专题5光合作用

专题5光合作用高频考点光合作用的基本过程理解光合作用发生的场所、条件、物质变化和能量变化影响光合作用速率的环境因素理解各种因素影响光合作用的原理及其在生产中的应用叶绿体色素的提取和分离掌握色素提取和分离的原理、方法和现象分析【高考突破1】光合色素的作用及提取与分离1.叶绿素和其他色素色素种类叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素色素颜色蓝绿色黄绿色橙黄色黄色分布叶绿体基粒的类囊体膜上化学特性不溶于水，能溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂分离方法纸层析法植物叶色正常绿色一般来说，正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素的分子比例约为4∶1，叶绿素a和叶绿素b约为3∶1，叶黄素和胡萝卜素的分子比例约为2∶1。因为叶绿素比类胡萝卜素多，所以正常的叶总是呈绿色叶色变黄寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，显示出类胡萝卜素的颜色，叶子变黄叶色变红秋天降温时，植物体为适应寒冷环境，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷而逐渐降解，叶子呈现红色2.绿叶中色素的提取和分离(1)原理解读：①色素溶于有机溶剂而不溶于水，可用无水乙醇等有机溶剂提取绿叶中的色素。②各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。(2)实验流程：(3)实验中的注意事项：①选材：应选取鲜嫩、颜色深绿的叶片，以保证含有较多的色素。②提取色素：研磨要迅速、充分，且加入各物质的量要成比例，以保证提取较多的色素和色素浓度适宜。③制备滤纸条：剪去两角，以保证色素在滤纸条上扩散均匀、整齐，便于观察实验结果，否则，会形成弧形色素带。④画滤液细线：用力要均匀，快慢要适中。滤液细线要细、直，且干燥后重复画一两次，使滤液细线既有较多的色素，又使各色素扩散的起点相同。⑤色素分离：滤液细线不要触及层析液，否则滤液细线中的色素分子将溶解到层析液中，滤纸条上得不到色素带。【名师点睛】1.原核生物中的光合作用色素(1)藻胆素是藻类进行光合作用的主要色素；(2)光合细菌和蓝藻没有叶绿体，但有光合作用色素，能进行光合作用。2.闪记色素在滤纸条上的分布叶绿体色素在滤纸条上的分布从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。串起来就是四个字：胡黄ab。3.色素带上色素的分布规律之“四最”(1)最宽——叶绿素a；(2)最整齐——胡萝卜素；(3)距离最近——叶绿素a与叶绿素b；(4)距离最远——胡萝卜素与叶黄素。4.实验中几种化学试剂的作用(1)无水乙醇用于提取绿叶中的色素。(2)层析液用于分离绿叶中的色素。(3)二氧化硅可增加杵棒与研钵间的摩擦力，破坏细胞结构，使研磨充分。(4)碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。5.异常实验现象原因(1)收集到的滤液绿色过浅的原因①未加石英砂，研磨不充分；②使用放置数天的菠菜叶滤液，色素(叶绿素)太少，绿色过浅；③一次加入大量的无水乙醇提取，浓度太低(正确做法：分多次每次加入少量无水乙醇提取色素)。(2)滤纸条色素带重叠：滤纸条上的滤液细线接触到层析液。【高考突破2】光合作用过程1.光合作用的过程图解2.光反应和暗(碳)反应的区别与联系项目光反应暗反应区别条件需要叶绿素、光、酶和水需要酶、ATP、［H］(NADPH)、CO2场所在叶绿体类囊体薄膜上在叶绿体基质中物质转化①水的光解：2H2O4［H］+O2②ATP形成：ADP+Pi+能量→ATP③CO2的固定：CO2+C52C3④C3的还原：2C3C5+(CH2O)+H2O区别能量转化光能→电能→储存于ATP中的活跃的化学能ATP中活跃的化学能→(CH2O)中稳定的化学能实质光能转变成活跃的化学能，并生成O2和［H］同化CO2形成(CH2O)、储存能量联系光反应为暗反应提供［H］、ATP；暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+【名师点睛】1.写光合作用的总反应式时，需注意的问题(1)反应条件不能漏掉：没有光能，没有叶绿体中的酶和色素，反应不能进行。