第3章第2讲光合作用

第2讲光与光合作用考纲要求应考方略1．光合作用的发现（光合作用的探究历程）2．叶绿体中的色素3.光合作用的过程4．C3植物和C4植物的概念及叶片结构的特点(选学)5．光合作用的重要意义及作用原理的应用6．化能合成作用7．实验：叶绿体中色素的提取和分离在学习光合作用的具体过程时,重点要掌握光反应和暗反应两个过程的区别是联系,特别是其中的物质变化和能量变化的过程,发生的部位和条件也是要弄清楚的内容.作为高中学生,应该试图从化学反应的角度上看待光合作用的过程,从化学反应发生的变化去认识水和二氧化碳是如何转变成有机物糖类等物质的,在结合初中已有的知识基础,从物质和能量转变的高度上认识光合作用的意义。可以联系光合作用的原理来分析、解释一些生产现象，这有助于更好地认识光合作用原理在农业上的应用。考点聚焦知识结构捕获光能的捕获光能的色素：色素的分布、种类、作用色素和结构叶绿体的结构光合作用的探究历程场所：叶绿体光能总反应式：CO2+H2O(CH2O)+O2光与光合作用光合作用的过程叶绿体光合作用的光反应：包括水的光解、ATP的形成，在原理和应用过程类囊体的薄膜上进行暗反应：包括二氧化碳的固定、三碳化合物的还原，在叶绿体的基质中进行光合作用原理的应用增加CO2的浓度,控制光照的强度(提高农作物的产量)控制温度的高低化能合成作用：如，硝化细菌C3植物和C4植物重点、难点重点:绿叶中色素的种类和作用,光合作用的发现以及研究历史,光合作用的光反应、暗反应过程以及相互关系，影响光合作用强度的环境因素。难点：光反应和暗反应的过程，探究影响光合作用强度的环境因素。热点问题1、光合作用一直是高考考查的重点与热点之一。考查主要围绕光合作用的过程展开，对这个生理过程的反应物、生成物、反应场所、反应条件以及影响因素等进行考查，综合性强，联系实际紧密。例如：2000年全国高考-16题，2002年全国高考-8题。2、另一个热点是考查光合作用和呼吸作用的关系，以及影响光合作用和呼吸作用的因素。题目结合坐标图、表格考查学生运用所学基本知识分析、理解图表资料和解答有关问题的能力。例如：1999年全国高考-45题，2000年全国高考-44题，新旧课程理科综合2001年-25题，旧课程理科综合卷2002-3题等。考点解读名师导航知识·技能考点1光合作用的发现（光合作用的探究历程）探究者探究过程探究所得现象普里斯特利点燃蜡烛与绿色植物，密闭蜡烛不熄灭小鼠与绿色植物，密闭小鼠不易窒息英格豪斯做了500多次植植物体只有绿【例1】（2003辽宁）某科学家用2H标记的H2O追踪光合作用中H的转移，最可能的途径是（）A.H2O→[H]→C6H12O6；B.H2O→[H]→C5→C6H12O6；C.H2O→[H]→C3→C6H12O6；D.H2O→[H]→C5→C3→C6H12O6【解析】在光合作用过程中：H20→，光反应，光解[H]→，暗反应，物更新实验叶才能进行光合作用。梅耶指出：植物在进行光合作用时，把光能转变成化学能储存起来。萨克斯绿叶在黑暗中放置几小时，然后让叶片一半曝光、一半遮光。一段时间后，用碘蒸气处理叶片。曝光的一半呈深蓝色，遮光的一半则没有颜色变化。鲁宾、卡门向植物提供H18O、CO2释放18O2向植物提供H2O，C18O2，释放O2考点2叶绿体中的色素叶绿体中的色素包括叶绿素叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色），两者合称为叶绿素，含量约占总色素含量的3/4，还有叶黄素（黄色）、胡萝卜素（橙黄色），两者合为类胡萝卜素，含量约占1/4。色素分布在类囊体的薄膜上，光合色素的作用是吸收和传递光能，叶绿素a能将光能转化成电能。其中叶绿素a和叶绿素b主要吸收篮紫光和红光；叶黄素和胡萝卜素主要吸收篮紫光。叶绿素吸收绿光最少。因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。到了秋天后由于很多叶绿素都被破坏了，呈现出叶黄素和胡萝卜素的颜色—黄色。考点3光合作用的过程（1）场所：叶绿体（2）酶：分布于叶绿体基粒上和叶绿体基质中光能（3）总反应式：CO2+H2OCH2O）+O2叶绿体（4）光合作用的过程包括光反应和暗反应。