lx和15.0103 lx之間,即12.5103lx。由圖a知:曲線與縱軸的交點(diǎn)即為金魚藻在黑暗環(huán)境中的耗氧速率。 (3)因pH能影響酶的活性,故凈光合速率隨pH變化而變化。 答案 (1)光照度、pH、NaHCO3濃度 凈光合速率 凈光合速率 (2)12.5103 8 (3)酶活性受pH的影響 【訓(xùn)練】 (xx日照測試)如下圖所示,圖甲表示某大棚蔬菜葉肉細(xì)胞的部分結(jié)構(gòu)和相關(guān)代謝情況,其中a~f代表O2或CO2。圖乙表示該植物在適宜條件下O2凈產(chǎn)量(光合作用的O2產(chǎn)生量-呼吸作用的O2消耗量)與光照強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線。據(jù)圖回答下列問題。 (1)在圖甲中,b可代表______,物質(zhì)b進(jìn)入箭頭所指的結(jié)構(gòu)后與______結(jié)合,生成大量的________。 (2)在適宜的條件下,若用CO2、HO供給植物進(jìn)行代謝,則甲圖中的d所代表的物質(zhì)應(yīng)是________。 (3)在圖乙中,A點(diǎn)時葉肉細(xì)胞內(nèi)生成的物質(zhì)有________________,在N點(diǎn)后O2凈產(chǎn)量的增長逐漸減慢并趨向平衡,其制約的內(nèi)在和外在因素分別是________________、__________________。 (4)在其他條件不變的情況下,適當(dāng)提高棚內(nèi)的溫度,可以提高蔬菜的產(chǎn)量,此時乙圖中N點(diǎn)向________(左、右)移動。 (5)在圖乙P點(diǎn)所處的狀態(tài)時,葉綠體內(nèi)ATP移動的方向是______________________。 解析 該題以圖解和坐標(biāo)曲線的形式考查光合作用、呼吸作用的過程。兩者互相提供原料,光合作用需要線粒體中呼吸作用釋放的CO2來合成有機(jī)物,線粒體中呼吸作用要消耗光合作用產(chǎn)生的O2,同時會分解光合作用合成的有機(jī)物為生物生命活動提供直接的能源物質(zhì)。曲線的A點(diǎn)光照強(qiáng)度為零,此時只進(jìn)行呼吸作用,P點(diǎn)表示光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度。 答案 (1)O2 [H] ATP和水 (2)18O2 (3)CO2和H2O 葉綠體的數(shù)量等 二氧化碳濃度(或溫度)等 (4)左 (5)從類囊體的薄膜到葉綠體基質(zhì) ??家族e點(diǎn):光照與CO2濃度驟然變化時,因光合作用中間產(chǎn)物(C3、C5、[H]、ATP)及終產(chǎn)物(C6H12O6、O2)的動態(tài)分析不到位而出錯。 【典例】 離體葉綠體在光下進(jìn)行穩(wěn)定的光合作用時,如果突然中斷CO2的供應(yīng),下列關(guān)于短時間內(nèi)葉綠體中ATP與O2的相對含量變化的示意圖中,正確的是( )。 解析 光合作用穩(wěn)定時,ATP與ADP的轉(zhuǎn)化也相對穩(wěn)定;突然中斷CO2的供給使C3驟減,ATP因失去作用對象而終止水解,此時的光反應(yīng)繼續(xù)利用ADP合成ATP。當(dāng)ADP和NADP+耗盡后,光反應(yīng)也停止,不再產(chǎn)生O2。 答案 B 錯因分析 本題易錯之處是不能對光合作用(包括光反應(yīng)和暗反應(yīng))過程涉及的諸多物質(zhì)含量的變化進(jìn)行相互聯(lián)系、動態(tài)分析,如本題中CO2供應(yīng)的減少,導(dǎo)致暗反應(yīng)減弱,從而影響光反應(yīng)的進(jìn)行。 當(dāng)外界因素中光照強(qiáng)弱、CO2濃度驟然變化時,短時間內(nèi)將直接影響光合作用過程中C3、C5、[H]、ATP及C6H12O6生成量,進(jìn)而影響葉肉細(xì)胞中這些物質(zhì)的含量,它們的關(guān)系歸納如下: (1) ―→―→ 即:停止光照(強(qiáng)→弱)時,[H]↓,ATP↓,C3↑,C5↓,(CH2O)↓。(如圖甲) (2)同理:突然增強(qiáng)光照時,[H]↑,ATP↑,C3↓,C5↑,(CH2O)↑。(如圖乙) (3)―→ ―→―→ 即:停止(減少)CO2供應(yīng)時,C3↓,C5↑,[H]↑,ATP↑,(CH2O)↓。(如圖丙) (4)同理:突然增加CO2供應(yīng)時,C3↑,C5↓,[H]↓, ATP↓,(CH2O)↑。(如圖丁) 糾錯演練 (xx全國新課標(biāo)卷,29)在光照等適宜條件下,將培養(yǎng)在CO2濃度為1%環(huán)境中的某植物迅速轉(zhuǎn)移到CO2濃度為0.003%的環(huán)境中,其葉片暗反應(yīng)中C3和C5化合物微摩爾濃度的變化趨勢如下圖?;卮鹣铝袉栴}。 (1)圖中物質(zhì)A是________(C3化合物、C5化合物)。 (2)在CO2濃度為1%的環(huán)境中,物質(zhì)B的濃度比A的低,原因是________________;將CO2濃度從1%迅速降低到0.003%后,物質(zhì)B濃度升高的原因是___________________。 (3)若使該植物繼續(xù)處于CO2濃度為0.003%的環(huán)境中,暗反應(yīng)中C3和C5化合物濃度達(dá)到穩(wěn)定時,物質(zhì)A的濃度將比B的________(低、高)。 (4)CO2濃度為0.003%時,該植物光合速率最大時所需要的光照強(qiáng)度比CO2濃度為1%時的________(高、低),其原因是________________________。 解析 本題考查光合作用過程及同學(xué)們從曲線中獲取有效信息的能力。當(dāng)環(huán)境中二氧化碳濃度降低時,C5(物質(zhì)B)和CO2結(jié)合生成C3(物質(zhì)A)的速率減慢,而C3(物質(zhì)A)的還原生成C5(物質(zhì)B)不受影響,C5(物質(zhì)B)的含量升高,C3(物質(zhì)A)的含量降低。當(dāng)達(dá)到新的平衡后,由于一分子的C5(物質(zhì)B)和CO2結(jié)合可以生成兩分子的C3(物質(zhì)A),最終物質(zhì)A的濃度比物質(zhì)B高。 答案 (1)C3化合物 (2)暗反應(yīng)速率在該環(huán)境中已達(dá)到穩(wěn)定,即C3和C5化合物的含量穩(wěn)定。根據(jù)暗反應(yīng)特點(diǎn),此時C3化合物的分子數(shù)是C5化合物的2倍 當(dāng)環(huán)境中CO2濃度突然降低時,C5化合物的合成速率不變,消耗速率卻減慢,導(dǎo)致C5化合物積累 (3)高 (4)低 CO2濃度低時,暗反應(yīng)強(qiáng)度減弱,所需要ATP和[H]少 綠葉中色素的提取和分離 1.實(shí)驗(yàn)原理 (1)提取:葉綠體中的色素溶于有機(jī)溶劑而不溶于水,可用無水乙醇等有機(jī)溶劑提取色素。 (2)分離:各種色素在層析液中溶解度不同,溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快,反之則慢,從而使各種色素相互分離。 關(guān)鍵詞及其與試劑的對應(yīng)關(guān)系 提取色素——無水乙醇;分離色素——層析液。 2.實(shí)驗(yàn)程序 — 整理、洗手 3.實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵 (1)葉片要新鮮、顏色要深綠,含有較多色素。 (2)研磨要迅速、充分。葉綠素不穩(wěn)定,易被活細(xì)胞內(nèi)的葉綠素酶水解。充分研磨使葉綠體完全破裂,提取較多的色素。 (3)制備濾紙條時,要將濾紙條的一端剪去兩角,這樣可以使色素在濾紙條上擴(kuò)散均勻,便于觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 (4)濾液細(xì)線不僅要求細(xì)、直,而且要求含有較多的色素,所以要求待濾液干后再畫1~2次。 (5)濾液細(xì)線不能觸及層析液,否則色素溶解到層析液中,濾紙條上得不到色素帶或色素較少。 (1)從色素帶的寬度可推知色素含量的多少; (2)從色素帶的位置可推知色素在層析液中溶解度大小; (3)在濾紙上距離最近的兩條色素帶是葉綠素a與葉綠素b,距離最遠(yuǎn)的兩條色素帶是胡蘿卜素與葉黃素。 本考點(diǎn)以往高考命題側(cè)重于以選擇題的形式考查實(shí)驗(yàn)的方法步驟以及對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。但近兩年的試題回避了慣常實(shí)驗(yàn)考查的形式,而是以簡答題形式對選材、實(shí)驗(yàn)步驟分析、變量分析和推測實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因進(jìn)行了考查應(yīng)重視。 【典例】 (xx上海單科,17) 右圖表示葉綠體色素提取分離實(shí)驗(yàn)中紙層析的結(jié)果,據(jù)圖判斷用作實(shí)驗(yàn)材料的葉片顏色為( )?! ? A.紅色 B.黃色 C.綠色 D.紫色 解析 本題主要考查葉綠體色素提取和分離實(shí)驗(yàn)及濾紙條上各色素帶的位置、粗細(xì)(含量)、顏色等方面的相關(guān)知識。在葉綠體色素提取和分離實(shí)驗(yàn)中,濾紙條上的四條色素帶距點(diǎn)樣處的距離由近及遠(yuǎn)分別是:葉綠素b、葉綠素a、葉黃素、胡蘿卜素,由圖可知,葉綠素含量比類胡蘿卜素含量少,用作實(shí)驗(yàn)材料的葉片應(yīng)呈黃色。B選項(xiàng)正確。 答案 B 【訓(xùn)練1】 (xx廣東理綜,29)中國的飲食講究“色香味”,顏色會影響消費(fèi)。小李同學(xué)擬研發(fā)“綠色”食用色素,他以生長很快的入侵植物水葫蘆為材料進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)。 Ⅰ.提取葉綠素 ―→―→―→ Ⅱ.