【金版学案】2017年高考生物一轮复习知识点与课后训练：第3单元第10讲光合作.doc

第10讲 光合作用

考纲解读
考情播报
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核心内容
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
1.光合色素吸收光谱及应用
2．光反应与暗反应的过程及联系。
光照、二氧化碳浓度、温度对光合作用强度的影响、有机物的积累量、二氧化碳的消耗量或氧气的生成量的计算、净光合速率的相关分析与计算
纸层析法操作要点
1.考查方式：多借助图表、坐标曲线考查光合作用的过程、场所、影响因素，多与细胞呼吸结合在一起进行考查。
2．考查题型：选择题和非选择题都常见，多是中档题。

知识点一　捕获光能的色素和叶绿体的结构
1．叶绿体中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。

2．叶绿体的结构与功能
(1)结构模式图

(4)恩格尔曼的实验：好氧细菌只分布于叶绿体被光束照射的部位。

(1)为什么叶片一般呈现绿色？
提示：因为叶绿素对绿光吸收很少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。
(2)为什么无色透明的大棚中植物的光合效率最高？
提示：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，其他光被其吸收，所以无色透明的大棚中植物的光合效率最高。

知识点二　光合作用的探索历程

知识点三　光合作用的过程

1．判断下列有关叶绿体及其色素的叙述的正误
(1)叶绿素a和叶绿素b吸收光谱的吸收峰波长相同(2015·江苏卷)(×)
(2)光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与(2014·课标全国Ⅱ卷) (√)
(3)生长在同一植株上绿色叶片和黄色叶片的叶绿体中都含有叶绿素a(2014·海南卷) (×)
(4)叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光(经典再现) (√)
(5)液泡中色素吸收的光能用于光合作用(经典再现) (×)
2．判断下列有关光合作用叙述的正误
(1)正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内CO2的固定加快(2014·课标全国Ⅰ卷) (×)
(2)破坏叶绿体外膜后，O2不能产生(经典再现) (×)
(3)离体叶绿体基质中添加ATP、NADPH[H]和CO2后，可完成碳(暗)反应 (经典再现) (√)

一、选择题
1．(2015·四川卷)下列在叶绿体中发生的生理过程，不需要蛋白质参与的是 (　　)
A．Mg2＋吸收　　　　　B．O2扩散　
C．光能转换　 D．DNA复制
解析：Mg2＋的吸收是主动运输，需要载体蛋白的参与，A项错误；O2扩散为自由扩散，直接跨越磷酯双分子层结构，B项正确；光能转换需要多种酶的催化作用，C项错误；DNA复制时需解旋酶及DNA聚合酶等的催化作用，D项错误。
答案：B
2．下列关于植物光合作用和细胞呼吸的叙述，正确的是 (　　)
A．光合作用和细胞呼吸的第一阶段都有丙酮酸的产生
B．光合作用产生的ATP有一部分用于细胞呼吸
C．光合作用进行的同时不一定都伴随着细胞呼吸的进行
D．光合作用和细胞呼吸都有水的参与
解析：丙酮酸的生成在细胞呼吸的第一阶段，与光合作用无关；光反应阶段产生的ATP只能用于暗反应；光合作用进行的同时一定伴随着细胞呼吸的进行；水作为原料参与光合作用的光反应阶段，而细胞呼吸中水参与有氧呼吸的第二阶段。
答案：D
3．(2015·海南卷)将一株生长正常的某种植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养。从照光开始，净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0，之后保持不变。在上述整个时间段内，玻璃容器内CO2浓度表现出的变化趋势是 (　　)
A．降低至一定水平时再升高
B．降低至一定水平时保持不变
C．持续保持相对稳定状态　　
D．升高至一定水平时保持相对稳定
解析：密闭容器内的植物在光照条件下既能进行光合作用也能进行有氧呼吸，植物净光合速率＝实际光合速率－呼吸速率，净光合速率只要大于0，则光合作用消耗的CO2量就大于有氧呼吸释放的CO2量；根据题意，从照光开始，净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0，之后保持不变。说明密闭容器内的CO2浓度从光照开始就下降，当净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0时，密闭容器内的CO2浓度停止下降，然后净光合速率为0保持不变，密闭容器内的CO2浓度保持相对稳定状态，所以C正确。
答案：C
4．(2015·福建卷)在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2＋C5(即RuBP)→2C3。为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化C5与14CO2的反应，并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是 (　　)
A．菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质
B．RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行
C．测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法
D．单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高
解析：由题意可知，该酶催化的过程为光合作用暗反应过程中的CO2的固定，反应场所是叶绿体基质，A正确；暗反应指反应过程不依赖光照条件，有没有光，反应都可进行，B错误；对14CO2中的C元素进行同位素标记，检测14C3的放射性强度，可以用来测定RuBP羧化酶的活性，C正确； 14C3的生成量的多少表示固定过程的快慢，可以说明该酶活性的高低，D正确。
答案：B
5．炎热夏季中午，为了防止失水过多，植物往往采取应急措施。此时叶肉细胞 (　　)
A．三碳化合物含量上升
B．光反应产物不足以支持暗反应的需求
C．有机物积累速率明显下降
D．叶绿体基质中ADP含量增加
解析：炎热夏季中午，植物为了防止失水过多，叶片上的气孔关闭，导致二氧化碳供应不足，影响了暗反应中二氧化碳的固定，进而影响了光合作用的进行，导致有机物积累速率下降。
答案：C
6．下图为高等绿色植物光合作用图解，以下说法正确的是 (　　)

