2019-2020年高考生物一輪復(fù)習(xí) 3-3 能量之源 光與光合作用課時(shí)訓(xùn)練 新人教版必修1.doc

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2019-2020年高考生物一輪復(fù)習(xí) 3-3 能量之源 光與光合作用課時(shí)訓(xùn)練 新人教版必修1 光合作用的基本過程(Ⅱ)　影響光合作用速率的環(huán)境因素(Ⅱ)　實(shí)驗(yàn)：葉綠體色素的提取和分離 知識(shí)點(diǎn)一　捕獲光能的色素和葉綠體結(jié)構(gòu) 實(shí)驗(yàn)：綠葉中色素的提取和分離(紙層析法)　 分 布 于 葉綠體 　議一議：(1)海洋中藻類有分層現(xiàn)象，與植物中的色素吸收光的顏色有什么關(guān)系？ (2)在溫室內(nèi)自然光照射基礎(chǔ)上，給植物人工補(bǔ)充哪些單色光對(duì)增產(chǎn)有利？ 知識(shí)點(diǎn)二　光合作用的探索歷程(連一連) 　　　　　　　　　　　　　 ①普利斯特里　A．點(diǎn)燃的蠟燭(或小鼠)與綠色植物，密閉——蠟燭不易熄滅(小鼠不易死亡)　　a．只有在陽光下，植物才更新空氣 ②英格豪斯 B. b．植物可以更新空氣 ③梅耶 C．500多次實(shí)驗(yàn)確認(rèn)實(shí)驗(yàn)條件 c．光合作用的產(chǎn)物除O2外，還有淀粉 ④薩克斯 d．光合作用釋放的O2來自于水 ⑤魯賓和卡門 E．根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律 e．光合作用把光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能 知識(shí)點(diǎn)三　光合作用的過程及總反應(yīng)式 1．總反應(yīng)式 2．過程 知識(shí)點(diǎn)四　光合作用原理的應(yīng)用 1．光合作用強(qiáng)度 (1)概念：植物在?________內(nèi)通過光合作用制造?________的數(shù)量。 (2)表示方法：用一定時(shí)間內(nèi)?________或?________來定量表示。 2．影響因素 (1)原料：空氣中?________、土壤中________和________ (2)光照條件：包括________、光照時(shí)間和光的成分 (3)________的高低(通過影響酶的活性而影響光合作用速率) 3．應(yīng)用 控制________和溫度的高低，適當(dāng)增加作物環(huán)境中________來提高光合作用強(qiáng)度。 　想一想：什么叫光合速率？它分為幾種類型，關(guān)系如何？ 類囊體膜上的色素及吸收光譜 閃記：色素的功能：轉(zhuǎn)換光能的色素只有少數(shù)處于特殊狀態(tài)的葉綠素a。吸收、傳遞光能，四種色素都可以。 巧記：光合作用過程“一二三四” 葉綠體 　 光反應(yīng)、暗反應(yīng) 　 　 判一判 1．葉綠體中的色素主要分布在類囊體薄膜上(　　)。 2．光合作用酶只分布在葉綠體的基質(zhì)中(　　)。 3．葉綠體是光合作用的主要場(chǎng)所(　　)。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　自我校對(duì)： ①紅光和藍(lán)紫光?、谒{(lán)紫光?、郯捣磻?yīng)所需的酶　④色素和光反應(yīng)所需的酶?、萑~綠體是光合作用的場(chǎng)所　⑥光、色素、酶?、哳惸殷w薄膜?、郲H]＋O2?、酇TP?、釧TP中活躍的化學(xué)能　?酶、[H]、ATP　?葉綠體基質(zhì)　?2C3　?(CH2O)＋C5＋H2O　?有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能　?單位時(shí)間、單位面積　?有機(jī)物　?CO2的吸收量　?O2的釋放量　?CO2　H2O　礦質(zhì)離子　光照強(qiáng)度　溫度　光照強(qiáng)弱　CO2濃度 議一議：(1)不同波長(zhǎng)的光穿透性不同，不同藻類吸收不同波長(zhǎng)的光。 (2)紅光、藍(lán)紫光屬于對(duì)植物光合作用最有效的光譜，因此可以補(bǔ)充這兩種光達(dá)到增產(chǎn)的目的。 連一連：①－A－b　②－C－a?、郏璄－e?、埽璂－c　⑤－B－d 想一想：光合速率或稱光合強(qiáng)度是指一定量的植物(如一定的葉面積)在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)行光合作用的量(如釋放多少氧，消耗多少CO2)。 它分為表觀光合速率和真正光合速率兩種類型，在光照條件下，人們測(cè)得的CO2吸收量是植物從外界環(huán)境吸收的CO2總量，叫表觀光合速率。真正光合速率是指植物在光照條件下，植物從外界環(huán)境中吸收的CO2的量加上呼吸作用釋放的CO2的量，即植物實(shí)際同化的CO2的量。表觀光合速率小于真正光合速率。 判一判：1.√　2.　3. 光合作用發(fā)現(xiàn)史中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)分析 溫馨提示： 近幾年生物命題借鑒科學(xué)史上的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)成為趨勢(shì)，應(yīng)倍加重視(本書特別歸納如下)。 1．1771年普里斯特利實(shí)驗(yàn) 植物更新空氣 缺點(diǎn)：缺乏對(duì)照組(記錄時(shí)漏掉了實(shí)驗(yàn)在陽光下進(jìn)行這一重要條件，后來英格豪斯為其糾正)。 2．1864年薩克斯實(shí)驗(yàn) 提前暗處理——消耗掉葉片中原有的淀粉，避免干擾。 3．1880年恩格爾曼實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)組：極細(xì)光束照射處的葉綠體。 對(duì)照組：黑暗處的葉綠體和完全曝光的葉綠體。 4．20世紀(jì)30年代魯賓、卡門實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)方法：同位素標(biāo)記法。 反應(yīng)式：6CO2＋12H 218O C6H12O6＋6H2O＋618O2 在光合作用的發(fā)現(xiàn)中，大多數(shù)科學(xué)家們利用了對(duì)照實(shí)驗(yàn)，使結(jié)果和結(jié)論更科學(xué)、準(zhǔn)確。 (1)薩克斯：自身對(duì)照，自變量為光照(一半曝光與另一半遮光)，因變量為顏色變化。 (2)恩格爾曼：自身對(duì)照，自變量為光照(照光處與不照光處；黑暗與完全曝光)，因變量為好氧菌的分布。 (3)魯賓和卡門：相互對(duì)照，自變量為標(biāo)記物質(zhì)(HO與C18O2)，因變量為O2的放射性。 (4)普里斯特利：缺少空白對(duì)照，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說服力不強(qiáng)。 本考點(diǎn)單獨(dú)命題概率低，往往是借鑒經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的方法手段在綜合題或探究題中體現(xiàn)。 【典例1】 (xx南昌市一模)德國科學(xué)家薩克斯將綠色葉片放在暗處數(shù)小時(shí)“饑餓”處理(消耗掉葉片中的淀粉)后，再把葉片的一部分遮光，其余部分曝光。一段時(shí)間后，將該葉片經(jīng)脫色、漂洗后再用碘液處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)遮光部分不變藍(lán)，曝光部分變藍(lán)。下列有關(guān)本實(shí)驗(yàn)的分析及結(jié)論合理的是(　　)。 ①本實(shí)驗(yàn)未設(shè)對(duì)照組?、谟袩o光照是遮光和曝光區(qū)域表現(xiàn)不同結(jié)果的唯一原因?、蹖?shí)驗(yàn)初始時(shí)遮光和曝光區(qū)域均達(dá)到無淀粉狀態(tài)?、軐?shí)驗(yàn)證明葉綠體利用光照將CO2轉(zhuǎn)變成了淀粉 A．