探究pH對葉綠素穩(wěn)定性的影響 取一些葉綠素粗產(chǎn)品,配成一定濃度的溶液,于室溫(約25 ℃)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),方法和結(jié)果如下表。 實(shí)驗(yàn)組號 葉綠素溶液/ mL 調(diào)pH至 處理時間/min 溶液顏色 ① 3.0 Y 10 綠色 ② 3.0 7.0 10 綠色 ③ 3.0 6.0 10 黃綠色 ④ 3.0 5.0 10 黃褐色 注:葉綠素被破壞后變成黃褐色。 根據(jù)所學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,請回答問題。 (1)提取食用葉綠素的X應(yīng)該為________,原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)表中Y應(yīng)該為________,原因是________________________________________________________________________。 (3)若用作食品色素,天然葉綠素色素不適用于________食品,否則________________________________________________________________________。 (4)小李想了解葉綠素粗產(chǎn)品中是否含有其他色素,請你提供檢測方法并寫出主要步驟。________________________________________________________________________。 解析 葉綠素易溶于有機(jī)溶劑,如丙酮或無水乙醇中;探究pH對葉綠素穩(wěn)定性的影響時,要有酸性、中性和堿性等不同條件;由表格信息可知,酸性條件下可使葉綠素變成黃褐色;可借鑒課本中色素的分離方法進(jìn)行色素種類的鑒定。 答案 (1)對人無害的有機(jī)溶劑(食用酒精) 葉綠素溶于有機(jī)溶劑和應(yīng)考慮溶劑對人體的影響 (2)8.0 實(shí)驗(yàn)中自變量的變化應(yīng)有規(guī)律和應(yīng)考慮堿性pH對葉綠素穩(wěn)定性的影響 (3)酸性 由于葉綠素被破壞造成食品失綠而影響品質(zhì) (4)紙層析法。其主要步驟:①制備濾紙條,②畫色素液細(xì)線,③用層析液分離色素,④觀察色素帶 【訓(xùn)練2】 (xx海南單科,9)關(guān)于葉綠體色素的敘述,錯誤的是( )。 A.葉綠素a和b主要吸收紅光和藍(lán)紫光 B.綠葉中葉綠素和類胡蘿卜素含量不同 C.利用紙層析法可分離4種葉綠體色素 D.乙醇提取的葉綠體色素不能吸收光能 解析 本題主要考查葉綠體色素的種類、含量、吸收光的種類等方面的知識。葉綠素a、葉綠素b主要吸收紅光和藍(lán)紫光。綠葉中葉綠素約占,類胡蘿卜素約占。利用層析液可分離葉綠體色素,提取的葉綠體色素仍可吸收光能,但葉綠體結(jié)構(gòu)被破壞,導(dǎo)致不能進(jìn)行完整的光合作用。 答案 D 光合作用原理及應(yīng)用 1.(xx海南單科,8)將一株生長正常的綠色植物置于密閉的玻璃容器內(nèi),在適宜條件下光照培養(yǎng),隨培養(yǎng)時間的延長,玻璃容器內(nèi)CO2濃度可出現(xiàn)的變化趨勢是( )。 A.一直降低,直至為零 B.一直保持穩(wěn)定,不變化 C.降低至一定水平時保持相對穩(wěn)定 D.升高至一定水平時保持相對穩(wěn)定 解析 本題考查植物光合作用與呼吸作用相互關(guān)系方面的知識。在適宜條件下光照培養(yǎng),植物能進(jìn)行光合作用且光合作用速率大于呼吸作用速率,這樣會導(dǎo)致密閉的玻璃容器內(nèi)的CO2逐漸減少,光合作用速率隨密閉玻璃容器內(nèi)CO2的減少而降低,直至光合作用速率降低到與呼吸作用速率相等,此時CO2濃度在一定水平保持相對穩(wěn)定。 答案 C 2.(xx山東理綜,2)夏季晴朗的一天,甲、乙兩株同種植物在相同條件下CO2吸收速率的變化如圖所示。下列說法正確的是( )。 A.甲植株在A點(diǎn)開始進(jìn)行光合作用 B.乙植株在E點(diǎn)有機(jī)物積累量最多 C.曲線B~C段和D~E段下降的原因相同 D.兩曲線B~D段不同的原因可能是甲植株氣孔無法關(guān)閉 解析 本題主要考查了環(huán)境因素對植物光合速率影響的相關(guān)知識。圖中兩曲線可表示植物的凈光合速率,A點(diǎn)時光合速率等于呼吸速率,說明甲植株在A點(diǎn)前就已經(jīng)開始進(jìn)行光合作用,A錯誤;乙植株在18時后凈光合速率小于0,該植株在18時有機(jī)物的積累量最多,B錯誤;曲線B~C段下降的原因是氣孔關(guān)閉,乙植株因二氧化碳供應(yīng)不足導(dǎo)致光合速率下降,曲線D~E段光合速率下降的原因則是光照強(qiáng)度減弱,C錯誤;分析兩曲線B~D段可知,中午時乙植株出現(xiàn)凈光合速率先下降后上升的現(xiàn)象,這可能是由于乙植株氣孔發(fā)生關(guān)閉造成的,而甲植株沒有發(fā)生類似的現(xiàn)象可能是甲植株氣孔無法關(guān)閉,D正確。 