专题09-光合作用(串讲)(新高考专用)(原卷版).docx

专题09 光合作用
考点分布
重点难点
备考指南
1.绿叶中色素的提取和分离实验
2.光合作用的探究过程
3.光合作用的基本过程及影响因素

1.光合作用的基本过程
2.影响光合作用速率的环境因素
3.实验：叶绿体色素的提取和分离。

理解掌握光合作用的过程、场所和能量转化和影响因素。
理解并掌握色素的分离和提取原理，实验步骤以及实验的注意事项。

考点一　捕获光能的色素和结构

1． 绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理
色素提取原理:色素溶于有机溶剂而不溶于水，可用____________来溶解色素，从而提取绿叶中的色素。
色素分离原理:各种色素在____________中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散速度比 较快，反之则比较慢，从而使各种色素相互分离开来。
（2）实验中几种化学药品的作用
无水乙醇 ：溶解色素，提取色素； 层析液 ：分离绿叶中的色素 ；
二氧化硅 ：增加摩擦力，破坏细胞结构，使____________ ；
____________：防止研磨过程中色素被破坏。
（3）实验流程

（4）实验结果及分析

①从色素带的宽度可推知色素含量的多少依次为:叶绿素a,叶绿素b,叶黄素,胡萝卜素。
②从色素带的位置可推知色素在层析液中的溶解度大小依次为:胡萝卜素,叶黄素,叶绿素a, 叶绿素b。

色素种类
色素颜色
色素含量
溶解度
扩散速度
_________
橙黄色
_________
_______
_______
叶黄素
黄色
较少
较高
较快
_________
蓝绿色
_________
较低
较慢
叶绿素b
黄绿色
较多
_______
_______

2.叶绿体的结构及其中的色素
(1)叶绿体的结构模式图

结构
(2)功能：进行_______的场所。

1．捕获光能的色素及色素的吸收光谱

由图可以看出：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。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．影响叶绿素合成的因素
（1）光照是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
（2）温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。
（3）必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶子变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶子变黄。

1、绿叶中色素提取实验出现异常现象的原因分析
(1)滤纸条上色素带颜色过浅的原因分析
①未加二氧化硅或研磨不充分，色素未充分提取出来。
②使用放置数天的绿叶或绿叶用量少，滤液中的色素(叶绿素)含量太少。
③一次加入的无水乙醇过多，导致提取液浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
⑤画滤液细线次数过少。
⑥选用的绿叶叶脉过多，叶肉细胞过少。
(2)滤纸条色素带重叠：滤纸条未经干燥处理，滤液细线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致。
(3)滤纸条看不到色素带：①忘记画滤液细线；②滤液细线触及层析液，色素全部溶解到层析液中。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素的色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
2、光是一种电磁波。可见光的波长范围大约是390～760 nm。一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。
3、生产上，用无色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高。阴天时，在功率相同的情况下，应该选择补红光和蓝光的照明灯为蔬菜补充光源？
4、关于光合色素的5点提醒
（1）可进行光合作用的细胞不一定都含有叶绿体（如蓝藻等），但是都有光合色素。
（2）叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。
（3）植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。
（4）不同颜色温室大棚的光合效率比较：无色透明大棚能透过日光中各种色光，有色大棚主要透过同色光，所以无色透明的大棚中植物的光合效率最高；叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚中植物的光合效率最低；不同颜色的温室大棚光合效率不同，单色光中，蓝紫光下光合速率最快，红光次之，绿光最差。
（5）植物的液泡中含有的色素不参与光合作用。
典例1.在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为(　　)
试剂
甲
乙
丙
丁
无水乙醇
－
＋
＋
＋
CaCO3
＋
＋
－
＋
SiO2
＋
＋
＋
－

A．①②③④ B．②④①③
C．④②③① D．③②①④
典例2.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640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
考点二　光合作用的过程

1．光合作用的概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把_______转化成储存着能量的有机物，并且释放出_______的过程。
2．光合作用的探究历程(连线)