光反应包括水的光解，ATP的形成；在类囊体的薄膜上进行。暗反应包括二氧化碳的固定，三碳化合物的还原；在叶绿体的基质中进行。光反应部位：叶绿体囊状结构薄膜上。条件：光、色素、光反应酶物质变化：光能水的光解：2H2O4[H]+O2光能、酶ATP的形成：ADP+PiATP能量变化：光能---电能----活跃化学能产物：O2、[H]、ATP实质：将光能转变成ATP中活跃的化学能暗反应部位：叶绿体基质；条件：暗反应酶、ATP、还原，C3→，C6H12O6，故最可能的途径应是C项。本题常见的错误是选B或D项，其原因是没有注意C5的作用是固定CO2。答案A【例2】1771年，英国科学家普利斯特利将点燃的蜡烛与绿色植物一起放在一个密封的玻璃罩内，蜡烛不容易熄灭。今天我们对这一现象的合理解析是（）A．植物可以更新空气B．蜡烛燃烧所需要物质来自绿色植物C．绿色植物在烛光下能制造有机物D．绿色植物在烛光下能释放空气【解析】A是当年的结论，而今天我们已经知道更新空气的成分是什么B答案所言燃烧物质，绿色植物不可能满足；C答案所谈“有机物”此实验不能给予证实。所以答案是D。答案：D【例3】胡萝卜素和叶黄素在光合作用中的作用是（）A.传递光能、传送电子；B.传递光能、转变光能；C.吸收光能、转变光能；D.吸收光能、传递光能【解析】叶绿体中的四种色素（叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶黄素都有吸收、传递光能的作用，但能转化利用光能的仅有少数叶绿素a分子。答案：D。【例4】叶绿体色素溶液放在自然光源和三棱镜之间，从镜另一侧观察连续光谱中变暗的主要区域是：A.红光和蓝光区；B.黄光和蓝紫光区；C.绿光和红光区；D.黄光和绿光区【解析】叶绿素吸收绿光最少，叶绿素a和叶绿素b主要吸收篮紫光和红光；叶黄素和胡萝卜素主要吸收篮紫光。答案：A【例5】光合作用过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是A叶绿体的类囊体膜上进行光反应和暗反应；B叶绿体的类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应C叶绿体基质中可进行光反应和暗反应；D叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应【解析】因为叶绿体类囊体膜上有吸收光能的色素及适于光反应的酶，而叶绿体基质中仅有适于暗反应的酶，所以光合作用光反应在叶绿体的类囊体膜上进行，而光合作用暗反应在叶绿体的基质中进行。答案：D【例6】光合作用过程中，在叶绿体的类囊体膜上进行的①释放[H]；②氧气的生成；③ADP转变为ATP；④CO2的固定和还原A①②③B②③④C②④D①②③④【解析】在类囊体的薄膜上进行的是光反应，包括水的光解，ATP的形成。答案：A【例7】在光合作用过程中不属于暗反应的是A.二氧化碳与五碳化合物结合；B.三碳化合物接受ATP释放的能量；[H]物质变化：（光合作用暗反应阶段包括两个过程）①二氧化碳的固定CO2+C52C3②C3的还原2C3C6H12O6能量变化：活跃的化学能，有机物中稳定的化学能。实质：同化CO2，将ATP中活跃的化学能储存在（CH2O）中（5）光合作用的实质：①物质变化：无机物变成有机物，②能量变化：光能ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能以利循环利用）考点4C3植物和C4植物的概念及叶片结构的特点(选学)(1)C3植物和C4植物叶片结构的特点C3植物:维管束鞘细胞由一圈不含叶绿体的薄壁细胞构成、维管事鞘外的叶肉细胞排列疏松。C4植物：围绕维管事的是呈“花环型”的两圈细胞，里面是一圈含有大而多且没有基粒的叶绿体的维管事鞘细胞、外面一圈是一部分叶肉细胞（2）C4植物光合作用的特点：既有C4途径，又有C3途径，大大提高了固定CO2的能力（3）C3和C4植物的代表植物：C3，典型的温带植物，例如水稻、小麦、大豆、烟草和马铃薯等；C4：典型的热带或亚热带植物，例如，玉米、高粱、甘蔗等（4）对二氧化碳的利用率：C3的利用率较高，C4的利用率较低。