①～④全部 B．只有②③④ C．只有①②③ D．只有②③ 解析　該實(shí)驗(yàn)中曝光部分與遮光部分形成了對(duì)照，①錯(cuò)誤。該實(shí)驗(yàn)只能證明有淀粉的生成，但不能證明葉綠體利用光照將CO2轉(zhuǎn)變成了淀粉，④錯(cuò)誤。 答案　D 【思考與評(píng)價(jià)】 恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)巧妙之處在哪兒？ 提示　主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面： ①選材方面，選用水綿為實(shí)驗(yàn)材料。水綿不僅具有細(xì)長(zhǎng)的帶狀葉綠體，而且葉綠體呈螺旋狀地分布在細(xì)胞中，便于觀察、分析研究。 ②將臨時(shí)裝片放在黑暗并且沒有空氣的環(huán)境中，排除了光線和氧氣的影響，從而確保實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行。 ③選用了極細(xì)光束照射，并且選用好氧細(xì)菌檢測(cè)，從而能夠準(zhǔn)確判斷出水綿細(xì)胞中釋放氧的部位。 ④進(jìn)行黑暗(局部光照)和曝光對(duì)比實(shí)驗(yàn)，從而明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是光照引起的。 光合作用過程分析 1．識(shí)圖領(lǐng)悟光合作用過程 2．光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較(結(jié)合上圖分析) 過 程 光反應(yīng) 暗反應(yīng) 圖 解 條 件 必須在光下 有光、無光都可以 場(chǎng) 所 葉綠體類囊體薄膜 葉綠體基質(zhì) 物質(zhì) 轉(zhuǎn)化 ①水光解 2H2O4[H]＋O2↑ ②ATP的合成 ADP＋PiATP 能量 轉(zhuǎn)化 光能―→電能―→活躍化學(xué)能，并儲(chǔ)存在ATP中 ATP中活躍的化學(xué)能―→(CH2O)中穩(wěn)定的化學(xué)能 關(guān) 系 ①光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供[H]和ATP；暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi； ②沒有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無法進(jìn)行；沒有暗反應(yīng)，有機(jī)物無法合成 ★★★　本考點(diǎn)是歷年高考命題的重要內(nèi)容，試題側(cè)重考查考生對(duì)光合作用過程圖解的理解與分析，如光反應(yīng)與暗反應(yīng)的場(chǎng)所、條件、物質(zhì)變化、能量變化、相互關(guān)系以及在某種環(huán)境因素突然發(fā)生變化的情況下，細(xì)胞中C3和C5的含量變化情況等。 【典例2】 (改編題)綠色植物是主要的能量轉(zhuǎn)換者，是因?yàn)樗鼈兙腥~綠體(圖甲)這一完成能量轉(zhuǎn)換的細(xì)胞器，圖乙是圖甲中的色素分離結(jié)果，圖丙是在圖甲④結(jié)構(gòu)中進(jìn)行的生化反應(yīng)，①～④分別代表圖甲中葉綠體的結(jié)構(gòu)。 下列相關(guān)敘述中，不正確的是(　　)。 A．圖乙中的色素帶由1到4分別是葉綠素b、葉綠素a、葉黃素、胡蘿卜素，這些色素存在于圖甲②中 B．光照條件下，圖甲中的②上能進(jìn)行光反應(yīng)，產(chǎn)生[H]、ATP、O2 C．圖甲中①和③的成分和結(jié)構(gòu)相似 D．環(huán)境條件相對(duì)穩(wěn)定的條件下，圖甲④中的C3含量多于C5 E．如果突然降低CO2的濃度，圖丙中的C3含量會(huì)一直下降 解析　圖乙中左側(cè)有濾液細(xì)線，色素的擴(kuò)散是從左向右的，所以1～4分別是葉綠素b、葉綠素a、葉黃素、胡蘿卜素。圖甲中的①和③分別是葉綠體的內(nèi)膜和外膜，它們的成分和結(jié)構(gòu)相似。光照條件下，②類囊體膜上能發(fā)生光反應(yīng)，產(chǎn)生[H]、ATP、O2。分析圖丙中的過程要從兩個(gè)方面進(jìn)行：一是環(huán)境條件相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，暗反應(yīng)中的兩個(gè)過程、光反應(yīng)與暗反應(yīng)之間均處于一種相對(duì)平衡的狀態(tài)，由于一個(gè)C5對(duì)應(yīng)著兩個(gè)C3，所以C3含量要比C5高；另一方面，當(dāng)環(huán)境條件突然改變時(shí)，如CO2濃度突然降低時(shí)，短時(shí)間內(nèi)由于CO2固定過程減弱而C3的還原過程仍在進(jìn)行，故C3含量降低而C5含量升高，但一段時(shí)間后，反應(yīng)過程又達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，所以C3含量不會(huì)一直下降。 答案　E 影響光合作用的環(huán)境因素及其在生產(chǎn)上的應(yīng)用 　　 溫馨提示：以下內(nèi)容為難點(diǎn)，高考時(shí)又為出題熱點(diǎn)，望認(rèn)真復(fù)習(xí)，真正掌握。 一、內(nèi)部因素對(duì)光合作用速率的影響 1．同一植物的不同生長(zhǎng)發(fā)育階段 曲線分析：在外界條件相同的情況下，光合作用速率由弱到強(qiáng)依次是幼苗期、營養(yǎng)生長(zhǎng)期、開花期。 應(yīng)用：根據(jù)植物在不同生長(zhǎng)發(fā)育階段光合作用速率不同，適時(shí)、適量地提供水肥及其他環(huán)境條件，以使植物茁壯成長(zhǎng)。 2．同一葉片的不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期 曲線分析：隨幼葉發(fā)育為壯葉，葉面積增大，葉綠體不斷增多，葉綠素含量不斷增加，光合速率增大；老葉內(nèi)葉綠素被破壞，光合速率隨之下降。 應(yīng)用：農(nóng)作物、果樹管理后期適當(dāng)摘除老葉、殘葉及莖葉蔬菜及時(shí)換新葉，都是根據(jù)其原理，可降低其細(xì)胞呼吸消耗的有機(jī)物。 二、單因子變量對(duì)光合作用的影響(外界因素) 1．光照——光合作用的動(dòng)力 ①光照時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的光合產(chǎn)物越多。 ②光質(zhì)，由于色素吸收可見光中的紅光和藍(lán)紫光最多，吸收綠光最少，故不同波長(zhǎng)的光對(duì)光合作用的影響不一樣，建溫室時(shí)，選用無色透明的玻璃(或塑料薄膜)做頂棚，能提高光能利用率。 ③光照強(qiáng)度：在一定光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，增加光照強(qiáng)度可提高光合作用速率。 曲線分析：A點(diǎn)光照強(qiáng)度為0，此時(shí)只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，釋放CO2量表示此時(shí)的呼吸強(qiáng)度。 AB段表明光照強(qiáng)度加強(qiáng)，光合作用速率逐漸加強(qiáng)，CO2的釋放量逐漸減少，有一部分用于光合作用；而到B點(diǎn)時(shí)，細(xì)胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合作用強(qiáng)度＝細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度稱為光補(bǔ)償點(diǎn)。 BC段表明隨著光照強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，到C點(diǎn)以上不再加強(qiáng)了。