2020年高考生物一轮复习 专题3.3 光与光合作用（精讲）（含解析）

1EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.第3节光与光合作用1.光合作用的基本过程(Ⅱ)。2.影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)。3.实验：叶绿体色素的提取和分离。4.光合作用与细胞呼吸在植物代谢中的综合性考查(Ⅱ)知识点一绿叶中色素的提取和分离1．实验原理2．实验步骤3．实验结果色素种类色素颜色色素含量溶解度扩散速度胡萝卜素橙黄色最少最高最快叶黄素黄色较少较高较快2叶绿素a蓝绿色最多较低较慢叶绿素b黄绿色较多最低最慢4.实验注意事项和目的注意事项操作目的提取色素选新鲜绿色的叶片使滤液中色素含量高研磨时加无水乙醇溶解色素加少量SiO2和CaCO3研磨充分和保护色素迅速、充分研磨防止乙醇过度挥发，充分溶解色素盛放滤液的试管管口加棉塞防止乙醇挥发和色素氧化分离色素滤纸预先干燥处理使层析液在滤纸上快速扩散滤液细线要细、齐、直使分离出的色素带平整不重叠滤液细线干燥后再画一两次使分离出的色素带清晰分明滤液细线不触及层析液防止色素直接溶解到层析液中知识点二捕获光能的色素和结构及光合作用的探究历程1．捕获光能的色素及色素的吸收光谱由图可以看出：(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。2．叶绿体的结构与功能(1)结构模式图3(2)结构外表：①双层膜内部②基质：含有与暗反应有关的酶③基粒：由类囊体堆叠而成，分布有色素和与光反应有关的酶↓决定(3)功能：进行光合作用的场所。3．光合作用的探究历程知识点三光合作用的基本过程1．概念：指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。2．过程43．反应式(1)产物为(CH2O)：CO2＋H2O――→光能叶绿体3．在不同的光照条件下，光合速率与呼吸速率的计算(1)绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值表示呼吸速率。(2)绿色植物组织在有光的条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数值表示净光合速率。(3)真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：①光合作用产生的O2量＝实测的O2释放量＋细胞呼吸消耗的O2量。②光合作用固定的CO2量＝实测的CO2吸收量＋细胞呼吸释放的CO2量。③光合作用产生的葡萄糖量＝葡萄糖的积累量(增重部分)＋细胞呼吸消耗的葡萄糖量。考点一光合色素及其吸收光谱【典例1】(2019·河北衡水中学调研)如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。据图判断，下列说法5不正确的是()A．由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500nm波长的光B．用450nm波长的光比600nm波长的光更有利于提高光合作用强度C．由550nm波长的光转为670nm波长的光后，叶绿体中C3的量增加D．土壤中缺乏镁时，植物对420～470nm波长的光的利用量显著减少【答案】C【解析】由图可知，类胡萝卜素吸收峰在400～500nm，A项正确；叶绿体中的色素吸收450nm波长的光比吸收600nm波长的光要多，B项正确；由550nm波长的光转为670nm波长的光后，叶绿体中色素吸收的光变多，光反应产生的ATP和[H]增多，暗反应中C3的还原量增多，则叶绿体中C3的量减少，C项错误；叶绿素吸收420～470nm波长的光较多，当缺镁时，叶绿素的合成受到影响，叶绿素吸收420～470nm波长的光变少，D项正确。【变式1】（2019·山东济南实验中学模拟）植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是()A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示D．叶片在640～660nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的【答案】A【解析】类胡萝卜素不吸收红光，A项错误；叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，B项正确；作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应来绘制的，因此可用CO2吸收速率随光波长的变化来表示，C项正确；叶绿素吸收640～660nm的红光，导致水光解释放氧气，D项正确。6考点二光合作用【典例2】(2018·北京高考)光反应在叶绿体类囊体上进行。在适宜条件下，向类囊体悬液中加入氧化还原指示剂DCIP，照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色。该反应过程中()A．需要ATP提供能量B．DCIP被氧化C．不需要光合色素参与D．会产生氧气【答案】D【解析】光合作用中的光反应发生在类囊体薄膜上，光合色素吸收光能，一方面使水光解，释放出氧气和形成[H]，另一方面在有关酶的催化作用下，促使ADP与Pi发生化学反应形成ATP，D项符合题意，A、C两项不符合题意；结合题干信息，加入氧化还原指示剂DCIP后，DCIP会被存留在基质中的[H]还原，B项不符合题意。【变式2】（2019·北京西城区模拟）用14CO2“饲喂”叶肉细胞，让叶肉细胞在光照条件下进行光合作用。一段时间后，关闭光源，将叶肉细胞置于黑暗环境中，含放射性的三碳化合物浓度的变化情况如图所示，下列相关叙述错误的是()A．叶肉细胞利用14CO2的场所是叶绿体基质B．Oa段叶肉细胞中五碳化合物浓度有所下降C．ab段含放射性的三碳化合物浓度不变的原因是14CO2消耗殆尽D．b点后曲线上升是因为黑暗条件下，叶肉细胞不能进行光反应，不能为暗反应提供[H]和ATP等物质【答案】C【解析】叶肉细胞中利用14CO2的场所是叶绿体基质，A项正确；从题图分析，Oa段含放射性的三碳化合物浓度持续上升，说明消耗的五碳化合物越来越多，因此五碳化合物的浓度有所下降，B项正确；ab段含放射性的三碳化合物浓度不变的原因是三碳化合物生成的量与被还原的量基本相等，C项错误；黑暗条件7下叶肉细胞不能进行光反应，不能为暗反应提供[H]和ATP等物质，导致含放射性的三碳化合物还原受阻，浓度上升，D项正确。