过程·方法考点5光合作用的重要意义及作用原理的应用光合作用的重要意义：有机物的来源（绿色工厂）；能量的来源（能量转换站）；维持大气中氧和二氧化碳的平衡（自动空气净化器）；对生物进化具有重要作用许多增加农作物产量的措施是为了提高光合作用的强度或者是延长光合作用时间。具体分析如下：光对光合作用的影响：（1）光照强度：光合作用随光照强度的变化而变化，在一定范围内，光合作用速率随光照强度的增强而加快；但光照强度增加到一定强度，光合作用速率不再加快。（2）光质不同也影响光合作用速率，复色光（白光）下，光合速率最快；单色光中在红光下光合速率最快，蓝光次之，绿光最差。在生产上的应用：（1）轮作——延长光合作用时间（2）合理密植——增加光合作用面积C.释放[H]D.[H]传递给三碳化合物【解析】释放[H]是水的光解的产物。答案：C【例8】在叶绿体中，ATP和ADP的运动方向是A．ATP与ADP同时由类囊体膜向叶绿体基质运动B．ATP与ADP同时由叶绿体的基质向类囊体膜运动C．ATP由类囊体膜向叶绿体的基质运动，ADP的运动方向则正好相反D．ADP由类囊体膜向叶绿体的基质运动，ATP则是向相反方向运动【解析】光反应生成ATP，其发生场所是叶绿体囊状结构薄膜上，因此，ADP的运动方向由叶绿体的基质向类囊体膜运动。暗反应消耗ATP，其发生场所是叶绿体的基质，因此，ATP应由类囊体膜向叶绿体的基质运动。答案：C【例9】图6表示在适宜的温度、水分和CO2条件下，两种植物光合作用强度的变化情况。下列说法错误的是（）图6（下图）A.当光照强度增加到一定程度时，光合作用强度不再增加，即达到饱和；B.C3植物比C4植物光合作用强度更容易达到饱和；C.C4植物比C3植物光能利用率高；D.水稻是阴生植物，玉米是阳生植物。【解析】在确定温度、水分和CO2为定量的前提下，光照强度、不同植物、光合作用强度为变量。当选择光照强度为单一变量时，玉米、水稻是定量，A、B选项正确；当选择植物为变量时（如右图7所示），光照强度为定量，当光照强度为a时，玉米光合作用强度高于水稻，表明其光能利用率高，所以C选项正确。答案：D。【例10】（2005年生物高考上海卷）回答有关光合作用的问题：图10表示当影响光合作用的因素X、Y和Z变化时，光合作用合成量和光强度的关系。图10（1）图中X1、X2、X3的差异是由于__________影响了光合作用的-_________所导致。要提高大棚作物的光合作用合成量，由X3增加为X1，最常采取的简便而有效的措施是________。（2）图中Y1、Y2、Y3的差异是由于__________影响了光合作用的__________所致。（3）图中Z1、Z2、Z3的差异表现在光合作用中_________反应的不同，如果Z因素代表植物生长发育期，则代表幼苗期、营养生长和现蕾开花期（3）温室大棚使用无色透明玻璃温度对光合作用的影响：光合作用过程需要多种酶催化。温度会直接影响酶的活性，进而影响光合作用速率。在一定范围内光合作用速率随温度升高而加快；温度过高会使酶活性下降，从而使光合作用速率下降CO2浓度对光合作用的影响：CO2是光合作用的原料之一。在一定范围内，植物光合作用速率随CO2浓度增大而加快，但达到一定浓度时，再增加CO2浓度，光合作用速率也不再增加。在生产上的应用：施用有机肥及采取其他措施，提高大田或温度CO2浓度必需矿质元素对光合作用的影响：矿质元素会直接或间接影响光合作用。N、Mg、Fe、Mn等是叶绿素生物合成所必需的元素；K、P等参与碳水化合物代谢，缺乏时会影响糖类的转变和运输；P参与叶绿体膜的构成及光合作用中间产物的转变和能量传递。在生产上的应用：合理施肥水对光合作用的影响：水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质。另外，水还影响气孔的的开闭，间接影响CO2进入植物体，所以水对光合作用影响很大。在生产上的应用：预防干旱，合理灌溉考点6化能合成作用硝化细菌是比较典型的以能进行化能合成作用的细菌，它主要分两类：一类是亚