专题梳理7 光合作用将光能转化为化学能（word版）-【精英1号】2024年高中生物学考笔记·知识梳理手册

专题梳理7　光合作用将光能转化为化学能 一、光合作用在叶绿体中进行 1．叶绿体结构 ①外膜；②内膜；③基粒(由类囊体堆叠而成)；④基质。 2．光合作用的总反应式： 6CO2＋12H2OC6H12O6＋6H2O＋6O2 3．功能：绿色植物进行光合作用的场所。 二、光合色素的提取与分离 1．实验原理：光合色素是一类脂溶性物质，可以利用脂溶剂将它们从叶绿体中提取出来，并且将它们分离开来，达到观察叶绿体中色素的目的。 2．实验结果分析 【答案】　橙色　叶黄素　最多　黄绿色 三、光合作用过程 光反应 碳反应 场所 ________膜(光合膜) 叶绿体基质 物质 变化 光能将水裂解为________；________将NADP＋还原为NADPH，并产生ATP，O2被释放到细胞外 在酶的催化作用下，1个CO2分子与五碳糖结合，形成1个六碳分子；这个六碳分子随即分解成2个三碳酸分子；三碳酸分子接受来自ATP和NADPH的能量，被NADPH还原形成三碳糖 能量 变化 光合色素吸收光能，光能转化为________中的化学能 ________中的能量转变为有机物中的化学能 【答案】　类囊体　H＋、O2和e－　H＋、e－　ATP和NADPH　NADPH和ATP 四、光合作用受环境因素的影响 1．光合速率：一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行的光合作用，如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳。 2．影响光合速率的因素 (1)光强度：光合速率随光强度的增加而增加，但在强度达到全日照之前，光合作用已达到光饱和点时的速率，即光强度再增加，光合速率也不会增加。 (2)温度：每种植物光合作用都有一个最适温度。低于该温度，随着温度升高，光合速率加快；超过该温度，酶的活性减弱或丧失。光合作用的最适温度因植物种类而异。 (3)CO2浓度：CO2直接影响碳反应速率，一定范围内，光合速率随CO2浓度的增加而增加。 【答案】　①O2　②NADPH　③ATP　④RuBP(五碳糖)　⑤6三碳糖　⑥再生　⑦类囊体膜　⑧叶绿体基质 光合色素的提取与分离 【例题1】　[2021·杭州七县市期末]用新鲜的菠菜叶片进行光合色素的提取与分离实验，距离层析起点最远的一条色素带是(C) A．叶绿素a B．叶绿素b C．胡萝卜素 D．叶黄素 【解析】叶绿体色素的提取和分离实验：提取色素原理：色素能溶解在酒精或丙酮等有机溶剂中，所以可用无水酒精等提取色素。分离色素原理：各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素，溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢。各物质作用：无水乙醇或丙酮提取色素，层析液分离色素，二氧化硅使研磨得充分，碳酸钙防止研磨中色素被破坏。结果：滤纸条从上到下依次是胡萝卜素(最窄)、叶黄素、叶绿素a(最宽)、叶绿素b(第2宽)，色素带的宽窄与色素含量相关。纸层析法分离叶绿体中的色素，其原理为溶解度大，扩散速度快，距离起点越远，胡萝卜素的溶解度最大，即扩散速度最快，距离起点最远，C正确。 【例题2】　[2021·丽水市期末]用无水乙醇提取新鲜菠菜绿叶中的色素，经层析液分离后，结果如下图所示。下列叙述错误的是(B) A．色素带1为胡萝卜素 B．色素带2为蓝绿色 C．色素带3最宽，对应色素含量最高 D．色素带4中的色素在滤纸上的移动速率最小 【解析】分离叶绿体中色素原理：各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢。滤纸条从上到下依次是：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)。