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新高考生物一轮复习课件 第三单元 第3课 光合作用探究历程和基本过程（含解析）
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这是一份新高考生物一轮复习课件 第三单元 第3课 光合作用探究历程和基本过程（含解析），共60页。PPT课件主要包含了核心概念·自查，溶解色素，防止研磨中色素被破坏，单层尼龙布，2分离色素，滤液细线，胡萝卜素，蓝绿色，叶绿素b，红光和蓝紫光等内容，欢迎下载使用。
【概念导图】一图知全局
【概念梳理】闭书测基础一、绿叶中色素的提取和分离1.实验原理:
2.实验步骤:(1)提取色素:①研磨②过滤:用___________过滤→收集滤液。
3.实验结果分析:结合图示填写表格内容。
二、捕获光能的色素和结构1.叶绿体中色素的吸收光谱分析:
由图可以看出:(1)色素的功能:叶绿素主要吸收_____________;类胡萝卜素主要吸收_______。(2)色素吸收光的范围:可见光的波长范围大约是390～760 nm,一般叶绿体中的色素只吸收_______,对红外光和紫外光不吸收。
2.叶绿体的结构和功能:(1)模式图:
3.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_____的部位。(2)妙法排除干扰因素:没有空气的黑暗环境排除了_____和___的干扰。(3)巧妙设计对照实验:①用极细的光束照射,叶绿体上可分为_______和_______的部位,相当于一组对照实验;②临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
三、光合作用的探究历程和光合作用的过程 1.光合作用的探究历程(连线):
2.光合作用的过程:(1)概念:绿色植物通过_______,利用_____,把二氧化碳和水转化成储存着能量的_______,并且释放出_____的过程。
(3)光合作用的总反应式:
(4)光合作用和化能合成作用的比较:
氧化无机物释放出的能量
【概念辨析】全面清障碍1.判断下列有关绿叶中色素的提取和分离叙述的正误:(1)在95%乙醇中加入适量无水Na2CO3后可提高色素的溶解度。( )(2)叶绿体色素滤液细线浸入层析液,可导致滤纸条上色素带重叠。( )分析:层析液是有机溶剂,叶绿素易溶于其中,叶绿体色素滤液细线浸入层析液,会导致色素溶解而无法进行分离,得不到色素带。
(3)加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏。( )(4)用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素。( )分析:叶绿体中的色素有叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素。(5)使用定性滤纸过滤研磨液。( )分析:过滤研磨液使用的是单层尼龙布。
(6)在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2～3次。( )分析:在画出一条滤液细线后待滤液干燥后再重复画线1～2次。
2.判断下列有关捕获光能的色素和结构叙述的正误:(1)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。( )分析:植物呈现绿色是由于叶绿素对绿光吸收最少,能反射绿光。(2)叶片黄化,叶绿体对红光的吸收增多。( )分析:叶片黄化时,叶绿体中的叶绿素减少,对红光的吸收减少。
(3)光合作用需要的色素分布在叶绿体基粒和基质中。( )分析:光合作用需要的色素分布在叶绿体的基粒(类囊体薄膜)上。(4)红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用。( )分析:红外光和紫外光不能被叶绿体中的色素吸收。
(5)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同。( )(6)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积。( )分析:叶绿体内膜并不折叠,因此内膜的面积要小于外膜的面积。
3.判断下列有关光合作用过程叙述的正误:(1)在叶绿体中发生的生理过程,不需要蛋白质参与的是M吸收。( )分析:M吸收的过程是主动运输,需要载体蛋白的协助。(2)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。( )(3)光照强度由强变弱时,短时间内C5含量会升高。( )分析:光照强度由强变弱时,短时间内ATP和[H]的含量下降,还原C3的量下降,C3的含量升高,C5含量会下降。
(4)CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能。( )分析:在暗反应过程中,绿叶通过气孔从外界吸收进来的CO2,不能直接被[H]还原,首先在叶绿体基质中与C5结合生成C3,该过程叫CO2的固定。(5)夏季晴天光照最强时,小麦光合速率最高。( )分析:夏季晴天光照最强时,部分气孔关闭,二氧化碳吸收量减少,小麦光合速率减弱。
(6)光合作用和细胞呼吸均能产生[H],二者还原的物质相同。( )分析:光合作用中的[H]是还原型辅酶Ⅱ(NADPH),而细胞呼吸中的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)。前者还原C3,后者还原O2。(7)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中。( )分析:H2O在光下分解为[H]和O2的过程为光反应阶段,发生在叶绿体的类囊体薄膜
【概念活用】教材命题源1.教材必修1 P99“与社会的联系”:温室或大棚种植蔬菜时,最好选择什么颜色的玻璃或塑料薄膜?说明原因。提示:无色透明。有色玻璃或塑料薄膜主要透过同色光,其他色光很少或不能透过,光照强度会减弱,不利于光合作用的进行;而无色透明的玻璃或塑料薄膜能透过日光中各种光,光照强度较大,有利于光合作用的进行。
2.教材必修1 P102“图5-13”:如图是光合作用探究历程中萨克斯的实验示意图,请分析:
(1)萨克斯实验中进行“黑暗”处理的目的是什么?提示:消耗掉叶片原有的淀粉,防止对实验结果造成干扰。(2)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?提示:除去色素,防止叶片中色素颜色对实验结果的干扰。
(3)该实验和恩格尔曼的实验各是如何形成对照的?提示: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。
3.教材必修1 P104“思考与讨论”拓展:分析光合作用的过程图解
(1)图中的甲表示_______阶段,发生在叶绿体的___________上。(2)图中的物质a是____,物质b是 ___。(3)图中的ATP_____(填“能”或“不能”)运出所在的细胞器,用于其他生命活动。
考点一 绿叶中色素的提取和分离实验 【典例精研引领】(2020·江苏高考)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验,下列叙述错误的是( )A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏C.研磨时添加石英砂有助于色素提取D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散
【名师授法解题】抓题眼练思维
【解析】选B。本题主要考查了色素的提取和分离的实验。绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂如无水乙醇中,因而可以用无水乙醇提取绿叶中的色素,A正确;研磨时需要加入碳酸钙(CaCO3),可防止研磨时色素被破坏,B错误;研磨时加入少许石英砂(SiO2)有助于充分研磨,有利于破碎细胞,使色素释放,C正确;画滤液细线时应尽量减少滤液扩散,要求细、直、齐,才有利于色素均匀地分离,D正确。
【母题变式延伸】核心素养新命题 (1)若上述实验过程中选择的材料是蓝藻,则提取出来的色素有哪些?(科学思维:分析与综合)提示:叶绿素和藻蓝素。
(2)若实验过程中缺少了无水乙醇,能否用50%的乙醇来替代?为什么?(科学思维:比较与分类)提示:不能,50%乙醇中色素溶解度低,提取出来的色素浓度减少,在滤纸条上呈现的色素带颜色变浅。
【知能素养提升】绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析:(科学思维:比较、归纳)(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析。①未加石英砂(二氧化硅),___________。②使用放置数天的绿叶,滤液色素(叶绿素)太少。③一次加入大量的无水乙醇,提取浓度太低(正确做法:分次加入少量无水乙醇提取色素)。④未加_______或加入过少,叶绿素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠:没经干燥处理,滤液线不能达到细、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_____细线;②滤液细线接触到层析液,且时间较长,色素全部溶解到层析液中。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带。①忘记加_______导致叶绿素被破坏;②所用叶片为“黄叶”。
【热点考向演练】考向一 结合色素的提取和分离实验,考查实验原理和实验步骤的分析能力1.(2020·石家庄模拟)甲、乙、丙、丁四位同学,在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料,用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时,由于操作不同,得到了四种不同的层析结果(如图所示)。下列分析错误的是( )
