全国通用高中生物 一轮复习 第二单元 专题六 光合作用课件PPT

这是一份全国通用高中生物 一轮复习 第二单元 专题六 光合作用课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了考情解读，必备知识通关，实验流程，解题能力提升，思路分析▶，一题多解等内容，欢迎下载使用。
考点1　光合色素和叶绿体 必备知识通关 解题能力提升 考法1 光合色素的种类、功能及提取实验分析考点2 　光合作用的原理及其应用 必备知识通关 解题能力提升 考法2 光合作用过程的综合分析 考法3 影响光合作用的因素和应用分析
“双一流”名校冲刺 题型剖析2 借助其他学科思想，解答光合作用图像题 专题探究1 光合作用与细胞呼吸的综合分析
课标要求实验:提取和分离叶绿体色素；说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量,这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中,转换并储存为糖分子中的化学能。
高考怎么考光合作用是高考的必考点,也是高考的重点,在每年的高考中都占有较大的比例。主要以光合作用相关实验、曲线图等形式出现,侧重考查光合色素的种类和功能、光合作用中物质和能量的变化、环境对光合速率的影响等,还常将光合作用与细胞呼吸相结合,考查二者之间的联系及其在生产生活中的应用。预计2022年高考命题仍将借助图、表格等形式将光合作用与细胞呼吸相结合考查,或结合相关实验考查考生运用所学知识解决实际问题的能力,同时还要关注以生产实践或最新科技进展为命题材料的试题,以落实社会责任这一核心素养。
考点1 光合色素和叶绿体
一、叶绿体中的色素与叶绿体的结构1.叶绿体中的色素
命题新方向1.[与社会的联系]温室或大棚种植蔬菜时,应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充什么颜色的光源?提示:最好选用无色透明的玻璃或塑料薄膜,因为它可以使各种颜色的光通过;补充光源可选择红光或蓝紫光,因为这种颜色的光植物光合作用吸收利用较多,更有利于植物进行光合作用。2.[解释生物学现象]玉米田里的白化苗长出几片叶片就死亡,原因是什么?提示:玉米白化苗中不含叶绿素,不能进行光合作用,无法产生新的有机物,待种子中储存的营养物质被消耗尽后,幼苗就会死亡。
2.光合作用的结构——叶绿体
核心素养 · 科学探究[设计实验思路]不考虑叶片中光合产物的转移,请以银边天竺葵的叶片为材料,设计实验,验证叶绿体是进行光合作用的场所,简要写出实验思路并预测结果。提示:把叶片置于暗处一段时间后再将其置于适宜光照下一段时间,脱色处理后滴加碘液观察颜色变化。预测结果:叶片白色部分不变蓝,没有淀粉生成,绿色部分变蓝,有淀粉生成。
二、实验:绿叶中色素的提取和分离1.实验原理
3.实验结果及分析(1)实验结果
(2)结果分析①色素带的条数与色素种类有关,四条色素带说明有四种色素。②色素带的宽窄与色素含量有关,色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽的是叶绿素a,最窄的是胡萝卜素,叶绿素b的色素带比叶黄素的稍宽。③色素带扩散速度与溶解度有关,扩散速度越快说明溶解度越高。
4.实验失败的原因分析(1)色素提取液颜色浅的可能原因:没有加二氧化硅,研磨不充分;一次加入大量无水乙醇,提取液浓度低(正确做法:分次加入少量无水乙醇提取色素);画线次数少。(2)色素提取液发黄的可能原因:未加碳酸钙或加入量过少,叶绿素分子部分被破坏;使用放置数天的叶片,叶绿素降解。(3)没有提取到色素,原因可能是把清水当成了无水乙醇。(4)滤纸条上看不见色素带,原因可能是滤液细线触及了层析液,色素全部溶解到层析液中。(5)滤纸条上色素带重叠,原因可能是滤液细线画得过粗或不直。
拓展延伸 圆形滤纸层析分离色素的方法 用圆形滤纸进行层析实验时,应在圆心处点样,滤液在圆形滤纸上的扩散原理与在滤纸条上是一样的,看到的结果是圆形滤纸上出现4个同心圆,最外面的是胡萝卜素,接下来依次是叶黄素、叶绿素a、叶绿素b(如图所示)。说明:提取脂溶性色素可以用无水乙醇,如叶绿体中的色素;提取水溶性色素,可以用水,如液泡中的花青苷。
考法1 光合色素的种类、功能及提取实验分析命题角度1　色素的种类、吸收光谱与功能考情回顾▶判断正误(T4、5):1.[2019全国卷Ⅲ,T29(1)节选]叶绿体中含氮的光合色素是　　　　。 2.[2019浙江4月选考,T30(2)节选]分析叶绿素a的吸收光谱可知,其主要吸收可见光中的　　　　　　。环境条件会影响叶绿素的生物合成,如秋天叶片变黄的现象主要与　　　　抑制叶绿素的合成有关。 3.[2018全国卷Ⅲ,T29(1)]高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的　　　　上,该物质主要捕获可见光中的　　　　　　。 4.[2017天津理综,T5A、B]用无水乙醇提取叶绿体中的色素;(　)用水做层析液观察花青苷的色素带。(　)