A．①是光合色素，分布在叶绿体和细胞质基质中
B．②是氧气，可参与有氧呼吸的第三阶段
C．③是三碳化合物，能被氧化为(CH2O)
D．④是ATP，在叶绿体基质中生成
解析：根据光合作用图解可知，图中①是光合色素，分布在叶绿体类囊体薄膜(基粒)上；②是氧气，可参与有氧呼吸的第三阶段，与有氧呼吸第一、二阶段产生的[H]结合生成水，释放大量的能量；③是三碳化合物，在由光反应阶段提供的[H]和ATP的作用下被还原为(CH2O)；④是ATP，在叶绿体类囊体薄膜(基粒)上生成。
答案：B
(教师备用)下图表示某高等绿色植物体内的部分生理过程。有关分析正确的是 (　　)

A．能够在叶肉细胞生物膜上进行的生理过程有Ⅰ和Ⅲ的某过程
B．阶段Ⅰ生成的[H]可作为还原剂用于⑤过程生成水
C．过程①④⑤可为叶肉细胞吸收Mg2＋等提供动力
D．过程③④⑤进行的场所分别是叶绿体基质、细胞质基质、线粒体
解析：据图可知，阶段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别代表光反应、暗反应、细胞呼吸，①～⑤分别表示光反应产生ATP、C3的还原、CO2的固定、无氧呼吸、有氧呼吸。能够在叶肉细胞生物膜上进行的生理过程有Ⅰ(光反应发生于叶绿体类囊体薄膜)、Ⅲ中的⑤(有氧呼吸的第三阶段发生在线粒体内膜上)，故A正确；阶段Ⅰ生成的[H]将作为还原剂还原C3，故B错误；过程④和⑤都合成ATP，为细胞吸收Mg2＋等提供动力，①过程产生的ATP只能用于暗反应，故C错误；过程③进行的场所是叶绿体基质，过程④进行的场所是细胞质基质，过程⑤进行的场所是细胞质基质和线粒体，故D错误。
答案：A
7．下列各项措施中，能提高农作物的光合作用速率的是 (　　)
①延长作物的光合作用时间　②增加作物的光合作用面积　③对不同的作物给予适宜的光照强度　④确保通风以保证二氧化碳的供给量
A．①②　 B．②③
C．①④　　 D．③④
解析：农作物的光合作用速率是指单位时间单位面积光合作用产生有机物的量，延长光合作用时间和增加光合作用面积虽然能提高光合作用的产量，但却不能提高光合作用速率。
答案：D
8．(2016·沈阳模拟)下图所示为研究光照强度和CO2浓度对某植物光合作用速率影响的结果。下列有关叙述中不正确的是 (　　)