A.甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液B.乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多C.丙四条色素带明显说明操作正确结果理想D.丁可能是研磨时未加入CaCO3
【解析】选C。甲图中看不到色素带,叶绿体中的色素属于有机物,易溶于无水乙醇等有机溶剂,难溶于水,所以出现甲图结果可能是误用蒸馏水作提取液和层析液导致的,A项正确;乙图中每种色素都有,但含量很少,可能是无水乙醇过多,色素浓度太低导致的,B项正确;丙图中每种色素都有,但是胡萝卜素和叶黄素含量较多,叶绿素a和叶绿素b含量较少,这不是正确操作得到的理想结果,C项错误;丁结果中叶绿素a和叶绿素b含量很少,可能是研磨时未加入CaCO3,破坏了叶绿素类物质造成的,因为与类胡萝卜素相比,叶绿素更易受到破坏,D项正确。
2.(2020·山西名校联考)下列关于绿叶中色素的提取和分离的叙述,不正确的是( )A.用无水乙醇提取到的各种色素的含量不同B.色素在层析液中的溶解度不同,导致色素带的位置不同C.研磨绿叶时不加CaCO3,则滤纸条上四条色素带变窄的比例相同D.只画一次滤液细线会导致滤纸条上四条色素带的宽度变窄
【解析】选C。绿叶中各种光合色素的含量不同,故用无水乙醇提取到的各种色素的含量不同,A正确。绿叶中色素能够分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同,溶解度大的,扩散速度快;溶解度小的,扩散速度慢,B正确。提取色素时加入CaCO3是为了防止色素被破坏,特别是防止叶绿素被破坏,因此研磨绿叶时不加CaCO3,则滤纸条上四条色素带变窄的比例不相同,C错误。只画一次滤液细线,滤纸条上含有的色素含量减少,会导致滤纸条上四条色素带的宽度变窄,D正确。
考向二 结合色素的提取和分离实验,考查实验结果的分析能力3.(2021·唐山模拟)利用无水乙醇提取叶绿体中的色素,设法分离得到各种色素,并将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如图所示)。当滤纸下方浸入层析液后,滤纸条上各色素正确的位置应为( )
【解析】选B。在层析液中四种色素的溶解度从大到小的顺序依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,色素溶解度越大,随层析液在滤纸上扩散的速度越快,混合液中含4种色素,扩散后在滤纸条上形成4条色素带。
4.(2021·攀枝花模拟)植物的生长发育需要根从土壤中吸收水分和各种矿质元素,科学实验发现土壤中缺磷,会导致植株矮小,叶色暗绿。依据叶色变化判断可能是缺少类胡萝卜素,试设计实验探究叶色暗绿是否是因为缺磷造成类胡萝卜素缺乏所致。
实验所需主要用具、试剂:烧杯、漏斗、试管、研钵、完全培养液、仅缺磷的完全培养液、无水乙醇、SiO2、CaCO3、层析液等。实验材料:正常生长的黄瓜幼苗。实验假设: 。
实验步骤:第一步:取两个烧杯编号为A、B,各放入同样数量、 的黄瓜幼苗。 第二步:A烧杯中加入完全培养液,B烧杯中加入等量 ,置于相同且适宜的条件下培养,培养到两组黄瓜幼苗叶片出现颜色差异为止。 第三步:分别从A、B两组中选取 ,用 提取叶片色素,用 法分离色素,观察比较 。
实验结果预测:(1)A、B两组类胡萝卜素色素带宽度和颜色一致,说明缺磷导致的叶色暗绿,不是由于类胡萝卜素缺乏所致。(2) 。
【解析】根据题中的实验目的,可确定该实验的假设为缺磷导致类胡萝卜素缺乏,引起叶色暗绿。利用溶液培养法来培养黄瓜幼苗,实验时要遵循对照原则和单一变量原则。等到完全培养液中和缺磷的完全培养液中黄瓜叶片出现颜色差异时进行色素的提取和分离实验,最终比较色素带的宽度和颜色的深浅来确定假设是否成立。
答案:实验假设:缺磷导致类胡萝卜素缺乏,引起叶色暗绿实验步骤:第一步:同一品种且长势相近、苗龄相同第二步:仅缺磷的完全培养液第三步:等量叶片 无水乙醇 纸层析 A、B两组色素带中类胡萝卜素色素带的宽度和颜色的深浅实验结果预测:(2)A组比B组类胡萝卜素色素带宽度大、颜色深(或B组缺少类胡萝卜素色素带),说明缺磷导致的叶色暗绿,是由于类胡萝卜素缺乏所致
【加固训练·拔高】1.(2021·永州模拟)某同学用新鲜菠菜叶进行“绿叶中色素的提取和分离”实验,下列叙述正确的是( )A.即使菜叶剪碎不够充分,也可以提取出4种光合色素B.层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失 C.应该在研磨叶片后立即加入CaCO3,防止酸破坏叶绿素 D.为获得10 mL提取液,研磨时一次性加入10 mL无水乙醇研磨效果最好
【解析】选A。即使菜叶剪碎不够充分,也不明显影响研磨的结果,所以仍可提取出4种光合色素,A正确;层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会因色素分解而减少,但不会随层析液挥发而消失,B错误;CaCO3可防止酸破坏叶绿素,所以可在研磨前加入少许CaCO3,C错误;由于研磨时乙醇挥发,故为获得10 mL提取液,研磨时应分次加入无水乙醇,且加入无水乙醇总量大于10 mL,D错误。
2.(2019·江苏高考)如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果,样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝藻经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是( )A.研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素 B.层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液 C.在敞开的烧杯中进行层析时,需通风操作 D.实验验证了该种蓝藻没有叶绿素b
【解析】选D。研磨时加入CaCO3是为了保护叶绿素,A项错误;光合色素只能溶解于有机溶剂,层析液可以由石油醚、丙酮和苯混合而成,也可以用92号汽油代替,但不能用生理盐水或磷酸盐缓冲液代替,B项错误;层析液具有挥发性,层析时不能通风操作,需要用培养皿盖住小烧杯,C项错误;通过与菠菜的纸层析条带的比较可见蓝藻缺少叶绿素b条带,D项正确。
考点二 捕获光能的色素和结构【典例精研引领】(2019·海南高考)下列关于高等植物光合作用的叙述,错误的是( )A.光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能B.红光照射时,胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素aC.光反应中,将光能转变为化学能需要有ADP的参与D.红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用
【名师授法解题】抓题眼练思维
【解析】选B。光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能,只有光反应阶段才能直接利用光能,A项正确;胡萝卜素主要吸收蓝紫光,不能吸收红光,B项错误;光反应中将光能转变为化学能,需要有ADP的参与形成ATP,C项正确;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,红光照射时,叶绿素b能吸收光能并用于光合作用,D项正确。
【母题变式延伸】核心素养新命题 (1)初生的植物,叶片呈黄绿色;长大后,变为深绿色;到了秋冬季节,便枯黄了。试分析原因。(生命观念:结构与功能观)提示:嫩叶中叶绿素较少,叶绿素的绿色不足以遮盖类胡萝卜素的颜色,叶片呈黄绿色;随着植物的生长发育,合成叶绿素的能力增强,叶绿素增多,遮盖了类胡萝卜素的颜色,叶片呈深绿色;秋冬季节,叶绿素大量分解,遮盖不住类胡萝卜素的颜色,叶片呈黄色。
(2)将可见光通过三棱镜后照射到绿色植物叶片的某种色素提取液上,可获得该吸收光谱(图中的数字表示光的波长,单位为nm,暗带表示溶液吸收该波长的光后形成的光谱)。通过对光谱的分析,判断该色素是哪种色素,并分析原因。(科学思维:演绎与推理)
提示:叶绿素。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。从图中可以看出,该色素主要吸收红光和蓝紫光,所以该色素为叶绿素。
【备选典例】 关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是( ) A.叶绿体中的色素可以用有机溶剂乙醇分离 B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收 C.通常,红外线和紫外线不能被叶绿体中的色素吸收用于光合作用D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻
【解析】选A。叶绿体中的色素能够溶解在包括乙醇在内的有机溶剂中,但是不能进行分离,而是提取;镁作为细胞中的无机盐,可以离子状态由植物的根从土壤中吸收,进而参与叶绿素的合成;一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光,可见光不包括红外光和紫外光;叶绿素的合成需要光,黑暗中生长的植物幼苗,因没有光照而导致叶绿素合成受阻,使类胡萝卜素的颜色显现出来,因而叶片呈黄色。
【知能素养提升】1.影响叶绿素合成的因素:(科学思维:比较、归纳)(1)光照:光是影响叶绿素合成的主要条件,一般植物在黑暗中不能合成叶绿素,因而叶片发黄。(2)温度:温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性,进而影响叶绿素的合成。低温时,叶绿素分子易被破坏,而使叶子变黄。(3)必需元素:叶绿素中含N、Mg等必需元素,缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成,叶子变黄。另外,Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分,缺Fe也将导致叶绿素合成受阻,叶子变黄。