5.[2016全国卷Ⅱ,T4C、D]通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用;(　)黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的。(　)。答案▶1.叶绿素　2.蓝紫光和红光　低温　3.类囊体膜　蓝紫光和红光　4.√　√　5.×(提示:光合作用所利用的光都是可见光)　√示例1 [2019海南,9,2分]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
解析▶光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能,需要利用光反应阶段形成的[H]和ATP,A正确;胡萝卜素不能吸收红光,B错误;光反应中,将光能转变为ATP中活跃的化学能,需要有ADP和Pi及ATP合成酶的参与,C正确;红光照射时,叶绿素b吸收的光能可用于光合作用,光能可以转变为ATP中活跃的化学能,D正确。答案▶B
命题角度2　绿叶中色素的提取与分离考情回顾▶1.[2020浙江7月选考,T27(2)]取新鲜菠菜叶片烘干粉碎,提取光合色素时,若甲组未加入碳酸钙,与加入碳酸钙的乙组相比,甲组的提取液会偏　　色。分离光合色素时,由于不同色素在层析液中的溶解度不同及在滤纸上的吸附能力不同,导致4种色素随层析液在滤纸条上的　　　不同而出现色素带分层的现象。若用不同波长的光照射叶绿素a提取液,测量并计算叶绿素a对不同波长光的吸收率,可绘制出该色素的　　　　。 2.[2019浙江4月选考,T30(2)节选]在“光合色素的提取与分离”活动中,提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后,滤纸条自上而下两条带中的色素合称为　　　　。 
3.[2018全国卷Ⅱ,T30(3)]若要比较A、B两种新鲜叶片中叶绿素的含量,在提取叶绿素的过程中,常用的有机溶剂是　　　　。答案▶1.黄　移动速率　吸收光谱　2.类胡萝卜素　3.无水乙醇示例2 [2020江苏,6,2分]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
解析▶叶绿体色素能溶解在无水乙醇或丙酮等有机溶剂中,所以可用无水乙醇作为溶剂提取叶绿体色素,A正确;研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被氧化破坏,B错误;加入石英砂是为了使研磨更充分,从而使叶绿体中的色素释放出来,C正确;画滤液细线时应尽量减少样液扩散,防止色素带之间部分重叠,D正确。答案▶B
考点2 光合作用的原理及其应用
一、光合作用的探究历程
核心素养 · 科学思维[批判性思维]只要有光照,植物一定能更新空气,对吗?提示:不对,植物更新空气的前提是总光合速率>呼吸速率,即净光合速率>0,倘若光照强度不够大(在光补偿点以下),则植物不但不能更新空气,反而会使空气变得更污浊。
教材图解 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)恩格尔曼实验有什么巧妙之处?提示:①实验材料选择妙:用水绵作实验材料。水绵的叶绿体呈带状,便于观察。②排除干扰的方法妙:没有空气的黑暗环境排除了环境中光线和氧气的影响,从而确保实验的准确性。③观测指标设计妙:通过好氧细菌的分布,能够准确地判断出水绵细胞中释放氧气的部位。④实验对照设计妙:进行黑暗+极细光束照射和曝光的对比实验,从而明确实验结果是由光照引起的。
(2)两实验均需要进行黑暗处理吗?提示:图示的两实验中,只有萨克斯的实验需要进行黑暗处理,目的是消耗掉细胞中原有的淀粉。(3)两实验如何设计对照实验?提示:恩格尔曼实验中,照光处理、黑暗与完全曝光形成对照;萨克斯实验中,经暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照。
二、光合作用1.过程图解
2.光反应与暗反应的关系(1)光反应为暗反应提供ATP和[H],暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+;(2)[H]是NADPH的简写,光反应与暗反应通过ATP与ADP的相互转化、NADPH与NADP+的相互转化(如上图所示)建立起密切联系。3.光合作用的化学反应式