答案 D 3.(xx廣東理綜,26節(jié)選)荔枝葉片發(fā)育過程中,凈光合速率及相關(guān)指標(biāo)的變化見下表。 葉片 發(fā)育時期 葉面積(最大面積/%) 氣孔相對開放度/% A 新葉展開前 19 - - -2.8 B 新葉展開中 87 1.1 55 1.6 C 新葉展開完成 100 2.9 81 2.7 D 新葉已成熟 100 11.1 100 5.8 注:“-”表示未測數(shù)據(jù)。 (1)B的凈光合速率較低,推測原因可能是:①葉綠素含量低,導(dǎo)致光能吸收不足;②________,導(dǎo)致________。 (2)將A、D分別置于光溫恒定的密閉容器中,一段時間后,A的葉肉細(xì)胞中,將開始積累________;D的葉肉細(xì)胞中,ATP含量將________。 (3)與C相比,D的葉肉細(xì)胞的葉綠體中,數(shù)量明顯增多的結(jié)構(gòu)是________。 解析 本題主要考查光合作用的原理及影響光合速率的外界因素的相關(guān)知識。(1)通過分析可知B的總?cè)~綠素含量低,并且氣孔相對開放度較小,前者導(dǎo)致光能吸收不足,后者使二氧化碳供應(yīng)不足,所以B的凈光合速率較低。(2)A的凈光合速率小于0,說明細(xì)胞呼吸吸收的氧氣量高于光合作用產(chǎn)生的氧氣量,一段時間后密閉容器中氧氣含量不足,葉肉細(xì)胞由于進(jìn)行無氧呼吸而開始積累酒精;D的葉肉細(xì)胞中由于凈光合速率大于0,一段時間后密閉裝置中的二氧化碳濃度降低,C3合成不足,C3的還原量減少,ATP的含量增多。(3)與C相比,D葉片的總?cè)~綠素含量較高,由此可判斷D的葉肉細(xì)胞的葉綠體中基粒(類囊體)的數(shù)量較多。 答案 (1)氣孔相對開放度小 CO2吸收不足 (2)乙醇 增加 (3)類囊體(基粒) 4.(xx浙江理綜,30節(jié)選)某植物在停止供水和恢復(fù)供水條件下,氣孔開度(即氣孔開放程度)與光合速率的變化如圖所示,請回答下列問題。 (1)停止供水后,光合速率下降。這是由于水是________的原料,又是光合產(chǎn)物在植物體內(nèi)________的主要介質(zhì)。 (2)在溫度、光照相同的條件下,圖中A點(diǎn)與B點(diǎn)相比,光飽和點(diǎn)低的是________點(diǎn),其主要原因是________________________________________________________________________。 (3)停止供水一段時間后,葉片發(fā)黃,原因是__________________________________________________________。此時類囊體結(jié)構(gòu)破壞,提供給暗反應(yīng)的______________減少。 解析 此題考查光合作用的相關(guān)知識。(1)水是光合作用光反應(yīng)階段的原料,又是光合產(chǎn)物在植物體內(nèi)運(yùn)輸?shù)闹饕橘|(zhì),停止供水,植物光合速率下降。(2)光飽和點(diǎn)是指達(dá)到最大光合速率時的光照強(qiáng)度,在一定CO2濃度范圍內(nèi),CO2濃度越低,光飽和點(diǎn)越低。停止供水后,植物蒸騰作用降低,氣孔開度變小,CO2吸收減少,故B點(diǎn)的光飽和點(diǎn)較A點(diǎn)低。(3)停止供水一段時間后,細(xì)胞內(nèi)自由水減少,葉綠素合成速度變慢或停止,類胡蘿卜素的顏色顯露出來,故葉片發(fā)黃。此時類囊體結(jié)構(gòu)破壞,光反應(yīng)減弱,提供給暗反應(yīng)的[H]和ATP減少。 答案 (1)光合作用 運(yùn)輸 (2)B 氣孔開度降低,CO2吸收減少(答出一項(xiàng)即可) (3)葉綠素合成速度變慢或停止(或葉綠素分解),類胡蘿卜素的顏色顯露出來(答出一項(xiàng)即可) [H]和ATP 光合色素的作用及其提取實(shí)驗(yàn) 5.(xx江蘇單科,4)某研究組獲得了水稻的葉黃素缺失突變體。將其葉片進(jìn)行了紅光照射光吸收測定和色素層析條帶分析(從上至下),與正常葉片相比,實(shí)驗(yàn)結(jié)果是( )。 A.光吸收差異顯著,色素帶缺第2條 B.光吸收差異不顯著,色素帶缺第2條 C.光吸收差異顯著,色素帶缺第3條 D.光吸收差異不顯著,色素帶缺第3條 解析 葉綠體中的葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍(lán)紫光和紅光,胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光,所以當(dāng)水稻葉黃素缺失突變體進(jìn)行紅光照射時,光吸收差異不顯著;對正常葉片葉綠體中的色素提取后,層析的結(jié)果自上而下依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b,故B正確。 答案 B 6.(xx四川理綜,30,Ⅰ)科研人員獲得一種葉綠素b完全缺失的水稻突變體,該突變體對強(qiáng)光照環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng)。