2.光合色素和光合场所的三点提醒:(科学思维:分析与综合)(1)色素的功能特点:叶绿素和类胡萝卜素均有主要的吸收光波段,对其他波段的可见光并非不吸收,只是吸收量较少。(2)色素的分布位置:色素不只分布于叶绿体中,液泡中也含有色素如花青素,但是液泡中的色素不能用于光合作用。(3)光合作用的场所:叶绿体不是细胞进行光合作用的唯一场所,如蓝藻细胞没有叶绿体,也能进行光合作用。
【热点考向演练】考向一 结合色素的种类和功能,考查归纳与概括能力1.(2020·邢台模拟)下列关于植物细胞叶绿体内光合色素的叙述,正确的是( )A.胡萝卜素和叶黄素主要吸收红光和蓝紫光B.叶片呈现绿色的原因是其叶绿素吸收绿光最少,使绿光被反射出来C.四种光合色素在层析液中的溶解度最小的是胡萝卜素D.植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例保持不变
【解析】选B。胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,A项错误;叶片呈现绿色的原因是其叶绿素吸收绿光最少,使绿光被反射出来,B项正确;四种光合色素在层析液中的溶解度最小的是叶绿素b,C项错误;植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例会发生改变,D项错误。
2.(2017·全国卷Ⅲ)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
【解析】选A。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,不能吸收红光,A项错误;通过测量叶绿素对不同波长光的吸收值,可以绘制其吸收光谱,B项正确;CO2的吸收速率反映光合作用速率的变化,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项正确;640～660 nm 波长的光属于红光,叶绿素可以吸收红光,将水分解成氧和[H],氧直接以分子的形式释放,D项正确。
考向二 分析叶绿体的结构和功能,考查科学思维能力3.叶绿体是植物进行光合作用的场所,下列关于叶绿体结构与功能的叙述,正确的是( )A.叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内B.H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在基质中C.CO2的固定过程发生在类囊体的薄膜上D.光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的
【解析】选D。叶绿体中的色素主要分布在类囊体薄膜上,A错误;水的光解是光反应过程,发生在叶绿体类囊体薄膜上,B错误;CO2的固定发生在暗反应过程中,场所为叶绿体基质,C错误;光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的,D正确。
4.(2021·武汉模拟)叶绿体是光合作用的场所。下列有关叶绿体和光合作用的叙述,错误的是( )A.叶绿体内部巨大的膜面积为暗反应的酶提供了附着位点B.叶绿素能吸收红光,类胡萝卜素不能吸收红光C.光合色素吸收的光能用于水的光解和ATP的形成D.O2的产生需要提供光照,(CH2O)的产生需要提供CO2
【解析】选A。叶绿体的类囊体薄膜增大了叶绿体的膜面积,是光合作用光反应的场所,A错误;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,不吸收红光,B正确;光合色素分布在类囊体薄膜上,可以吸收、传递和转换光能,吸收的光能用于水的光解和ATP的形成,C正确;光反应中水的光解产生氧气,光反应必须有光,暗反应过程二氧化碳固定形成C3,C3还原形成糖类等有机物,D正确。
【归纳总结】叶绿体的结构与功能相适应的特点(1)基粒:由类囊体堆叠而成,可以增加膜面积。(2)类囊体薄膜:分布有吸收光能的色素。(3)酶的分布:叶绿体的类囊体薄膜和基质中有催化光合作用进行的酶。
【加固训练·拔高】1.(2020·郑州模拟)如图是在电子显微镜下观察到的高等植物叶绿体结构模式图,下列有关叙述错误的是( )A.①和②均为选择透过性膜B.③上分布有与光反应有关的色素和酶,这些色素对绿光吸收最少C.③上所含色素均含M,故缺M时这些色素都无法合成D.在③上形成的产物[H]和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量
【解析】选C。①和②分别为叶绿体的外膜和内膜,膜结构均具有选择透过性,A项正确;③为类囊体,其上分布有与光反应有关的色素和酶,这些色素对绿光吸收最少,所以叶片一般为绿色,B项正确;叶绿素分子中含M,胡萝卜素、叶黄素中不含M,C项错误;在类囊体上形成的产物[H]和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量,D项正确。
2.在玻璃温室中,研究小组分别用三种单色光对某种绿叶蔬菜进行补充光源(补光)实验,结果如图所示。补光的光强度为150 μml·m-2·s-1,补光时间为上午7:00～10:00,温度适宜。请回答:
(1)补光效果最好的补光组是 。若该补光组在9:00时突然停止补光,则叶肉细胞中C5含量将 。 (2)根据光合色素吸收光谱分析,单色光补光后结果不同的重要原因是 。有人认为不同单色光补光后也会影响叶片中光合色素的含量,进而影响光合作用,请设计实验进行验证,设计思路是_____________ 。
【解析】(1)由图可知680 nm补光植物的CO2吸收速率最大。该补光组在9:00时突然停止补光,光反应减慢,[H]和ATP合成减少,C3还原减慢,C5生成减少,而C5和CO2结合生成C3的速度不变,C5含量减少。(2)单色光补光后结果不同,是因为光合色素对不同单色光的吸收量不同。要证明色素含量的变化,应取四组不同光照射相同时间下的叶片,提取、分离色素并进行观察,通过比较色素带的宽窄,可得到验证。
答案:(1)680 nm补光 减少(2)光合色素对不同单色光的吸收量不同 取以上四组不同光照射相同时间下的等量叶片,提取其中的色素,利用纸层析法分离色素,观察比较不同色素提取液层析形成的色素带(宽窄)
考点三 光合作用的过程【典例精研引领】(2020·山东等级考)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如图所示,其中甲、乙表示物质,模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是 ,模块3中的甲可与CO2结合,甲为 。 (2)若正常运转过程中气泵突然停转,则短时间内乙的含量将 (填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长,模块2中的能量转换效率也会发生改变,原因是 。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累 (填“高于”“低于”或“等于”)植物,原因是 。 (4)干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是 。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低,在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
【解析】本题主要考查植物的光合作用和细胞呼吸。(1)分析图示可知,模块1为将光能转化为电能的过程,模拟的是叶绿素a吸收光能,释放高能电子的过程,模块2模拟的是叶绿素a失去电子成为一种强氧化剂,从水分中捕获电子,使水分子氧化以产生氧分子和氢离子,并合成ATP的过程,因此两个模块模拟的是光反应过程。
(2)模块3表示暗反应过程,气泵泵入的是CO2,其中甲表示C5,乙表示C3,若正常运行过程中气泵突然停转,则输入暗反应系统中的CO2浓度下降,CO2固定减少,则C3的含量会减少,若气泵停转的时间较长,则暗反应过程为光反应提供的ADP、Pi和NADP+不足,会导致模块2中的能量转换效率下降。(3)若该系统与植物固定的CO2的量相等,则和植物的总光合作用速率相等,由于该系统未模拟细胞呼吸,不会通过呼吸作用消耗糖类,而植物会发生呼吸作用,因此该系统积累的糖类高于植物。
(4)干旱条件下,植物的光合作用速率降低的主要原因是干旱导致植物的蒸腾作用加强,植物为了防止水分散失会关闭气孔,叶片气孔开放程度降低,CO2吸收量减少。
答案:(1)模块1和模块2 五碳化合物(或C5)(2)减少 模块3为模块2提供ADP、Pi和NADP+不足(3)高于 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(4)叶片气孔开放程度降低,CO2吸收量减少
【母题变式延伸】核心素养新命题(1)若突然停止光照,短期内C3和ATP的含量分别如何变化?(科学思维:演绎与推理)提示:突然停止光照时,C3含量增加,ATP含量减少。
(2)若研究光合作用产物O2中O来自空气中的CO2还是H2O,如何设计实验?简要写出实验设计思路。(科学探究:设计实验方案)提示:分别用氧的同位素18O 标记H2O和CO2,即: 和C18O2,然后分2组进行实验,第一组提供 和CO2,第二组提供H2O和C18O2,最后分析两组实验释放的氧气中的O是否含有18O。
【知能素养提升】1.光合作用中元素的转移途径:(科学思维:分析与综合)
2.环境条件改变时光合作用中相关物质的含量变化:(科学思维、科学探究)(1)分析方法:需从物质的生成和消耗两个方面综合分析。示例:CO2供应正常,光照停止时C3的含量变化