A．曲线由a点转向b点时，叶绿体中C3浓度升高
B．曲线由b点转向d点时，叶绿体中C5浓度升高
C．在一定范围内增加光照和CO2浓度，有利于提高光合速率
D．曲线中c点产生的限制因素主要是叶绿体中酶数量
解析：曲线由a点转向b点时，由于光反应增强，光反应产物ATP和[H]增多，还原C3的量也增多，因此，叶绿体中C3的浓度会下降。曲线由b点转向d点时，二氧化碳浓度降低，二氧化碳的固定速率减小，叶绿体中C5浓度升高。ab段影响光合作用速率的主要因素是光照强度，若增加光照强度，可提高光合速率。曲线中c点的限制因素可能是叶绿体中酶的数量、也可能是温度等其他条件，与横坐标的影响因素无关。
答案：A
(教师备用)(2016·无锡模拟)某校生物兴趣小组以玉米为实验材料，研究不同条件下细胞光合作用速率和细胞呼吸速率的关系，并绘制了A、B、C、D四幅图。其中图中“A”点不能表示光合作用速率与细胞呼吸速率相等的是 (　　)

解析：A图中A点的含义是CO2的吸收量等于释放量，表示净光合作用速率等于细胞呼吸速率，此时光合作用速率大于细胞呼吸速率；B图中A点后CO2的浓度降低，说明光合作用速率大于细胞呼吸速率，故A点含义是光合作用速率等于细胞呼吸速率；C图中，根据图中曲线的含义可知，A点代表光合作用速率等于细胞呼吸速率；D图中，A点CO2的吸收量为0，说明此时的光合作用速率等于细胞呼吸速率。
答案：A
二、非选择题
9．为了研究2个新育品种P1、P2 幼苗的光合作用特性，研究人员分别测定了新育品种与原种(对照)叶片的净光合速率、蛋白质含量和叶绿素含量，结果如下图所示。请回答下列问题：

(1)图1的净光合速率是采用叶龄一致的叶片，在______________________相同的实验条件下，测得的单位时间、单位叶面积____________的释放量。
(2)光合作用过程中CO2与C5结合生成________，消耗的C5由________经过一系列反应再生。
(3)由图可知， P1的叶片光合作用能力最强，推断其主要原因有：一方面是其叶绿素含量较高，可以产生更多的______________；另一方面是其蛋白质含量较高，含有更多的________________________。
(4)栽培以后，P2植株干重显著大于对照，但籽实的产量并不高，最可能的生理原因是________________________________________。
解析：(1)图1探究温度对净光合速率的影响，则无关变量有光照强度、CO2浓度，需保证相同且适宜。光合速率可用单位时间、单位叶面积O2释放量或CO2吸收量表示。(2)光合作用暗反应过程中，CO2与C5结合形成C3，C3再经过还原形成C5和(CH2O)。(3)P1叶绿素含量较高，吸收较多的太阳能用于光反应，产生更多的[H]和ATP；叶片中蛋白质含量较多，含有更多的与光合作用有关的酶，使光合速率加快。(4)与对照组相比，P2植株光合作用能力强，产生的有机物多，但向籽实运输的光合产物少，导致籽实的产量并不高。
答案：(1)光照强度、CO2浓度　 O2　
(2)C3　 C3
(3)[H]和ATP　参与光合作用的酶
(4)P2 光合作用能力强，但向籽实运输的光合产物少
10．(2015·课标全国Ⅰ卷)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量________(填“高于”、“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是________________________________；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要________，这些反应发生的部位是叶绿体的____________。
(2)A、B、C三组处理相比，随着________________________的增加，使光下产生的_____________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
解析：(1)因为每组处理的总时间均为135 s，C组光照黑暗交替处理，同时时间相等；D组全为光照。所以C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%单位光照时间内，C组植物合成有机物的量高于D组。由此说明光合作用中有些反应不需要光照，即暗反应阶段发生在叶绿体基质中。
(2)A、B、C三组处理相比，光照和黑暗每次持续时间缩短，光照和黑暗交替频率增加，使光下产生的ATP和[H](或者还原型辅酶Ⅱ)为暗反应提供原料和物质，增加了光合作用中CO2的同化量。
答案：(1)高于　C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%　光照　基质
(2)光照和黑暗交替频率　ATP和还原型辅酶Ⅱ
(教师备用)(2016·九江模拟)某兴趣小组以天竺葵为实验材料开展了其叶片光合作用和呼吸作用的日变化关系研究。实验结果如图1所示，回答问题：