C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度稱為光飽和點(diǎn)。 應(yīng)用：陰生植物的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)比較低，如上圖虛線所示。間作套種時(shí)農(nóng)作物的種類搭配，林帶樹種的配置，冬季溫室栽培避免高溫等都與光補(bǔ)償點(diǎn)有關(guān)。 2．光照面積 曲線分析：OA段表明隨葉面積的不斷增大，光合作用實(shí)際量不斷增大，A點(diǎn)為光合作用面積的飽和點(diǎn)。隨葉面積的增大，光合作用強(qiáng)度不再增加，原因是有很多葉被遮擋，光照不足。 OB段表明干物質(zhì)量隨光合作用增加而增加，而由于A點(diǎn)以后光合作用強(qiáng)度不再增加，但葉片隨葉面積的不斷增加，呼吸量(OC段)不斷增加，所以干物質(zhì)積累量不斷降低(BC段)。 應(yīng)用：適當(dāng)間苗、修剪，合理施肥、澆水，避免徒長(zhǎng)。封行過早，使中下層葉子所受的光照往往在光補(bǔ)償點(diǎn)以下，白白消耗有機(jī)物，造成不必要的浪費(fèi)。 3．CO2濃度 曲線分析：圖1中A點(diǎn)表示光合作用速率等于細(xì)胞呼吸速率時(shí)的CO2濃度，即CO2補(bǔ)償點(diǎn)；圖2中的A′點(diǎn)表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度。兩圖中的B和B′點(diǎn)都表示CO2飽和點(diǎn)，兩圖都表示在一定范圍內(nèi)，光合作用速率隨CO2濃度增加而增大。 應(yīng)用：大田要“正其行，通其風(fēng)”，多施有機(jī)肥；溫室內(nèi)可適當(dāng)補(bǔ)充CO2，即適當(dāng)提高CO2濃度可提高農(nóng)作物產(chǎn)量。 4．必需礦質(zhì)元素 曲線分析：在一定濃度范圍內(nèi)，增大必需礦質(zhì)元素的供應(yīng)，可提高光合作用速率，但當(dāng)超過一定濃度后，會(huì)因土壤溶液濃度過高而導(dǎo)致植物光合作用速率下降。 應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，根據(jù)植物的需肥規(guī)律，適時(shí)、適量地增施肥料，可以提高作物的光能利用率。 5．溫度 曲線分析：溫度主要是通過影響與光合作用有關(guān)酶的活性而影響光合作用速率。 應(yīng)用：冬天，溫室栽培可適當(dāng)提高溫度；夏天，溫室栽培可適當(dāng)降低溫度。白天調(diào)到光合作用最適溫度，以提高光合作用速率；晚上適當(dāng)降低溫室溫度，以降低細(xì)胞呼吸速率，保證植物有機(jī)物的積累。 三、多因子變量對(duì)光合作用速率影響的分析(外界因素) 　曲線分析：O～P段限制光合速率的因素應(yīng)為橫坐標(biāo)所表示的因子，隨其O～P段不斷加強(qiáng)，光合速率不斷提高。P～Q段，圖中標(biāo)出的雙因子共同起作用。當(dāng)?shù)絈點(diǎn)之后，橫坐標(biāo)所表示的因素，不再是影響光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取適當(dāng)提高圖示中的另一因子的方法。 　應(yīng)用：溫室栽培時(shí)，在一定光照強(qiáng)度下，白天適當(dāng)提高溫度，增加光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同時(shí)充入適量的CO2，進(jìn)一步提高光合速率，當(dāng)溫度適宜時(shí)，要適當(dāng)提高光照強(qiáng)度和CO2濃度以提高光合速率?？傊筛鶕?jù)具體情況，通過提高光照強(qiáng)度、調(diào)節(jié)溫度或增加CO2濃度等來充分提高光合速率，以達(dá)到增產(chǎn)的目的。 各種環(huán)境因子對(duì)植物光合作用并不是單獨(dú)地發(fā)揮作用，而是綜合作用。但各種因子的作用并不是同等重要的，其中起主要作用的因子為關(guān)鍵因子，因此在分析相關(guān)問題時(shí)，應(yīng)抓關(guān)鍵因子。 ★★★★　影響光合作用速率的環(huán)境因素是高考必考的內(nèi)容?？疾樾问娇梢允沁x擇題也可以是非選擇題，選擇題的考查側(cè)重于對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，而非選擇題的考查往往結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來進(jìn)行。 【典例3】 (xx全國大綱理綜，31)金魚藻是一種高等沉水植物，有關(guān)研究結(jié)果如下圖所示(圖中凈光合速率是指實(shí)際光合速率與呼吸速率之差，以每克鮮重每小時(shí)釋放O2的微摩爾數(shù)表示)。 據(jù)圖回答下列問題。 (1)該研究探討了________________對(duì)金魚藻________的影響。其中，因變量是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)該研究中凈光合速率達(dá)到最大時(shí)的光照度為________lx。在黑暗中，金魚藻的呼吸速率是每克鮮重每小時(shí)消耗氧氣________μmol。 (3)該研究中凈光合速率隨pH變化而變化的主要原因是 ________________________________________________________________________。 破題關(guān)鍵 解析　本題主要考查環(huán)境因素對(duì)光合作用影響的相關(guān)知識(shí)。(1)由圖示信息知：實(shí)驗(yàn)研究了光照度、NaHCO3濃度、pH對(duì)金魚藻凈光合速率的影響。因變量隨自變量變化而變化，曲線圖的橫、縱坐標(biāo)分別表示自變量和因變量。(2)由圖b知：金魚藻達(dá)到最大凈光合速率所對(duì)應(yīng)的光照度處于10.0103 lx和15.0103 lx之間，即12.5103lx。由圖a知：曲線與縱軸的交點(diǎn)即為金魚藻在黑暗環(huán)境中的耗氧速率。 (3)因pH能影響酶的活性，故凈光合速率隨pH變化而變化。 答案　(1)光照度、pH、NaHCO3濃度　凈光合速率　凈光合速率　(2)12.5103　8　(3)酶活性受pH的影響 【訓(xùn)練】 (xx日照測(cè)試)如下圖所示，圖甲表示某大棚蔬菜葉肉細(xì)胞的部分結(jié)構(gòu)和相關(guān)代謝情況，其中a～f代表O2或CO2。圖乙表示該植物在適宜條件下O2凈產(chǎn)量(光合作用的O2產(chǎn)生量－呼吸作用的O2消耗量)與光照強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線。據(jù)圖回答下列問題。 (1)在圖甲中，b可代表______，物質(zhì)b進(jìn)入箭頭所指的結(jié)構(gòu)后與______結(jié)合，生成大量的________。 (2)在適宜的條件下，若用CO2、HO供給植物進(jìn)行代謝，則甲圖中的d所代表的物質(zhì)應(yīng)是________。 (3)在圖乙中，A點(diǎn)時(shí)葉肉細(xì)胞內(nèi)生成的物質(zhì)有________________，在N點(diǎn)后O2凈產(chǎn)量的增長(zhǎng)逐漸減慢并趨向平衡，其制約的內(nèi)在和外在因素分別是________________、__________________。 (4)在其他條件不變的情況下，適當(dāng)提高棚內(nèi)的溫度，可以提高蔬菜的產(chǎn)量，此時(shí)乙圖中N點(diǎn)向________(左、右)移動(dòng)。 (5)在圖乙P點(diǎn)所處的狀態(tài)時(shí)，葉綠體內(nèi)ATP移動(dòng)的方向是______________________。 解析　該題以圖解和坐標(biāo)曲線的形式考查光合作用、呼吸作用的過程。兩者互相提供原料，光合作用需要線粒體中呼吸作用釋放的CO2來合成有機(jī)物，線粒體中呼吸作用要消耗光合作用產(chǎn)生的O2，同時(shí)會(huì)分解光合作用合成的有機(jī)物為生物生命活動(dòng)提供直接的能源物質(zhì)。