3.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析:(科学思维、科学探究)(1)光反应为暗反应提供的[H]和ATP在叶绿体中有少量的积累,在光反应停止时,暗反应仍可持续进行一段时间,有机物还能继续合成。(2)一直光照条件下,会造成[H]、ATP的过度积累,利用不充分;光照和黑暗间隔条件下, [H]、ATP基本不积累,能够被充分利用;因此在光照时间相同的条件下,光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。
例如:若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用,甲一直光照10分钟,黑暗处理10分钟;乙光照5秒,黑暗处理5秒,持续20分钟,则光合作用制造的有机物:甲<乙。
【热点考向演练】考向一 结合光合作用的过程，考查科学思维能力1.(2021年重庆适应性测试)绿色植物的光合作用过程，可用如下化学反应式来表示：CO2+H2O (CH2O)+O2下列有关叙述错误的是( )A.在此过程中，CO2中的C被还原，H2O中的O被氧化B.光能的吸收发生在类囊体膜上，光能的直接转化发生在叶绿体基质中C.产物(CH2O)是地球上有机物的主要来源D.释放出的O2有利于地球上好氧生物多样性的提高
【解析】选B。本题主要考查光合作用的过程、场所、能量转换以及在生态系统中的作用。暗反应阶段，CO2中的C被NADPH还原，光反应阶段，H2O中的O被氧化，A正确；光能的直接转化是在叶绿体类囊体膜上，间接转化才发生在叶绿体基质中，B错误；绿色植物通过光合作用制造有机物是地球上有机物的主要来源，C正确；好氧生物的生存需要O2，D正确。
2.(2021·开封模拟)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)。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18OD.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
【解析】选B。图中a～g分别代表光合色素、O2、ATP、ADP、NADPH([H])、NADP+、CO2,①～⑥分别代表水分的吸收、ATP的合成、水的光解、CO2的固定、C3的还原、有机物的合成,A项正确、B项错误;18O2 C18O2 ( ),C项正确;光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用,D项正确。
3.在其他条件适宜的情况下,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含量的变化是( )A.C3和C5都迅速减少B.C3和C5都迅速增加C.C3迅速增加,C5迅速减少D.C3迅速减少,C5迅速增加
【解析】选C。由题意知,在其他条件适宜的情况下,在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照后,光反应停止,[H]和ATP下降,C3的还原减弱直至停止,而CO2 的固定则继续进行,但由于缺少[H]和ATP,C3不能被还原而积累,使C3迅速增加;C5是植物体细胞内具有一定数量且能循环利用的物质,当C3不能被还原再形成C5时,C5将迅速减少。所以,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,此时叶绿体中C3迅速增加,C5迅速减少。
【方法技巧】利用数学模型分析光合作用中物质含量的变化
(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。(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。(3)具体分析时只有厘清C3、C5的“来源”与“去路”(C3产生于CO2的固定,消耗于C3的还原;C5产生于C3的还原,消耗于CO2的固定),才能准确作出判断。
考向二 结合光合作用过程中光反应和暗反应的关系,考查科学思维能力4.(2015·全国卷Ⅰ)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)在该实验中,作为对照组的D组接受全光照135 s,而C组实验是光照和黑暗交替进行,其仅用了D组的一半时间的光照,但合成的有机物的量是94%(D组为100%),故单位光照时间内,C组植物合成有机物的量高于D组植物合成有机物的量。C组光照时间的缩短,说明在光合作用过程中,暗反应不需要光照,而这个过程发生在叶绿体的基质中。
(2)光合作用过程有两个阶段:光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段必须在光下进行,其将水分解,产生ATP和还原型辅酶Ⅱ([H])用于暗反应。A、B、C三组处理相比,随着光照时间间隔的减少,光照频率的增加,使光下产生的ATP和[H]能够及时被利用与再生,从而提高了光合作用中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%(其他合理答案也可) 光照 基 (2)光照和黑暗交替频率(其他合理答案也可) ATP和还原型辅酶Ⅱ
5.(2021·西安模拟)光合作用的暗反应阶段主要包括:C5和CO2结合生成C3,C3经一系列变化生成糖类和C5。为确定光合作用暗反应阶段哪个反应间接依赖光,科学家利用小球藻进行实验,结果如图所示。请回答下列问题:
(1)利用热酒精处理小球藻能终止细胞内的化学反应。欲探究14CO2中14C的转移路径,给小球藻提供14CO2后,应怎样处理？ 。 (2)暗反应阶段间接依赖光照的反应是 ,作出此判断的依据是 。 (3)若其他条件不变,突然降低光照条件下CO2的浓度,短时间内细胞中C3和C5含量的变化趋势分别是 。
【解析】(1)据题意可知:欲探究14CO2中14C的转移路径,给小球藻提供14CO2后,应每间隔一段时间用热酒精终止暗反应进程,提取并鉴定含14C的物质。(2)分析图示可知:当反应条件由光照变为黑暗时,C3含量升高而C5及各种中间产物的含量下降,说明C3的还原与光照条件有关,据此可判断:暗反应阶段间接依赖光照的反应是C3经一系列变化生成糖类和C5。(3)若其他条件不变,突然降低光照条件下CO2的浓度,导致CO2和C5结合形成C3和CO2固定过程减弱,新生成的C3减少,而原有的C3继续被还原为C5和糖类,所以短时间内细胞中C3含量降低,C5含量升高。
答案:(1)每间隔一段时间用热酒精终止暗反应进程,提取并鉴定含14C的物质(2)C3经一系列变化生成糖类和C5 当反应条件由光照变为黑暗时,C3含量升高而C5及各种中间产物的含量下降,说明C3的还原与光照条件有关(3)C3含量降低,C5含量升高
【加固训练·拔高】1.(2020·惠州模拟)用一定浓度的NaHSO3溶液喷洒到小麦的叶片上,短期内检测到叶绿体中C3的含量减少,C5的含量增加,则NaHSO3溶液的作用可能是( )A.促进叶绿体中CO2的固定B.抑制叶绿体中C3的还原C.促进叶绿体中ATP的合成D.抑制叶绿体中有机物的输出
【解析】选C。若NaHSO3溶液促进叶绿体中CO2的固定,则CO2被C5固定形成的C3增加,消耗的C5增加,故C5的含量将减少,C3的含量将增加,A项错误;若NaHSO3溶液抑制叶绿体中C3的还原,则C3被还原生成的C5减少,消耗的C3减少,而CO2被C5固定形成的C3的过程不变,故C5的含量将减少,C3的含量将增加,B项错误;若NaHSO3溶液促进叶绿体中ATP的合成,则被还原的C3增加,生成的C5增加,而CO2被C5固定形成的C3的过程不变,故C5的含量将增加,C3的含量将减少,C项正确;若NaHSO3溶液抑制叶绿体中有机物的输出,意味着暗反应中C3的还原过程变慢,生成的C5减少,而CO2被C5固定形成的C3的过程不变,故C5的含量将减少,C3的含量将增加,D项错误。
2.(2020·唐山模拟)某同学以菠菜的绿叶为材料,制备了完整叶绿体悬浮液,并均分为两组,进行如下实验:
(注:DCPIP氧化态为蓝紫色,被还原后为无色。)请分析回答:(1)分离获得完整叶绿体需要用到的方法是 和过滤。(2)A组气泡中成分是 ,DCPIP溶液由蓝紫色变无色的原因是 。(3)B组(CH2O)/C3值增高的原因是 。
【解析】(1)分离获得完整叶绿体需要用到的方法是差速离心和过滤。(2)A组可以进行光合作用的光反应阶段,气泡中成分是O2,DCPIP氧化态为蓝紫色,被还原后为无色溶液,DCPIP由蓝紫色变无色说明被还原了,原因是光反应阶段产生的[H]使DCPIP还原。(3)B组(CH2O)/C3值增高的原因是磷酸有利于光反应阶段中ATP的形成,进而促进暗反应中C3的还原形成(CH2O)。ATP的形成需要游离磷酸,适量磷酸能够加快光反应的速率,生成ATP供暗反应使用,因此实验组中光反应速率高,ATP生成多,促进暗反应中(CH2O)合成。
答案:(1)差速离心(2)O2 光反应阶段产生的[H]使DCPIP还原(3)磷酸有利于光反应阶段中ATP的形成,进而促进暗反应中C3的还原形成(CH2O)
【命题新情境】图甲中,某同学采用_______(溶剂)对巴旦木优良品种——米星的叶片进行色素的提取。称取剪碎的新鲜样品0.5 g,放入研钵中,加入石英砂的目的是有助于_______,再加入B,迅速研磨成匀浆;然后过滤可获得米星叶片的滤液C。图乙是对色素进行分离的实验结果,请回答下列问题:
【命题新角度】1.根据所学知识,在①～②中填入对应的内容。① ,② 。 2.将研磨液倒入玻璃漏斗,在漏斗基部放 进行过滤。将滤液集中到试管中,及时用棉塞将试管口塞严,目的是 。 3.采用 对米星叶片色素进行分离,图乙的实验结果 (填“正确”或“不正确”),结合图甲分析原因: 。 4.蔬菜大棚一般采用发 的光源,有利于蔬菜光合作用制造有机物,提高产量。
【解析】1.①无水乙醇。②有助于研磨得充分。2.将研磨液倒入玻璃漏斗,在漏斗基部放单层尼龙布进行过滤。将滤液集中到试管中,及时用棉塞将试管口塞严,目的是防止无水乙醇蒸发,影响实验结果。3.采用层析液对米星叶片色素进行分离,图乙的实验结果不正确,结合图甲分析原因:图甲B未加入碳酸钙,部分叶绿素被破坏。