(1)图中曲线1表示______________________________________；
曲线2表示____________________________________________。
(2)从图示看，该植物光合作用在13时表现为“午休”现象，此时叶片细胞中的叶绿体内C3和还原氢的含量变化分别是______、_______。
(3)如果将观察对象改为植物释放O2最快时的速率为__________。
(4)在25 ℃的条件下，该兴趣小组将天竺葵置于不同光照强度及是否施肥的条件下培养。实验结果如图2所示(该植物光合作用、呼吸作用的最适温度分别是25 ℃、30 ℃)。请据图回答以下问题：
①C点条件下限制该植物CO2吸收量的主要因素是________。
②与D点相比，B点条件下限制CO2吸收量的因素是________。
③土壤含水量在____________的条件下施肥效果明显。
解析：(1)据图1分析，曲线1表示光合作用固定二氧化碳的速率，曲线2表示呼吸作用产生二氧化碳的速率。(2)植物光合作用在13时表现为“午休”现象，此时气孔部分关闭，二氧化碳供应不足，固定减少，三碳化合物合成减少，消耗ATP和[H]减少导致还原氢含量增加。(3)将观察对象改为植物释放O2最快时的速率为表观光合速率，即二氧化碳的固定速率与呼吸作用产生二氧化碳的速率之差，即此时释放O2的速率＝20－5＝15 μmol·m－1·a－1。(4)①据图2分析，C点条件下已经施肥，限制该植物CO2吸收量的主要因素是水分或土壤含水量。②与D点相比，B点与D点的土壤含水量相同，且都经过施肥，故限制光合作用的因素是光照强度。③图中曲线表明土壤含水量在40%～60%的条件下二氧化碳的吸收量明显增加，即施肥效果明显。
答案：(1)光合作用固定二氧化碳的速率　呼吸作用产生二氧化碳的速率
(2)减少　 增加
(3)15 μmol·m－1·a－1
(4)①水分或土壤含水量
②光照强度
③40%～60%
11．(2016·信阳质检)植物鹅掌花喜温暖湿润的半阴环境，忌强光照射。如图表示夏季时鹅掌花在不同遮光处理条件下净光合速率的日变化曲线。请分析并回答：