曲線的A點(diǎn)光照強(qiáng)度為零，此時(shí)只進(jìn)行呼吸作用，P點(diǎn)表示光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度。 答案　(1)O2　[H]　ATP和水　(2)18O2　(3)CO2和H2O　葉綠體的數(shù)量等　二氧化碳濃度(或溫度)等 (4)左　(5)從類囊體的薄膜到葉綠體基質(zhì) ?？家族e(cuò)點(diǎn)：光照與CO2濃度驟然變化時(shí)，因光合作用中間產(chǎn)物(C3、C5、[H]、ATP)及終產(chǎn)物(C6H12O6、O2)的動(dòng)態(tài)分析不到位而出錯(cuò)。 【典例】 離體葉綠體在光下進(jìn)行穩(wěn)定的光合作用時(shí)，如果突然中斷CO2的供應(yīng)，下列關(guān)于短時(shí)間內(nèi)葉綠體中ATP與O2的相對(duì)含量變化的示意圖中，正確的是(　　)。 解析　光合作用穩(wěn)定時(shí)，ATP與ADP的轉(zhuǎn)化也相對(duì)穩(wěn)定；突然中斷CO2的供給使C3驟減，ATP因失去作用對(duì)象而終止水解，此時(shí)的光反應(yīng)繼續(xù)利用ADP合成ATP。當(dāng)ADP和NADP＋耗盡后，光反應(yīng)也停止，不再產(chǎn)生O2。 答案　B 錯(cuò)因分析　本題易錯(cuò)之處是不能對(duì)光合作用(包括光反應(yīng)和暗反應(yīng))過程涉及的諸多物質(zhì)含量的變化進(jìn)行相互聯(lián)系、動(dòng)態(tài)分析，如本題中CO2供應(yīng)的減少，導(dǎo)致暗反應(yīng)減弱，從而影響光反應(yīng)的進(jìn)行。 當(dāng)外界因素中光照強(qiáng)弱、CO2濃度驟然變化時(shí)，短時(shí)間內(nèi)將直接影響光合作用過程中C3、C5、[H]、ATP及C6H12O6生成量，進(jìn)而影響葉肉細(xì)胞中這些物質(zhì)的含量，它們的關(guān)系歸納如下： (1) ―→―→ 即：停止光照(強(qiáng)→弱)時(shí)，[H]↓，ATP↓，C3↑，C5↓，(CH2O)↓。(如圖甲) (2)同理：突然增強(qiáng)光照時(shí)，[H]↑，ATP↑，C3↓，C5↑，(CH2O)↑。(如圖乙) (3)―→ ―→―→ 即：停止(減少)CO2供應(yīng)時(shí)，C3↓，C5↑，[H]↑，ATP↑，(CH2O)↓。(如圖丙) (4)同理：突然增加CO2供應(yīng)時(shí)，C3↑，C5↓，[H]↓， ATP↓，(CH2O)↑。(如圖丁) 糾錯(cuò)演練 (xx全國新課標(biāo)卷，29)在光照等適宜條件下，將培養(yǎng)在CO2濃度為1%環(huán)境中的某植物迅速轉(zhuǎn)移到CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，其葉片暗反應(yīng)中C3和C5化合物微摩爾濃度的變化趨勢(shì)如下圖。回答下列問題。 (1)圖中物質(zhì)A是________(C3化合物、C5化合物)。 (2)在CO2濃度為1%的環(huán)境中，物質(zhì)B的濃度比A的低，原因是________________；將CO2濃度從1%迅速降低到0.003%后，物質(zhì)B濃度升高的原因是___________________。 (3)若使該植物繼續(xù)處于CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，暗反應(yīng)中C3和C5化合物濃度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，物質(zhì)A的濃度將比B的________(低、高)。 (4)CO2濃度為0.003%時(shí)，該植物光合速率最大時(shí)所需要的光照強(qiáng)度比CO2濃度為1%時(shí)的________(高、低)，其原因是________________________。 解析　本題考查光合作用過程及同學(xué)們從曲線中獲取有效信息的能力。當(dāng)環(huán)境中二氧化碳濃度降低時(shí)，C5(物質(zhì)B)和CO2結(jié)合生成C3(物質(zhì)A)的速率減慢，而C3(物質(zhì)A)的還原生成C5(物質(zhì)B)不受影響，C5(物質(zhì)B)的含量升高，C3(物質(zhì)A)的含量降低。當(dāng)達(dá)到新的平衡后，由于一分子的C5(物質(zhì)B)和CO2結(jié)合可以生成兩分子的C3(物質(zhì)A)，最終物質(zhì)A的濃度比物質(zhì)B高。 答案　(1)C3化合物　(2)暗反應(yīng)速率在該環(huán)境中已達(dá)到穩(wěn)定，即C3和C5化合物的含量穩(wěn)定。根據(jù)暗反應(yīng)特點(diǎn)，此時(shí)C3化合物的分子數(shù)是C5化合物的2倍　當(dāng)環(huán)境中CO2濃度突然降低時(shí)，C5化合物的合成速率不變，消耗速率卻減慢，導(dǎo)致C5化合物積累　(3)高　(4)低　CO2濃度低時(shí)，暗反應(yīng)強(qiáng)度減弱，所需要ATP和[H]少 綠葉中色素的提取和分離 1．實(shí)驗(yàn)原理 (1)提取：葉綠體中的色素溶于有機(jī)溶劑而不溶于水，可用無水乙醇等有機(jī)溶劑提取色素。 (2)分離：各種色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快，反之則慢，從而使各種色素相互分離。 關(guān)鍵詞及其與試劑的對(duì)應(yīng)關(guān)系 提取色素——無水乙醇；分離色素——層析液。 2．實(shí)驗(yàn)程序 　 　 　 — 　 　整理、洗手 3．實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵 (1)葉片要新鮮、顏色要深綠，含有較多色素。 (2)研磨要迅速、充分。葉綠素不穩(wěn)定，易被活細(xì)胞內(nèi)的葉綠素酶水解。充分研磨使葉綠體完全破裂，提取較多的色素。 (3)制備濾紙條時(shí)，要將濾紙條的一端剪去兩角，這樣可以使色素在濾紙條上擴(kuò)散均勻，便于觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 (4)濾液細(xì)線不僅要求細(xì)、直，而且要求含有較多的色素，所以要求待濾液干后再畫1～2次。 (5)濾液細(xì)線不能觸及層析液，否則色素溶解到層析液中，濾紙條上得不到色素帶或色素較少。 (1)從色素帶的寬度可推知色素含量的多少； (2)從色素帶的位置可推知色素在層析液中溶解度大??； (3)在濾紙上距離最近的兩條色素帶是葉綠素a與葉綠素b，距離最遠(yuǎn)的兩條色素帶是胡蘿卜素與葉黃素。 本考點(diǎn)以往高考命題側(cè)重于以選擇題的形式考查實(shí)驗(yàn)的方法步驟以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。但近兩年的試題回避了慣常實(shí)驗(yàn)考查的形式，而是以簡(jiǎn)答題形式對(duì)選材、實(shí)驗(yàn)步驟分析、變量分析和推測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因進(jìn)行了考查應(yīng)重視。 【典例】 (xx上海單科，17) 右圖表示葉綠體色素提取分離實(shí)驗(yàn)中紙層析的結(jié)果，據(jù)圖判斷用作實(shí)驗(yàn)材料的葉片顏色為(　　)?！　　　　　　　　　　　　　　　　　? A．紅色 B．黃色 C．綠色 D．紫色 解析　本題主要考查葉綠體色素提取和分離實(shí)驗(yàn)及濾紙條上各色素帶的位置、粗細(xì)(含量)、顏色等方面的相關(guān)知識(shí)。在葉綠體色素提取和分離實(shí)驗(yàn)中，濾紙條上的四條色素帶距點(diǎn)樣處的距離由近及遠(yuǎn)分別是：葉綠素b、葉綠素a、葉黃素、胡蘿卜素，由圖可知，葉綠素含量比類胡蘿卜素含量少，用作實(shí)驗(yàn)材料的葉片應(yīng)呈黃色。