4.根据实验得到的4种色素带的颜色不同,说明不同色素吸收不同波长的光,蔬菜大棚一般采用发红色或蓝色的光源,有利于蔬菜光合作用制造有机物,提高产量。
答案:1.无水乙醇 研磨得充分2.单层尼龙布 防止无水乙醇蒸发,影响实验结果3.层析液 不正确 图甲B未加入碳酸钙,部分叶绿素被破坏4.红色或蓝色
【概念导图】一图知全局
【概念梳理】闭书测基础一、绿叶中色素的提取和分离1.实验原理:
2.实验步骤:(1)提取色素:①研磨②过滤:用___________过滤→收集滤液。
3.实验结果分析:结合图示填写表格内容。
二、捕获光能的色素和结构1.叶绿体中色素的吸收光谱分析:
由图可以看出:(1)色素的功能:叶绿素主要吸收_____________;类胡萝卜素主要吸收_______。(2)色素吸收光的范围:可见光的波长范围大约是390～760 nm,一般叶绿体中的色素只吸收_______,对红外光和紫外光不吸收。
2.叶绿体的结构和功能:(1)模式图:
3.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_____的部位。(2)妙法排除干扰因素:没有空气的黑暗环境排除了_____和___的干扰。(3)巧妙设计对照实验:①用极细的光束照射,叶绿体上可分为_______和_______的部位,相当于一组对照实验;②临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
三、光合作用的探究历程和光合作用的过程 1.光合作用的探究历程(连线):
2.光合作用的过程:(1)概念:绿色植物通过_______,利用_____,把二氧化碳和水转化成储存着能量的_______,并且释放出_____的过程。
(3)光合作用的总反应式:
(4)光合作用和化能合成作用的比较:
氧化无机物释放出的能量
【概念辨析】全面清障碍1.判断下列有关绿叶中色素的提取和分离叙述的正误:(1)在95%乙醇中加入适量无水Na2CO3后可提高色素的溶解度。( )(2)叶绿体色素滤液细线浸入层析液,可导致滤纸条上色素带重叠。( )分析:层析液是有机溶剂,叶绿素易溶于其中,叶绿体色素滤液细线浸入层析液,会导致色素溶解而无法进行分离,得不到色素带。
(3)加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏。( )(4)用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素。( )分析:叶绿体中的色素有叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素。(5)使用定性滤纸过滤研磨液。( )分析:过滤研磨液使用的是单层尼龙布。
(6)在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2～3次。( )分析:在画出一条滤液细线后待滤液干燥后再重复画线1～2次。
2.判断下列有关捕获光能的色素和结构叙述的正误:(1)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。( )分析:植物呈现绿色是由于叶绿素对绿光吸收最少,能反射绿光。(2)叶片黄化,叶绿体对红光的吸收增多。( )分析:叶片黄化时,叶绿体中的叶绿素减少,对红光的吸收减少。
(3)光合作用需要的色素分布在叶绿体基粒和基质中。( )分析:光合作用需要的色素分布在叶绿体的基粒(类囊体薄膜)上。(4)红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用。( )分析:红外光和紫外光不能被叶绿体中的色素吸收。
(5)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同。( )(6)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积。( )分析:叶绿体内膜并不折叠,因此内膜的面积要小于外膜的面积。
3.判断下列有关光合作用过程叙述的正误:(1)在叶绿体中发生的生理过程,不需要蛋白质参与的是M吸收。( )分析:M吸收的过程是主动运输,需要载体蛋白的协助。(2)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。( )(3)光照强度由强变弱时,短时间内C5含量会升高。( )分析:光照强度由强变弱时,短时间内ATP和[H]的含量下降,还原C3的量下降,C3的含量升高,C5含量会下降。
(4)CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能。( )分析:在暗反应过程中,绿叶通过气孔从外界吸收进来的CO2,不能直接被[H]还原,首先在叶绿体基质中与C5结合生成C3,该过程叫CO2的固定。(5)夏季晴天光照最强时,小麦光合速率最高。( )分析:夏季晴天光照最强时,部分气孔关闭,二氧化碳吸收量减少,小麦光合速率减弱。
(6)光合作用和细胞呼吸均能产生[H],二者还原的物质相同。( )分析:光合作用中的[H]是还原型辅酶Ⅱ(NADPH),而细胞呼吸中的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)。前者还原C3,后者还原O2。(7)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中。( )分析:H2O在光下分解为[H]和O2的过程为光反应阶段,发生在叶绿体的类囊体薄膜
【概念活用】教材命题源1.教材必修1 P99“与社会的联系”:温室或大棚种植蔬菜时,最好选择什么颜色的玻璃或塑料薄膜?说明原因。提示:无色透明。有色玻璃或塑料薄膜主要透过同色光,其他色光很少或不能透过,光照强度会减弱,不利于光合作用的进行;而无色透明的玻璃或塑料薄膜能透过日光中各种光,光照强度较大,有利于光合作用的进行。
2.教材必修1 P102“图5-13”:如图是光合作用探究历程中萨克斯的实验示意图,请分析:
(1)萨克斯实验中进行“黑暗”处理的目的是什么?提示:消耗掉叶片原有的淀粉,防止对实验结果造成干扰。(2)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?提示:除去色素,防止叶片中色素颜色对实验结果的干扰。
(3)该实验和恩格尔曼的实验各是如何形成对照的?提示: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。
3.教材必修1 P104“思考与讨论”拓展:分析光合作用的过程图解
(1)图中的甲表示_______阶段,发生在叶绿体的___________上。(2)图中的物质a是____,物质b是 ___。(3)图中的ATP_____(填“能”或“不能”)运出所在的细胞器,用于其他生命活动。
考点一 绿叶中色素的提取和分离实验 【典例精研引领】(2020·江苏高考)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验,下列叙述错误的是( )A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏C.研磨时添加石英砂有助于色素提取D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散
【名师授法解题】抓题眼练思维
【解析】选B。本题主要考查了色素的提取和分离的实验。绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂如无水乙醇中,因而可以用无水乙醇提取绿叶中的色素,A正确;研磨时需要加入碳酸钙(CaCO3),可防止研磨时色素被破坏,B错误;研磨时加入少许石英砂(SiO2)有助于充分研磨,有利于破碎细胞,使色素释放,C正确;画滤液细线时应尽量减少滤液扩散,要求细、直、齐,才有利于色素均匀地分离,D正确。
【母题变式延伸】核心素养新命题 (1)若上述实验过程中选择的材料是蓝藻,则提取出来的色素有哪些?(科学思维:分析与综合)提示:叶绿素和藻蓝素。
(2)若实验过程中缺少了无水乙醇,能否用50%的乙醇来替代?为什么?(科学思维:比较与分类)提示:不能,50%乙醇中色素溶解度低,提取出来的色素浓度减少,在滤纸条上呈现的色素带颜色变浅。
【知能素养提升】绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析:(科学思维:比较、归纳)(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析。①未加石英砂(二氧化硅),___________。②使用放置数天的绿叶,滤液色素(叶绿素)太少。③一次加入大量的无水乙醇,提取浓度太低(正确做法:分次加入少量无水乙醇提取色素)。④未加_______或加入过少,叶绿素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠:没经干燥处理,滤液线不能达到细、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_____细线;②滤液细线接触到层析液,且时间较长,色素全部溶解到层析液中。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带。①忘记加_______导致叶绿素被破坏;②所用叶片为“黄叶”。
【热点考向演练】考向一 结合色素的提取和分离实验,考查实验原理和实验步骤的分析能力1.(2020·石家庄模拟)甲、乙、丙、丁四位同学,在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料,用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时,由于操作不同,得到了四种不同的层析结果(如图所示)。下列分析错误的是( )
