高考生物一轮复习专题光合作用

考点一光合色素和叶绿体知识清单基础知识一捕获光能的色素及提取和分离1.捕获光能的色素(1)分布:主要分布在①叶绿体类囊体薄膜上。(2)功能:吸收、传递和转换光能,其中叶绿素a和叶绿素b主要吸收②蓝紫光和红光;胡萝卜素和叶黄素主要吸收③蓝紫光。2.实验方法及原理方法原理提取用④无水乙醇或丙酮提取叶绿体中的色素不溶于水,溶于⑤有机溶剂分离纸层析法叶绿体色素在⑥层析液中的溶解度不同,色素随层析液在滤纸条上的扩散速度不同3.实验流程4.实验结果分析(如图所示)(1)在滤纸条上会呈现四条色素带,从上到下依次是: 胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b(记忆口诀:胡黄ab),它们的颜色自上而下依次是 橙黄色、黄色、 蓝绿色、黄绿色。(2)四种色素中色素带最宽的色素呈现 蓝绿色;在层析液中溶解度最大的色素是 胡萝卜素。二捕获光能的结构——叶绿体1.结构:2.功能:进行 光合作用的场所。3.与功能相适应的结构特点:吸收光能的色素分布于 类囊体薄膜上;与光合作用有关的酶分布在 类囊体薄膜和叶绿体基质中。1.绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析(1)滤纸条色素带颜色均较浅①未加石英砂(二氧化硅),研磨不充分;②一次性加入无水酒精的量过多,提取液浓度太低;③划滤液细线时次数太少。(2)滤纸条下面两条色素带较浅(叶绿素较少)①未加碳酸钙或加入过少,叶绿素被破坏;②实验材料中叶绿素的含量较少(如泛黄的叶片)。(3)滤纸条色素带重叠:滤液细线过粗。重点难点①忘记画滤液细线;②滤液细线浸入层析液,色素全部溶解到层析液中。(4)滤纸条看不见色素带例1(2017黑龙江虎林一中上学期期末,20)如图横轴表示色素的相对含量,纵轴表示与滤液细线的相对距离,下列说法正确的是 () A.分离色素时滤液细线需浸没在层析液中B.乙醇是水溶性有机溶剂,四种色素均易溶于乙醇、水或丙酮中C.四种色素中含量最大的是乙D.发黄菠菜叶中含量显著减少的是丙和丁 解析用纸层析法分离色素时,滤液细线一定不能浸没在层析液中,否则色素会溶解在层析液中,A错误;乙醇和丙酮是有机溶剂,四种色素均易溶于乙醇或丙酮,但不易溶于水,B错误;四种色素中含量最大的是乙(叶绿素a),C正确;发黄的菠菜叶中含量显著减少的两种色素是叶绿素b和叶绿素a,即甲和乙,D错误。 答案C2.光合色素知能拓展影响叶绿素合成的“三大”重要外界因素(1)光:光是影响叶绿素合成的主要条件,一般情况下,植物在黑暗中不能合成叶绿素,叶片会发黄。(2)温度:温度可影响与叶绿素合成有关酶的活性,影响叶绿素的合成,低温时叶绿素容易被破坏,叶片显示出类胡萝卜素的颜色,叶片变黄。(3)矿质元素:矿质元素对叶绿素的合成也有很大影响。氮和镁是叶绿素合成的必需元素,铁、镁、铜、锌是叶绿素形成过程中某些酶的活化剂,缺失这些矿质元素,叶绿素无法合成,叶片会变黄。例2(2016课标全国Ⅱ,4,6分)关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是 ()A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收C.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的 解析叶绿体中的色素是有机物,可溶于无水乙醇,A正确;Mg2+是构成叶绿素的成分,可由植物的根从土壤中吸收,B正确;一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光,叶绿体中的色素主要吸收红光、蓝紫光用于光合作用,C错误;叶绿素的合成需要光照,黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是叶绿素合成受阻引起的,D正确。 答案C 知识归纳叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光等可见光。叶绿素的形成除需要有正常基因外,还需要有光、水、适宜的温度以及N、Mg等矿质元素。