误区警示　　　　明辨有关光合作用的误区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,液泡中的色素不参与光合作用。2.不要认为暗反应与光无关。理论上暗反应在有光、无光的条件下都可以进行,但实际上需要光反应的产物[H]和ATP,因此在无光条件下暗反应不能持续进行。3.叶绿体并不是进行光合作用的必要条件:进行光合作用的生物不一定含叶绿体,如蓝藻能进行光合作用,但没有叶绿体。4.光合作用产生的[H]≠细胞呼吸产生的[H],且[H]既不是H+,也不是H,其中前者为还原型辅酶Ⅱ(NADPH),后者为还原型辅酶Ⅰ(NADH)。
考法2 光合作用过程的综合分析光照强度、二氧化碳浓度突变对ATP、[H]、C3和C5含量等变化的影响(1)借助光合作用过程图解从物质的生成和消耗两个方面综合分析。如CO2供应正常、光照突然停止,短时间内C3的含量变化:
(2)变化模型(短时间内)
命题角度3　光反应和暗反应的过程分析示例3 [安徽理综高考,2,6分]如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
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在有关酶的催化作用下,可再形成C5D.光照强度由强变弱时,短时间内C5含量会升高
解析▶在C3的还原过程中存在ATP中活跃的化学能转变为有机物中稳定化学能的过程,故A项错误;结合题图可知,CO2在与C5结合后生成C3的情况下才能被ATP和[H]还原,故B项错误;依图示,C3还原过程中,在生成(CH2O)的同时,伴随着C5的形成,故C项正确;当光照强度减弱时,[H]和ATP的生成量减少,C5的合成量减少,但其仍然通过CO2的固定过程被消耗,因此短时间内C5含量减少,故D项错误。答案▶C
命题角度4　环境因素骤变对光合作用中物质含量变化的影响示例4 [2016天津理综,2,6分]在适宜反应条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质,组合正确的是A.红光,ATP下降 B.红光,未被还原的C3上升C.绿光,[H]下降 D.绿光,C5上升思路分析▶(1)挖掘题干关键信息:改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射、瞬间发生变化的物质。(2)规划解题思路:根据光源的改变→推导光能的吸收量→光反应产物([H]和ATP)的变化→暗反应过程中物质含量的变化。
解析▶叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光等可见光,吸收的绿光很少。将白光改为光照强度相同的红光,光反应增强,叶绿体内产生的ATP和[H]增多,C3的还原加快,此时CO2的固定仍以原来的速率进行,导致未被还原的C3减少,故A、B项错误;将白光改为光照强度相同的绿光,光反应减弱,短时间内叶绿体内产生的ATP和[H]减少,而C3的还原仍以原来的速率消耗[H]和ATP,则短时间内[H]含量会下降,故C项正确;[H]和ATP的减少必然会导致C3还原生成C5减慢,此时CO2的固定仍以原来的速率消耗C5,则短时间内C5的含量会下降,故D项错误。答案▶C
考法3 影响光合作用的因素和应用分析1.内部因素　　由遗传特性决定。由于不同种类植物光合色素的种类及含量存在差异、光合作用相关酶的活性及最适条件不同、叶片结构或叶肉细胞结构差别较大等,造成了不同植物的光合速率存在差异。2.外部直接因素(1)光照强度,通过直接影响[H]和ATP的合成速率,进而影响暗反应速率。(2)CO2浓度,通过影响C3的合成速率,进而影响光反应速率及C3的还原速率。(3)温度,主要通过影响暗反应速率而影响整个反应进程的顺利进行。
3.外部间接因素 其他环境因素大都通过影响光照强度、CO2吸收量、温度来影响光合速率,如干旱通过影响气孔开闭来影响光合速率、种植密度通过影响光照强度来影响光合速率等。命题角度5　内部因素对光合速率的影响
示例5 [2020浙江7月选考,25,2分]将某植物叶片分离得到的叶绿体,分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中,测量其光合速率,结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是