請回答下列有關(guān)問題。 (1)提取水稻突變體的光合色素,應(yīng)在研磨葉片時加入________,以防止色素被破壞。用紙層析法分離該突變體葉片的光合色素,缺失的色素帶應(yīng)位于濾紙條的________。 (2)該突變體和野生型水稻的O2釋放速率與光照強(qiáng)度的關(guān)系如上圖所示。當(dāng)光照強(qiáng)度為n時,與野生型相比,突變體單位面積葉片中葉綠體的氧氣產(chǎn)生速率________。當(dāng)光照強(qiáng)度為m時,測得突變體葉片氣孔開放程度比野生型更大,據(jù)此推測,突變體固定CO2形成________的速率更快,對光反應(yīng)產(chǎn)生的________消耗也更快,進(jìn)而提高了光合放氧速率。 (3)如果水稻出現(xiàn)葉綠素a完全缺失的突變,將無法進(jìn)行光合作用,其原因是________________________________________________________________________。 解析 本題主要考查葉綠體色素的提取、分離、色素作用等有關(guān)知識。(1)葉綠體色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)中,研磨葉片時加入碳酸鈣可防止色素被破壞。紙層析法分離色素得到的色素帶自上而下為胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。故突變體缺失的色素帶位于濾紙條最下端。(2)葉綠體產(chǎn)氧速率=凈產(chǎn)氧速率+呼吸速率。光強(qiáng)為n時,突變體與野生型水稻凈產(chǎn)氧速率相等,但突變體呼吸速率較大,故突變體葉片中葉綠體產(chǎn)氧速率較大。光強(qiáng)為m時,突變體葉片氣孔開放程度更大,吸收、固定CO2速率更高,故C3產(chǎn)生速率及其被還原過程中的[H]、ATP的消耗速率也較大。(3)因只有少數(shù)特殊狀態(tài)下的葉綠素a可完成光能轉(zhuǎn)換,故葉綠素a缺失突變體將無法進(jìn)行光合作用。 答案 (1)CaCO3 最下端 (2)較大 C3 [H]、ATP (3)缺失葉綠素a不能完成光能轉(zhuǎn)換 光合作用相關(guān)實(shí)驗(yàn)的考查 7.(xx全國卷)為探究不同條件對葉片中淀粉合成的影響,將某植物在黑暗中放置一段時間,耗盡葉片中的淀粉。然后取生理狀態(tài)一致的葉片,平均分成8組,實(shí)驗(yàn)處理如下表所示。一段時間后,檢測葉片中有無淀粉,結(jié)果如下表。 編號 組1 組2 組3 組4 組5 組6 組7 組8 處理 葡萄糖溶液浸泡溶液中通入空氣 葡萄糖溶液浸泡溶液中通入CO2和N2 蒸餾水浸泡水中通入空氣 蒸餾水浸泡水中通入CO2和N2 光照 黑暗 光照 黑暗 光照 黑暗 光照 黑暗 檢測 結(jié)果 有淀粉 有淀粉 有淀粉 無淀粉 有淀粉 無淀粉 有淀粉 無淀粉 回答下列問題。 (1)光照條件下,組5葉片通過________________作用產(chǎn)生淀粉; 葉肉細(xì)胞釋放出的氧氣來自于________________的光解。 (2)在黑暗條件下,葉片能進(jìn)行有氧呼吸的組別是________。 (3)組2葉片中合成淀粉的原料是________,直接能源物質(zhì)是________,后者是通過________產(chǎn)生的。與組2相比,組4葉片無淀粉的原因是________________________。 (4)如果組7的蒸餾水中只通入N2,預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果是葉片中________(有、無)淀粉。 解析 本題綜合考查了光合作用和呼吸作用及同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)分析能力。(1)植物體通過光合作用合成有機(jī)物;H2O光解后產(chǎn)生氧氣。(2)有氧呼吸離不開氧氣的供應(yīng),組2和組6有氧氣的供應(yīng),可以進(jìn)行有氧呼吸。(4)如果組7的蒸餾水中只通入N2,葉片會因缺少二氧化碳的供應(yīng)而不能進(jìn)行光合作用,不能合成有機(jī)物。 答案 (1)光合 H2O (2)組2和組6 (3)葡萄糖 ATP 有氧呼吸 組4無氧氣,葉片不能進(jìn)行有氧呼吸,淀粉合成缺少ATP (4)無 疑難聚焦,專講專練(一)——光合作用和細(xì)胞呼吸綜合題型專訓(xùn) 一、光合——呼吸中“CO2與O2交換”的物理模型 綠色植物的光合作用是在葉綠體內(nèi)完成的,而細(xì)胞呼吸主要在線粒體內(nèi)進(jìn)行。兩者之間的關(guān)系從物質(zhì)交換的角度來看,主要涉及的是O2和CO2的去路與來源問題。通過構(gòu)建物理模型可以進(jìn)一步加深對光合作用強(qiáng)度與呼吸作用強(qiáng)度之間的內(nèi)在聯(lián)系的理解和認(rèn)識。 1.