届 一轮复习人教版能量之源光与光合作用学案 1.docx

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届一轮复习人教版能量之源光与光合作用学案1

2020届一轮复习人教版能量之源——光与光合作用学案

1．光合作用的基本过程（Ⅱ）。

2.实验：

叶绿体色素的提取和分离。

考点1　捕获光能的色素和结构

知/识/梳/理►—————————————

1．叶绿体

（1）结构示意图

（3）功能：

叶绿体是进行　光合作用　的场所。

2．色素的种类和功能

色素

功能

叶绿素

叶绿素a　：

蓝绿色

叶绿素b　：

黄绿色

吸收　蓝紫光和红光　　

类胡萝卜素

叶黄素：

　黄色　

胡萝卜素：

　橙黄色

吸收　蓝紫光　

吸收光谱图示及说明

1阳光经三棱镜折射后形成不同波长和颜色的光

②折射光透过色素滤液时部分光被吸收

③色素对红光和蓝紫光吸收较多，使两光区呈现暗带

3.光合作用的探究历程（连线）

教/材/研/析►—————————————

■必备语句——记一记

1．叶绿体中的色素有4种，即叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素。

分布在叶绿体的类囊体薄膜上。

2．叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。

3．叶绿体是进行光合作用的场所，其中光反应在类囊体薄膜上进行，暗反应在基质中进行。

4．叶片呈绿色的原因是叶片中的色素对绿光吸收少，绿光被反射出来。

5．不同颜色的温室大棚光合效率不同，无色透明大棚效率最高，绿色大棚效率最低；对大棚进行补光时，单色光以蓝紫光最好，红光次之，绿光最差。

■教材拓展——做一做

（经典实验分析）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？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

答案：

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的部位。

（2）两实验如何设计对照实验？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

答案：

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。

[角度1]　捕获光能的色素和结构　

1．（2017·全国卷Ⅲ，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640～660nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的

解析：

A　[类胡萝卜素不吸收红光，只能吸收蓝紫光，A.错误；吸收光谱就是通过对不同色素对不同波长光的吸收值来绘制的，B.正确；光合作用光反应阶段色素对光的吸收会直接影响到暗反应阶段对CO2的利用，所以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，C.正确；叶绿素可以吸收红光，类胡萝卜素不吸收红光，只能吸收蓝紫光，叶片在640～660nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的，D.正确。

]

2．（2019·江淮十校联考（三））下图表示光合作用时ATP形成的图解，图中b6f复合体能将叶绿体基质中的质子（H＋）转移到类囊体腔内，该过程需要依赖水光解时产生的电子（e－）的推动，下列有关分析错误的是（　　）

A．图示过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上

B．质子从叶绿体基质转移到类囊体腔内的运输方式是协助扩散

C．光合作用中ATP的合成会降低类囊体内外的质子浓度差

D．物质X既具有催化功能又具有运输功能

解析：

B　[由题干信息可知，质子从叶绿体基质转移到类囊体腔内的运输需要“依赖水光解时产生的电子（e－）的推动”，说明推动质子进入类囊体腔内的动力不是浓度差，而是能量（这个能量不一定是ATP水解释放的能量，也可能是电能或其他能量），同时需要载体（b6f复合体），应为主动运输，B错误。

]

[角度2]　光合作用的探究历程　

3．（2019·湖北鄂西部分优质高中联考）以下关于叶绿体和光合作用的几个实验，得不到相应实验结果的是（　　）

A．将叶绿素的无水乙醇提取液置于适宜光源处照射5h，加碘液处理后溶液呈蓝色

B．在温暖晴朗的一天下午，在某植物的向阳处采得一片叶，用酒精隔水加热脱色，并加碘液处理叶片，变成蓝色

C．将叶绿体色素的无水乙醇提取液放于自然光和三棱镜之间，从三棱镜的一侧观察，连续光谱中变暗（暗带）的区域主要是红光和蓝紫光区域

D．将经饥饿处理后的绿色正常叶片置于含有充足14CO2的密闭透明的照光小室内，3小时后在叶内淀粉中可检验到14C的存在

解析：

A　[叶绿素的无水乙醇提取液中只含有色素，不能完成光反应，也不能产生淀粉，A.错误；光合作用产生淀粉，观察时需对叶片进行脱色处理，B.正确；叶绿体中色素主要吸收红光和蓝紫光，导致连续光谱相应区域变暗，C.正确；CO2是光合作用的原料，14CO2中的14C元素可转移到淀粉中，故产物中可检测到14C，D.正确。

]

