高考生物大一轮复习 第12讲 能量之源光与光合作用优选学案.docx

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高考生物大一轮复习第12讲能量之源光与光合作用优选学案

第12讲　能量之源——光与光合作用

考纲要求

考情分析

命题趋势

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

2017，全国卷Ⅲ，3T　　2017，北京卷，2T

2017，全国卷Ⅱ，29T2016，全国卷Ⅱ，2T

2016，北京卷，5T,1T2016，全国卷Ⅰ，30T

2016，全国卷Ⅲ，29T2016，浙江卷，30T

2015，江苏卷，21T2015，安徽卷，2T

2015，北京卷，31T

从近五年高考看，对光合作用与细胞呼吸的考查乃重中之重，多集中在总光合速率、净光合速率、呼吸速率的关系上，多以曲线图、坐标图或表格的形式结合光合作用和细胞呼吸的相关基础知识综合考查

分值：

2～16分

考点一　绿叶中色素的提取和分离

1．课本P99与社会的联系：

温室或大棚在种植蔬菜时补充__白__光。

2．色素提取和分离实验

（1）实验原理：

绿叶中的色素溶于__无水乙醇__，不溶于水，各种色素在__层析液__中的__溶解度__不同，__溶解度大__的随__层析液__在滤纸上扩散得快，反之则慢。

（2）步骤：

提取__色素__→制备__滤纸条__→画__滤液细线__→分离__色素__→观察结果。

（3）结果：

从上至下色素带的颜色及色素名称依次是__胡萝卜素（橙）__、__叶黄素（黄）__、__叶绿素a（蓝绿）__、__叶绿素b（黄绿）__。

3．色素的功能：

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__。

4．叶绿体的结构

双层膜

[③]__基质__：

含有与暗反应有关的酶。

[④]__基粒__：

由类囊体堆叠而成，分布有__色素__和与光反应有关的酶。

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越慢。

（　×　）

（2）叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素，都主要吸收红光和蓝紫光。

（　√　）

（3）利用纸层析法可分离4种叶绿体色素。

（　√　）

（4）光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。

（　×　）

（5）叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同。

（　√　）

（6）植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。

（　×　）

（7）叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多。

（　×　）

2．（经典高考题）关于叶绿体中色素的提取和分离实验的操作，正确的是（　B　）

A．使用定性滤纸过滤研磨液

B．将干燥处理过的定性滤纸条用于层析

C．在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2～3次

D．研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素

解析　过滤研磨液使用的是单层尼龙布；层析时使用的是干燥处理过的定性滤纸条；在画出一条滤液细线后，待滤液干燥后再重复画线1～2次；研磨叶片时，用无水乙醇或体积分数为95%的乙醇（加适量无水碳酸钠除去水分）溶解色素。

3．如图所示为某同学做“叶绿体中色素的提取和分离”实验的改进装置，下列叙述错误的是（　D　）

A．应向培养皿中倒入层析液

B．应将滤液滴在a处，而不能滴在b处

C．实验结果应得到四个不同颜色的同心圆（近似圆形）

D．实验得到的若干个同心圆中，最小的一个圆呈橙黄色

解析　实验得到的若干个同心圆中，最小的一个圆呈黄绿色，然后向外依次是蓝绿色、黄色、橙黄色。

一　考查实验选材、试剂的作用和实验操作

[例1]某班同学完成对新鲜菠菜叶进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于各组操作不同，出现了以下四种不同的层析结果。

下列分析不合理的是（　C　）

A．甲可能误用蒸馏水做提取液和层析液

B．乙可能是因为研磨时未加入SiO2

C．丙是正确操作得到的理想结果

D．丁可能是因为研磨时未加入CaCO3

解析　叶绿体中色素能溶解在有机溶剂中，几乎不溶于蒸馏水中，A项正确；SiO2可使研磨充分，未加入SiO2导致研磨不充分，获得的色素少，B项正确；在滤纸条上距离点样处近的叶绿素b含量比胡萝卜素多，C项错误；CaCO3可防止叶绿素被破坏，未加入CaCO3可导致叶绿素提取量减少，D项正确。

