5-4-2-光合作用的原理和应用(学生版).docx

第2课时　光合作用的原理和应用

知识清单

一、光合作用的概念
1．主要场所： 。
2．能量来源： 。
3．反应物： 。
4．产物： 。
5．实质： 。
二、光合作用原理

1．填写图中序号所代表的物质或结构
① ；② ；③ ；④ 。
2．图示Ⅰ过程是 阶段：
(1)场所： 上。
(2)条件： 等。
(3)叶绿体中光合色素吸收光能的作用：
①将水分解为氧和H＋，氧直接以 形式释放出去，H＋与NADP＋结合形成 。
②在有关酶的作用下，提供能量促使ADP与P反应形成 ，这样光能就转变为储存在 。
(4)NADPH的作用：
①作为活跃的 ，参与暗反应阶段反应。
② 供暗反应阶段利用。
3．图示Ⅱ过程是 阶段：
(1)场所： 。
(2)条件： 。
(3)具体过程：
①CO2的固定，即绿叶通过气孔吸收的CO2，在特定酶的作用下，与C5(一种五碳化合物)结合，形成C3分子。
②在有关酶的催化作用下，C3接受 释放的能量，并且被 还原。
③一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列变化反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5，继续参与CO2的固定。
三、光合作用原理的应用
1．光合作用强度
(1)概念：植物在 内通过光合作用制造 的数量。
(2)表示方法：用一定时间内 消耗或 生成的数量来定量表示。
(3)影响因素
①光合作用的原料——水、CO2。
影响CO2供应的因素： 和 等。
②动力—— 。
③场所——叶绿体。
影响叶绿体的形成和结构的因素： 和病虫害。
④酶：影响酶活性的因素，如 。
2．探究光照强度对光合作用的影响
取材
↓
排气
↓
沉水
↓
分组：取3只小烧杯，分别倒入20 mL富含 的清水、分别放入10片小圆形叶片
↓
光照：分别对这3个实验装置进行 三种光照
↓
观察并记录：同一时间段内各实验装置中
3．在生产实践中的应用
实例
原理
间作套种
不同植物对 的需求不同
冬季大棚温度白天适当提高，晚上适当降低
白天提高温度，促进光合作用，夜间降温，抑制呼吸作用
“正其行、通其风”
增大 浓度，有利于光合作用的进行
合理灌溉
缺少导致气孔关闭，CO2供应不足

考点突破

考点01 光合作用探究历程中的重要实验
【典型例题】
在科学家对光合作用的探索历程中，下列哪一项叙述不准确（       ）
A．英格豪斯发现普利斯特利的实验必须在光下进行才能成功
B．萨克斯证明了光合作用产生的有机物中有淀粉
C．鲁宾和卡门利用同位素标记法，证明光合作用中释放的氧气中的氧元素来自二氧化碳
D．恩格尔曼以水绵为实验材料，证明光合作用是发生在叶绿体的受光部位

【归纳总结】探索光合作用原理的部分实验
时间/发现者
内容
19世纪末
科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖
1928年
科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖
1937年希尔
(英国)
在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气
1941年鲁宾、卡门(美国)
用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，H218O＋CO2―→植物―→18O2，H2O＋C18O2―→植物―→O2，得出光合作用释放的氧全部来自水
1954年阿尔农
(美国)
在光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是与水的光解相伴随

考点02
光合作用的过程
【典型例题】
下图为叶绿体的结构与功能示意图，下列说法错误的是(       )

A．水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量
B．供给14CO2其放射性出现的顺序为CO2→C3→甲
C．光合作用过程中ADP和Pi从B向A处移动
D．NADPH产生于A处，在暗反应中起还原作用
【类题通法】对光合作用图解的解读
①叶绿体中ADP和Pi的含量是相对稳定的。光反应阶段利用光能、ADP和Pi合成的ATP在暗反应阶段中被利用，同时产生的ADP和Pi,再用于合成ATP。
②叶绿体中C5的含量也是相对稳定的。在CO2的固定中消耗C5形成C3，形成的C3在还原过程中又形成了C5。
③光反应停止后，C3的还原停止，CO2的固定在消耗完还未被利用的C5后也就停止了。当停止供应CO2,还未被利用的C3被还原后，暗反应就停止了，此时，光反应在利用完暗反应产生的还未被利用的ADP和Pi合成ATP后，光反应也就停止了。
考点03 光合速率的影响因素
【典型例题】
将某绿藻细胞悬浮液放入密闭玻璃瓶中，保持适宜的pH和温度，在不同条件下记录该容器内氧气量的变化，结果如图所示。下列叙述正确的是（       ）