B選項(xiàng)正確。 答案　B 【訓(xùn)練1】 (xx廣東理綜，29)中國的飲食講究“色香味”，顏色會(huì)影響消費(fèi)。小李同學(xué)擬研發(fā)“綠色”食用色素，他以生長(zhǎng)很快的入侵植物水葫蘆為材料進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)。 Ⅰ.提取葉綠素 ―→―→―→ Ⅱ.探究pH對(duì)葉綠素穩(wěn)定性的影響 取一些葉綠素粗產(chǎn)品，配成一定濃度的溶液，于室溫(約25 ℃)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，方法和結(jié)果如下表。 實(shí)驗(yàn)組號(hào) 葉綠素溶液/ mL 調(diào)pH至 處理時(shí)間/min 溶液顏色 ① 3.0 Y 10 綠色 ② 3.0 7.0 10 綠色 ③ 3.0 6.0 10 黃綠色 ④ 3.0 5.0 10 黃褐色 注：葉綠素被破壞后變成黃褐色。 根據(jù)所學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，請(qǐng)回答問題。 (1)提取食用葉綠素的X應(yīng)該為________，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)表中Y應(yīng)該為________，原因是________________________________________________________________________。 (3)若用作食品色素，天然葉綠素色素不適用于________食品，否則________________________________________________________________________。 (4)小李想了解葉綠素粗產(chǎn)品中是否含有其他色素，請(qǐng)你提供檢測(cè)方法并寫出主要步驟。________________________________________________________________________。 解析　葉綠素易溶于有機(jī)溶劑，如丙酮或無水乙醇中；探究pH對(duì)葉綠素穩(wěn)定性的影響時(shí)，要有酸性、中性和堿性等不同條件；由表格信息可知，酸性條件下可使葉綠素變成黃褐色；可借鑒課本中色素的分離方法進(jìn)行色素種類的鑒定。 答案　(1)對(duì)人無害的有機(jī)溶劑(食用酒精)　葉綠素溶于有機(jī)溶劑和應(yīng)考慮溶劑對(duì)人體的影響 (2)8.0　實(shí)驗(yàn)中自變量的變化應(yīng)有規(guī)律和應(yīng)考慮堿性pH對(duì)葉綠素穩(wěn)定性的影響 (3)酸性　由于葉綠素被破壞造成食品失綠而影響品質(zhì) (4)紙層析法。其主要步驟：①制備濾紙條，②畫色素液細(xì)線，③用層析液分離色素，④觀察色素帶 【訓(xùn)練2】 (xx海南單科，9)關(guān)于葉綠體色素的敘述，錯(cuò)誤的是(　　)。 A．葉綠素a和b主要吸收紅光和藍(lán)紫光 B．綠葉中葉綠素和類胡蘿卜素含量不同 C．利用紙層析法可分離4種葉綠體色素 D．乙醇提取的葉綠體色素不能吸收光能 解析　本題主要考查葉綠體色素的種類、含量、吸收光的種類等方面的知識(shí)。葉綠素a、葉綠素b主要吸收紅光和藍(lán)紫光。綠葉中葉綠素約占，類胡蘿卜素約占。利用層析液可分離葉綠體色素，提取的葉綠體色素仍可吸收光能，但葉綠體結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致不能進(jìn)行完整的光合作用。 答案　D 光合作用原理及應(yīng)用 1.(xx海南單科，8)將一株生長(zhǎng)正常的綠色植物置于密閉的玻璃容器內(nèi)，在適宜條件下光照培養(yǎng)，隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，玻璃容器內(nèi)CO2濃度可出現(xiàn)的變化趨勢(shì)是(　　)。 A．一直降低，直至為零 B．一直保持穩(wěn)定，不變化 C．降低至一定水平時(shí)保持相對(duì)穩(wěn)定 D．升高至一定水平時(shí)保持相對(duì)穩(wěn)定 解析　本題考查植物光合作用與呼吸作用相互關(guān)系方面的知識(shí)。在適宜條件下光照培養(yǎng)，植物能進(jìn)行光合作用且光合作用速率大于呼吸作用速率，這樣會(huì)導(dǎo)致密閉的玻璃容器內(nèi)的CO2逐漸減少，光合作用速率隨密閉玻璃容器內(nèi)CO2的減少而降低，直至光合作用速率降低到與呼吸作用速率相等，此時(shí)CO2濃度在一定水平保持相對(duì)穩(wěn)定。 答案　C 2．(xx山東理綜，2)夏季晴朗的一天，甲、乙兩株同種植物在相同條件下CO2吸收速率的變化如圖所示。下列說法正確的是(　　)。 A．甲植株在A點(diǎn)開始進(jìn)行光合作用 B．乙植株在E點(diǎn)有機(jī)物積累量最多 C．曲線B～C段和D～E段下降的原因相同 D．兩曲線B～D段不同的原因可能是甲植株氣孔無法關(guān)閉 解析　本題主要考查了環(huán)境因素對(duì)植物光合速率影響的相關(guān)知識(shí)。圖中兩曲線可表示植物的凈光合速率，A點(diǎn)時(shí)光合速率等于呼吸速率，說明甲植株在A點(diǎn)前就已經(jīng)開始進(jìn)行光合作用，A錯(cuò)誤；乙植株在18時(shí)后凈光合速率小于0，該植株在18時(shí)有機(jī)物的積累量最多，B錯(cuò)誤；曲線B～C段下降的原因是氣孔關(guān)閉，乙植株因二氧化碳供應(yīng)不足導(dǎo)致光合速率下降，曲線D～E段光合速率下降的原因則是光照強(qiáng)度減弱，C錯(cuò)誤；分析兩曲線B～D段可知，中午時(shí)乙植株出現(xiàn)凈光合速率先下降后上升的現(xiàn)象，這可能是由于乙植株氣孔發(fā)生關(guān)閉造成的，而甲植株沒有發(fā)生類似的現(xiàn)象可能是甲植株氣孔無法關(guān)閉，D正確。 答案　D 3．(xx廣東理綜，26節(jié)選)荔枝葉片發(fā)育過程中，凈光合速率及相關(guān)指標(biāo)的變化見下表。 葉片 發(fā)育時(shí)期 葉面積(最大面積/%) 氣孔相對(duì)開放度/% A 新葉展開前 19 － － －2.8 B 新葉展開中 87 1.1 55 1.6 C 新葉展開完成 100 2.9 81 2.7 D 新葉已成熟 100 11.1 100 5.8 注：“－”表示未測(cè)數(shù)據(jù)。 (1)B的凈光合速率較低，推測(cè)原因可能是：①葉綠素含量低，導(dǎo)致光能吸收不足；②________，導(dǎo)致________。 (2)將A、D分別置于光溫恒定的密閉容器中，一段時(shí)間后，A的葉肉細(xì)胞中，將開始積累________；D的葉肉細(xì)胞中，ATP含量將________。 (3)與C相比，D的葉肉細(xì)胞的葉綠體中，數(shù)量明顯增多的結(jié)構(gòu)是________。 解析　本題主要考查光合作用的原理及影響光合速率的外界因素的相關(guān)知識(shí)。(1)通過分析可知B的總?cè)~綠素含量低，并且氣孔相對(duì)開放度較小，前者導(dǎo)致光能吸收不足，后者使二氧化碳供應(yīng)不足，所以B的凈光合速率較低。(2)A的凈光合速率小于0，說明細(xì)胞呼吸吸收的氧氣量高于光合作用產(chǎn)生的氧氣量，一段時(shí)間后密閉容器中氧氣含量不足，葉肉細(xì)胞由于進(jìn)行無氧呼吸而開始積累酒精；D的葉肉細(xì)胞中由于凈光合速率大于0，一段時(shí)間后密閉裝置中的二氧化碳濃度降低，C3合成不足，C3的還原量減少，ATP的含量增多。(3)與C相比，D葉片的總?cè)~綠素含量較高，由此可判斷D的葉肉細(xì)胞的葉綠體中基粒(類囊體)的數(shù)量較多。 答案　(1)氣孔相對(duì)開放度小　CO2吸收不足　(2)乙醇　增加　(3)類囊體(基粒) 4．(xx浙江理綜，30節(jié)選)某植物在停止供水和恢復(fù)供水條件下，氣孔開度(即氣孔開放程度)與光合速率的變化如圖所示，請(qǐng)回答下列問題。 (1)停止供水后，光合速率下降。