考点三影响光合作用强度的环境因素【典例3】(2018·全国卷Ⅰ)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题：(1)当光照强度大于a时，甲、乙两种植物中，对光能的利用率较高的植物是________。(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是________，判断的依据是______________________________________________________________。(3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是________。(4)某植物夏日晴天中午12：00时叶片的光合速率明显下降，其原因是进入叶肉细胞的________(填“O2”或“CO2”)不足。【解析】当光照强度大于a时，相同光照强度下，甲植物的净光合速率大于乙，即有机物的积累较多，对光能的利用率较高。从甲、乙的净光合曲线走势看，甲植物的光饱合点高于乙，补偿点高于乙，可推测甲更适合在高光强条件下生长。在甲、乙单独种植且密度过大时，植物接受的光照强度由于枝叶之间互相遮光而变低，从而导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大。同理，在林下栽培条件下，光照条件相对较弱，要求此种植物的光补偿点较低，光饱合点较低，所以乙植物更合适。夏日晴天中午，由于光照强，温度高，导致植物叶片蒸腾作用过于强烈，叶片气孔关闭较多，进入叶肉细胞的CO2不足，从而使净光合速率下降。【答案】(1)甲(2)甲光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大(3)乙(4)CO2【变式3】(2018·江苏高考)如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率，下列假设条8件中能使图中结果成立的是()A．横坐标是CO2浓度，甲表示较高温度，乙表示较低温度B．横坐标是温度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度C．横坐标是光波长，甲表示较高温度，乙表示较低温度D．横坐标是光照强度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度【答案】D【解析】由题图可知，甲、乙两曲线刚开始重叠，之后又分开，A项所述条件不会出现图示结果，A项不符合题意。横坐标为温度，则相应曲线应存在最适温度下的最高净光合速率，呈现先上升后下降趋势，B项不符合题意。叶绿体中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。若横坐标表示光波长，随着波长增大植物的净光合速率不应是先增大后趋于稳定，C项不符合题意。随着光照强度的增加，净光合速率先增加后趋于稳定，在某一光照强度下，较高浓度的CO2条件下植物净光合速率大，D项符合题意。考点四绿叶中色素的提取和分离【典例4】（2019江苏卷·17）如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝藻经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是9A．研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素B．层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液C．在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作D．实验验证了该种蓝藻没有叶绿素b【答案】D【解析】绿色植物的叶绿体中含有四种色素，纸层析后，形成的色素带从上到下依次是：胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b黄绿色。由图可知，菠菜含有四种色素，蓝藻（原核生物）只含有叶绿素a和胡萝卜素。研磨时加入碳酸钙是为了保护叶绿素，A错误；层析液可以由石油醚、丙酮和苯混合而成，也可以用92号汽油代替，B错误；层析时，为了防止层析液挥发，需要用培养皿盖住小烧杯，C错误；由图可知，蓝藻只有两条色素带，不含有叶绿色b，D正确，故选D。【变式4】（2019浙江4月选考·30）回答与光合作用有关的问题：（1）在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中，正常光照下，用含有0．1%CO2的溶液培养小球藻一段时间。当用绿光照射该溶液，短期内小球藻细胞中3-磷酸甘油酸的含量会______。为3-磷酸甘油酸还原成三碳糖提供能量的物质是______。若停止CO2供应，短期内小球藻细胞中RuBP的含量会______。研究发现Rubisco酶是光合作用过程中的关键酶，它催化CO2被固定的反应，可知该酶存在于叶绿体______中。（2）在“光合色素的提取与分离”活动中，提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后，滤纸条自上而下两条带中的色素合称为______。分析叶绿素a的吸收光谱可知，其主要吸收可见光中的______光。环境条件会影响叶绿素的生物合成，如秋天叶片变黄的现象主要与_____抑制叶绿素的合成有关。【答案】（1）增加ATP和NADPH增加基质（2）类胡萝卜素蓝紫光和红低温10【解析】（1）环境中的CO2含量增加，则会促进碳反应中CO2的固定这一环节，使3-磷酸甘油酸的含量增加；3-磷酸甘油酸还原成三碳糖是还原反应且消耗能量，所以提供能量的物质是ATP和NADPH；若停止CO2供应，则会使CO2固定的速率降低，反应消耗的RuBP会减少，故使得短期内小球藻细胞中RuBP的含量会增加；CO2被固定的反应发生在叶绿体基质，故Rubisco酶也是存在于叶绿体基质中。（2）光合色素的分离和提取实验中，滤纸条自上而下两条带中的色素分别为胡萝卜素和叶黄素，合称类胡萝卜素；叶绿素a主要吸收蓝紫光和红光；秋天叶片变黄主要是由于温度降低导致叶绿素的合成受到抑制。考点五光合作用与细胞呼吸的关系及综合应用【典例5】（2019北京卷·31）光合作用是地球上最重要的化学反应，发生在高等植物、藻类和光合细菌中。（1）地球上生命活动所需的能量主要来源于光反应吸收的____________，在碳（暗）反应中，RuBP羧化酶（R酶）催化CO2与RuBP（C5）结合，生成2分子C3，影响该反应的外部因素，除光照条件外还包括_________________________（写出两个）；内部因素包括_____________（写出两个）。（2）R酶由8个大亚基蛋白（L）和8个小亚基蛋白（S）组成。高等植物细胞中L由