(2)有机产物：光合作用产生的有机物可以是葡萄糖，再转化成蔗糖、淀粉，也可以形成氨基酸、脂质等。为了方便理解，通常用“(CH2O)”代表。(3)反应式最后不要加能量：通过光合作用，植物将光能转换为有机物中的化学能，反应过程中没有能量放出。2.光反应必须在光下进行，而暗反应有光无光都能进行。3.催化光反应与暗反应的酶，其种类和场所均不同，前者分布在类囊体的薄膜上，后者分布在叶绿体基质中。【高考突破3】影响光合作用的因素及在生产上的应用因素图像关键点的含义在生产上的应用光照强度①A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸；②AB段表明随光照强度增强，光合作用逐渐增强；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＝细胞呼吸强度；④BC段表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强；⑤C点为光合作用的饱和点延长光合作用时间：通过轮作，延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间光合作用面积①OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大；②A点为光合作用面积的饱和点，随叶面积的增大，光合作用不再增加。③OB段干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用量不再增加，而叶片随叶面积的不断增加呼吸量不断增加，所以干物质积累量不断降低，如BC段。④植物的叶面积指数不能超过C点，若超过C点，植物将入不敷出，无法正常生长适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长，上部叶片太多，使中下层叶片所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费CO2浓度①在一定范围内，植物光合速率随CO2浓度增大而加快；②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，植物代谢减弱)施用有机肥及采取其他措施，如提高大田或温室CO2浓度(有机肥可在微生物作用下产生CO2)温度光合作用是在酶的催化下进行的，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℃)，随温度的升高而光合作用逐渐加强，B点(35℃)以上酶活性下降，光合作用强度开始下降，50℃时光合作用基本停止增加昼夜温差，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用强度；晚上适当降低温室的温度，以降低呼吸消耗，保证植物有机物的积累叶龄①随幼叶不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合速率不断提高；②壮叶时，叶面积、叶绿体、叶绿素都处于稳定状态，光合速率基本稳定；③老叶时，随叶龄增加，叶内叶绿素被破坏，光合速率下降农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶必需矿质元素直接或间接影响光合作用。主要有：①N、Mg、Fe、Mn等是叶绿素合成所必需的元素；②K、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；③P参与叶绿体膜的构成及光合作用中间产物的转化和能量的传递合理施肥【名师点睛】光合作用和细胞呼吸的两个注意(1)注意时间长短：①若是“短时间内”，一般只考虑光合作用或细胞呼吸中的其中一个；②若是“若干时间”、“足够长时间”则应同时考虑光合作用和细胞呼吸两个过程。(2)注意无光照时的细胞呼吸：①植物进行光合作用的同时，一定进行着细胞呼吸；②进行细胞呼吸时不一定进行光合作用，因为光合作用只有在有光存在时才能进行，而细胞呼吸无时无刻不在进行着。【状元心得】1.光合作用与呼吸作用的综合计算(1)光合作用的实际产氧量＝实测氧气的释放量＋呼吸作用的消耗量;(2)光合作用的实际二氧化碳消耗量＝实测二氧化碳的吸收量＋呼吸作用的二氧化碳释放量;(3)光合作用实际葡萄糖生产量=光合作用的葡萄糖净产量+呼吸作用葡萄糖消耗量。2.