4．1941年，鲁宾和卡门用同位素标记法追踪光合作用中O2的来源。

（1）鲁宾和卡门用HO和普通的CO2进行小球藻光合作用实验，见A图。

实验结果，放出的O2　________　（填“具有”或“不具有”）放射性。

A实验的结论是　______________________________________________________　。

（2）鲁宾和卡门用C18O2和普通的H2O进行光合作用，见B图实验结果，产生的O2　________　（填“具有”或“不具有”）放射性。

仅B实验的结论是什么？

　__________________________________________________________　。

（3）综合实验A、B，结论是　_________________________________________________　。

答案：

（1）具有　光合作用释放的O2的氧来源于H2O中的氧　

（2）不具有　光合作用释放的O2的氧，不来源于CO2中的氧　（3）光合作用释放的O2的氧，来源于H2O中的氧，不来源于CO2中的氧

恩格尔曼实验方法的巧妙之处

（1）巧选实验材料：

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）巧妙排除干扰因素：

没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。

（3）巧妙设计对照实验：

用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。

考点2　光合作用的过程

知/识/梳/理►—————————————

1．完善光合作用的过程

2．写出光合作用的总反应式并标出各种元素的来源和去向

3．光反应与暗反应的比较

项目

光反应

暗反应

条件

光、水、色素和酶

ATP、[H]、CO2、多种酶

场所

　在类囊体薄膜　上

在　叶绿体基质中　

物质转化

　水的光解　；ATP的形成

CO2的固定和　C3的还原　

能量转化

光能→　ATP中活跃的化学能　

ATP中活跃的化学能→　有机物中稳定的化学能　

联系

光反应为暗反应提供　[H]和ATP　，暗反应为光反应提供　ADP和Pi　

教/材/研/析►—————————————

■必备语句——记一记

1．绿色植物中参与光合作用的色素只存在于叶绿体类囊体薄膜上。

2．绿色植物中参与光合作用的酶存在于叶绿体类囊体薄膜上和叶绿体基质中。

3．光合作用的过程可以分为两个阶段，即光反应和暗反应。

前者在光下才能进行，并在一定范围内随着光照强度的增加而增强；后者在有光、无光的条件下都可以进行，但需要光反应的产物[H]和ATP，因此在无光条件下不可以长期进行。

4．进行光合作用的细胞不一定含叶绿体，如蓝藻、光合细菌能进行光合作用，但没有叶绿体。

5．生物体中的能量转化：

光能→电能→ATP中的活跃化学能→有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能（被组织细胞利用）。

■教材拓展——做一做

1．（人教必修1P106拓展题改编）课外活动小组同学在适宜的温度下，以葡萄为材料所做的几组实验（假设该植物在24h内呼吸速率不变），结果记录如下，请回答：

（1）据图一结果推测，栽培农作物时，密度是否越小越好？

图中哪点对应的“密度”最合理？

　________________________________________________________________　。

（2）经检测，葡萄植株一昼夜的CO2净吸收量为250mg，图二中阴影部分所表示的CO2吸收量应　________　（填“大于”“小于”或“等于”）250mg。

（3）图二曲线中能制造有机物的区段是　________　，能积累有机物的时段是　________　。

答案：

（1）不是，要合理密植　B　

（2）大于　（3）BH　CG

2．光合作用光反应和暗反应的关系是怎样的？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

答案：

[角度1]　光合作用过程分析　

1．如图表示发生在叶绿体中的相关代谢过程，其中①②表示相关过程，A、B表示两种气体物质，下列说法错误的是（　　）

A．过程①表示光反应，过程②的场所是叶绿体基质

B．物质A表示O2，物质B表示CO2

C．过程②能将活跃的化学能转变成稳定的化学能

D．过程②的两个阶段都需要消耗过程①产生的[H]和ATP

解析：

D　[由题图可知，过程①②分别表示光反应和暗反应，反应场所分别是叶绿体的类囊体薄膜和叶绿体基质。

物质A、B分别表示O2和CO2。

光反应能将光能转变成活跃的化学能储存在ATP中，暗反应能将活跃的化学能转变成稳定的化学能储存在葡萄糖中。

过程②包括CO2的固定和C3的还原两个阶段，其中CO2的固定不需要消耗①过程产生的[H]和ATP。

]

2．科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照，结果如表。

实验组别

光照时间（s）

放射性物质分布

1

2

大量3磷酸甘油酸（三碳化合物）

2

20

12种磷酸化糖类

3

60

除上述12种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等

根据上述实验结果分析，下列叙述不正确的是（　　）

A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段

B．每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质分布

C．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是12种磷酸化糖类

D．实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等

解析：

C　[CO2是光合作用暗反应阶段的原料，A.正确；每组照光后将小球藻进行处理使酶失活，其目的是终止相关的反应，这样测定的数据，才能准确反映光照时间内放射性物质的分布，B.正确；在光合作用的暗反应过程中，CO2先进行固定，生成三碳化合物，然后是三碳化合物被还原，从表中可以看出，放射性首先出现在3磷酸甘油酸中，C.错误；表中信息显示，光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等，D正确。