绿叶中色素的提取和分离实验中异常实验现象原因分析

（1）滤纸条上色素带颜色均较浅：

①未加二氧化硅，研磨不充分；②加入无水乙醇的量过多；③实验材料中色素含量较少。

（2）滤纸条下面两条色素带较浅：

①未加碳酸钙或加入量过少，叶绿素被破坏；②实验材料（如泛黄的叶片）中叶绿素的含量较少。

（3）滤纸条上色素带重叠：

①滤液细线不直；②滤液细线过粗。

（4）滤纸条上看不见色素带：

①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，色素溶解到层析液中。

二　色素与叶片颜色

正常绿色

正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例为3∶1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色

叶色变黄

寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色而变黄

叶色变红

秋天降温时，植物体为适应寒冷环境，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶片呈现红色

[例2]下列对提取光合色素进行纸层析分离实验中各种现象的解释，正确的是（　C　）

A．未见色素带，说明材料可能为黄化叶片

B．色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液

C．提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b较多

D．叶黄素排在滤纸最前方，是因为其在提取液中的溶解度最大

解析　未见色素带，其原因是操作失误；叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇、层析液中；由于叶绿素含量比类胡萝卜素多且叶绿素呈现绿色，所以，提取液呈绿色；胡萝卜素在层析液（而不是提取液）中扩散得最快，排在滤纸最前方。

三　考查色素提取与分离原理的应用

1．提取：

绿叶中的色素溶于有机溶剂无水乙醇而不溶于水，可用无水乙醇提取色素。

2．分离：

各种色素在层析液中溶解度不同，溶解度大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。

[例3]下图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是（　A　）

A．水稻在收获时节，叶片中色素含量是（甲＋乙）<（丙＋丁）

B．提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发

C．四种色素都能溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大

D．四种色素中，丙和丁主要吸收红光

解析　依柱状图中扩散距离可推知，甲为叶绿素b，乙为叶绿素a，丙为叶黄素，丁为胡萝卜素。

在水稻收获时节，叶片变黄，类胡萝卜素的含量大于叶绿素的含量；在提取色素时，加入碳酸钙的目的是防止研磨过程中叶绿素遭到破坏；丁色素在层析液中的溶解度最大，故扩散的距离最远，乙色素的含量最多；叶绿素（甲＋乙）主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素（丙＋丁）主要吸收蓝紫光。

影响叶绿素合成的3种因素

（1）温度：

叶绿素合成需要酶的催化作用，低温抑制叶绿素的合成。

（2）光照：

光是叶绿素合成的必要条件，黑暗中不能合成。

（3）矿质元素：

镁是合成叶绿素的必需元素，铁、锰等是叶绿素形成过程中某些酶的辅助成分。

[例1]回答下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验中的问题：

（1）某同学的操作程序如下：

①将5g新鲜完整的菠菜叶放入研钵中，加入无水乙醇、石英砂、CaCO3以后，迅速研磨；

②用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线处小心均匀地画出一条滤液细线，并连续迅速地重复画1～2次；

③将画好细线的滤纸条插入层析液中，并不断摇晃，以求加快色素在滤纸条上的扩散。

结果实验失败，请指出其错误所在：

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________；

③________________________________________________________________________。

（2）某兴趣小组同学想探究蔬菜不同叶片在叶绿素含量上的区别，选择了新鲜菠菜的“绿叶”“嫩黄叶”，做“绿叶中色素的提取和分离”实验。

色素层析结果如图，请根据实验结果填写表格：

组别

滤纸条编号

判断依据

绿叶组

①__________

②______________

嫩黄叶组

③__________

④______________

（3）秋天，北方树叶大都由绿变黄，其原因是占四种色素总量80%的__________和__________分解，从而显示出__________和__________的颜色。

[答题送检]来自阅卷名师报告

错误

致错原因

扣分

（1）

①考生生活阅历浅，菠菜的叶柄不含色素

－1

②审题未注意“连续迅速”，对课本实验不熟，未能理解滤液细线越细越好

－1

③层析液不能没及滤液细线是实验成功的关键

－1

（2）

（3）

考生对四种色素表现出的颜色记忆不牢，色素含量与叶片颜色的关系不清

－4

[解析]

