2013高考一轮复习 必修1 4.18 光合作用的探究历程及其过程

第十八课时能量之源——光与光合作用(2)(光合作用的探究历程及其过程)考点一光合作用的探究历程【基础知识整合】1．直到18世纪中期，人们一直以为只有土壤中的水分是植物建造自身的原料。2．1771年，英国的普利斯特利的实验证实：植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气。3．1779年，荷兰的英格豪斯证明了阳光和绿叶在更新空气中不可缺少。4．1785年，随着空气组成成分的发现，人们才明确绿叶在光下放出的气体是，吸收的是。O2CO25．1864年，德国的萨克斯的实验证实了光合作用的产物除氧气外还有。6．1939年，美国的鲁宾和卡门利用法证明了。7．20世纪40年代，美国的卡尔文，利用技术最终探明了在光合作用中转化成碳的途径。淀粉同位素标记光合作用释放的氧气来自水同位素标记CO2中的碳有机物中【知识拓展】1．普利斯特利的实验(1)实验过程及现象(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(2)实验分析①设置了自身对照，自变量为照光和遮光，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(淀粉)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。应用指南：1.应用普利斯特利的实验装置和萨克斯的实验处理方法可以验证CO2是光合作用必需的原料，在实验时应注意要将植物在暗处处理几小时，消耗掉叶片中的营养物质(淀粉)。2．应用鲁宾和卡门的同位素标记法可以追踪CO2和H2O中的C、H、O等元素在光合作用中的转移途径。考点二光合作用的过程【基础知识整合】1．光反应(1)场所：叶绿体。(2)条件：、、酶等。(3)物质变化：叶绿体利用吸收的光能，将水分解成，同时促成ADP和Pi发生化学反应，形成。(4)能量变化：光能转变为。囊状结构薄膜上光色素O2和[H]ATPATP中活跃的化学能2．暗反应(1)场所：叶绿体的中。(2)条件：参加催化。(3)物质变化：①CO2的固定：CO2与植物体内的结合，形成。②C3的还原：在有关酶的催化作用下，C3接受释放的能量并且被还原，经过一系列的变化，形成或C5。(4)能量变化：ATP中活跃的化学能转变为。基质多种酶C5C3ATP[H]糖类糖类等有机物中稳定的化学能【知识拓展】光合作用过程分析1．光合作用过程图解3．光照和CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、[H]、ATP和O2及(CH2O)合成量的影响【典例精析】【例】(2011新课标)在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。回答问题：(1)图中物质A是(C3化合物、C5化合物)。(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是；将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是。C3化合物暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5化合物的含量稳定。根据暗反应的特点，此时C3化合物的分子数是C5化合物的2倍当CO2浓度突然降低时，C5化合物的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5化合物积累(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的(低、高)。(4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的(高、低)，其原因是。高低CO2浓度低时，暗反应的强度低，所需ATP和[H]少【考查类型】本题主要考查光合作用过程中C3、C5含量的关系及在CO2浓度改变时C3和C5的变化规律。【解析】(1)由图可以看出，当CO2浓度由1%降低到0.003%时，在短时间内，暗反应中发生的反应是CO2＋C5→2C3，所以CO2浓度降低时，C3含量降低，故物质A是C3。(2)在CO2浓度为1%时，由于CO2＋C5→2C3，一个C5生成两个C3，所以C3是C5的两倍，故物质B浓度比A浓度低。当CO2浓度从1%降到0.003%时，CO2浓度降低，但是C5化合物的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5的积累。(3)CO2浓度为0.003%时，C3和C5化合物的浓度保持稳定后，暗反应保持稳定，此时仍根据暗反应中CO2的固定的反应式确定，C3化合物的量应是C5化合物的量的2倍。故持续处于CO2浓度为0.003%时，A浓度比B浓度高。(4)CO2浓度低时，意味着暗反应强度降低，所需要的ATP及[H]少。【方法归纳】凡是涉及到光照和CO2浓度突然改变对植物细胞内C3、C5、[H]、ATP和O2及(CH2O)合成量的影响的题目，一定要既考虑来源，又考虑去路。光合作用达到稳定状态时不管条件怎么样，C3、C5的相对含量是一样的。课时练习十九一、选择题(每小题只有一个正确选项)1．普里斯特利把一只小白鼠和一盆植物一同放到一个玻璃罩内，结果小白鼠和植物都能存活很长时间。但后来有人重复这个实验，却有的能成功，有的不能成功。以下关于这一现象的说法，不正确的是()A．