模型構(gòu)建 2.模型解讀 綠色植物進(jìn)行光合——呼吸過程中,O2和CO2的去路與來源:(1)葉綠體光合作用產(chǎn)生O2的去路:①用于植物呼吸作用;②釋放到周圍的環(huán)境中。(2)葉綠體光合作用利用CO2的來源:①來自植物自身的呼吸作用;②從外界環(huán)境中吸收(若是水生植物,則從周圍的水中吸收)。光合作用強(qiáng)度與呼吸作用強(qiáng)度間的關(guān)系,可參見下表: 光照條件 生理過程 氣體進(jìn)出圖解 生物學(xué)含義 無光照(或黑暗) ⑤和⑥ 只進(jìn)行呼吸作用 弱光照 ①②⑤⑥ 光合作用強(qiáng)度小于呼吸作用強(qiáng)度 較強(qiáng)光照 ①② 光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度 強(qiáng)光照 ①②③④ 光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度 二、光合——呼吸中“光合速率與光照、溫度”的數(shù)學(xué)模型 更多的曲線參見前面所講內(nèi)容! 模型解讀 1.界定總光合速率、呼吸速率與表觀(凈)光合速率 (1)呼吸速率 ①概念:是指單位面積的葉片在單位時間內(nèi)分解有機(jī)物的速率。 ②表示方法:單位時間內(nèi),釋放的CO2量或吸收的O2量。 ③測定條件:黑暗條件下。 (2)表觀(凈)光合速率:光照下測定的CO2吸收速率(或O2釋放速率)。 (3)實(shí)際(總)光合速率:植物在光下實(shí)際合成有機(jī)物的速率。 計算公式:實(shí)際光合速率=表觀(凈)光合速率+呼吸速率。具體可表示為:實(shí)際光合速率=從外界吸收CO2的速率+呼吸釋放CO2的速率,或?qū)嶋H光合速率=釋放O2的速率+呼吸消耗O2的速率。 (4)真正光合速率、凈光合速率與呼吸速率的常用表示方法(如下表) 真正光 合速率 O2產(chǎn)生(生成)速率或葉綠體釋放O2量 CO2固定速率或葉綠體吸收CO2量 有機(jī)物產(chǎn)生(制造、生成)速率 凈光合 速率 植物或葉片或葉肉細(xì)胞O2釋放速率 植物或葉片或葉肉細(xì)胞CO2吸收速率 有機(jī)物積累速率 呼吸 速率 黑暗中O2吸收速率 黑暗中CO2釋放速率 有機(jī)物消耗速率 2.光合速率與植物生長的關(guān)系 (1)當(dāng)凈(表觀)光合速率>0時,植物積累有機(jī)物而生長; (2)凈光合速率=0時,植物不能生長; (3)凈光合速率<0時,植物不能生長,長時間處于此種狀態(tài),植物將死亡。 由圖乙可看出,最有利于植物生長的應(yīng)為凈光合速率的至高點(diǎn),而非真正光合速率的至高點(diǎn)。 【典例1】 如圖甲表示a、b兩種植物光合速率隨光照強(qiáng)度改變的變化曲線,圖乙表示將a植物放在不同濃度CO2環(huán)境條件下,a植物光合速率受光照強(qiáng)度影響的變化曲線。 請分析回答下列問題。 (1)在較長時間連續(xù)陰雨的環(huán)境中,生長受到顯著影響的植物是________。 (2)圖甲中的A點(diǎn)表示________。如果以缺鎂的完全營養(yǎng)液培養(yǎng)a植物幼苗,則B點(diǎn)的移動方向是________________________________________________________________________。 (3)在C點(diǎn)時,葉綠體中ADP的移動方向是從________向________移動。如圖所示中與C點(diǎn)相符合的是________________________________。 (4)與D點(diǎn)相比,E點(diǎn)時葉肉細(xì)胞中C3的含量________;與F點(diǎn)相比,E點(diǎn)時葉肉細(xì)胞中C3的含量________。(填“高”“低”或“基本一致”) (5)當(dāng)光照強(qiáng)度為g時,比較植物a、b的有機(jī)物積累速率M1、M2的大小和有機(jī)物合成速率N1、N2的大小,結(jié)果應(yīng)分別為M1________M2、N1________N2。 (6)增施農(nóng)家肥可以提高光合效率的原因是____________________ ________________________________________________________________________。 解析 根據(jù)坐標(biāo)曲線的含義可知,圖甲是以光照強(qiáng)度和植物種類為自變量的多變量模型,圖乙是以光照強(qiáng)度和CO2濃度為自變量的多變量模型。(1)在較長時間連續(xù)陰雨的環(huán)境中,由于光照不足,a植物生長受到顯著影響。(2)圖甲中,A點(diǎn)光照強(qiáng)度為零,植物不能進(jìn)行光合作用,此時A點(diǎn)表示a植物的呼吸速率。若缺Mg,a植物中的葉綠素減少,使光反應(yīng)受到抑制,只有通過增加光照強(qiáng)度來提高光合速率,才能使光合速率與呼吸速率相等,即B點(diǎn)右移。