（1）将菠菜叶含大量叶肉细胞的部分取下，剪掉叶柄，从而保证含更多的色素；画滤液细线时要细、齐、直，画下一次时要待上一次的滤液细线干燥；滤液细线一定不能没及层析液。

（2）A层析结果中各色素位置和带宽符合“绿叶”提取的实验结果，而B层析结果与A相比，靠下的两条带宽明显变窄，表明叶绿素含量较少，故为“嫩黄叶”。

（3）秋天，北方叶片变黄是因为叶绿素降解，叶片更多表现出类胡萝卜素的颜色。

[规范答题]（每空1分）

（1）①不应用完整叶片，而应去掉叶柄后剪碎　②不应迅速重复画线，而应待干燥后再重复画线

③不应摇晃以免层析液没及滤液细线

（2）①A　②叶绿素a带和叶绿素b带较宽

③B　④叶绿素a带和叶绿素b带较窄

（3）叶绿素a　叶绿素b　胡萝卜素　叶黄素

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，右图为滤纸层析的结果（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带）。

下列叙述不正确的是（　D　）

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　在分离色素的实验中，画滤液细线时需要重复画线增加色素量，但操作应在前一次画线晾干后再进行。

考点二　光合作用的探究历程和过程

一、光合作用的探究历程

科学家

实验过程

结论

萨克斯

绿叶在光合作用中产生了__淀粉__

恩格

尔曼

氧是由__叶绿体__释放出来的，__叶绿体__是绿色植物进行光合作用的场所

鲁宾和

卡门

光合作用释放的氧全部来自__H2O__

二、光合作用的过程：

根据是否需要__光__可以概括地分为__光反应__和__暗反应__两个阶段。

1．光反应阶段：

必须__有光__才能进行

（1）水的光解：

H2O

__1/2O2__＋2[H]，[H]作为还原剂，参与__暗反应__阶段的化学反应。

（2）ATP的生成：

ADP＋Pi＋光能

ATP，ATP参与__暗反应__阶段的化学反应。

2．暗反应阶段：

__有没有光__都可以进行

（1）CO2的固定：

　CO2＋C5

2C3　。

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中。

（　×　）

（2）光反应产生的ATP可用于核糖体合成蛋白质。

（　×　）

（3）光合作用光反应阶段产生的[H]可在叶绿体基质中作为还原剂。

（　√　）

（4）离体的叶绿体基质中添加ATP、[H]和CO2后，可完成暗反应。

（　√　）

（5）番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降的原因是光反应强度和暗反应强度都降低。

（　√　）

（6）在其他条件适宜情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内，叶绿体中C3和C5化合物含量都迅速增加。

（　×　）

2．银边天竺葵叶片边缘细胞因不含叶绿体而显白色（如图中b所示）。

将整株银边天竺葵放在黑暗中两天后，再做如图所示处理。

两小时后取该叶片经酒精脱色处理，滴加碘液显色后进行观察。

根据实验结果分析不正确的是（　D　）

A．实验中a处和b处两部分对照说明光合作用发生于叶绿体中

B．实验中a处和c处两部分对照说明光合作用需要CO2

C．实验中a处和遮光纸遮挡部分对照说明光合作用需要光

D．实验中光照的时间越长，效果越明显

解析　细胞中进行光合作用合成的有机物可运输到植物的其它部分，光照的时间越长，效果不一定越明显。

3．（2015·安徽卷）下图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。

下列叙述正确的是（　C　）

A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能

B．CO2可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类

C．被还原的C3在相关酶的催化作用下，可再形成C5

D．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高

解析　C3的还原实质上是将ATP中的化学能转变为（CH2O）中的化学能；C3可直接被[H]和ATP还原，再经过一系列的变化形成糖类；光照减弱时，ATP和[H]合成减少，C3还原受阻，C5生成减少，短时间内C5去路不变，最终导致C5含量降低。