A.甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液B.乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多C.丙四条色素带明显说明操作正确结果理想D.丁可能是研磨时未加入CaCO3
【解析】选C。甲图中看不到色素带,叶绿体中的色素属于有机物,易溶于无水乙醇等有机溶剂,难溶于水,所以出现甲图结果可能是误用蒸馏水作提取液和层析液导致的,A项正确;乙图中每种色素都有,但含量很少,可能是无水乙醇过多,色素浓度太低导致的,B项正确;丙图中每种色素都有,但是胡萝卜素和叶黄素含量较多,叶绿素a和叶绿素b含量较少,这不是正确操作得到的理想结果,C项错误;丁结果中叶绿素a和叶绿素b含量很少,可能是研磨时未加入CaCO3,破坏了叶绿素类物质造成的,因为与类胡萝卜素相比,叶绿素更易受到破坏,D项正确。
2.(2020·山西名校联考)下列关于绿叶中色素的提取和分离的叙述,不正确的是( )A.用无水乙醇提取到的各种色素的含量不同B.色素在层析液中的溶解度不同,导致色素带的位置不同C.研磨绿叶时不加CaCO3,则滤纸条上四条色素带变窄的比例相同D.只画一次滤液细线会导致滤纸条上四条色素带的宽度变窄
【解析】选C。绿叶中各种光合色素的含量不同,故用无水乙醇提取到的各种色素的含量不同,A正确。绿叶中色素能够分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同,溶解度大的,扩散速度快;溶解度小的,扩散速度慢,B正确。提取色素时加入CaCO3是为了防止色素被破坏,特别是防止叶绿素被破坏,因此研磨绿叶时不加CaCO3,则滤纸条上四条色素带变窄的比例不相同,C错误。只画一次滤液细线,滤纸条上含有的色素含量减少,会导致滤纸条上四条色素带的宽度变窄,D正确。
考向二 结合色素的提取和分离实验,考查实验结果的分析能力3.(2021·唐山模拟)利用无水乙醇提取叶绿体中的色素,设法分离得到各种色素,并将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如图所示)。当滤纸下方浸入层析液后,滤纸条上各色素正确的位置应为( )
【解析】选B。在层析液中四种色素的溶解度从大到小的顺序依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,色素溶解度越大,随层析液在滤纸上扩散的速度越快,混合液中含4种色素,扩散后在滤纸条上形成4条色素带。
4.(2021·攀枝花模拟)植物的生长发育需要根从土壤中吸收水分和各种矿质元素,科学实验发现土壤中缺磷,会导致植株矮小,叶色暗绿。依据叶色变化判断可能是缺少类胡萝卜素,试设计实验探究叶色暗绿是否是因为缺磷造成类胡萝卜素缺乏所致。
实验所需主要用具、试剂:烧杯、漏斗、试管、研钵、完全培养液、仅缺磷的完全培养液、无水乙醇、SiO2、CaCO3、层析液等。实验材料:正常生长的黄瓜幼苗。实验假设: 。
实验步骤:第一步:取两个烧杯编号为A、B,各放入同样数量、 的黄瓜幼苗。 第二步:A烧杯中加入完全培养液,B烧杯中加入等量 ,置于相同且适宜的条件下培养,培养到两组黄瓜幼苗叶片出现颜色差异为止。 第三步:分别从A、B两组中选取 ,用 提取叶片色素,用 法分离色素,观察比较 。
实验结果预测:(1)A、B两组类胡萝卜素色素带宽度和颜色一致,说明缺磷导致的叶色暗绿,不是由于类胡萝卜素缺乏所致。(2) 。
【解析】根据题中的实验目的,可确定该实验的假设为缺磷导致类胡萝卜素缺乏,引起叶色暗绿。利用溶液培养法来培养黄瓜幼苗,实验时要遵循对照原则和单一变量原则。等到完全培养液中和缺磷的完全培养液中黄瓜叶片出现颜色差异时进行色素的提取和分离实验,最终比较色素带的宽度和颜色的深浅来确定假设是否成立。
答案:实验假设:缺磷导致类胡萝卜素缺乏,引起叶色暗绿实验步骤:第一步:同一品种且长势相近、苗龄相同第二步:仅缺磷的完全培养液第三步:等量叶片 无水乙醇 纸层析 A、B两组色素带中类胡萝卜素色素带的宽度和颜色的深浅实验结果预测:(2)A组比B组类胡萝卜素色素带宽度大、颜色深(或B组缺少类胡萝卜素色素带),说明缺磷导致的叶色暗绿,是由于类胡萝卜素缺乏所致
【加固训练·拔高】1.(2021·永州模拟)某同学用新鲜菠菜叶进行“绿叶中色素的提取和分离”实验,下列叙述正确的是( )A.即使菜叶剪碎不够充分,也可以提取出4种光合色素B.层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失 C.应该在研磨叶片后立即加入CaCO3,防止酸破坏叶绿素 D.为获得10 mL提取液,研磨时一次性加入10 mL无水乙醇研磨效果最好
【解析】选A。即使菜叶剪碎不够充分,也不明显影响研磨的结果,所以仍可提取出4种光合色素,A正确;层析完毕后应迅速记录结果,否则叶绿素条带会因色素分解而减少,但不会随层析液挥发而消失,B错误;CaCO3可防止酸破坏叶绿素,所以可在研磨前加入少许CaCO3,C错误;由于研磨时乙醇挥发,故为获得10 mL提取液,研磨时应分次加入无水乙醇,且加入无水乙醇总量大于10 mL,D错误。
2.(2019·江苏高考)如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果,样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝藻经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是( )A.研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素 B.层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液 C.在敞开的烧杯中进行层析时,需通风操作 D.实验验证了该种蓝藻没有叶绿素b
【解析】选D。研磨时加入CaCO3是为了保护叶绿素,A项错误;光合色素只能溶解于有机溶剂,层析液可以由石油醚、丙酮和苯混合而成,也可以用92号汽油代替,但不能用生理盐水或磷酸盐缓冲液代替,B项错误;层析液具有挥发性,层析时不能通风操作,需要用培养皿盖住小烧杯,C项错误;通过与菠菜的纸层析条带的比较可见蓝藻缺少叶绿素b条带,D项正确。
考点二 捕获光能的色素和结构【典例精研引领】(2019·海南高考)下列关于高等植物光合作用的叙述,错误的是( )A.光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能B.红光照射时,胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素aC.光反应中,将光能转变为化学能需要有ADP的参与D.红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用
【名师授法解题】抓题眼练思维
【解析】选B。光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能,只有光反应阶段才能直接利用光能,A项正确;胡萝卜素主要吸收蓝紫光,不能吸收红光,B项错误;光反应中将光能转变为化学能,需要有ADP的参与形成ATP,C项正确;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,红光照射时,叶绿素b能吸收光能并用于光合作用,D项正确。
【母题变式延伸】核心素养新命题 (1)初生的植物,叶片呈黄绿色;长大后,变为深绿色;到了秋冬季节,便枯黄了。试分析原因。(生命观念:结构与功能观)提示:嫩叶中叶绿素较少,叶绿素的绿色不足以遮盖类胡萝卜素的颜色,叶片呈黄绿色;随着植物的生长发育,合成叶绿素的能力增强,叶绿素增多,遮盖了类胡萝卜素的颜色,叶片呈深绿色;秋冬季节,叶绿素大量分解,遮盖不住类胡萝卜素的颜色,叶片呈黄色。
(2)将可见光通过三棱镜后照射到绿色植物叶片的某种色素提取液上,可获得该吸收光谱(图中的数字表示光的波长,单位为nm,暗带表示溶液吸收该波长的光后形成的光谱)。通过对光谱的分析,判断该色素是哪种色素,并分析原因。(科学思维:演绎与推理)
提示:叶绿素。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。从图中可以看出,该色素主要吸收红光和蓝紫光,所以该色素为叶绿素。
【备选典例】 关于高等植物叶绿体中色素的叙述,错误的是( ) A.叶绿体中的色素可以用有机溶剂乙醇分离 B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收 C.通常,红外线和紫外线不能被叶绿体中的色素吸收用于光合作用D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻
【解析】选A。叶绿体中的色素能够溶解在包括乙醇在内的有机溶剂中,但是不能进行分离,而是提取;镁作为细胞中的无机盐,可以离子状态由植物的根从土壤中吸收,进而参与叶绿素的合成;一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光,可见光不包括红外光和紫外光;叶绿素的合成需要光,黑暗中生长的植物幼苗,因没有光照而导致叶绿素合成受阻,使类胡萝卜素的颜色显现出来,因而叶片呈黄色。
【知能素养提升】1.影响叶绿素合成的因素:(科学思维:比较、归纳)(1)光照:光是影响叶绿素合成的主要条件,一般植物在黑暗中不能合成叶绿素,因而叶片发黄。(2)温度:温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性,进而影响叶绿素的合成。低温时,叶绿素分子易被破坏,而使叶子变黄。(3)必需元素:叶绿素中含N、Mg等必需元素,缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成,叶子变黄。另外,Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分,缺Fe也将导致叶绿素合成受阻,叶子变黄。