光合总产量和光合净产量常用的判定方法(1)若CO2吸收量出现负值，则纵坐标为光合净产量；(2)CO2吸收量、O2释放量和葡萄糖积累量都表示光合净产量；(3)光合作用CO2吸收量、光合作用O2释放量和葡萄糖制造量都表示光合总产量。分析坐标图时，首先要明确纵坐标和横坐标的含义，然后根据相关问题深入分析。【高考突破4】光合作用与细胞呼吸的综合问题分析1.光合作用与细胞呼吸的区别与联系比较项目光合作用细胞呼吸场所叶绿体细胞质基质和线粒体或细胞质基质代谢类型合成作用(同化作用)分解作用(异化作用)物质变化无机物有机物有机物无机物能量变化光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能+热能实质合成有机物，储存能量分解有机物，释放能量，供细胞利用条件只在光下进行有光、无光都能进行范围绿色植物细胞和光合细菌几乎所有活细胞联系2.关于总光合量与净光合量的比较、分析与计算(1)曲线及其解读：绿色植物每时每刻都在进行细胞呼吸，当在光下测定植物光合作用强度时，由于植物的细胞呼吸同时进行，因而实际测得的数值应为光合作用与细胞呼吸的代数和。①图示：②解读：只呼吸不光合呼吸＞光合A点植物释放CO2AB段植物释放CO2吸收O2吸收O2光合=呼吸光合＞呼吸B点植物外观上不与外B点后植物吸收CO2界发生气体交换释放O2(2)相关计算：植物的光合作用与细胞呼吸同时进行时，应存在如下关系：①光合作用实际产氧量(叶绿体产氧量)＝实测植物氧气释放量+细胞呼吸耗氧量。②光合作用实际CO2消耗量(叶绿体消耗CO2)＝实测植物CO2吸收量+细胞呼吸CO2释放量。③光合作用葡萄糖净生产量(葡萄糖积累量)=光合作用实际葡萄糖生产量(叶绿体产生或合成葡萄糖量)-细胞呼吸葡萄糖消耗量。(3)对应于总光合量或净光合量的几种常见描述方法：①植物或叶片吸收CO2(或释放O2)量——净光合量；②植物或叶片“积累”葡萄糖量(或有机物量)——净光合量；③植物或叶片“制造”或“生产”或“合成”有机物量——总光合量；④叶绿体吸收CO2(或释放O2)量——总光合量。【名师点睛】光合作用速率与呼吸作用速率的测定方法(1)光合作用速率表示方法：通常以一定时间内CO2等原料的消耗或O2、(CH2O)等产物的生成数量来表示。但由于测量时的实际情况，光合作用速率又分为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(葡萄糖)积累量表示。②真正光合速率：常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或制造、生产、合成有机物的量表示。(2)呼吸速率：将植物置于黑暗中，实验容器中CO2增加量、O2减少量或有机物减少量，即表示呼吸速率。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。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。【状元心得】环境条件变化与点的移动参照“关于总光合量与净光合量的比较、分析与计算”的曲线图(1)当CO2浓度由1%降至0.003%时B点右移；C点下移；D点左移。(2)当温度由25℃升至30℃时(光合作用最适温度25℃，呼吸作用最适温度30℃)A点下移；B点右移；C点下移；D点左移。【高考突破5】易错辨析易错易混点1并不是绿色植物所有的细胞都可以进行光合作用光合作用只在含有叶绿体的部分细胞中进行，如绿色植物的叶肉细胞，而茎的内部细胞如形成层细胞和根细胞等都不能进行。易错易混点2误认为光合作用中所有的反应都需要酶的催化光合作用中色素吸收、传递、转化光能过程中不需要酶的催化，而ATP的形成、CO2的固定、C3的还原离不开酶的催化。易错易混点3暗反应不需要光，理解成没有光照，暗反应照常进行没有光反应，暗反应无法进行，所以晚上植物只进行呼吸作用，不进行光合作用；没有暗反应，有机物无法合成，生命活动也就不能持续进行。易错易混点4有关光合作用场所的几点警示(1)含有光合色素的原核生物(如蓝藻)虽然没有叶绿体，但也能进行光合作用，制造有机物，为自养生物。(2)真核生物叶绿体内不仅含有捕捉光能的4种色素，而且含有多种与光合作用有关的酶，并且具有在光合作用中吸收CO2释放O2的特性。可见，光合作用全过程都在叶绿体内进行。易错易混点5净(表观)光合作用速率和真正光合作用速率的辨析(1)公式：真正光合速率＝净(表观)光合速率＋呼吸速率(2)图解：分析：数值a是测定到的植物CO2吸收量，即净光合作用速率。数值b是植物的呼吸