A．第0～4分钟，产生ATP的场所是线粒体、叶绿体和细胞质基质
B．第5～7分钟，氧气量增加的速率减小，是因为呼吸作用消耗容器中的氧气
C．第7分钟，添加一定量CO2后，绿藻细胞内C5含量短时间内会下降
D．第9～12分钟，密闭容器中氧气浓度不再升高，说明绿藻没有进行光合作用

【易错分析】光照强度与光合作用曲线分析

(1)原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速率加快，产生的NADPH和ATP增多，使暗反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。
(2)曲线解读
项目
生理过程
气体交换
生理状态模型
A点
只进行呼吸作用
吸收O2、释放CO2

AB段
呼吸作用大于光合作用
吸收O2、释放CO2

B点
呼吸作用等于光合作用
不与外界进行气体交换

B点
以后
呼吸作用小于光合作用
吸收CO2、释放O2

考点04 真正光合速率、净光合速率和呼吸速率的辨析
【典型例题】
．图1是某高等植物叶肉细胞部分结构示意图，其中a～h为气体的相对值；图2为光照强度对该叶肉细胞CO2吸收量的影响，下列叙述错误的是（       ）

A．在图2甲时，图1中b、c、d、e的值均为零
B．在图2乙时，图1中该叶肉细胞中h＝c，、d＝g
C．图1中当b、e为零且a、f不为零时，对应图乙的甲乙段
D．图2中光照强度在丁点及之后，光合速率与呼吸速率相等
【模型构建】光合作用、细胞呼吸的“三率”图示模型

(1)“三率”的表示方法
①呼吸速率：绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织一定时间内CO2释放量或O2吸收量，即图1中点。
②净光合速率：绿色组织在有光条件下测得的一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量，即图1中的C′C段对应的CO2量，也称为表观光合速率。
③总(实际)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，即图1中的AD段对应的CO2总量。
(2)图2中曲线Ⅰ表示总光合量，曲线Ⅲ表示呼吸量，曲线Ⅱ表示净光合量。交点D对应点E，此时净光合量为，点时植物生长最快。
(3)图3中曲线c表示净光合速率，d表示呼吸速率，c＋d表示总光合速率。在G点时，总光合速率是呼吸速率的倍。
(4)图1中B点对整个植株而言，光合速率呼吸速率，而对于叶肉细胞来说，光合速率呼吸速率。
考点05 植物光合作用和细胞呼吸曲线分析
【典型例题】
．下图甲、乙、丙、丁表示环境因素对植物光合作用的影响示意图，对图中曲线描述正确的是（       ）

A．从图乙中可看出，在25℃左右时该植物生长最快
B．图丁中b点时，甲、乙两植物的真光合速率相等
C．图丙中曲线ab段形成的原因是由于光照强度降低所致
D．若植物长期处于图甲所示环境中，则该植物能正常生长
【易错分析】自然环境与密闭环境中一昼夜内光合速率曲线的比较

分层提分

题组A 基础过关练
1．下列对光合色素和光合作用相关实验的叙述，错误的是（       ）
A．菠菜叶片中各种光合色素的含量不同，但吸收的光谱基本相同
B．恩格尔曼选择水绵作为实验材料有利于观察到呈螺旋带状的叶绿体
C．植物学家萨克斯用天竺葵的叶片做对照实验，证明了光合作用的产物之一是淀粉
D．鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2的O，证明了氧气中的氧来源于水
2．暗反应由CO2的固定和C3还原构成，如题图。下列关于暗反应及其过程的说法，正确的是（        ）

A．CO2的固定需要酶和ATP B．C3被还原时只需要ATP供能
C．暗反应发生于叶绿体基质中 D．暗反应生成的糖类都是淀粉
3．下列关于光合作用与化能合成作用的叙述，正确的是（       ）
A．二者都需要光照和酶等条件 B．二者利用的能量和酶都相同
C．二者都能将CO2和水合成为糖类 D．二者都能在绿色植物同一部位进行
4．光照强度增强，光合作用增强。但在光照最强的夏季中午，光合作用不继续增强，反而下降。主要原因是（　　）
A．夏季光照太强，叶绿素分解
B．夏季气温太高，酶活性降低
C．暗反应过程中C3产生得太少
D．水分蒸腾散失太多，光反应产生的还原氢少
5．下图表示植物细胞内光合作用、呼吸作用中[H]的转移过程。相关叙述错误的是（       ）