一　探究光合作用历程的实验分析

1．在光合作用的探究历程中，科学家们利用了对照实验，使结果和结论更加科学、准确。

（1）普利斯特利：

缺少空白对照，实验结果说服力不强。

（2）鲁宾和卡门：

相互对照，自变量为标记物质（H

O与C18O2），因变量为O2的是否带有放射性。

（3）萨克斯：

自身对照，自变量为光照（一半曝光、另一半遮光），因变量为叶片的颜色变化。

2．萨克斯在做实验前，把绿叶放在黑暗中处理一段时间，目的是消耗掉叶片中的营养物质。

如果不进行该步操作，结果可能会变为遮光处也出现蓝色，因为其中的营养物质没有被充分消耗掉。

3．应用普利斯特利的实验装置和萨克斯的实验处理方法可以验证CO2是光合作用必需的原料，在实验时应注意对植物做饥饿处理。

[例1]（海南卷）某植物叶片不同部位的颜色不同，将该植物在黑暗中放置48h后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。

在日光下照光一段时间，去除锡箔纸，用碘染色法处理叶片，观察到叶片有的部位出现蓝色，有的没有出现蓝色。

其中，没有出现蓝色的部位是（　B　）

A．a、b和d　　　　　B．a、c和e

C．c、d和eD．b、c和e

解析　c、e部位被锡箔纸遮盖，且e部位无叶绿素，所以不能进行光合作用，而a部位为黄白色，没有叶绿素，不能进行光合作用产生淀粉，所以加碘液也不会变蓝。

二　分析光合作用的过程

1．光反应与暗反应的联系

（1）光反应为暗反应提供[H]、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。

（2）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．光合作用过程中元素转移途径分析

（1）光合作用总反应式及各元素去向

（2）光合作用过程中O元素的转移途径

H

O

18O2

C18O2

C3

（CH

O）＋H

O

（3）光合作用过程中C元素的转移途径

14CO2

14C3

（14CH2O）

[例2]（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（　B　）

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　暗反应在有光或无光条件下均能进行。

三　条件骤变对光合作用物质含量变化的影响

1．以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化，而非长时间。

2．以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，[H]和ATP含量变化是一致的。

[例3]下图1表示光合作用部分过程的图解，图2表示改变光照后，与光合作用有关的C5和C3在细胞内的变化曲线。

请椐图回答问题：

（1）图1中A表示的物质是__[H]__，它是由__水在光下分解__产生的，其作用主要是__用于C3的还原__。

（2）图1中ATP形成所需的能量最终来自于__太阳光能__。

若用放射性同位素标记14CO2，则14C最终进入的物质是__（CH2O）__。

（3）图2中曲线a表示的化合物是__C3__，在无光照时，其含量迅速上升的原因是：

__CO2与C5结合形成C3，而C3不能被还原__。

（4）曲线b表示的化合物是__C5__，在无光照时，其含量下降的原因是：

__C5与CO2结合形成C3，而C3不能被还原为C5__。

解析　

（1）光反应为暗反应提供的物质是[H]和ATP，由此可确定A是[H]，[H]是由水光解后经一系列过程产生的，其作用主要是用于C3的还原。

（2）光反应中，光能转换为活跃的化学能储存于ATP等化合物中，14CO2的同化途径为14CO2→14C3→（14CH2O）。

（3）（4）题干中已说明曲线a、b表示C3和C5的含量变化，光照停止后，光反应停止，[H]和ATP含量下降，C3的还原减弱直至停止，而CO2的固定仍将进行，因此C3含量相对升高，C5含量相对下降，即a表示C3，b表示C5。

[例1]如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）。

请回答以下问题：

（1）图中a物质主要吸收______________，绿色植物能利用它将光能转换成______________。

（2）图中①表示水分的吸收，③表示__________，c为__________，该物质只能用于暗反应，不能用于其他生命活动。

（3）③和④进行的场所分别是______________________，通过[H]和ATP将光反应和暗反应联系起来。

（4）当g突然停止供应，则细胞内e的含量会__________，当光照突然增强，细胞内e的含量会__________。

[答题送检]来自阅卷名师报告

错误

致错原因

扣分

（1）

各种色素的吸收光谱记忆不牢；考生表述不清楚绿色植物能利用色素将光能转换成ATP中活跃的化学能

－3

（2）

图文转换能力不强，对用图表示光合作用过程不熟练；c与d转化，e与f转化考生未能区分

－2

（3）

光反应场所与暗反应场所书写不全

－2

（4）

环境骤变对物质含量变化的分析考生不会

－2

[解析]图中①表示水分的吸收，a为色素，吸收的光能用于③过程，③为水的光解产生b（O2），e为[H]，f为NADP＋，②表示部分光能用于d即ADP转化成c（ATP），④为CO2固定过程，g为CO2，⑤为C3还原，其中一部分C3变为C5，另一部分C3通过⑥得到（CH2O）。