(1)研究小组发现适当遮光可使鹅掌花叶片叶绿素含量增加，对________光的吸收能力增强．如果要验证叶片色素含量的变化情况，可先用无水乙醇提取叶片色素，然后利用________(填方法)分离所提取的色素。
(2)导致图中曲线Ⅲ明显偏低的主要环境因素是____________。该植物M点时________(填“能”或“不能”)进行光合作用。若改为100%遮光，此时鹅掌花_______(填“有”或“无”)ATP和[H]的合成，原因是_____________________________________
(3)图中曲线Ⅱ在12∶30左右净光合速率显著下降，推测原因是__________________________________________________________。
(4)同一植株底部叶片细胞的呼吸作用比顶部叶片细胞弱的内部原因可能是________________________________________________。
(5)科研人员为研究氧气浓度与光合作用的关系，测定了鹅掌花叶片在25 ℃时，不同氧气浓度下的光合作用速率(以CO2的吸收速率为指标)，部分数据见下表。请分析回答：
氧气浓度
2%
20%
CO2的吸收速率(mg/h·cm2)
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①O2浓度由2%增大为20%时，烟草叶片吸收CO2的速率大幅下降，推测这种变化与________增强有关。
②为了探究O2浓度对光合作用是否构成影响，在上表所获得数据的基础上，还要测定黑暗条件下对应的呼吸速率。假设在25 ℃，氧浓度为2%时，呼吸速率为X[mg/(h•cm2)]，氧浓度为20%时呼吸速率为Y[mg/(h·cm2)]。如果23＋X＞9＋Y，说明__________________________________________________________。
解析：(1)光合作用的色素主要吸收红光和蓝紫光。可先用无水乙醇(或丙酮)提取叶片色素，再用纸层析法分离所提取的色素。(2)80%遮光使光照强度较弱，导致光合作用速率下降使图中曲线Ⅲ明显偏低。该植物M点时为光补偿点，此时光合作用等于呼吸作用，植物能够进行光合作用，若改为100%遮光，此时鹅掌花进行呼吸作用，线粒体和细胞质基质中仍有ATP和[H]的合成。(3)图中曲线Ⅱ与曲线Ⅰ相比，12∶30左右光照强度过大，植物蒸腾作用过强，引起气孔关闭，吸收CO2减少，导致光合作用速率下降，造成鹅掌花植株的干重较小。(4)由于同一植株底部叶片细胞衰老，酶的活性降低，所以同一植株底部叶片细胞的呼吸作用比顶部叶片细胞弱。(5)①O2浓度由2%增大为20%时，烟草叶片吸收CO2的速率大幅下降，可能与呼吸作用增强有关，呼吸作用释放的CO2多，为光合作用提供的多，光合作用从外界吸收的CO2就少，还可能与O2浓度增大可能抑制光合作用有关，从外界吸收的CO2也减少。②因为光合作用固定的CO2来自于呼吸作用提供的和从外界吸收的CO2，如果23＋X＝9＋Y，说明：氧气浓度的增加不影响光合作用，只是由于呼吸作用的增强；如果23＋X＞9＋Y，则是由于光合作用受到抑制所导致。
答案：(1)红光和蓝紫　 纸层析法
(2)光照强度较弱　能　有　呼吸作用合成
(3)光照强度过大，植物蒸腾作用过强，引起气孔关闭，吸收CO2减少，导致光合作用速率下降
(4)底部叶片细胞衰老，酶的活性降低
(5)①有氧呼吸　　②氧气浓度增大抑制光合作用
12．(2015·北京卷)研究者用仪器检测拟南芥叶片在光—暗转换条件下CO2吸收量的变化，每2 s记录一个实验数据并在图中以点的形式呈现。

(1)在开始检测后的200 s内，拟南芥叶肉细胞利用光能分解________，同化CO2。而在实验的整个过程中，叶片可通过________将储藏在有机物中稳定的化学能转化为____________和热能。
(2)图中显示，拟南芥叶片在照光条件下，CO2吸收量在________μmol·m－2·s－1范围内，在300 s时CO2__________达到2.2 μmol·m－2·s－1。由此得出，叶片的总(真实)光合速率大约是________μmol CO2·m－2·s－1。(本小题所填数值保留到小数点后一位)
(3)从图中还可看出，在转入黑暗条件下100 s以后，叶片的CO2释放__________，并达到一个相对稳定的水平，这提示在光下叶片可能存在一个与在黑暗中不同的呼吸过程。
(4)为证明叶片在光下呼吸产生的CO2中的碳元素一部分来自叶绿体中的五碳化合物，可利用__________技术进行探究。
解析：(1)光合作用绿色植物通过叶绿体利用光能，把水和二氧化碳转变成储存能量的有机物，同时释放出氧气的过程；而细胞呼吸是把有机物进行氧化分解，把有机物中稳定的化学能转变成活跃的化学能(ATP中的)和热能供生命活动利用。(2)由图分析可以得到在前200 s有光照时CO2的吸收维持在0.2～0.6 μmol·m－2·s－1之间(此时为光合作用的测量值，是植物光合作用对CO2吸收真实值与细胞呼吸作用释放CO2的差值)，在300 s时为黑暗环境中，植物只进行细胞呼吸作用，所以植物的真实光合作用应该是CO2的测量值与细胞呼吸作用CO2的释放量之和。(3)转入黑暗条件下100 s以后，也就是在300 s以后，可以看到“点”的重心逐渐上升，也就是说明叶片释放的CO2量在逐渐减少。(4)探究化学元素的去向，往往采用的是14C同位素示踪技术。
答案：(1)水　 细胞呼吸　ATP中的化学能
(2)0.2～0.6　 释放量　 2.4～2.8
(3)逐渐减少
(4)14C同位素示踪

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