A.测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率B.若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体,测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比,光合速率偏大C.若该植物较长时间处于遮阴环境,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B~C段对应的关系相似D.若该植物处于开花期,人为摘除花朵,叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A~B段对应的关系相似解析▶测得的植物叶片的光合速率为净光合速率,不仅需要考虑叶绿体的光合速率,还需要考虑线粒体的呼吸速率,因此该叶片分离得到的叶绿体的光合速率大于该植物叶片的光合速率,A正确;叶绿体被破碎后,结构被破坏,无法进行光合作用,因此无破碎叶绿体的光合速率比有一定比例破碎叶绿
体的光合速率大,B错误;该植物较长时间处于遮阴环境,由于缺乏光照,叶片的光合速率较小,不对应图中B~C段,C错误;若该植物处于开花期,人为摘除花朵后,叶片光合作用产生的蔗糖不能运输到花朵,可能导致叶片内蔗糖积累过多,不利于光合作用的进行,此时蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B~C段对应的关系相似,D错误。答案▶A
命题角度6　外部因素对光合速率的直接影响示例6 [2016全国卷Ⅰ,30,8分]为了探究生长条件对植物光合作用的影响,某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组,置于人工气候室中,甲组模拟自然光照,乙组提供低光照,其他培养条件相同。培养较长一段时间
(T)后,测定两组植株叶片随光照强度变化的光合作用强度(即单位时间、单位叶面积吸收CO2的量),光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题:(1)据图判断,光照强度低于a时,影响甲组植物光合作用的限制因子是　　　　　。 
(2)b光照强度下,要使甲组的光合作用强度升高,可以考虑的措施是提高 填“CO2浓度”或“O2浓度”)。 (3)播种乙组植株产生的种子,得到的盆栽苗按照甲组的条件培养T 时间后,再测定植株叶片随光照强度变化的光合作用强度,得到的曲线与甲组的相同。根据这一结果能够得到的初步结论是　　　　　　　　。解析▶(1)当光照强度低于a时,甲组植物的光合作用强度随光照强度的增大而增大,因此甲组植物光合作用的限制因子是光照强度。(2)b光照强度下,甲组植物的光合作用强度不再随光照强度的增大而增大,说明此时限制光合作用的因素不是光照强度,应是CO2浓度或温度,因此要提高甲组的光合作用强度,可以考虑的措施是适当提高CO2浓度。(3)由题图可知,经处理后乙组的最大光合速率明显低于甲组;若是由遗
传物质改变造成的,则可遗传给子代,即子代在甲组条件下光合速率应低于甲组;若是由低光照引起的,遗传物质不变,则子代在甲组条件下光合速率应与甲组相同。当把乙组植株产生的种子种植在与甲组相同的条件下时,其光合作用曲线与甲组的相同,说明乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的,而非遗传物质的改变造成的。答案▶(1)光照强度　(2)CO2浓度　(3)乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的,而非遗传物质的改变造成的情景转化1.[科学思维——分析与推断](1)图中光合作用强度指　　　　　　　(填“总光合作用强度”或“净光合作用强度”)。 (2)当光照强度为a时,乙组植株叶肉细胞中产生[H]的结构有　　　　。 2.[科学思维——模型与建模]如果将题中甲组曲线改为CO2浓度为1%,乙
组曲线改为CO2浓度为0.03%,如图所示,据图分析回答问题:
(1)ab段影响光合作用强度的主要因素是　　,判断依据是　　　　　　　　　　　　。 (2)曲线中d点突然转向b点时,短时间内叶绿体中C5浓度　　　　(填“升高”或“降低”),原因是　　　　　　　　　　　　。 
答案▶1.(1)净光合作用强度　(2)细胞质基质、线粒体和叶绿体　2.(1)光照强度　随光照强度的增大,光合作用强度增大　(2)降低　CO2浓度突然增大,短时间内C5的消耗速率增大,但合成速率基本不变
命题角度7　外部因素对光合速率的间接影响示例7 [2020全国卷Ⅰ,30,10分]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　　　　　(答出1点即可)。 (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)
解析▶(1)除去杂草可以减少杂草和农作物之间对水分、矿质元素和光的竞争,使能量更多地流向农作物;松土可以使土壤中O2含量增多,有利于根细胞进行有氧呼吸,进而增强根对矿质元素的吸收等活动。(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收,因而农田施肥的同时