(3)C點(diǎn)時,光合作用強(qiáng)度最大,在葉綠體基質(zhì)中ATP不斷被分解產(chǎn)生ADP,并移向類囊體薄膜參與ATP的合成。(4)E點(diǎn)與D點(diǎn)相比,兩者CO2濃度相等,所以C3的來源不變,但E點(diǎn)的光照強(qiáng)度較大,光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和[H]多,有利于C3的還原,使其去路增多,所以C3含量降低;E點(diǎn)與F點(diǎn)相比,光照強(qiáng)度相同,光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和[H]相等,所以C3的去路不變,但E點(diǎn)CO2濃度較大,即有利于C3的生成,故C3的含量增加。(5)G點(diǎn)是a與b曲線的交點(diǎn),所以此時M1=M2,而a植物的呼吸速率大于b植物的,因此N1>N2。(6)農(nóng)家肥即有機(jī)肥,分解后可為農(nóng)作物提供CO2和礦質(zhì)元素,有利于光合作用的進(jìn)行。 答案 (1)a (2)a植物的呼吸速率 向右 (3)葉綠體基質(zhì) 類囊體薄膜 D (4)低 高 (5)= > (6)農(nóng)家肥被微生物分解為農(nóng)作物提供CO2;提供礦質(zhì)元素;促進(jìn)土壤微生物的活動,提高土壤的通氣性,促進(jìn)植物對礦質(zhì)元素的吸收(答出任意兩項(xiàng)即可) 【訓(xùn)練1】 如圖是葉肉細(xì)胞在不同光照強(qiáng)度下葉綠體與線粒體的代謝簡圖。以下相關(guān)敘述錯誤的是( )。 A.細(xì)胞①處于黑暗環(huán)境中,那么該細(xì)胞單位時間釋放的CO2量即為呼吸速率 B.細(xì)胞②沒有與外界發(fā)生O2和CO2交換,可斷定此時光合速率等于呼吸速率 C.細(xì)胞③處在較強(qiáng)光照條件下,細(xì)胞光合作用所利用的CO2量為n1與n2的和 D.分析細(xì)胞④可得出,此時的光照強(qiáng)度較弱且n1小于m2 解析 細(xì)胞④中,線粒體利用的O2除來自葉綠體外,還要從細(xì)胞外吸收,說明細(xì)胞呼吸強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度,細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸和光合作用的過程中,O2的凈消耗量(吸收量)m2與CO2的凈生成量n1相等,D錯誤。 答案 D 三、光合作用、細(xì)胞呼吸的測定方法及實(shí)驗(yàn)裝置 1. 表觀(凈)光合速率的測定方法 (1)NaHCO3溶液作用:玻璃瓶中的NaHCO3溶液保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒定,滿足了綠色植物光合作用的需求。 (2)植物光合速率指標(biāo):植物光合作用釋放氧氣,使容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大,毛細(xì)管內(nèi)的水滴右移。單位時間內(nèi)水滴右移的體積即是光合速率。 (3)條件:整個裝置必須在光下。 動態(tài)分析:當(dāng)外界條件變化時,CO2(光)補(bǔ)償點(diǎn)移動規(guī)律 ①若呼吸速率增加,CO2(光)補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)右移,反之應(yīng)左移。 ②若呼吸速率基本不變,條件的改變使光合速率下降時,CO2(光)補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)右移,反之應(yīng)左移。 ③陰生植物與陽生植物相比,CO2(光)補(bǔ)償點(diǎn)和飽和點(diǎn)都相應(yīng)向左移動。 2.細(xì)胞呼吸狀況的實(shí)驗(yàn)測定歸納 欲測定與確認(rèn)某生物的呼吸類型,應(yīng)設(shè)置兩套呼吸裝置,兩套呼吸裝置中的單一變量為NaOH與蒸餾水,即用等量的蒸餾水取代實(shí)驗(yàn)組的NaOH溶液,其他所有項(xiàng)目均應(yīng)一致,加蒸餾水的裝置內(nèi)氣壓變化應(yīng)由CO2與O2共同決定。兩套裝置可如下圖所示,當(dāng)然,此時仍有必要設(shè)置另一組作誤差校正之用。 結(jié)果與分析 ①若裝置1液滴左移,裝置2液滴不動,則表明所測生物只進(jìn)行有氧呼吸(因有氧呼吸產(chǎn)CO2量與耗O2量相等)。 ②若裝置1液滴不動,裝置2液滴右移,則表明所測生物只進(jìn)行無氧呼吸(因無氧呼吸只產(chǎn)CO2,不耗O2)。 ③若裝置1液滴左移,裝置2液滴右移,則表明該生物既進(jìn)行有氧呼吸,又進(jìn)行無氧呼吸。 ④裝置1與裝置2液滴均左移,則呼吸過程中O2吸收量大于CO2釋放量,呼吸底物中可能有脂質(zhì)參與。 a.為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果精確,排除實(shí)驗(yàn)誤差還應(yīng)設(shè)置如圖裝置3,以便校正。 