色素带1扩散速度最快，为胡萝卜素，A正确；色素带2为黄色的叶黄素，B错误；色素带3为叶绿素a，其宽度最宽，代表对应色素含量最高，C正确；色素带4为叶绿素b，扩散距离最近，代表色素在滤纸上的移动速率最小，D正确。 【例题3】　[2022·诸暨市学考]对菠菜绿叶中提取的色素进行分离，以色素扩散距离为横坐标，光合色素的含量为纵坐标，绘制图形，如图所示。下列叙述正确的是(A) A．色素甲呈黄绿色 B．滤纸条上色素带最宽的是丁 C．色素乙在层析液中溶解度最大 D．菠菜绿叶的新鲜程度不影响四种色素的含量 【解析】色素甲为叶绿素b，呈黄绿色，A正确；色素乙(叶绿素a)的含量最高，滤纸条上色素带最宽的是乙，B错误；同一时间段内扩散距离越远，色素在层析液中的溶解度越大，色素扩散距离最远的是丁，即色素丁的溶解度最大，C错误；菠菜绿叶的新鲜程度会影响四种色素的含量，新鲜的叶片光合色素含量丰富，否则色素可能分解，影响实验结果，D错误。 光合作用过程 【例题4】　光合作用中光反应阶段为碳反应阶段的进行提供的物质是(D) A．NADPH和氧气 B．CO2和ATP C．O2和ATP D．NADPH和ATP 【解析】光合作用中光反应阶段为碳反应阶段的进行提供的物质是NADPH和ATP，用于三碳酸的还原过程。 【例题5】　下图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布。下列有关叙述正确的是(C) A．此生物膜为叶绿体内膜 B．光被叶绿体内膜上的色素吸收并转化 C．发生的能量转换是：光能→化学能，此化学能可储存于ATP与NADPH中 D．在图示结构中可完成光反应与碳反应 【解析】色素存在于叶绿体类囊体膜上，而非叶绿体内膜，A错误；光被类囊体膜上的色素吸收并转化，B错误；光反应可将光能转化为化学能储存于ATP和NADPH中，C正确；在光合膜上只能进行光合作用的光反应，碳反应需在叶绿体基质中进行，D错误。 【例题6】　[2021浙江宁波慈溪中学测试]绿色植物光合作用卡尔文循环过程如图所示。下列叙述正确的是(B) A．五碳糖转变成三碳酸的过程发生的场所是类囊体膜 B．三碳酸转变成三碳糖的过程需要NADPH提供氢和ATP提供能量 C．三碳糖运至叶绿体外合成淀粉，并运输到植物体各个部位 D．三碳糖转化成五碳糖的过程发生的场所是类囊体膜 【解析】五碳糖转变成三碳酸的过程发生的场所是叶绿体基质，A项错误；三碳酸在光反应中生成的NADPH提供的氢和ATP提供的能量的作用下生成三碳糖，B项正确；三碳糖运至叶绿体外合成蔗糖，并运输到植物体各个部位，C项错误；三碳糖转化成五碳糖的过程发生的场所是叶绿体基质，D项错误。 影响光合速率的因素 【例题7】　[2021·浙江温州高一]离体的叶绿体在光照下进行稳定的光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短时间内叶绿体中三碳酸、五碳糖及ATP相对含量的变化是(C) A．上升、下降、上升 B．下降、上升、下降 C．下降、上升、上升 D．上升、下降、下降 【解析】二氧化碳含量的改变直接影响的是碳反应中二氧化碳的固定这个反应，二氧化碳含量由高到低时，二氧化碳的固定变弱，则五碳糖消耗减少，剩余的五碳糖相对增多，三碳酸生成量减少。由于三碳酸的生成量减少影响了三碳酸的还原，使得三碳酸的还原反应减弱，则消耗的NADPH和ATP量减少，所以NADPH和ATP剩余的量增多。所以突然中断CO2气体的供应，短时间内叶绿体中三碳酸的含量下降、五碳糖的含量上升、ATP的含量上升，C正确。 【例题8】　[2023·杭州九校联考]我国在南极科考站的医生做起了“副业”，他们利用温室种植蔬菜，每天至少能供应一公斤新鲜果蔬，馋死了隔壁科考站的邻居。下列有关温室蔬菜光合作用的叙述，正确的是(　A　) A．对于温室蔬菜这类真核生物而言，叶绿体是其进行光合作用的唯一场所 B．蔬菜的绿色茎秆无法进行光合作用 C．蔬菜可以利用阳光进行光合作用，但不能利用灯光 D．