2.光合色素和光合场所的三点提醒:(科学思维:分析与综合)(1)色素的功能特点:叶绿素和类胡萝卜素均有主要的吸收光波段,对其他波段的可见光并非不吸收,只是吸收量较少。(2)色素的分布位置:色素不只分布于叶绿体中,液泡中也含有色素如花青素,但是液泡中的色素不能用于光合作用。(3)光合作用的场所:叶绿体不是细胞进行光合作用的唯一场所,如蓝藻细胞没有叶绿体,也能进行光合作用。
【热点考向演练】考向一 结合色素的种类和功能,考查归纳与概括能力1.(2020·邢台模拟)下列关于植物细胞叶绿体内光合色素的叙述,正确的是( )A.胡萝卜素和叶黄素主要吸收红光和蓝紫光B.叶片呈现绿色的原因是其叶绿素吸收绿光最少,使绿光被反射出来C.四种光合色素在层析液中的溶解度最小的是胡萝卜素D.植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例保持不变
【解析】选B。胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,A项错误;叶片呈现绿色的原因是其叶绿素吸收绿光最少,使绿光被反射出来,B项正确;四种光合色素在层析液中的溶解度最小的是叶绿素b,C项错误;植物生长过程中,叶绿体内各种色素的比例会发生改变,D项错误。
2.(2017·全国卷Ⅲ)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
【解析】选A。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,不能吸收红光,A项错误;通过测量叶绿素对不同波长光的吸收值,可以绘制其吸收光谱,B项正确;CO2的吸收速率反映光合作用速率的变化,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项正确;640～660 nm 波长的光属于红光,叶绿素可以吸收红光,将水分解成氧和[H],氧直接以分子的形式释放,D项正确。
考向二 分析叶绿体的结构和功能,考查科学思维能力3.叶绿体是植物进行光合作用的场所,下列关于叶绿体结构与功能的叙述,正确的是( )A.叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内B.H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在基质中C.CO2的固定过程发生在类囊体的薄膜上D.光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的
【解析】选D。叶绿体中的色素主要分布在类囊体薄膜上,A错误;水的光解是光反应过程,发生在叶绿体类囊体薄膜上,B错误;CO2的固定发生在暗反应过程中,场所为叶绿体基质,C错误;光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的,D正确。
4.(2021·武汉模拟)叶绿体是光合作用的场所。下列有关叶绿体和光合作用的叙述,错误的是( )A.叶绿体内部巨大的膜面积为暗反应的酶提供了附着位点B.叶绿素能吸收红光,类胡萝卜素不能吸收红光C.光合色素吸收的光能用于水的光解和ATP的形成D.O2的产生需要提供光照,(CH2O)的产生需要提供CO2
【解析】选A。叶绿体的类囊体薄膜增大了叶绿体的膜面积,是光合作用光反应的场所,A错误;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,不吸收红光,B正确;光合色素分布在类囊体薄膜上,可以吸收、传递和转换光能,吸收的光能用于水的光解和ATP的形成,C正确;光反应中水的光解产生氧气,光反应必须有光,暗反应过程二氧化碳固定形成C3,C3还原形成糖类等有机物,D正确。
【归纳总结】叶绿体的结构与功能相适应的特点(1)基粒:由类囊体堆叠而成,可以增加膜面积。(2)类囊体薄膜:分布有吸收光能的色素。(3)酶的分布:叶绿体的类囊体薄膜和基质中有催化光合作用进行的酶。
【加固训练·拔高】1.(2020·郑州模拟)如图是在电子显微镜下观察到的高等植物叶绿体结构模式图,下列有关叙述错误的是( )A.①和②均为选择透过性膜B.③上分布有与光反应有关的色素和酶,这些色素对绿光吸收最少C.③上所含色素均含M,故缺M时这些色素都无法合成D.在③上形成的产物[H]和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量
【解析】选C。①和②分别为叶绿体的外膜和内膜,膜结构均具有选择透过性,A项正确;③为类囊体,其上分布有与光反应有关的色素和酶,这些色素对绿光吸收最少,所以叶片一般为绿色,B项正确;叶绿素分子中含M,胡萝卜素、叶黄素中不含M,C项错误;在类囊体上形成的产物[H]和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量,D项正确。
2.在玻璃温室中,研究小组分别用三种单色光对某种绿叶蔬菜进行补充光源(补光)实验,结果如图所示。补光的光强度为150 μml·m-2·s-1,补光时间为上午7:00～10:00,温度适宜。请回答:
(1)补光效果最好的补光组是 。若该补光组在9:00时突然停止补光,则叶肉细胞中C5含量将 。 (2)根据光合色素吸收光谱分析,单色光补光后结果不同的重要原因是 。有人认为不同单色光补光后也会影响叶片中光合色素的含量,进而影响光合作用,请设计实验进行验证,设计思路是_____________ 。
【解析】(1)由图可知680 nm补光植物的CO2吸收速率最大。该补光组在9:00时突然停止补光,光反应减慢,[H]和ATP合成减少,C3还原减慢,C5生成减少,而C5和CO2结合生成C3的速度不变,C5含量减少。(2)单色光补光后结果不同,是因为光合色素对不同单色光的吸收量不同。要证明色素含量的变化,应取四组不同光照射相同时间下的叶片,提取、分离色素并进行观察,通过比较色素带的宽窄,可得到验证。
答案:(1)680 nm补光 减少(2)光合色素对不同单色光的吸收量不同 取以上四组不同光照射相同时间下的等量叶片,提取其中的色素,利用纸层析法分离色素,观察比较不同色素提取液层析形成的色素带(宽窄)
考点三 光合作用的过程【典例精研引领】(2020·山东等级考)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如图所示,其中甲、乙表示物质,模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是 ,模块3中的甲可与CO2结合,甲为 。 (2)若正常运转过程中气泵突然停转,则短时间内乙的含量将 (填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长,模块2中的能量转换效率也会发生改变,原因是 。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累 (填“高于”“低于”或“等于”)植物,原因是 。 (4)干旱条件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是 。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低,在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
【解析】本题主要考查植物的光合作用和细胞呼吸。(1)分析图示可知,模块1为将光能转化为电能的过程,模拟的是叶绿素a吸收光能,释放高能电子的过程,模块2模拟的是叶绿素a失去电子成为一种强氧化剂,从水分中捕获电子,使水分子氧化以产生氧分子和氢离子,并合成ATP的过程,因此两个模块模拟的是光反应过程。
(2)模块3表示暗反应过程,气泵泵入的是CO2,其中甲表示C5,乙表示C3,若正常运行过程中气泵突然停转,则输入暗反应系统中的CO2浓度下降,CO2固定减少,则C3的含量会减少,若气泵停转的时间较长,则暗反应过程为光反应提供的ADP、Pi和NADP+不足,会导致模块2中的能量转换效率下降。(3)若该系统与植物固定的CO2的量相等,则和植物的总光合作用速率相等,由于该系统未模拟细胞呼吸,不会通过呼吸作用消耗糖类,而植物会发生呼吸作用,因此该系统积累的糖类高于植物。
(4)干旱条件下,植物的光合作用速率降低的主要原因是干旱导致植物的蒸腾作用加强,植物为了防止水分散失会关闭气孔,叶片气孔开放程度降低,CO2吸收量减少。
答案:(1)模块1和模块2 五碳化合物(或C5)(2)减少 模块3为模块2提供ADP、Pi和NADP+不足(3)高于 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(4)叶片气孔开放程度降低,CO2吸收量减少
【母题变式延伸】核心素养新命题(1)若突然停止光照,短期内C3和ATP的含量分别如何变化?(科学思维:演绎与推理)提示:突然停止光照时,C3含量增加,ATP含量减少。
(2)若研究光合作用产物O2中O来自空气中的CO2还是H2O,如何设计实验?简要写出实验设计思路。(科学探究:设计实验方案)提示:分别用氧的同位素18O 标记H2O和CO2,即: 和C18O2,然后分2组进行实验,第一组提供 和CO2,第二组提供H2O和C18O2,最后分析两组实验释放的氧气中的O是否含有18O。
【知能素养提升】1.光合作用中元素的转移途径:(科学思维:分析与综合)
2.环境条件改变时光合作用中相关物质的含量变化:(科学思维、科学探究)(1)分析方法:需从物质的生成和消耗两个方面综合分析。示例:CO2供应正常,光照停止时C3的含量变化
3.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析:(科学思维、科学探究)(1)光反应为暗反应提供的[H]和ATP在叶绿体中有少量的积累,在光反应停止时,暗反应仍可持续进行一段时间,有机物还能继续合成。(2)一直光照条件下,会造成[H]、ATP的过度积累,利用不充分;光照和黑暗间隔条件下, [H]、ATP基本不积累,能够被充分利用;因此在光照时间相同的条件下,光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。