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　　　　　　　　　　　　　　　　　。
常适当浇水,以使肥料中的矿质元素溶解在水中;另外,浇水还可以降低土壤溶液的渗透压,防止作物因过度失水而死亡。(3)为了更充分地利用光照资源,间作过程中要确保高低作物的合理搭配。株高较高的作物获取的光照充足,应选择光饱和点较高的作物(作物A);株高较低的作物获取的光照较少,应选择光饱和点较低的作物(作物C)。答案▶(1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争;增加土壤氧气含量,促进根系的呼吸作用　(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收(答案合理即可)　(3)A和C　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
考点扫描 以新情境信息考查影响光合作用的因素
考点扫描 以新情境信息考查影响光合作用的因素 我国有着悠久的农耕文化,积累了合理密植、合理灌溉、间作套种、中耕松土、除虫除草以及增施农家肥等很多提高作物产量的农耕措施。(1)合理密植、间作套种涉及光能是否被充分利用;(2)合理灌溉既间接影响气孔开闭、无机盐的吸收,又有利于根系进行有氧呼吸;(3)除虫除草可以调整能量流动关系,提高产量;(4)增施农家肥既可以提高二氧化碳浓度和矿质营养,还可以改善土壤结构。　　由上述分析可见,涉及农耕文化的命题能充分考查知识的基础性、应用性和综合性,体现高考对生命观念、社会责任等核心素养的要求,因此,考生备考时要加强对此类问题的深入研究。
“双一流”名校冲刺
题型剖析2 借助其他学科思想,解答光合作用图像题1.借助“三角形”的面积快速判断关键点的移动(1)理解补偿点和饱和点的含义①补偿点:使光合速率与呼吸速率相等的光照强度(或二氧化碳浓度)叫光补偿点(或二氧化碳补偿点)。②饱和点:使光合速率达到最大时的最小光照强度(或二氧化碳浓度)叫光饱和点(或二氧化碳饱和点)。
(2)面积法快速分析环境条件改变时坐标图中补偿点、饱和点的移动(忽略CO2浓度为0时的光合作用)据图可知OA表示呼吸作用释放CO2速率,“△BCD”的面积代表补偿点到饱和点的过程中净光合作用积累的有机物的量。改变影响光合作用的某一因素,补偿点与饱和点的移动规律如表所示(适当提高温度指在光合作用最适温度的基础上;光照强度或CO2浓度的改变均是在饱和点之前):
示例8 将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室中,调节小室CO2浓度,在较低的光照强度下测定叶片光合作用的强度(以CO2吸收速率表示),测定结果如图。下列相关叙述正确的是A.如果光照强度适当降低,a点左移,b点左移B.如果光照强度适当降低,a点左移,b点右移C.如果光照强度适当增强,a点右移,b点右移D.如果光照强度适当增强,a点左移,b点右移
解析▶本题是在较低光照强度下测定的叶片光合作用的强度,图中的a对应该植物的CO2补偿点,b对应CO2饱和点。当光照强度适当降低时,净光合作用积累有机物的量减少,“△abc”的面积减小,因此a点沿横轴右移,b点左移;当光照强度适当增强时,净光合作用积累有机物的量增大,“△abc”的面积增大,因此a点沿横轴左移,b点右移。解析▶D
借助数学模型快速解决b点的移动问题:光照增强→单位时间利用的CO2量增多→达到饱和时,单位时间对CO2需求量增多→b点右移→反映在图中表现为“三角形”面积增大;若光照减弱,则b点左移,反映在图中表现为“三角形”面积减小。
2.巧用“模型构建法”解读数学模型示例9 图1表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时(其他条件不变且适宜),单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化,图2表示叶肉细胞中叶绿体和线粒体两种细胞器间的气体交换,请回答下列问题。
(1)除图中所示条件外,影响光合作用的外界因素还有　 (至少回答两点)。 (2)水稻叶肉细胞的呼吸作用强度(用CO2产生量表示)为　　　　个单位。光照强度为b、c时,可分别用图2中的　　　　 、　　　　表示。 (3)若光照强度长期为c,该绿色植物　　　　 (填“能”或“不能”)正常生长,请说明理由:　 。解析▶(1)图中研究的是不同光照强度对光合作用的影响,另外影响光合作用的因素还有温度、CO2浓度等。(2)图1中光照强度为a时没有O2产生,故此时叶肉细胞只进行细胞呼吸,呼吸作用强度为 6个单位。光照强度为b时,呼吸作用强度是光合作用强度的2倍,即光合作用强度小于呼吸作用强