3.光合作用过程

3．光合作用反应式

1．光反应和暗反应的比较
项目
光反应
暗反应
条件
光、色素、酶
ATP、NADPH、CO2、多种酶
场所
类囊体薄膜
叶绿体基质
物质变化
水的光解、ATP的合成
CO2的固定、C3的还原
能量变化
光能转化为活跃的化学能
活跃的化学能转化为稳定的化学能
联系
光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成
2.光合作用和化能合成作用的比较
项目
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
氧化无机物释放出的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌
相同点
都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
3．环境条件改变时光合作用中相关物质的含量变化
（1）分析方法：需从物质的生成和消耗两个方面综合分析。
示例：CO2供应正常，光照停止时C3的含量变化

（2）物质含量变化
条件
光照由强到弱，CO2供应不变
光照由弱到强，CO2供应不变
CO2供应由充足到不足，光照不变
CO2供应由不足到充足，光照不变
C3含量
增加
减少
减少
增加
C5含量
减少
增加
增加
减少
NADPH和ATP的含量
减少
增加
增加
减少
（CH2O）的合成量
减少
增加
减少
增加
4.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
（1）光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。
（2）一直光照条件下，会造成NADPH、ATP的过度积累，利用不充分；光照和黑暗间隔条件下， NADPH、ATP基本不积累，能够被充分利用；因此在光照时间相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。
例如：若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用，甲一直光照10分钟，黑暗处理10分钟；乙光照5秒，黑暗处理5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：甲＜乙。
对光合作用过程的4点说明
（1）C3和 C5并不是只含有3个或5个碳原子，还有H、O等原子，如丙酮酸（C3H4O3）就是一种三碳化合物。
（2）暗反应不直接需要光，但是如果没有光照，光反应停止后，暗反应很快也会停止。
（3）光合作用的产物主要是糖类，还有一些类脂、有机酸、氨基酸和蛋白质等。
（4）叶绿体产生的ATP只能用于自身的物质合成，不能直接用于细胞中其他部位的生命活动。
典例1.如图表示绿色植物光合作用的部分过程，图中A～C 表示相关物质。有关分析错误的是（　　）

A．图中A为氧气，可部分释放到空气中
B．图中B为NADPH，外界CO2浓度升高时，B的含量暂时升高
C．该过程消耗的NADP＋和C来自于叶绿体基质
D．该过程将光能转化为化学能储存在B和ATP中
典例2.（2019·菏泽检测）如图所示某阳生植物细胞在夏季晴天某一天内的光合作用过程中C3、C5化合物的数量变化。若第二天中午天气由光照强烈转向阴天时，叶绿体中C3含量的变化、C5含量的变化分别相当于曲线中的（　　）

A．c→d段（X），b→c段（Y）
B．d→e段（X），d→e段（Y）
C．d→e段（Y），c→d段（X）
D．b→c段（Y），b→c段（X）
考点三　光合作用的影响因素及应用

1．光照强度

（1）原理：光照强度影响_______反应，制约NADPH和ATP的产生。
（2）曲线分析
①A点：光照强度为0，此时只进行_______。
②AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少。
③B点：为_______点，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度。
④BC段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度不断增强，到C点后不再增强了。
⑤D点：为光饱和点，限制D点以后光合作用强度不再增加的内部因素是______________，外部因素是_______等除光照强度之外的环境因素。
（3）应用：①温室生产中，适当_______光照强度，以提高光合速率，使作物增产；②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物_______，间作套种农作物，可合理利用光能。
2．CO2浓度

（1）原理：CO2影响_______阶段，制约C3的形成。
（2）曲线分析：图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B点和B′点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。
（3）应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施_______等增大CO2浓度，提高光合速率。
3．温度

（1）原理：温度通过影响_______影响光合作用，主要制约暗反应。
（2应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞_______速率，保证植物有机物的积累。
4． 水分和矿质元素