（1）a（色素）主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成ATP中活跃的化学能。

（2）③表示水的光解，c为ATP。

（3）③在类囊体薄膜上进行，④在细胞质基质中进行。

（4）当g突然停止供应，CO2固定停止，C3合成减少，C3还原变慢，消耗e减少，但光反应产生e不变，故e含量上升；当光照突然增强，产生e增加，而消耗e的速率不变，故e含量上升。

[规范答题]（除注明外，每空1分）

（1）红光和蓝紫光

ATP中活跃的化学能（2分）

（2）水的光解　ATP

（3）叶绿体类囊体薄膜、叶绿体基质（2分）

（4）上升　上升

1．下图为光合作用过程示意图，在适宜条件下栽培小麦，如果突然将c降低至极低水平（其他条件不变），则a、b在叶绿体中含量的变化将会是（　B　）

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

解析　由图解分析知，c是CO2,a和b分别是[H]、ATP，若在其他条件不变的情况下，将c降低至极低水平，CO2的固定减弱，C3还原减慢，消耗[H]和ATP减少，则a、b在叶绿体中含量将会都上升。

光合作用过程中物质含量变化的分析技巧

当光照强度发生变化时，从光反应入手分析；当CO2浓度发生变化时，从暗反应入手分析。

以[H]、ATP为连接，落到所问物质的量的变化。

考点三　影响光合作用的因素

1．光合作用强度

（1）含义：

植物在__单位时间内__通过光合作用制造有机物的量。

（2）指标：

一定时间内

2．影响光合作用强度的因素

（1）空气中__CO2的浓度__。

（2）土壤中水分的多少，温度的高低。

（3）光照的__时间长短__与__强弱__，光的成分。

3．光合作用与化能合成作用的比较

光合作用

化能合成作用

本质

都能将CO2和H2O等__无机物__合成为有机物

能量

__光能__

氧化__无机物__放出的能量

代表生物

绿色植物

__硝化细菌__等微生物

影响光合作用因素的实验分析

在光合作用的实验中，可能会涉及多个影响因素，在分析实验的过程中，要善于找到单一变量，结果的不同就是由单一变量引起的。

另外在解题中我们经常会遇到用NaOH溶液或NaHCO3溶液，有NaOH溶液存在的封闭环境中不存在CO2，有NaHCO3溶液的封闭环境中会维持一定的CO2浓度。

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短。

（　×　）

（2）生长于较弱光照条件下的植物，当提高CO2浓度时，其光合速率未随之增加，主要限制因素是光反应。

（　√　）

（3）延长光照时间能提高光合作用强度。

（　×　）

（4）植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用。

（　×　）

（5）光合作用与化能合成作用的本质区别是前者主要是绿色植物，而后者主要是硝化细菌等。

（　×　）

2．如图是水生植物黑藻在光照、CO2等因素影响下光合速率变化的示意图。

下列有关叙述正确的是（　D　）

A．t1→t2，叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加，叶绿体基质中水光解加快、O2释放增多

B．t2→t3，暗反应限制光合作用。

若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高

C．t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应增强

D．t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3化合物还原后的直接产物含量降低

解析　水的光解发生在叶绿体类囊体膜上，而不是叶绿体基质中，A项错误；t2→t3，限制光合作用的是暗反应，要想提高光合速率，应提高CO2浓度，B项错误；t3→t4，光合速率提高是因为暗反应增强，同时也促进了光反应的进行，光反应和暗反应是相互联系、相互依存的整体，C项错误；t4后短暂时间内，细胞原有的ATP被消耗生成ADP和Pi，但是因无光，不能合成ATP，所以ADP和Pi含量升高，且C3化合物还原后的直接产物也因不断消耗而减少，D项正确。

3．如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　）

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