度,可对应图2中丙图;光照强度为c时,O2产生总量等于呼吸作用释放的CO2量,即光合作用强度等于呼吸作用强度,可用图2中的乙表示。(3)光照强度为c时,叶肉细胞的光合作用强度等于呼吸作用强度,但其他部位细胞进行呼吸作用消耗有机物,所以若光照强度长期为c,该绿色植物不能正常生长。答案▶(1)温度、CO2浓度等(答出两点即可)　(2)6　丙　乙　(3)不能　光照强度为c时,叶肉细胞的光合作用强度等于呼吸作用强度,但其他部位细胞进行呼吸作用消耗有机物,所以若光照强度长期为c,该绿色植物不能正常生长
素养提升　　　　　 科学思维之模型与建模
构建数学模型研究光合作用强度与其影响因素之间的关系是最常见的试题。解答此类试题,需要灵活运用数学思想,构建新的数学模型(添加辅助线),使复杂问题简单化、隐含条件明朗化,从而大大提升科学思维这一核心素养。如解答本题时,通过做辅助线构建数学模型,可以直观比较四种光照强度下光合速率与细胞呼吸速率的大小(如图所示)。
3.光合曲线的实例分析(1)单因素对光合作用的影响
(2)多因素对光合作用的影响
示例10 [2018全国卷Ⅰ,30,9分]甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题:
(1)当光照强度大于a时,甲、乙两种植物中,对光能的利用率较高的植物是　　　　。 (2)甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,那么净光合速率下降幅度较大的植物是　 ,判断的依据是　　　　　　　　　　　。
(3)甲、乙两种植物中,更适合在林下种植的是　　　　。 (4)某植物夏日晴天中午12:00时叶片的光合速率明显下降,其原因是进入叶肉细胞的　　　　(填“O2”或“CO2”)不足。思路分析▶解答本题的关键在于依据题图分析出乙种植物的光饱和点及光补偿点都比甲低,在光照强度较低时乙更具有生长优势。解析▶(1)由题图可知,乙的光饱和点及光补偿点都比甲低,因此对于甲、乙两种植物,在光照强度较低时乙更具有生长优势。当光照强度大于a时,甲种植物光合作用强度高于乙种植物,因此甲种植物对光能的利用率较高。(2)根据曲线图可知,甲种植物的光饱和点较高,且随光照强度增大,甲种植
物净光合速率变化的幅度较大。当甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,甲种植物净光合速率下降幅度较大。(3)乙种植物的光补偿点较低,所以更适合在光照较弱的林下种植。(4)夏日晴天中午温度过高,气孔部分关闭,因此进入叶肉细胞的CO2不足,叶片的光合速率明显下降。答案▶(1)甲　(2)甲　光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大,种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大　(3)乙　(4)CO2
教材深挖 本题第(4)问取材于教材必修1 P106拓展题的第1题,分析教材图中曲线,在夏季晴朗的白天,7~10时光合作用强度不断增强,这是因为一定范围内光合作用的强度是随着光照强度增强而增强的;在12时左右光合作用强度明显减弱,是因为此时温度很高,蒸腾作用很强,气孔大量关闭,二氧化碳供应减少,导致光合作用强度明显减弱。14~17时光合作用强度不断下降的原因是光照强度不断减弱。
专题探究1 光合作用与细胞呼吸的综合分析突破点1　光合作用与呼吸作用的联系1.光合作用与呼吸作用的比较
2.光合作用与有氧呼吸过程中[H]和ATP的来源与去路
示例11 [2017全国卷Ⅱ,29,9分]如图是某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。
据图回答下列问题:(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是　　、　　　、　　、　,[H]代表的物质主要是　　　　　　。 (2)B代表一种反应过程,C代表细胞质基质,D代表线粒体,则ATP合成发生在A过程,还发生在　　　　(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。