考点二光合作用的原理及应用基础知识一光合作用的过程1.填充过程图解2.过程分析(1)光反应为暗反应提供了⑦[H]和ATP,其转移方向是从⑧类囊体薄膜到⑨叶绿体基质。(2)能量变化:光能→⑩ATP中活跃的化学能→ 有机物中稳定的化学能。(3)若环境中的CO2含量减少,则叶绿体中C3的含量将 降低,C5的含量将 升高,[H]和ATP的含量将 升高。3.反应式 CO2+H2O (CH2O)+O2。二光合作用的影响因素1.外界因素(1)光照的 强度和光质:温室大棚适当补充光照可提高光合速率;对温室大棚用 无色透明玻璃最利于进行光合作用。(2)空气中的 CO2浓度:该物质是光合作用的原料之一,主要影响光合作用过程的 暗反应阶段。(3)环境中 温度的高低:主要影响酶的活性。(4)土壤中 水分的多少:该物质是光合作用的原料之一,缺乏时首先会引起气孔关闭,会影响 CO2进入叶肉细胞,从而影响光合速率。2.内部因素不同植物或同一植物在不同发育期光合速率不同,其主要影响因素是叶绿体的数量以及叶绿体中 色素和酶的含量。一、光合作用的探索历程1.普利斯特利的实验密闭玻璃罩+绿色植物+ (1)没有发现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。(2)受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.萨克斯的实验黑暗中饥饿处理的绿叶 重点难点(1)该实验设置了自身对照,自变量为光的有无,因变量是颜色变化(有无淀粉生成)。(2)该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色处理。(3)本实验除证明了光合作用的产物有淀粉外,还证明光是光合作用的必要条件。3.恩格尔曼实验(1)结论:叶绿体是光合作用的场所,光合作用过程能产生氧气。(2)该实验设置极细光束和黑暗、完全曝光和黑暗两组对照。自变量为光照的有无,因变量为好氧菌聚集的部位。4.鲁宾和卡门的实验(1)该实验设置了对照,自变量是标记物质( O和C18O2),因变量是O2的放射性。182H(2)鲁宾和卡门的同位素标记法可以追踪CO2和H2O中的元素在光合作用中的转移途径。二、光反应与暗反应的区别与联系例3(2015安徽理综,2,6分)下图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是 () A.CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能B.CO2可直接被[H]还原,再经过一系列的变化形成糖类C.被还原的C3在有关酶的催化作用下,可再形成C5D.光照强度由强变弱时,短时间内C5含量会升高 解析由图解可知,光反应产生的ATP和[H]参与C3的还原,而不参与CO2的固定,A项、B项错误;被还原的C3在有关酶的催化作用下一部分合成了(CH2O),另一部分又形成了C5,C项正确;光照强度变弱时,光反应产生的ATP和[H]减少,故短时间内C5含量会降低,D项错误。 答案C三、光合速率的影响因素1.单因子变量对光合速率的影响(1)光照强度①A点:光照强度为0,此时只进行细胞呼吸,CO2释放量即为细胞呼吸强度。②AB段:光合作用逐渐加强,但小于细胞呼吸强度。③B点:光补偿点,即光合作用强度=细胞呼吸强度。④BC段:光合作用强度大于细胞呼吸强度。⑤C点:继续增加光照强度光合速率不再增加,C点对应的光照强度称为光饱和点。知能拓展当条件改变时,曲线中几个关键点的移动规律①a点:与呼吸强度相关,呼吸强度增加或减小,a点相应下移或上移。②b点:此时光合速率应等于呼吸速率。若环境改变(如光照强度降低)使光合速率低于呼吸速率,则b点应右移,通过增强光照强度以提高光合速率;反之则b点左移。③c点:与光合速率相关,若环境改变(如CO2浓度降低)使暗反应速率降低,光合作用对光照的需求降低,则c点左移、d点左下移动;反之则c点右移、d点右上移动。(2)CO2浓度①图1为净光合速率曲线,A点表示CO2补偿点,即光合作用强度等于细胞呼吸强度时的CO2浓度;图2为实际光合速率曲线,A'点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。