第9讲 光与光合作用-【大鹏生物】2025年高考生物一轮复习讲义

第9讲　光与光合作用 一、捕获光能的色素和结构 知识回顾 1．绿叶中色素的提取和分离 (1)实验原理 (2)实验步骤 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度 胡萝卜素 橙黄色 最少 最高 最快 叶黄素 黄色 较少 较高 较快 叶绿素a 蓝绿色 最多 较低 较慢 叶绿素b 黄绿色 较多 最低 最慢 2.叶绿体的结构及其中的色素 (1)叶绿体的结构 ①结构模式图 ②功能：进行光合作用的场所。 (2)色素的吸收光谱 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。 重点剖析 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。 实验出现异常现象的原因分析 (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”。 考向预测 考向一　实验的基本原理和过程分析 1．下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是(　　) A．绿叶中的色素只能溶解在无水乙醇中 B．层析分离时必须确保滤液细线不触及层析液 C．制备滤纸条时用圆珠笔画横线更方便 D．若研磨绿叶时没有加入碳酸钙，则提取不到光合色素 2．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 考向二　色素的种类和功能 3．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 4．下表是科研人员测得大棚中某草莓在补充X光和Y光后叶片色素含量及果实产量的部分数据。下列分析错误的是(　　) 组别 叶绿素总量(mg/g) 类胡萝卜素(mg/g) 单株果数量(个) 单果质量(g) 对照组 6.4 2.5 12 15 X光组 5.5 4.0 13 16 Y光组 7.6 2.4 10 22 A.大棚中草莓叶片在不同光照下会做出适应性变化 B．Y光组叶片颜色比对照组偏黄 C．X光组叶绿体中NADPH合成速率小于Y光组 D．补充Y光更有利于提高大棚草莓产量 二、光合作用的过程 知识回顾 1．光合作用的探究历程(连线) 2．光合作用的过程 3．反应式 (1)产物为(CH2O)：CO2＋H2O → (CH2O)＋O2。 (2)产物为C6H12O6：6CO2＋12H2O → C6H12O6＋6O2＋6H2O。 (3)元素的转移途径 ①H：3H2O → [3H] → (C3H2O)。 1 C：14CO2 → 14C3 → (14CH2O)。 2 O：H218O → 18O2；C18O2 → C3 → (CH218O)。 下面是光合作用探究历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，请分析： (1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？ 选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。 (2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是什么？ 排除氧气和极细光束外的其他光的干扰。 (3)萨克斯实验中进行“黑暗”处理的目的是什么？ 消耗掉细胞中原有的淀粉，防止对实验结果造成干扰。 (4)萨克斯实验中在染色前通常用酒精对叶片进行脱色处理，目的是什么？ 防止叶片中色素颜色对实验结果的干扰。 (5)两实验设计中是如何形成对照的？ 恩格尔曼的实验中，照光处理与不照光、黑暗与完全曝光形成对照； 萨克斯的实验中，暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照。 重点剖析 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、[H]、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、ATP的水解 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[H]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．环境改变时光合作用各物质含量的变化 (1)“过程法” (2)“模型法” ①图1中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、[H]、ATP。 ②图2中曲线甲表示C5、[H]、ATP，曲线乙表示C3。 ③图3中曲线甲表示C5、[H]、ATP，曲线乙表示C3。 ④图4中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、[H]、ATP。 考向预测 考向一　光合作用过程的综合考查 5．下图为绿色植物光合作用过程示意图(图中a～g为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示)。下列有关叙述错误的是(　　) A．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解 B．c为ATP，f为[H] C．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到18O D．图中a物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能 6．如图表示光合作用过程，a、b、c表示物质，甲、乙表示场所，下列有关分析错误的是(　　) A．物质b可能是ADP和Pi B．物质c直接被还原生成(CH2O)和C5 C．甲中色素不溶于水，能溶于有机溶剂 D．乙中含有多种催化反应的酶 考向二　不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析 7．将单细胞绿藻置于适宜的温度、光照以及充足的CO2条件下培养，经一段时间后，突然停止光照，则下列叙述中不会发生的是(　　) A．光反应停止，不能形成NADPH和ATP B．短时间内暗反应仍进行，CO2与C5继续结合形成C3 C．短时间内绿藻体内C3的含量会上升 D．由于没有NADPH和ATP供应，C3不能形成糖类等物质，积累了许多C5 8．植物的叶肉细胞在光下合成糖，以淀粉的形式储存。通常认为若持续光照，淀粉的积累量会增加，但科研人员有了新的发现。 (1)叶肉细胞吸收的CO2，在_____________中被固定形成C3，C3在________阶段产生的___________的作用下，形成三碳糖，并进一步合成淀粉。 (2)科研人员给予植物48小时持续光照，测定叶肉细胞中的淀粉量，结果如图1所示。实验结果反映出淀粉积累量的变化规律是_______________________________________________________________。 (3)为了解释(2)的实验现象，研究人员提出了两种假设。 假设一：当叶肉细胞内淀粉含量达到一定值后，淀粉的合成停止。 假设二：当叶肉细胞内淀粉含量达到一定值后，淀粉的合成与降解同时存在。为验证假设，科研人员测定了叶肉细胞的CO2吸收量和淀粉降解产物——麦芽糖的含量，结果如图2所示。 实验结果支持上述哪一种假设？请运用图中证据进行阐述。 支持假设二。实验结果显示，叶肉细胞持续(或并未停止)吸收CO2，麦芽糖的含量快速增加，说明淀粉的合成与降解同时存在。 三、光合作用的影响因素及应用 模型总结 1．