b.進(jìn)行結(jié)果與結(jié)論的描述時應(yīng)“先結(jié)果后結(jié)論”,而不是“先結(jié)論后結(jié)果”,如上。 【典例2】 (xx孝感統(tǒng)考)以小球藻為材料做下列兩組實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)回答下列問題。 實(shí)驗(yàn)一 小球藻在適宜條件下進(jìn)行光合作用時,其繁殖速度較快。在相同培養(yǎng)液中,以圖中的裝置Ⅰ和Ⅱ(密封環(huán)境)分別培養(yǎng)相同品質(zhì)和數(shù)量的小球藻。將兩個裝置都放在陽光下,一定時間后,觀察裝置Ⅰ和Ⅱ發(fā)生的變化。 (1)比較B、C兩試管中的小球藻的繁殖速度,可以發(fā)現(xiàn)________試管的繁殖速度較快,其原因在于________________________________________________________________________。 實(shí)驗(yàn)二 如果用圖中E試管和F試管敞開口培養(yǎng)小球藻,E試管用完全培養(yǎng)液,F(xiàn)試管用缺鎂的營養(yǎng)液,研究光照強(qiáng)度對E、F兩試管中小球藻產(chǎn)生氧氣量的影響,結(jié)果如圖。據(jù)圖回答問題。 (2)P點(diǎn)的坐標(biāo)值表示的意義是____________________。 (3)Q點(diǎn)小球藻釋放的氧氣量為________,其原因是____________________。 (4)當(dāng)光照強(qiáng)度小于M時,限制試管中小球藻光合作用強(qiáng)度的主要環(huán)境因素是________________________________________________________________________。 (5)當(dāng)光照強(qiáng)度沿Q―→M方向移動時,造成E、F兩試管氧氣增加量差異的原因是________________________________________________________________________。 實(shí)驗(yàn)三 將若干小球藻、水草及一條小魚放在一個盛有水的玻璃容器內(nèi),使之處于氣體密閉狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)在溫度適宜的暗室中進(jìn)行,將玻璃容器用黑紙包裹遮光,在距玻璃容器0.3 m處用不同功率的燈泡給予光照1 h時(每換一次燈泡有一個間歇期,間歇期間足以使玻璃容器內(nèi)的含氧量恢復(fù)到初始實(shí)驗(yàn)狀態(tài)),其間用儀器記錄該容器內(nèi)氧氣濃度的變化(濃度單位:g/m3)。遮光實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,去掉黑紙,實(shí)施上述同樣的實(shí)驗(yàn)操作步驟.實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。 15 W 20 W 25 W 30 W 35 W 40 W 45 W 遮光 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 不遮光 -6 -4 -2 0 +2 +5 +10 (6)不遮光的容器在光照為25 W時產(chǎn)生的氧氣量是________g/m3,消耗的氧氣量是________g/m3。 (7)當(dāng)光照強(qiáng)度大于________W時,這個生態(tài)系統(tǒng)才有可能得以長期維持。 (8)實(shí)驗(yàn)中黑紙包裹容器的作用是用來測定______________________。 解析 (1)A燒瓶中的酵母菌是兼性厭氧型生物,通過呼吸作用可產(chǎn)生CO2,而D燒瓶進(jìn)行的是乳酸發(fā)酵,乳酸發(fā)酵不產(chǎn)生CO2,因此B試管小球藻能進(jìn)行光合作用,繁殖的速度較快。(2)P點(diǎn)時,光照強(qiáng)度為零,小球藻只進(jìn)行呼吸作用不進(jìn)行光合作用,因此P點(diǎn)表示光照強(qiáng)度為零時,E試管內(nèi)小球藻呼吸作用吸收的氧氣量。(3)Q點(diǎn)表示光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度,此時凈光合速率為0,(4)分析坐標(biāo)圖可知,當(dāng)光照強(qiáng)度小于M時,限制試管中小球藻光合作用強(qiáng)度的主要環(huán)境因素是光照強(qiáng)度。(5)F試管的培養(yǎng)液中缺少鎂元素,影響葉綠素的正常合成,因此其中小球藻的光合作用效率比E試管低。(- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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