這是由于水是________的原料，又是光合產(chǎn)物在植物體內(nèi)________的主要介質(zhì)。 (2)在溫度、光照相同的條件下，圖中A點(diǎn)與B點(diǎn)相比，光飽和點(diǎn)低的是________點(diǎn)，其主要原因是________________________________________________________________________。 (3)停止供水一段時(shí)間后，葉片發(fā)黃，原因是__________________________________________________________。此時(shí)類囊體結(jié)構(gòu)破壞，提供給暗反應(yīng)的______________減少。 解析　此題考查光合作用的相關(guān)知識(shí)。(1)水是光合作用光反應(yīng)階段的原料，又是光合產(chǎn)物在植物體內(nèi)運(yùn)輸?shù)闹饕橘|(zhì)，停止供水，植物光合速率下降。(2)光飽和點(diǎn)是指達(dá)到最大光合速率時(shí)的光照強(qiáng)度，在一定CO2濃度范圍內(nèi)，CO2濃度越低，光飽和點(diǎn)越低。停止供水后，植物蒸騰作用降低，氣孔開度變小，CO2吸收減少，故B點(diǎn)的光飽和點(diǎn)較A點(diǎn)低。(3)停止供水一段時(shí)間后，細(xì)胞內(nèi)自由水減少，葉綠素合成速度變慢或停止，類胡蘿卜素的顏色顯露出來，故葉片發(fā)黃。此時(shí)類囊體結(jié)構(gòu)破壞，光反應(yīng)減弱，提供給暗反應(yīng)的[H]和ATP減少。 答案　(1)光合作用　運(yùn)輸 (2)B　氣孔開度降低，CO2吸收減少(答出一項(xiàng)即可) (3)葉綠素合成速度變慢或停止(或葉綠素分解)，類胡蘿卜素的顏色顯露出來(答出一項(xiàng)即可)　[H]和ATP 光合色素的作用及其提取實(shí)驗(yàn) 5.(xx江蘇單科，4)某研究組獲得了水稻的葉黃素缺失突變體。將其葉片進(jìn)行了紅光照射光吸收測(cè)定和色素層析條帶分析(從上至下)，與正常葉片相比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是(　　)。 A．光吸收差異顯著，色素帶缺第2條 B．光吸收差異不顯著，色素帶缺第2條 C．光吸收差異顯著，色素帶缺第3條 D．光吸收差異不顯著，色素帶缺第3條 解析　葉綠體中的葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍(lán)紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光，所以當(dāng)水稻葉黃素缺失突變體進(jìn)行紅光照射時(shí)，光吸收差異不顯著；對(duì)正常葉片葉綠體中的色素提取后，層析的結(jié)果自上而下依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b，故B正確。 答案　B 6．(xx四川理綜，30，Ⅰ)科研人員獲得一種葉綠素b完全缺失的水稻突變體，該突變體對(duì)強(qiáng)光照環(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng)。請(qǐng)回答下列有關(guān)問題。 (1)提取水稻突變體的光合色素，應(yīng)在研磨葉片時(shí)加入________，以防止色素被破壞。用紙層析法分離該突變體葉片的光合色素，缺失的色素帶應(yīng)位于濾紙條的________。 (2)該突變體和野生型水稻的O2釋放速率與光照強(qiáng)度的關(guān)系如上圖所示。當(dāng)光照強(qiáng)度為n時(shí)，與野生型相比，突變體單位面積葉片中葉綠體的氧氣產(chǎn)生速率________。當(dāng)光照強(qiáng)度為m時(shí)，測(cè)得突變體葉片氣孔開放程度比野生型更大，據(jù)此推測(cè)，突變體固定CO2形成________的速率更快，對(duì)光反應(yīng)產(chǎn)生的________消耗也更快，進(jìn)而提高了光合放氧速率。 (3)如果水稻出現(xiàn)葉綠素a完全缺失的突變，將無法進(jìn)行光合作用，其原因是________________________________________________________________________。 解析　本題主要考查葉綠體色素的提取、分離、色素作用等有關(guān)知識(shí)。(1)葉綠體色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)中，研磨葉片時(shí)加入碳酸鈣可防止色素被破壞。紙層析法分離色素得到的色素帶自上而下為胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。故突變體缺失的色素帶位于濾紙條最下端。(2)葉綠體產(chǎn)氧速率＝凈產(chǎn)氧速率＋呼吸速率。光強(qiáng)為n時(shí)，突變體與野生型水稻凈產(chǎn)氧速率相等，但突變體呼吸速率較大，故突變體葉片中葉綠體產(chǎn)氧速率較大。光強(qiáng)為m時(shí)，突變體葉片氣孔開放程度更大，吸收、固定CO2速率更高，故C3產(chǎn)生速率及其被還原過程中的[H]、ATP的消耗速率也較大。(3)因只有少數(shù)特殊狀態(tài)下的葉綠素a可完成光能轉(zhuǎn)換，故葉綠素a缺失突變體將無法進(jìn)行光合作用。 答案　(1)CaCO3　最下端　(2)較大　C3　[H]、ATP　(3)缺失葉綠素a不能完成光能轉(zhuǎn)換 光合作用相關(guān)實(shí)驗(yàn)的考查 7.(xx全國卷)為探究不同條件對(duì)葉片中淀粉合成的影響，將某植物在黑暗中放置一段時(shí)間，耗盡葉片中的淀粉。然后取生理狀態(tài)一致的葉片，平均分成8組，實(shí)驗(yàn)處理如下表所示。一段時(shí)間后，檢測(cè)葉片中有無淀粉，結(jié)果如下表。 編號(hào) 組1 組2 組3 組4 組5 組6 組7 組8 處理 葡萄糖溶液浸泡溶液中通入空氣 葡萄糖溶液浸泡溶液中通入CO2和N2 蒸餾水浸泡水中通入空氣 蒸餾水浸泡水中通入CO2和N2 光照 黑暗 光照 黑暗 光照 黑暗 光照 黑暗 檢測(cè) 結(jié)果 有淀粉 有淀粉 有淀粉 無淀粉 有淀粉 無淀粉 有淀粉 無淀粉 回答下列問題。 (1)光照條件下，組5葉片通過________________作用產(chǎn)生淀粉； 葉肉細(xì)胞釋放出的氧氣來自于________________的光解。 (2)在黑暗條件下，葉片能進(jìn)行有氧呼吸的組別是________。 (3)組2葉片中合成淀粉的原料是________，直接能源物質(zhì)是________，后者是通過________產(chǎn)生的。與組2相比，組4葉片無淀粉的原因是________________________。 (4)如果組7的蒸餾水中只通入N2，預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果是葉片中________(有、無)淀粉。 解析　本題綜合考查了光合作用和呼吸作用及同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)分析能力。(1)植物體通過光合作用合成有機(jī)物；H2O光解后產(chǎn)生氧氣。(2)有氧呼吸離不開氧氣的供應(yīng)，組2和組6有氧氣的供應(yīng)，可以進(jìn)行有氧呼吸。(4)如果組7的蒸餾水中只通入N2，葉片會(huì)因缺少二氧化碳的供應(yīng)而不能進(jìn)行光合作用，不能合成有機(jī)物。 答案　(1)光合　H2O　(2)組2和組6　(3)葡萄糖　ATP　有氧呼吸　組4無氧氣，葉片不能進(jìn)行有氧呼吸，淀粉合成缺少ATP　(4)無 疑難聚焦，專講專練(一)——光合作用和細(xì)胞呼吸綜合題型專訓(xùn) 一、光合——呼吸中“CO2與O2交換”的物理模型 綠色植物的光合作用是在葉綠體內(nèi)完成的，而細(xì)胞呼吸主要在線粒體內(nèi)進(jìn)行。兩者之間的關(guān)系從物質(zhì)交換的角度來看，主要涉及的是O2和CO2的去路與來源問題。