例如:若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用,甲一直光照10分钟,黑暗处理10分钟;乙光照5秒,黑暗处理5秒,持续20分钟,则光合作用制造的有机物:甲<乙。
【热点考向演练】考向一 结合光合作用的过程，考查科学思维能力1.(2021年重庆适应性测试)绿色植物的光合作用过程，可用如下化学反应式来表示：CO2+H2O (CH2O)+O2下列有关叙述错误的是( )A.在此过程中，CO2中的C被还原，H2O中的O被氧化B.光能的吸收发生在类囊体膜上，光能的直接转化发生在叶绿体基质中C.产物(CH2O)是地球上有机物的主要来源D.释放出的O2有利于地球上好氧生物多样性的提高
【解析】选B。本题主要考查光合作用的过程、场所、能量转换以及在生态系统中的作用。暗反应阶段，CO2中的C被NADPH还原，光反应阶段，H2O中的O被氧化，A正确；光能的直接转化是在叶绿体类囊体膜上，间接转化才发生在叶绿体基质中，B错误；绿色植物通过光合作用制造有机物是地球上有机物的主要来源，C正确；好氧生物的生存需要O2，D正确。
2.(2021·开封模拟)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)。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18OD.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
【解析】选B。图中a～g分别代表光合色素、O2、ATP、ADP、NADPH([H])、NADP+、CO2,①～⑥分别代表水分的吸收、ATP的合成、水的光解、CO2的固定、C3的还原、有机物的合成,A项正确、B项错误;18O2 C18O2 ( ),C项正确;光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用,D项正确。
3.在其他条件适宜的情况下,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含量的变化是( )A.C3和C5都迅速减少B.C3和C5都迅速增加C.C3迅速增加,C5迅速减少D.C3迅速减少,C5迅速增加
【解析】选C。由题意知,在其他条件适宜的情况下,在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照后,光反应停止,[H]和ATP下降,C3的还原减弱直至停止,而CO2 的固定则继续进行,但由于缺少[H]和ATP,C3不能被还原而积累,使C3迅速增加;C5是植物体细胞内具有一定数量且能循环利用的物质,当C3不能被还原再形成C5时,C5将迅速减少。所以,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,此时叶绿体中C3迅速增加,C5迅速减少。
【方法技巧】利用数学模型分析光合作用中物质含量的变化
(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。(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。(3)具体分析时只有厘清C3、C5的“来源”与“去路”(C3产生于CO2的固定,消耗于C3的还原;C5产生于C3的还原,消耗于CO2的固定),才能准确作出判断。
考向二 结合光合作用过程中光反应和暗反应的关系,考查科学思维能力4.(2015·全国卷Ⅰ)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)在该实验中,作为对照组的D组接受全光照135 s,而C组实验是光照和黑暗交替进行,其仅用了D组的一半时间的光照,但合成的有机物的量是94%(D组为100%),故单位光照时间内,C组植物合成有机物的量高于D组植物合成有机物的量。C组光照时间的缩短,说明在光合作用过程中,暗反应不需要光照,而这个过程发生在叶绿体的基质中。
(2)光合作用过程有两个阶段:光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段必须在光下进行,其将水分解,产生ATP和还原型辅酶Ⅱ([H])用于暗反应。A、B、C三组处理相比,随着光照时间间隔的减少,光照频率的增加,使光下产生的ATP和[H]能够及时被利用与再生,从而提高了光合作用中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%(其他合理答案也可) 光照 基 (2)光照和黑暗交替频率(其他合理答案也可) ATP和还原型辅酶Ⅱ
5.(2021·西安模拟)光合作用的暗反应阶段主要包括:C5和CO2结合生成C3,C3经一系列变化生成糖类和C5。为确定光合作用暗反应阶段哪个反应间接依赖光,科学家利用小球藻进行实验,结果如图所示。请回答下列问题:
(1)利用热酒精处理小球藻能终止细胞内的化学反应。欲探究14CO2中14C的转移路径,给小球藻提供14CO2后,应怎样处理？ 。 (2)暗反应阶段间接依赖光照的反应是 ,作出此判断的依据是 。 (3)若其他条件不变,突然降低光照条件下CO2的浓度,短时间内细胞中C3和C5含量的变化趋势分别是 。
【解析】(1)据题意可知:欲探究14CO2中14C的转移路径,给小球藻提供14CO2后,应每间隔一段时间用热酒精终止暗反应进程,提取并鉴定含14C的物质。(2)分析图示可知:当反应条件由光照变为黑暗时,C3含量升高而C5及各种中间产物的含量下降,说明C3的还原与光照条件有关,据此可判断:暗反应阶段间接依赖光照的反应是C3经一系列变化生成糖类和C5。(3)若其他条件不变,突然降低光照条件下CO2的浓度,导致CO2和C5结合形成C3和CO2固定过程减弱,新生成的C3减少,而原有的C3继续被还原为C5和糖类,所以短时间内细胞中C3含量降低,C5含量升高。
答案:(1)每间隔一段时间用热酒精终止暗反应进程,提取并鉴定含14C的物质(2)C3经一系列变化生成糖类和C5 当反应条件由光照变为黑暗时,C3含量升高而C5及各种中间产物的含量下降,说明C3的还原与光照条件有关(3)C3含量降低,C5含量升高
【加固训练·拔高】1.(2020·惠州模拟)用一定浓度的NaHSO3溶液喷洒到小麦的叶片上,短期内检测到叶绿体中C3的含量减少,C5的含量增加,则NaHSO3溶液的作用可能是( )A.促进叶绿体中CO2的固定B.抑制叶绿体中C3的还原C.促进叶绿体中ATP的合成D.抑制叶绿体中有机物的输出
【解析】选C。若NaHSO3溶液促进叶绿体中CO2的固定,则CO2被C5固定形成的C3增加,消耗的C5增加,故C5的含量将减少,C3的含量将增加,A项错误;若NaHSO3溶液抑制叶绿体中C3的还原,则C3被还原生成的C5减少,消耗的C3减少,而CO2被C5固定形成的C3的过程不变,故C5的含量将减少,C3的含量将增加,B项错误;若NaHSO3溶液促进叶绿体中ATP的合成,则被还原的C3增加,生成的C5增加,而CO2被C5固定形成的C3的过程不变,故C5的含量将增加,C3的含量将减少,C项正确;若NaHSO3溶液抑制叶绿体中有机物的输出,意味着暗反应中C3的还原过程变慢,生成的C5减少,而CO2被C5固定形成的C3的过程不变,故C5的含量将减少,C3的含量将增加,D项错误。
2.(2020·唐山模拟)某同学以菠菜的绿叶为材料,制备了完整叶绿体悬浮液,并均分为两组,进行如下实验:
(注:DCPIP氧化态为蓝紫色,被还原后为无色。)请分析回答:(1)分离获得完整叶绿体需要用到的方法是 和过滤。(2)A组气泡中成分是 ,DCPIP溶液由蓝紫色变无色的原因是 。(3)B组(CH2O)/C3值增高的原因是 。
【解析】(1)分离获得完整叶绿体需要用到的方法是差速离心和过滤。(2)A组可以进行光合作用的光反应阶段,气泡中成分是O2,DCPIP氧化态为蓝紫色,被还原后为无色溶液,DCPIP由蓝紫色变无色说明被还原了,原因是光反应阶段产生的[H]使DCPIP还原。(3)B组(CH2O)/C3值增高的原因是磷酸有利于光反应阶段中ATP的形成,进而促进暗反应中C3的还原形成(CH2O)。ATP的形成需要游离磷酸,适量磷酸能够加快光反应的速率,生成ATP供暗反应使用,因此实验组中光反应速率高,ATP生成多,促进暗反应中(CH2O)合成。
答案:(1)差速离心(2)O2 光反应阶段产生的[H]使DCPIP还原(3)磷酸有利于光反应阶段中ATP的形成,进而促进暗反应中C3的还原形成(CH2O)
【命题新情境】图甲中,某同学采用_______(溶剂)对巴旦木优良品种——米星的叶片进行色素的提取。称取剪碎的新鲜样品0.5 g,放入研钵中,加入石英砂的目的是有助于_______,再加入B,迅速研磨成匀浆;然后过滤可获得米星叶片的滤液C。图乙是对色素进行分离的实验结果,请回答下列问题:
【命题新角度】1.根据所学知识,在①～②中填入对应的内容。① ,② 。 2.将研磨液倒入玻璃漏斗,在漏斗基部放 进行过滤。将滤液集中到试管中,及时用棉塞将试管口塞严,目的是 。 3.采用 对米星叶片色素进行分离,图乙的实验结果 (填“正确”或“不正确”),结合图甲分析原因: 。 4.蔬菜大棚一般采用发 的光源,有利于蔬菜光合作用制造有机物,提高产量。
【解析】1.①无水乙醇。②有助于研磨得充分。2.将研磨液倒入玻璃漏斗,在漏斗基部放单层尼龙布进行过滤。将滤液集中到试管中,及时用棉塞将试管口塞严,目的是防止无水乙醇蒸发,影响实验结果。3.采用层析液对米星叶片色素进行分离,图乙的实验结果不正确,结合图甲分析原因:图甲B未加入碳酸钙,部分叶绿素被破坏。
4.根据实验得到的4种色素带的颜色不同,说明不同色素吸收不同波长的光,蔬菜大棚一般采用发红色或蓝色的光源,有利于蔬菜光合作用制造有机物,提高产量。
答案:1.无水乙醇 研磨得充分2.单层尼龙布 防止无水乙醇蒸发,影响实验结果3.层析液 不正确 图甲B未加入碳酸钙,部分叶绿素被破坏4.红色或蓝色
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