②两图中的B和B'点都表示CO2饱和点。(3)温度 ①最适温度条件下,酶的活性最高,光合作用最强;温度过高光合速率几乎为零。②光合速率和呼吸速率的最适温度不同,与光合速率有关的酶对高温较敏感。(4)必需矿质元素在一定浓度范围内,增大必需矿质元素的供应,可提高光合作用速率,但当超过一定浓度后,会因土壤溶液浓度过高而导致植物光合作用速率下降。(5)水是光合作用的原料,缺水既可直接影响光合作用,又会导致叶片气孔关闭,影响CO2进入叶肉细胞,间接影响光合作用。2.多因子变量对光合速率的影响 (1)P点:限制光合速率的因素应为横坐标表示的因子,随着该因子的不断加强,光合速率不断提高。(2)Q点:横坐标表示的因素不再是限制光合速率的因子,限制因素主要为各曲线表示的因子。例4(2018北京海淀上学期月考,24)图甲表示某光强度和适宜温度下,该植物光合强度增长速率随CO2浓度变化的情况,图乙表示在最适温度及其他条件保持不变的情况下,某植物叶肉细胞CO2释放量随光强度变化的曲线。下列叙述正确的是 () A.图甲中,与F点相比,E点三碳化合物的含量较高B.图甲中,与G点相比,F点植物光合速率和光饱和点均较高C.图乙中若其他条件不变,CO2浓度下降则A点将向右移动D.若图乙中的B点骤变为C点时,短时间内NADPH含量将下降 解析与F点相比,E点CO2浓度较低,三碳化合物合成较少,所以E点三碳化合物的含量较低,A错误;图甲曲线表示某光强度和适宜温度下,该植物光合强度增长速率随CO2浓度的变化情况,只要光合强度增长速率为正值,植物光合速率都在不断增加,G点CO2浓度较F点高,所以G点光合速率和光饱和点均较F点高,B错误;若图乙中CO2浓度下降,光补偿点将增大,所以A点将向右移动,C正确;若图乙中B点骤变为C点时,光强度增加,短时间内光反应加快,NADPH含量将上升,D错误。 答案C方法1“模型法”分析光合作用过程中的物质含量变化1.方法模型当外界条件改变时,光合作用过程中C3、C5及ATP和ADP含量的变化可以采用下图分析: 方法技巧(1)光照突然停止时:ATP↓,ADP↑,C3↑,C5↓,分析如下:(2)CO2供应突然停止时:C5↑,C3↓,ATP↑,ADP↓,分析如下:  2.含量变化模型例5(2016天津理综,2,6分)在适宜反应条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质,组合正确的是 ()A.红光,ATP下降B.红光,未被还原的C3上升C.绿光,[H]下降D.绿光,C5上升 解析植物光合作用主要利用的是红光和蓝紫光,对绿光的利用很少。突然改用光照强度与白光相同的红光照射后,光反应速率加快,产物[H]和ATP上升,进而C3的还原过程加快,未被还原的C3下降,A、B项错误;而改用光照强度与白光相同的绿光照射后,光反应速率减慢,产物[H]和ATP下降,进而C3的还原过程减慢,C5下降,C项正确、D项错误。 答案C 评析本题考查捕获光能的色素、光反应和暗反应过程的能量变化和物质变化等相关知识。难度适中。方法2“对比法”分析光合速率变化曲线和物质含量变化曲线 说明:甲图代表24小时内植物净光合速率的变化曲线,乙图代表24小时内密闭环境中的CO2含量变化曲线,曲线甲中a~i与曲线乙中的A~I一一对应。曲线甲变化原因对应曲线乙的变化a~b黑暗时仅进行细胞呼吸细胞呼吸产生CO2,曲线上升b~c出现光照且逐渐增强,此时光合速率小于呼吸速率CO2释放速率减小,曲线上升缓慢c~d光照增强且光合速率大于呼吸速率植物吸收CO2,曲线下降d~e中午光照逐渐增强,气孔部分关闭,CO2供应不足光合速率仍大于呼吸速率,曲线下降缓慢e~f气孔张开,CO2吸收速率增加曲线下降较快f~g光照逐渐减弱曲线下降较慢g~h光照较弱,光合速率小于呼吸速率曲线上升h~i黑暗时仅进行细胞呼吸细胞呼吸产生CO2,曲线上升1.曲线甲、乙各段变化的原因2.曲线甲、乙分析要点的对比曲线甲曲线乙光合速率与呼吸速率相等净光合速率等于0,c点和g点曲线的最高点(C)和最低点(G)能积累有机物的时间(光合速率大于呼吸速率)净光合速率大于