通過構(gòu)建物理模型可以進(jìn)一步加深對(duì)光合作用強(qiáng)度與呼吸作用強(qiáng)度之間的內(nèi)在聯(lián)系的理解和認(rèn)識(shí)。 1．模型構(gòu)建 2．模型解讀 綠色植物進(jìn)行光合——呼吸過程中，O2和CO2的去路與來源：(1)葉綠體光合作用產(chǎn)生O2的去路：①用于植物呼吸作用；②釋放到周圍的環(huán)境中。(2)葉綠體光合作用利用CO2的來源：①來自植物自身的呼吸作用；②從外界環(huán)境中吸收(若是水生植物，則從周圍的水中吸收)。光合作用強(qiáng)度與呼吸作用強(qiáng)度間的關(guān)系，可參見下表： 光照條件 生理過程 氣體進(jìn)出圖解 生物學(xué)含義 無光照(或黑暗) ⑤和⑥ 只進(jìn)行呼吸作用 弱光照 ①②⑤⑥ 光合作用強(qiáng)度小于呼吸作用強(qiáng)度 較強(qiáng)光照 ①② 光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度 強(qiáng)光照 ①②③④ 光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度 二、光合——呼吸中“光合速率與光照、溫度”的數(shù)學(xué)模型 更多的曲線參見前面所講內(nèi)容！ 模型解讀 1．界定總光合速率、呼吸速率與表觀(凈)光合速率 (1)呼吸速率 ①概念：是指單位面積的葉片在單位時(shí)間內(nèi)分解有機(jī)物的速率。 ②表示方法：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，釋放的CO2量或吸收的O2量。 ③測(cè)定條件：黑暗條件下。 (2)表觀(凈)光合速率：光照下測(cè)定的CO2吸收速率(或O2釋放速率)。 (3)實(shí)際(總)光合速率：植物在光下實(shí)際合成有機(jī)物的速率。 計(jì)算公式：實(shí)際光合速率＝表觀(凈)光合速率＋呼吸速率。具體可表示為：實(shí)際光合速率＝從外界吸收CO2的速率＋呼吸釋放CO2的速率，或?qū)嶋H光合速率＝釋放O2的速率＋呼吸消耗O2的速率。 (4)真正光合速率、凈光合速率與呼吸速率的常用表示方法(如下表) 真正光 合速率 O2產(chǎn)生(生成)速率或葉綠體釋放O2量 CO2固定速率或葉綠體吸收CO2量 有機(jī)物產(chǎn)生(制造、生成)速率 凈光合 速率 植物或葉片或葉肉細(xì)胞O2釋放速率 植物或葉片或葉肉細(xì)胞CO2吸收速率 有機(jī)物積累速率 呼吸 速率 黑暗中O2吸收速率 黑暗中CO2釋放速率 有機(jī)物消耗速率 2.光合速率與植物生長(zhǎng)的關(guān)系 (1)當(dāng)凈(表觀)光合速率>0時(shí)，植物積累有機(jī)物而生長(zhǎng)； (2)凈光合速率＝0時(shí)，植物不能生長(zhǎng)； (3)凈光合速率<0時(shí)，植物不能生長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間處于此種狀態(tài)，植物將死亡。 由圖乙可看出，最有利于植物生長(zhǎng)的應(yīng)為凈光合速率的至高點(diǎn)，而非真正光合速率的至高點(diǎn)。 【典例1】 如圖甲表示a、b兩種植物光合速率隨光照強(qiáng)度改變的變化曲線，圖乙表示將a植物放在不同濃度CO2環(huán)境條件下，a植物光合速率受光照強(qiáng)度影響的變化曲線。 請(qǐng)分析回答下列問題。 (1)在較長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)陰雨的環(huán)境中，生長(zhǎng)受到顯著影響的植物是________。 (2)圖甲中的A點(diǎn)表示________。如果以缺鎂的完全營養(yǎng)液培養(yǎng)a植物幼苗，則B點(diǎn)的移動(dòng)方向是________________________________________________________________________。 (3)在C點(diǎn)時(shí)，葉綠體中ADP的移動(dòng)方向是從________向________移動(dòng)。如圖所示中與C點(diǎn)相符合的是________________________________。 (4)與D點(diǎn)相比，E點(diǎn)時(shí)葉肉細(xì)胞中C3的含量________；與F點(diǎn)相比，E點(diǎn)時(shí)葉肉細(xì)胞中C3的含量________。(填“高”“低”或“基本一致”) (5)當(dāng)光照強(qiáng)度為g時(shí)，比較植物a、b的有機(jī)物積累速率M1、M2的大小和有機(jī)物合成速率N1、N2的大小，結(jié)果應(yīng)分別為M1________M2、N1________N2。 (6)增施農(nóng)家肥可以提高光合效率的原因是____________________ ________________________________________________________________________。 解析　根據(jù)坐標(biāo)曲線的含義可知，圖甲是以光照強(qiáng)度和植物種類為自變量的多變量模型，圖乙是以光照強(qiáng)度和CO2濃度為自變量的多變量模型。(1)在較長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)陰雨的環(huán)境中，由于光照不足，a植物生長(zhǎng)受到顯著影響。(2)圖甲中，A點(diǎn)光照強(qiáng)度為零，植物不能進(jìn)行光合作用，此時(shí)A點(diǎn)表示a植物的呼吸速率。若缺Mg，a植物中的葉綠素減少，使光反應(yīng)受到抑制，只有通過增加光照強(qiáng)度來提高光合速率，才能使光合速率與呼吸速率相等，即B點(diǎn)右移。(3)C點(diǎn)時(shí)，光合作用強(qiáng)度最大，在葉綠體基質(zhì)中ATP不斷被分解產(chǎn)生ADP，并移向類囊體薄膜參與ATP的合成。(4)E點(diǎn)與D點(diǎn)相比，兩者CO2濃度相等，所以C3的來源不變，但E點(diǎn)的光照強(qiáng)度較大，光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和[H]多，有利于C3的還原，使其去路增多，所以C3含量降低；E點(diǎn)與F點(diǎn)相比，光照強(qiáng)度相同，光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和[H]相等，所以C3的去路不變，但E點(diǎn)CO2濃度較大，即有利于C3的生成，故C3的含量增加。(5)G點(diǎn)是a與b曲線的交點(diǎn)，所以此時(shí)M1＝M2，而a植物的呼吸速率大于b植物的，因此N1>N2。(6)農(nóng)家肥即有機(jī)肥，分解后可為農(nóng)作物提供CO2和礦質(zhì)元素，有利于光合作用的進(jìn)行。 答案　(1)a　(2)a植物的呼吸速率　向右　(3)葉綠體基質(zhì)　類囊體薄膜　D　(4)低　高　(5)＝　>　(6)農(nóng)家肥被微生物分解為農(nóng)作物提供CO2；提供礦質(zhì)元素；促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng)，提高土壤的通氣性，促進(jìn)植物對(duì)礦質(zhì)元素的吸收(答出任意兩項(xiàng)即可) 【訓(xùn)練1】 如圖是葉肉細(xì)胞在不同光照強(qiáng)度下葉綠體與線粒體的代謝簡(jiǎn)圖。以下相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(　　)。 A．細(xì)胞①處于黑暗環(huán)境中，那么該細(xì)胞單位時(shí)間釋放的CO2量即為呼吸速率 B．細(xì)胞②沒有與外界發(fā)生O2和CO2交換，可斷定此時(shí)光合速率等于呼吸速率 C．細(xì)胞③處在較強(qiáng)光照條件下，細(xì)胞光合作用所利用的CO2量為n1與n2的和 D．