]

[角度2]　条件骤变引起光合作用有关物质的含量变化　

3．如图表示在夏季晴朗的白天植物细胞内C3和C5的相对含量随一种环境因素改变的变化情况，下列对这一环境因素改变的分析正确的是（　　）

A．突然停止光照　　　　B．突然增加CO2浓度

C．降低环境温度D．增加光照强度

解析：

D　[突然停止光照，光反应产生的[H]和ATP减少，被还原的C3减少，生成的C5减少，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的相对含量将增加、C5的相对含量将减少，A.错误；突然增加CO2浓度，CO2被C5固定形成C3的量增加、消耗的C5量增加、C3还原速率不变，植物细胞内C3相对含量增加、C5相对含量减少，B.错误；降低环境温度，CO2固定速率和C3还原速率均下降，C5的相对含量不会大幅度地增加，C.错误；增加光照强度，光反应产生的[H]和ATP增多，被还原的C3增多，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的相对含量将减少、C5的相对含量将增加，D.正确。

]

4．在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。

（1）图中物质A是　________　（C3、C5）。

（2）在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的　________　（填“低”或“高”）。

（4）CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的　________　（填“低”或“高”），其原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）CO2浓度降低后，直接影响暗反应中CO2的固定，导致C3的量减少，确定物质A是C3，物质B是C5。

（2）CO2浓度为1%时，暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5的含量稳定，根据暗反应的特点，此时C3的分子数是C5的2倍；当CO2浓度突然降低时，C5的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5积累。

（3）CO2浓度为0.003%时，C3和C5的浓度保持稳定后，暗反应保持稳定，此时根据暗反应中CO2的固定的反应式确定，C3分子数应是C5分子数的2倍。

（4）CO2浓度降低，达到最大光合速率时所需的光照强度降低。

因为暗反应减弱，所需的ATP和[H]减少，光反应强度减弱。

答案：

（1）C3　

（2）暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5的含量稳定。

根据暗反应的特点，此时C3的分子数是C5的2倍　当CO2浓度突然降低时，C5的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5积累　（3）高

（4）低　CO2浓度低时，暗反应强度低，所需ATP和[H]少

模型法分析C5、C3等物质含量的变化

当外界条件改变时，光合作用中C3、C5及ATP和ADP含量变化可以采用如图分析：

（1）停止光照时：

ATP↓，ADP↑，C3↑，C5↓，分析如下：

（2）CO2供应停止时：

C5↑，C3↓，ATP↑，ADP↓，分析如下：

理性思维——归纳与概括

[素养实例]　放射性同位素标记法

1．用14CO2探究光合作用中物质变化过程。

2．用3H标记亮氨酸探究分泌蛋白合成和分泌过程。

3．用15N标记脱氧核苷酸探究DNA的复制方式。

4．用18O标记CO2或H2O探究氧原子的变化途径。

[应用提升]

1．在生物学经常利用放射性同位素原子替代非放射性同位素原子，在实验中追踪放射性流向，来确定元素流向，这种实验技术叫做放射性同位素标记法。

下列有关放射性同位素标记法的说法中，正确的是（　　）

A．用HO浇灌植物一段时间后，在H2O、CO2、（CH2O）、O2等物质中可检测到放射性

B．在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，科学家可以在核糖体、内质网、高尔基体、线粒体、细胞膜中依次检测到放射性

C．用15N标记某精原细胞的全部DNA，放入含14N的培养液中让其完成一次减数分裂，则形成的精细胞中有50%是有放射性的

D．用35S标记噬菌体的DNA，并以此浸染细菌，证明了DNA是遗传物质

解析：

A　[用HO浇灌植物一段时间后，植物可通过光合作用、呼吸作用和蒸腾作用获得的产物O2、CO2和H2O中出现放射性，又CO2作为光合作用的原料，则产物（CH2O）出现放射性；氨基酸合成的多肽不会进入线粒体中，线粒体只是提供能量；精原细胞进行减数分裂DNA只复制一次，且DNA复制是半保留复制，即形成的所有DNA都含有15N，都具有放射性；S是蛋白质的特征元素，P是DNA的特征元素。

]

2．某植物上有白斑和绿色两种叶片，在该植物上选取不同的叶片测定其生理过程，如图1，甲、乙中的叶片生长状况相同，丙、丁叶片生长状况相同，丙进行遮光处理，给丁提供一定浓度的14CO2，回答下列相关问题：

（1）要利用该植物做叶绿体中色素的提取和分离实验，选择图1中如　________　（填“甲”或“丁”）装置中的叶片比较合适，一般常用的提取色素的试剂是________________________________________________________________________。

（2）在相同且适宜条件下，对甲、乙两装置中的叶片进行实验，用碘蒸汽处理叶片，结果只有乙装置内叶片上编号④的部位变成蓝色，此实验说明　________________________________________________________________　。