光照强度 (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[H]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 ①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸。 ②AB段：随着光照强度逐渐增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少。 ③B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，此时的光照强度称为光补偿点。 ④BC段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。 ⑤D点：D点后光照强度增加，光合作用不再增强，此时内部的限制因素是：光合色素含量、酶的数量和活性；外部限制因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。D点的光照强度称为光饱和点。 (3)应用： ①温室生产中，适当增强光照强度，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低，间作套种农作物，可合理利用光能。 2．CO2浓度 (1)原理：CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成。 (2)曲线解读 ①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 ②图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。 ③B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通风，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。 3．温度 (1)原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用，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；晚上适当降低室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。 4.水分和矿质元素 (1)原理 ①水既是光合作用的原料，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。 ②矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成，对光合作用产生直接或间接的影响。 (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．多因子变量对光合速率的影响 (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。 下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题： ①7～10时的光合作用强度不断增强的原因是光照强度逐渐增大。 ②10～12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制。 ③14～17时的光合作用强度不断下降的原因是光照强度不断减弱。 ④从图中可以看出，限制光合作用的因素有光照强度、温度。 ⑤依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施： 根据本题信息，可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。 (2)在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些益处？(至少说出两点) 考向预测 考向一　光合作用影响因素的综合考查 11．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 12．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_____________________________________。 (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 作物A光饱和点高且长得高，可利用上层光照进行光合作用；作物C光饱和点低且长得矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用 四、探究光照强度对光合作用强度的影响 知识回顾 1．实验原理：叶片含有气体，叶片上浮，抽干气体后，叶片下沉，光合作用产生O2充满细胞间隙，叶片上浮。 2．实验装置分析 (1)自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。 (2)中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。 (3)因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。 1．实验结果的生理状态分析 (1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如图1： (2)在弱光下，此时的光合作用小于或等于细胞呼吸，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如下图2和图3： (3)在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的氧气产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如图4： 2．“叶片上浮法”应用中的三点注意 (1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。 (2)打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。 (3)为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。 考向突破 考向一　光合作用影响因素的实验探究 13．下图甲表示在一定条件下测得的某植物体光照强度与光合速率的关系；图乙是某同学“探究影响植物光合速率的因素”的实验装置；图丙是某兴趣小组将植物栽培在密闭玻璃温室中，用红外线测量仪测得室内的CO2浓度与时间关系的曲线。请分析回答： (1)图甲中的a点表示__________，影响a点上下移动的外界因素主要是______，所以用大棚种植蔬菜时，可采用_______________的方法来提高细胞中有机物的积累量；d点后限制大棚蔬菜光合作用的环境因素主要是 ________，因此大棚种植可采取的措施是____________。 (2)图甲中的c点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有______________________________；此时，叶肉细胞光合作用产生的有机物________(“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用消耗的有机物。 (3)图乙装置实验中每隔15 min加大一次广口瓶与灯之间的距离，随着时间与距离的增加，气泡产生速率下降，产生这一结果的原因是________________和________________，导致光合速率下降，O2释放量减小，气泡产生速率下降。 (4)由图丙可推知，24小时内密闭玻璃温室中氧气浓度最大的是______(填时间)时，该植物24小时有机物会________(填“增加”“减少”或“不变”)。 学科网（北京）股份有限公司 $$