分析細(xì)胞④可得出，此時(shí)的光照強(qiáng)度較弱且n1小于m2 解析　細(xì)胞④中，線粒體利用的O2除來自葉綠體外，還要從細(xì)胞外吸收，說明細(xì)胞呼吸強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度，細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸和光合作用的過程中，O2的凈消耗量(吸收量)m2與CO2的凈生成量n1相等，D錯(cuò)誤。 答案　D 三、光合作用、細(xì)胞呼吸的測(cè)定方法及實(shí)驗(yàn)裝置 1. 表觀(凈)光合速率的測(cè)定方法 (1)NaHCO3溶液作用：玻璃瓶中的NaHCO3溶液保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒定，滿足了綠色植物光合作用的需求。 (2)植物光合速率指標(biāo)：植物光合作用釋放氧氣，使容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大，毛細(xì)管內(nèi)的水滴右移。單位時(shí)間內(nèi)水滴右移的體積即是光合速率。 (3)條件：整個(gè)裝置必須在光下。 動(dòng)態(tài)分析：當(dāng)外界條件變化時(shí)，CO2(光)補(bǔ)償點(diǎn)移動(dòng)規(guī)律 ①若呼吸速率增加，CO2(光)補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)右移，反之應(yīng)左移。 ②若呼吸速率基本不變，條件的改變使光合速率下降時(shí)，CO2(光)補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)右移，反之應(yīng)左移。 ③陰生植物與陽生植物相比，CO2(光)補(bǔ)償點(diǎn)和飽和點(diǎn)都相應(yīng)向左移動(dòng)。 2．細(xì)胞呼吸狀況的實(shí)驗(yàn)測(cè)定歸納 欲測(cè)定與確認(rèn)某生物的呼吸類型，應(yīng)設(shè)置兩套呼吸裝置，兩套呼吸裝置中的單一變量為NaOH與蒸餾水，即用等量的蒸餾水取代實(shí)驗(yàn)組的NaOH溶液，其他所有項(xiàng)目均應(yīng)一致，加蒸餾水的裝置內(nèi)氣壓變化應(yīng)由CO2與O2共同決定。兩套裝置可如下圖所示，當(dāng)然，此時(shí)仍有必要設(shè)置另一組作誤差校正之用。 結(jié)果與分析 ①若裝置1液滴左移，裝置2液滴不動(dòng)，則表明所測(cè)生物只進(jìn)行有氧呼吸(因有氧呼吸產(chǎn)CO2量與耗O2量相等)。 ②若裝置1液滴不動(dòng)，裝置2液滴右移，則表明所測(cè)生物只進(jìn)行無氧呼吸(因無氧呼吸只產(chǎn)CO2，不耗O2)。 ③若裝置1液滴左移，裝置2液滴右移，則表明該生物既進(jìn)行有氧呼吸，又進(jìn)行無氧呼吸。 ④裝置1與裝置2液滴均左移，則呼吸過程中O2吸收量大于CO2釋放量，呼吸底物中可能有脂質(zhì)參與。 a．為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果精確，排除實(shí)驗(yàn)誤差還應(yīng)設(shè)置如圖裝置3，以便校正。 b．進(jìn)行結(jié)果與結(jié)論的描述時(shí)應(yīng)“先結(jié)果后結(jié)論”，而不是“先結(jié)論后結(jié)果”，如上。 【典例2】 (xx孝感統(tǒng)考)以小球藻為材料做下列兩組實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)回答下列問題。 實(shí)驗(yàn)一　小球藻在適宜條件下進(jìn)行光合作用時(shí)，其繁殖速度較快。在相同培養(yǎng)液中，以圖中的裝置Ⅰ和Ⅱ(密封環(huán)境)分別培養(yǎng)相同品質(zhì)和數(shù)量的小球藻。將兩個(gè)裝置都放在陽光下，一定時(shí)間后，觀察裝置Ⅰ和Ⅱ發(fā)生的變化。 (1)比較B、C兩試管中的小球藻的繁殖速度，可以發(fā)現(xiàn)________試管的繁殖速度較快，其原因在于________________________________________________________________________。 實(shí)驗(yàn)二　如果用圖中E試管和F試管敞開口培養(yǎng)小球藻，E試管用完全培養(yǎng)液，F(xiàn)試管用缺鎂的營養(yǎng)液，研究光照強(qiáng)度對(duì)E、F兩試管中小球藻產(chǎn)生氧氣量的影響，結(jié)果如圖。據(jù)圖回答問題。 (2)P點(diǎn)的坐標(biāo)值表示的意義是____________________。 (3)Q點(diǎn)小球藻釋放的氧氣量為________，其原因是____________________。 (4)當(dāng)光照強(qiáng)度小于M時(shí)，限制試管中小球藻光合作用強(qiáng)度的主要環(huán)境因素是________________________________________________________________________。 (5)當(dāng)光照強(qiáng)度沿Q―→M方向移動(dòng)時(shí)，造成E、F兩試管氧氣增加量差異的原因是________________________________________________________________________。 實(shí)驗(yàn)三　將若干小球藻、水草及一條小魚放在一個(gè)盛有水的玻璃容器內(nèi)，使之處于氣體密閉狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)在溫度適宜的暗室中進(jìn)行，將玻璃容器用黑紙包裹遮光，在距玻璃容器0.3 m處用不同功率的燈泡給予光照1 h時(shí)(每換一次燈泡有一個(gè)間歇期，間歇期間足以使玻璃容器內(nèi)的含氧量恢復(fù)到初始實(shí)驗(yàn)狀態(tài))，其間用儀器記錄該容器內(nèi)氧氣濃度的變化(濃度單位：g/m3)。遮光實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，去掉黑紙，實(shí)施上述同樣的實(shí)驗(yàn)操作步驟．實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。 15 W 20 W 25 W 30 W 35 W 40 W 45 W 遮光 －10 －10 －10 －10 －10 －10 －10 不遮光 －6 －4 －2 0 ＋2 ＋5 ＋10 (6)不遮光的容器在光照為25 W時(shí)產(chǎn)生的氧氣量是________g/m3，消耗的氧氣量是________g/m3。 (7)當(dāng)光照強(qiáng)度大于________W時(shí)，這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)才有可能得以長(zhǎng)期維持。 (8)實(shí)驗(yàn)中黑紙包裹容器的作用是用來測(cè)定______________________。 解析　(1)A燒瓶中的酵母菌是兼性厭氧型生物，通過呼吸作用可產(chǎn)生CO2，而D燒瓶進(jìn)行的是乳酸發(fā)酵，乳酸發(fā)酵不產(chǎn)生CO2，因此B試管小球藻能進(jìn)行光合作用，繁殖的速度較快。(2)P點(diǎn)時(shí)，光照強(qiáng)度為零，小球藻只進(jìn)行呼吸作用不進(jìn)行光合作用，因此P點(diǎn)表示光照強(qiáng)度為零時(shí)，E試管內(nèi)小球藻呼吸作用吸收的氧氣量。(3)Q點(diǎn)表示光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度，此時(shí)凈光合速率為0，(4)分析坐標(biāo)圖可知，當(dāng)光照強(qiáng)度小于M時(shí)，限制試管中小球藻光合作用強(qiáng)度的主要環(huán)境因素是光照強(qiáng)度。(5)F試管的培養(yǎng)液中缺少鎂元素，影響葉綠素的正常合成，因此其中小球藻的光合作用效率比E試管低。(