（1）原理
①水既是光合作用的_______，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分还能影响_______的开闭，间接影响CO2进入植物体内。
②矿质元素通过影响与光合作用有关的_______的合成，对光合作用产生直接或间接的影响。如镁可以影响_______的合成从而影响光反应。
（2）应用：农业生产中，可根据作物的生长规律，合理灌溉和施肥。
5.多因子综合

(1)曲线分析
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的主要因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。

提高大棚内农作物产量的途径
途径
具体方法和注意事项
延长光照时间
夜间适当补充光照：最好选择日光灯，时间不能太长，保证经济效益
增大光合面积
合理密植：要适度，避免相互遮光造成减产
间作、套种：要选择合适的两种作物，减少竞争导致的减产
提高光合作用强度
提高CO2浓度：如适当通风、焚烧秸秆、施用农家肥
合理施肥：如农家肥和化肥配合使用，还要避免施肥过度造成“烧苗”
提高净光合作用速率
适当增大昼夜温差：白天适当升温，夜间适当降温，增加有机物的积累量

多因素对光合作用影响的曲线分析方法
解答受多因素影响的光合作用曲线题时，找出曲线的限制因素是关键。具体方法是对纵坐标或横坐标画垂线或者只看某一条曲线的变化，将多因素转变为单一因素，从而确定限制因素。当曲线上标有条件时，说明因变量受横坐标和曲线上条件的共同影响。若题干中描述了曲线的获得前提，如最适温度下测得，则应该考虑温度以外的影响因素。
典例1.(2021·四川省绵阳市高三二诊)细胞代谢在日常生活和生产中应用广泛，下列方法合理的是(　　)
A．冬季蔬菜大棚可用蓝色薄膜提高农作物光合速率
B．夜间蔬菜大棚可适当提高温度，有利于提高产量
C．土壤板结后松土主要是促进农作物根系吸收水分
D．充入一定量的氮气可以延长水果蔬菜储藏的时间
典例2.某植物净光合速率的变化趋势如下图所示。

据图回答下列问题：
(1)当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为________。CO2浓度在a～b之间时，曲线________表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。
(2)CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是____________。
(3)当环境中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量________(填“大于”“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。
(4)据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑________这一因素的影响，并采取相应措施。

1.(2019·全国Ⅰ，3)将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40 g，其增加的质量来自(　　)
A．水、矿质元素和空气 B．光、矿质元素和水
C．水、矿质元素和土壤 D．光、矿质元素和空气
2.(2020·天津，5)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是(　　)
A．产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质
B．该反应体系不断消耗的物质仅是CO2
C．类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原
D．与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素
3.(2020·河北省衡水中学高三第一次模拟)下列关于光合作用探究历程中相关实验的描述，错误的是(　　)
A．饥饿处理后，天竺葵叶片曝光部位可向遮光部位运输小分子有机物
B．受到均匀光照时，好氧细菌分布在水绵带状叶绿体所有受光照部位
C．改变水中H218O所占的比例，小球藻释放的氧气中18O2所占的比例也随之变化
D．供给小球藻14CO2，叶绿体内含14C的三碳化合物会不断积累
4.(2020·江苏，6)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是(　　)
A．提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B．研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏
C．研磨时添加石英砂有助于色素提取
D．画滤液细线时应尽量减少样液扩散
5.(2020·山东，21)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。

(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是__________________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________________。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将________(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是________________________________________。
(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是_________________________。
人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
6.(2020·全国Ⅰ，30)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动，促进作物的生长发育，达到增加产量等目的。回答下列问题：
(1)中耕是指作物生长期中，在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施，该栽培措施对作物的作用有_________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
_________________________________________________________________(答出2点即可)。
(2)农田施肥的同时，往往需要适当浇水，此时浇水的原因是__________________________
(答出1点即可)。
(3)农业生产常采用间作(同一生长期内，在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物，在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑，最适合进行间作的两种作物是________，选择这两种作物的理由是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
作物
A
B
C
D
株高/cm
170
65
59
165
光饱和点/μmol·m－2·s－1
1 200
1 180
560
623