该实验并不科学，没有可重复性B．该实验的成功与否，要看是否将装置置于阳光下C．该实验说明光合作用释放的氧气与小白鼠需要的氧达到了平衡D．该实验说明光合作用需要的CO2与小白鼠呼出的CO2达到了平衡A2．下图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下相关比较不正确的是()CA．Y2的质量大于Y3的质量B．④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量C．②中水的质量大于④中水的质量D．试管①的质量大于试管②的质量【解析】由题意可知，4支试管内小球藻的光合作用强度相等，②和④中同时使用的H218O，故②中水的质量等于④中水的质量，C不正确。3．光合作用的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】光合作用的光反应在叶绿体的类囊体膜上进行，暗反应在叶绿体基质中进行。D4．下列物质转变过程属于光反应的是()A．①③⑤⑦B．①②④⑧C．②③⑦⑧D．①④⑦⑧D5．如图是一晴朗夏日某植物光合作用强度随时间变化的曲线图，C点与B点相比较，叶肉细胞内的C3、C5、ATP和[H]的含量发生的变化依次是()A．升、升、升、升B．降、降、降、降C．降、升、升、升D．升、升、降、降【解析】12h～15h，光合作用强度下降，此时导致光合作用强度下降的原因是CO2供应不足，暗反应减弱，CO2固定减弱而C3还原仍正常进行，C3含量下降，C5、ATP和[H]的含量因积累而上升。C6．在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中C3和C5化合物含量的变化是()A．C3和C5都迅速减少B．C3和C5都迅速增加C．C3迅速增加，C5迅速减少D．C3迅速减少，C5迅速增加C7．在叶肉细胞中，CO2的固定和产生场所分别是()①叶绿体基质②类囊体薄膜③线粒体基质④线粒体内膜A．①③B．②③C．①④D．②④A二、非选择题8．如图为光反应、暗反应联系示意图，据图回答下列问题：(1)填出图中字母所表示的物质：A，b，c，d。O2ATP[H]CO2(2)若小麦在适宜条件下栽培，突然将d降至极低水平，则小麦叶片中的三碳化合物的含量会突然减少，其原因是；若降低d的同时，又停止光照，则不会出现上述现象，其原因是。(3)若对某植物作如下处理：(甲)持续光照10分钟，(乙)光照5秒后再黑暗处理5秒，连续交替进行20分钟。若其他条件不变，则在甲、乙两种情况下植物所制造的有机物总量是()A．甲多于乙B．甲少于乙C．甲和乙相等D．无法确定CO2固定减弱C3还原也减弱B9．请回答下列有关光合作用的问题：(1)光合作用受到温度、二氧化碳浓度和光照强度的影响。其中，光照强度直接影响光合作用的过程；二氧化碳浓度直接影响光合作用的过程。(2)甲图表示在二氧化碳充足的条件下，某植物光合速度与光照强度和温度的关系。①在温度为10℃、光照强度大于千勒克斯时，光合速度不再增加。当温度为30℃、光照强度小于L3千勒克斯时，光合速度的限制因素是。光反应暗反应L1光照强度②根据甲图，在乙图的坐标上标出光照强度为L2千勒克斯，温度分别为10℃、20℃和30℃时的光合速度。答案如下图(3)丙图表示A、B两种植物的光合速度与光照强度的关系。①当在千勒克斯光照强度条件下，A、B两种植物的光合速度相同。②A植物在光照强度为8千勒克斯时，2小时单位叶面积可积累葡萄糖mg。(计算结果保留一位小数。相对原子质量C－12，H－1，O－16)③B植物在1天内(12小时白天，12小时黑夜)，要使有机物积累量为正值，白天平均光照强度必须大于千勒克斯。510.9210．(2011全国卷大纲版)为探究不同条件对叶片中淀粉合成的影响，将某植物在黑暗中放置一段时间，耗尽叶片中的淀粉。然后取生理状态一致的叶片，平均分成8组，实验处理如下表所示。一段时间后，检测叶片中有无淀粉，结果如下表。请根据该表及相关知识回答问题：编号组1组2组3组4处理葡萄糖溶液浸泡溶液中通入空气葡萄糖溶液浸泡溶液中通入CO2和N2光照黑暗光照黑暗检测结果有淀粉有淀粉有淀粉无淀粉编号组5组6组7组8处理蒸馏水浸泡水中通入空气蒸馏水浸泡水中通入CO2和N2光照黑暗光照黑暗检测结果有淀粉无淀粉有淀粉无淀粉(1)光照条件下，组5叶片通过作用产生淀粉，叶肉细胞释放出的氧气来自于的光解。光合H2O(2)在黑暗条件下，叶片能进行有氧呼吸的组别是(填编号)。(3)组2叶片中合成淀粉的原料是，直接能源物质是，后者是通过产生的。与组2相比，组4叶片无淀粉的原因是。(4)如果组7的蒸馏水中只通入N2，预期实验结果是叶片中(有、无)淀粉。组2和组6葡萄糖ATP有氧呼吸组4无氧气，不能进行有氧呼吸，淀粉合成缺少ATP无【解析】考查学生获取信息、图表分析的能力。图表分组比较是解决问题的核心所在，能够考查学生对光合作用与呼吸作用的生理过程、关系、影响因素等的掌握情况。(1)组5叶片有光照、CO2，可进行光合作用产生淀粉。叶肉细胞释放出的氧气来自于光反应中H2O的光解。(2)进行有氧呼吸的条件是有氧气，还要注意题中条件是“黑暗条件下”，组2和组6符合要求。(3)组2叶片，没有CO2，不能进行光合作用，但可以利用葡萄糖合成淀粉，此过程需要有氧呼吸产生的ATP作为直接能源物质。与组2相比，组4叶片不同的条件是组4叶片无氧气，所以组4叶片无淀粉的原因是无氧气，不能进行有氧呼吸，淀粉合成缺少ATP。(4)如果组7的蒸馏水中只通入N2，无CO2，不能进行光合作用，预期实验结果是叶片中无淀粉。