（3）图2是在适宜的光照条件下，改变通入的14CO2浓度测定的叶片中葡萄糖、C5和C3三种化合物的变化情况的实验结果。

①图2中曲线a、b、c分别表示　____________________　的含量变化。

②若在1%CO2浓度条件下，某一时刻突然增加光照，则短时间内曲线b表示的物质在细胞中的变化情况是　________　，产生这种变化的原因是　__________________________________________________________________　。

③图2中在0～5分钟内，曲线a、b中的14C量保持不变，形成两曲线平行的原因是________________________________________________________________________。

解析：

（1）提取分离叶绿体中的色素应选择四种色素都含有且色素含量比较高的叶片，因此应选择丁装置中的叶片，一般选用无水乙醇来提取绿叶中的色素。

（2）甲装置中有NaOH溶液，因此该装置中的CO2被NaOH溶液吸收，植物不能进行光合作用，而乙装置中，编号③的部位为叶子白色部分，该部位无叶绿体，编号④的部位为叶子绿色部分，该部位有叶绿体，且不对乙装置进行遮光处理，而在编号④的部位能检测到光合作用的产物——淀粉，故该实验说明叶片进行光合作用时需要CO2，叶肉细胞中需含有叶绿体。

（3）①由图可知，在适宜的光照条件下，CO2浓度先降低后升高，由于二氧化碳浓度降低，暗反应固定二氧化碳的速率降低，所以C3的含量会下降，而C5消耗量降低，故C5的含量会升高；由于光合作用一直进行，故其葡萄糖含量应一直增加，则曲线a表示的是C3的含量变化，曲线b表示的是C5的含量变化，曲线c表示的是葡萄糖的含量变化。

②突然增加光照强度，光反应产生的[H]和ATP的量增加，C3的还原速率增加，C5的再生增多，而CO2固定过程中C5消耗速率不变，则短时间内叶肉细胞中C5的含量上升。

③由图2中可看出，在0～5分钟内，曲线a、b中的14C量保持不变，形成两曲线平行的原因是光反应阶段和暗反应阶段速率保持动态平衡。

答案：

（1）丁　无水乙醇

（2）叶片进行光合作用时需要CO2，叶肉细胞中需含有叶绿体（合理即可）

（3）①C3、C5、葡萄糖　②增加　光照强度增加，光反应产生的[H]和ATP增多，C3还原速率增加，C5再生增多，而CO2固定过程中C5消耗速率不变（合理即可）　③光反应阶段和暗反应阶段速率保持动态平衡

考点3　绿叶中色素的提取和分离（实验）

知/识/梳/理►—————————————

1．实验原理

（1）提取：

绿叶中的色素能够溶于　有机溶剂　而不溶于水，可用　无水乙醇　等有机溶剂提取色素。

（2）分离：

各种色素在　层析液　中溶解度不同，　溶解度高　的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。

2．实验步骤

提取色素：

称取5g的绿叶，剪碎，放入研钵中→加入少量　二氧化硅、碳酸钙　和10mL　无水乙醇　→研磨→过滤→收集到试管内并塞严试管口

↓

制备滤纸条：

将干燥的定性滤纸剪成略小于试管　长与直径　的滤纸条，将滤纸条的一端剪去　两角　，在距离剪角一端1cm处用　铅笔　画一条细的横线

↓

画滤液细线：

用　毛细吸管　吸取少量的滤液，沿铅笔线均匀地　画出一条细线　，待滤液干后，再画　1～2　次

↓

分离色素：

将适量的　层析液　倒入试管中，分离过程如图所示

↓

结果分析：

滤纸条上呈现四条颜色、宽度不同的色素带

色素种类

色素颜色

色素含量

溶解度

扩散速度

a.　胡萝卜素　

橙黄色

　最少　

最高

最快

　b.　叶黄素　

黄色　

较少

较高

较快

　c.　叶绿素a　

蓝绿色　　　

最多

较低

较慢

d.　叶绿素b　　　

黄绿色

较多

　最低　

最慢

技/能/提/升►—————————————

1．为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带）。

下列叙述错误的是（　　）

A．强光照导致了该植物叶绿素含量降低

B．类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照

C．色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同

D．画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次

解析：

D　[题图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ色素条带分别代表胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。

由题图可知，正常光照与强光照相比，正常光照下叶绿素含量高，A项正确。

强光照条件下，类胡萝卜素含量增加，说明类胡萝卜素含量增加有利于植物抵御强光照，B项正确。

叶绿素a吸收光谱的吸收峰波长约为430nm和660nm，叶绿素b吸收光谱的吸收峰波长约为460nm和640nm，C项正确。

画滤液线时，首先画出一条细线，待滤液干后，再重复画一两