(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精,出现这种情况的原因是　　　　　。解析▶(1)由分析可知,图中①表示光合作用光反应阶段水光解的产物O2;②是生成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的反应物NADP+;③是生成ATP的原料ADP+Pi;④代表光合作用暗反应阶段参与固定CO2的物质C5;图中[H]代表的物质是呼吸作用过程中的还原型辅酶Ⅰ(NADH)。(2)细胞中生成ATP的场所除叶绿体外还有细胞质基质(C)和线粒体(D)。(3)细胞质基质中的丙酮酸可以转化成酒精的原因是植物细胞缺氧,导致细胞进行无氧呼吸。答案▶(1)O2　NADP+　ADP+Pi　C5　NADH(或还原型辅酶Ⅰ)　(2)C和D　(3)在缺氧条件下进行无氧呼吸
解后反思　　　 高考对教材中边角易漏知识的考查 本题图是教材必修1 P103图5-15和P93图5-9两图的合并,只要清楚教材图解中的各物质,解答本题就很容易。解答本类试题时应结合教材图解准确获取图示中物质转化信息,并据此分清光合作用与细胞呼吸各阶段,从而作出正确的分析和解答注意本题易错易混点为[H],呼吸作用中的[H]为还原型辅酶I(NADH),光合作用中的[H]为还原型辅酶Ⅱ(NADPH),二者不是同一物质。本知识点出现在教材必修1 P94和P103的旁栏中,属于教材上的边角易漏知识。
突破点2　开放和密闭环境中CO2、O2含量昼夜变化状况分析
1.甲、乙图曲线各段变化的原因
2.甲、乙图曲线中要点对比
示例12 某生物研究小组在密闭恒温玻璃温室内进行植物栽培实验,连续48小时测定温室内CO2浓度及植物的CO2吸收速率,得到如图所示曲线(整个过程呼吸速率恒定),据图分析正确的是
A.图中植物呼吸速率与光合速率相等的时间点有3个B.绿色植物吸收CO2速率达到最大的时间是第45小时C.实验开始的前24小时比后24小时的平均光照强度弱D.实验全过程叶肉细胞内产生ATP的场所只有线粒体和叶绿体解析▶图中CO2吸收速率曲线是在恒温密闭环境中测得的,当吸收速率为零时,呼吸速率与光合速率相等,表示植物不从外界吸收CO2。根据题图可知呼吸速率与光合速率相等的点有4个,分别在第6、18、30、42小时,A错误。据曲线分析,CO2吸收速率最大时对应的时间是第36小时,B错误。由曲线图可以看出,前24小时比后24小时的平均CO2吸收速率低,因此,前24小时比后24小时的平均光照强度弱,C正确。实验全过程叶肉细胞内产生ATP的场所包括细胞质基质、线粒体和叶绿体,D错误。答案▶C
突破点3　光合速率与呼吸速率的辨析及相关计算1.植物的“三率”(1)植物“三率”间的内在关系①呼吸速率:植物在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。②净光合速率:植物在光照条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积CO2的吸收量或O2的释放量。③真光合速率=净光合速率+呼吸速率。(2)植物“三率”的判定方法①根据坐标曲线判定:当光照强度为0时,若CO2变化速率为0,则该曲线表示总(真)光合速率曲线;若CO2变化速率为负值,该值的绝对值表示呼吸速率,该曲线表示净光合速率曲线。
②根据关键词判定(单位时间内的变化量)
注意 表中“CO2吸收量”是指植物体或植物细胞吸收的CO2量,代表净光合速率;若有文字表述为“光合作用CO2吸收量”则代表真光合速率。
2.图解法分析有关“三率”的曲线
3.植物有机物积累量的计算方法(1)持续光照条件下:有机物积累量=V净×t。(2)有时光照有时黑暗条件下,有以下两种计算方法。方法一:有机物积累量=光合作用产生量-呼吸作用消耗量;方法二:有机物积累量=光照时的积累量-黑暗时的消耗量。
注意1.判断植物体能否正常生长,即判断植物有机物积累量是否大于0。2.注意所求与已知的物质是否一致,如已知CO2的量,所求为葡萄糖的量,则需要借助反应式进行换算。
示例13 如表所示是对甲、乙两种高等植物设计实验所测得的相关数据(温度和CO2浓度等条件均相同且适宜)。请分析表格数据回答下列问题:
(1)本实验的自变量是　　　　。 (2)甲、乙两植物相比,　　　　植物更适合在较强光照下生长。 (3)当光照强度为1 klx时,乙植物的光合速率　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)呼吸速率,若将甲植物从光照强度为1 klx的环境中移至光照强度为3 klx的环境中,甲植物光合作用所需CO2来源于 　。
(4)当光照强度为3 klx时,与乙植物相比较,甲植物的实际光合速率较 (填“大”或“小”),此时甲、乙两植物固定CO2速率的差为 g/(100 cm2·h)。 思路分析▶据表分析,光合速率和呼吸速率相等时的光照强度为光补偿点,光合速率达到最大值时的最小光照强度为光饱和点。光合速率达到最大值时的CO2吸收速率可反映净光合速率,黑暗条件下CO2释放速率代表呼吸速率。据此分析作答。解析▶(1)由题意知,该实验的自变量是光照强度和植物的种类,适宜的温度和一定CO2浓度属于无关变量。(2)由于乙植物的光补偿点和光饱和点较高,因此乙植物更适合在较强光照下生长。(3)表格中数据显示,乙植物的光补偿点为3 klx,因此当光照强度为1 klx时,乙植物的光合速率小于呼吸速率。若将甲植物从光照强度为1 klx的环境中移至光照强度为3 klx