南极也能种蔬菜，说明温度对光合作用的影响不大 【解析】只有真核生物的叶绿体上才含有与光合作用有关的光合色素和酶，故对于温室蔬菜这类真核生物而言，叶绿体是其进行光合作用的唯一场所，A正确；蔬菜的绿色茎秆含有与光合作用有关的光合色素和酶，可以进行光合作用，B错误；蔬菜可以利用阳光也能利用灯光进行光合作用，C错误；南极也能种蔬菜，但是是在温室里种植，说明温度会影响光合作用的进行，D错误。 【例题9】　[2022·7浙江学考]为了研究弱光对大豆生长、光合作用和产量的影响，研究小组用两种大豆在正常光(100%)和弱光(20%)条件下进行实验，结果如下表。 品 种 光照 处理 株高 (cm) 叶绿素 a(mg· cm－2) 叶绿素 b(mg· cm－2) 类胡萝卜 素(mg· cm－2) 净光合 速率 (μmolCO2· m－2·s－1) 单株种 子产 量(g) 南 豆 100% 32.78 1.23 0.33 0.71 4.41 18.21 20% 64.67 1.30 0.25 1.09 3.17 15.09 黑 豆 100% 41.67 1.39 0.27 0.78 3.97 36.71 20% 99.50 3.80 3.04 0.62 2.97 8.92 注：净光合速率用单位时间单位面积的叶片从外界吸收的CO2量表示。 下列叙述错误的是(C) A．弱光条件下，主茎伸长有利于获得更多的光照 B．光合色素含量改变有利于适应不同的光照环境 C．净光合速率大的大豆品种，单株种子产量也大 D．弱光条件下，南豆比黑豆更适合栽种 【解析】表中数据，依据生物与环境相适应、结构与功能相适应，推测弱光条件下，主茎伸长有利于获得更多的光照，光合色素含量改变有利于适应不同的光照环境，弱光条件下，南豆比黑豆更适合栽种，A、B、D正确；表中数据可知南豆净光合速率最大，但其单株种子产量18.21g小于黑豆36.71g，故C错误。 易错点1：混淆塑料大棚中“塑料颜色”与“补光类型”的选择。 为提高光能利用率，塑料大棚栽培时常选择“无色塑料”以便透过各色光，这是因为太阳的全色光透过时各种色的光均可被作物吸收(尽管黄绿色吸收量较小，但总不会起负作用)，而阴天或夜间给温室大棚“人工补光”时，则宜选择植物吸收利用效率最高的“红光或蓝紫光”灯泡。因为若利用白炽灯，则其发出的光中“黄、绿光”利用率极低，从节省能源(节电、节省成本)角度讲，用红灯泡、紫灯泡效率最高。 易错点2：误认为温室生产中昼夜温差越大，作物产量越高。 白天适当提高温度或增加CO2浓度，可有利于提高光合产量，夜晚不进行光合作用，适当降低温度可降低呼吸速率从而减少有机物消耗，故适当提高昼夜温差可提高作物有机物积累量，从而提高作物产量。然而，昼夜温差并非越大越好，因为夜晚温度过低时，呼吸酶活性过小，当呼吸作用被过度抑制时，必将减弱矿质离子的吸收等代谢过程，从而制约次日的光合作用，这对作物生长显然不利。 易错点3：误认为只能是光反应制约碳反应(或暗反应)，碳反应(或暗反应)不会制约光反应，从而认为停止CO2供应时，不影响O2产生。 光反应为碳反应(或暗反应)提供NADPH和ATP，故光反应停止时，碳反应(或暗反应)无法进行，然而光反应也需碳反应(或暗反应)为之提供ADP、Pi和NADP＋等，故碳反应(或暗反应)停止(如撤掉CO2供应)时，光反应也将受制约，从而导致O2产生速率下降。 易错点4：误认为光照下密闭容器中植物周围空气中CO2浓度不变时，叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率。 一株放在密闭容器中的植物，当给以光照，此容器内二氧化碳浓度不变时，不要认为此时叶肉细胞二氧化碳的吸收量等于释放量，事实上是整个植株二氧化碳的吸收量与释放量相等。因为植株还有非绿色组织，该部分只能进行呼吸作用产生二氧化碳，而对于叶肉细胞来说，二氧化碳的吸收量大于释放量，即“叶肉细胞”的光合速率抵销“所有细胞”呼吸速率时密闭容器中CO2不变(既不增加也不减少)。 学科网（北京）股份有限公司 $$