A．过程①伴随有 ATP 的产生
B．过程②发生时的产物还有五碳化合物
C．过程③需要消耗水
D．过程④发生在线粒体的基质中
6．光合作用和呼吸作用在生产生活中有着广泛的应用，下列叙述错误的是（       ）
A．维持蔬菜大棚中适当的昼夜温差，有利于植物体内有机物的积累
B．合理密植有利于提高农作物对光、水、肥等资源的利用率
C．给板结的土壤松土有利于促进根细胞的呼吸作用
D．塑料大棚用蓝紫色的薄膜，有利于提高瓜果蔬菜的产量
7．下图是某植物叶肉细胞在一定的光照下光合作用和细胞呼吸过程示意图，Ⅰ~Ⅲ代表物质，①②代表过程，请据图回答下列问题。

(1)图中的A、B阶段分别表示__________________________________________________。
(2)图中的物质Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ依次是______________________________，过程②是在叶绿体的_____________中进行的。
(3)光照强度、温度、CO2浓度等外界因素都能影响光合作用强度，其中主要影响B阶段的因素___________。若将该植物周围的CO2由较低浓度快速升到较高且适宜的浓度，短时间内图甲中C3的含量将__________（填“增加”“减少”或“不变”）。
(4)粮食储藏过程中，有时会发生粮堆湿度增大的现象，这是因为细胞进行__________（填“无氧呼吸”或“有氧呼吸”）产生了水。
题组B 能力提升练
8．美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源。实验示意图如下，相关叙述错误的是（   ）

A．该实验用放射性同位素18O分别标记H2O和CO2
B．物质A和物质B均为氧气
C．物质A和物质B的相对分子质量之比为8∶9
D．该实验结果说明光合作用释放的氧气中的氧元素来自水
9．光合作用是整个自然界最根本的化学反应之一。因为有了光合作用的存在，绝大多数的动物和微生物才得以生存在这个星球上。下列关于光合作用的说法正确的是（       ）
A．叶绿体内的光合色素都能吸收、传递、转化光能促进光反应的顺利进行
B．暗处理会得到黄化幼苗，说明色素的合成需要一定的光照条件
C．在植物细胞中，ATP合成酶只存在于叶绿体类囊体膜上
D．参与CO2固定为糖分的酶只在叶绿体基质中存在
10．已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，如图所示曲线表示该植物在恒温30℃、适宜CO2浓度时光合速率与光照强度的关系，下列叙述错误的是（       ）

A．若光照增强，则短时间内植物叶肉细胞中C3的含量降低
B．若CO2浓度降低，则d点向左下方向移动
C．d点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体
D．将温度调节到25℃（其他条件不变），图中a点将向上移动，b点将向右移动
11．下列各图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除各图中所示的因素外，其他环境因素均控制在最适范围。下列对光合作用速率及其限制因素的相关分析错误的是（       ）

A．图甲中，若温度继续升高，则光合速率可能会降低
B．图乙中，b点的限制因素是CO2浓度，N点的主要限制因素与a、b点的不同
C．图甲中M点的主要限制因素是温度，图丙中P点的主要限制因素是光照强度
D．图丙中，在相同时间内，d点叶肉细胞中生成C3的速率与c点的相同
12．下图是夏季晴朗的白天，某绿色植物叶片的光合作用强度和呼吸作用强度的曲线图。分析曲线图判断，下列说法正确的是（       ）

A．BC段和DE段光合作用强度不断下降的原因相同
B．A点和E点时叶肉细胞内消耗[H]的场所是叶绿体基质
C．该植株在中午12时的净光合作用强度大于0
D．C点时该植株叶绿体内C5相对含量可能高于B点
13．下图表示某植物叶肉细胞中光合作用和有氧呼吸的主要过程，其中甲~丁表示生理过程发生的场所，a~e表示物质，相关叙述错误的是（       ）

A．甲和丙中产生的[H]代表不同的物质
B．乙、丁分别表示线粒体基质和叶绿体基质
C．物质d、e均以自由扩散的方式穿越生物膜
D．给植物提供18O标记的c，18O会出现在e中
14．植物光合作用的速率受温度、二氧化碳浓度等外界因素的影响。图1表示某植物在不同温度条件下（光照和CO2浓度等条件均适宜）的净光合速率和呼吸速率曲线；图2表示将该种植物叶片置于适宜的光照和温度条件下，叶肉细胞中C5的相对含量随细胞间隙CO2浓度的变化曲线。请回答下列问题：