的环境中,光照强度增大,光合速率大于呼吸速率,因此甲植物光合作用所需的CO2来源于自身细胞呼吸产生CO2和外界环境。(4)当光照强度为3 klx时,甲植物的实际光合速率是12+6=18[mg/(100 cm2·h)],该光照强度是乙植物的光补偿点,乙植物实际光合速率是14 mg/(100 cm2·h),所以与乙植物相比,甲植物的实际光合速率较大;此时甲、乙两植物固定CO2速率的差为18-14=4[mg/(100 cm2·h)]。答案▶(1)光照强度、植物种类　(2)乙　(3)小于　自身细胞呼吸产生的CO2和外界环境　(4)大　4
突破点4　植物光合速率与呼吸速率的常用测定方法1.液滴移动法
(1)测定原理①在黑暗条件下甲装置中的植物只进行细胞呼吸,由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2,所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率,可代表呼吸速率。②在光照条件下乙装置中的植物进行光合作用和细胞呼吸,由于NaHCO3溶液可保证容器内CO2浓度的恒定,所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率,可代表净光合速率。③真光合速率=净光合速率+呼吸速率。
(2)测定方法①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算呼吸速率。②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间,记录红色液滴移动的距离,计算净光合速率。③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真光合速率。(3)物理误差的校正:为防止气压、温度等物理因素所引起的误差,应设置对照实验,即用死亡的绿色植物分别进行上述实验,根据红色液滴的移动距离对实验结果进行校正。
2.黑白瓶法　　“黑瓶”不透光,测定的是有氧呼吸量;“白瓶”给予光照,测定的是净光合作用量。“黑白瓶”试题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题。一般规律如下:(1)总光合作用量(强度)=净光合作用量(强度)+有氧呼吸消耗量(强度)。(2)黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量;白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量;二者之和为总光合作用量。
3.半叶法 本方法又叫半叶称重法,即检测单位时间、单位叶面积干物质产生总量,常用于大田农作物光合速率的测定。在测定时,叶片一半遮光,一半曝光,分别测定两半叶的干物质重量,进而计算叶片的呼吸速率、净光合速率和真光合速率。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理,以防止有机物的运输。
4.叶圆片称重法 本方法通过测定单位时间、单位叶面积叶片中淀粉的生成量测定光合速率,如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。
净光合速率=(z-y)/2S;呼吸速率=(x-y)/2S;总光合速率=净光合速率+呼吸速率=(x+z-2y)/2S。
5.叶圆片上浮法 本方法利用真空技术排出叶肉细胞间隙中的空气,充以水分,使叶片沉于水中;在光合作用过程中,植物吸收CO2放出O2,由于O2在水中的溶解度很小而在细胞间积累,结果使原来下沉的叶片上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短),即能大概比较光合作用强度的大小。
示例14 [2019全国卷Ⅱ,31节选,7分](2)通常,对于一个水生生态系统来说,可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份直接测定O2含量(A);另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处,若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下,本实验中C与A的差值表示这段时间内　 　　　;C与B的差值表示这段时间内　　　　　　　　　;A与B的差值表示这段时间内　　　　　。