(1)图1中，甲曲线表示_____，该实验条件下，植物能正常生长的温度必需低于_____℃。M点的实际光合速率____（选填“大于”、“等于”或“小于”）N点的实际光合速率，判断的依据是____。
(2)图2中，CO2在RuBP羧化酶作用下与C5结合生成C3，据此推测，RuBP羧化酶存在于__（结构）中。图中A→B的变化是由于叶肉细胞吸收CO2的速率___（选填”增加“或“减少”），B→C保持稳定的内因是受到_____限制。
(3)为探究其他因素对实验结果的影响，某科研人员利用多株生长状况相同的该植物、完全培养液、多种缺素培养液，设计实验验证缺铁与缺镁对光合速率的影响机理相似。请补充完善下列表格中有关内容：
实验操作的目的
简单操作过程
选取植物分组
选择若干生长状况相同的植物平均分为3组，编号A、B、C。
_________
取A组用适量的完全培养液在适宜条件下，培养一段时间。
实验组处理
_________，在适宜条件下培养相同时间。
结果检测
_________

题组C 培优拔尖练
15．科学家将小球藻放入密闭容器，通过通气管向该容器中通入14CO2，通气管上有开关可控制14CO2的供应；容器周围有光源，通过控制电源开关可控制光照的有无。下列叙述不正确的是（       ）
A．关闭通气管，小球藻叶绿体中的C5含量降低
B．若通入14CO2，—段时间后可检测到具有放射性的C6H12O6
C．通过控制反应时间可探究CO2中碳原子的转移途径
D．通过控制光照的有无可探究光反应和暗反应的关系
16．以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是（       ）

A．光照相同时间，35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等
B．光照相同时间，在20℃条件下植物积累的有机物的量最多
C．温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少
D．两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等
17．如图为光合作用过程示意图，在适宜条件下栽培的小麦，如果突然将c降低至极低水平（其他条件不变），则a、b在叶绿体中的含量变化将会是（       ）

A．a上升、b下降 B．a、b都上升
C．a、b都下降 D．a下降、b上升
18．如图为某植物叶肉细胞结构示意图，a﹣f表示气体，请据图分析，不正确的一项是（　　）

A．图中a、c、e分别表示二氧化碳、氧气、氧气
B．当光合作用强度小于呼吸作用强度时，图中存在箭头c、d、e、f
C．当光合作用强度等于呼吸作用强度时，图中存在箭头c、d
D．当光合作用强度大于呼吸作用强度时，图中存在箭头a、b
19．如图表示某植株在不同光强度下，单位时间内释放量和产生总量的相对变化。对植物生理过程分析正确的是（       ）

A．光强度为a时，该植株内有机物总量将减少
B．光强度为b时，该植株的光合作用强度是细胞呼吸强度的两倍
C．光强度为c时，叶肉细胞的光合作用强度与细胞呼吸强度相等
D．光强度为d时，叶肉细胞产生ATP的细胞器是细胞溶胶、线粒体、叶绿体
20．图是某生物兴趣小组同学将一植物放在密闭的玻璃罩内，置于晴朗的夏季室外进行培养，假定玻璃罩内植物的生理状态与自然环境中相同．用红外线测量仪测得该玻璃罩内CO2浓度与一天24小时的时间变化曲线，据图下列有关说法错误的是（       ）

A．D点和H点可表示该植物光合速率等于呼吸速率
B．H点CO2浓度最低，说明此时植物积累有机物最多
C．从0时开始计算，经过24小时，植物体内的有机物量有所增加
D．FG段CO2浓度下降不明显，是因为中午温度过高使酶活性降低
21．对某植物光合作用速率的情况进行了探究，设计了图A所示由透明的玻璃罩构成的小室。

(1)将该装置放在自然环境下，测定夏季—昼夜小室内植物氧气释放速率的变化，得到如图B所示曲线，装置A刻度管中液滴移到最右点是在图B一天中的__________点。
(2)在实验过程中某段光照时间内，记录液滴的移动，获得以下数据：
每隔20分钟记录一次刻度数据
……
24
29
32
34
……

该组实验数据是在B曲线的__________段获得的。
(3)如果要测定该植物真正光合作用的速率，该如何添加设置C？如何处理实验数据以获得真光合速率？添加装置C：__________。
(4)数据处理：若1小时后，装置A读数为a，装置C读数为b，（a、b均为绝对值）则真光合速率为：__________。
(5)据下图分析，温室栽培该植物，为获得最大经济效益，应控制的最低温度为______℃。图中______点光合作用制造的有机物是细胞呼吸消耗有机物的两倍。a点时叶肉细胞中O2的移动方向是______。研究者用含18O的葡萄糖追踪根细胞有氧呼吸中的氧原子，其转移途径是_____。