第9講光合作用與能量轉(zhuǎn)化高考生物一輪復(fù)習(xí)素養(yǎng)目標(biāo)一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1.實(shí)驗(yàn):綠葉中色素的提取和分離(1)實(shí)驗(yàn)原理有機(jī)溶劑無水乙醇

無水乙醇

溶解度

溶解度高

層析液

(2)實(shí)驗(yàn)步驟

防止色素被破壞

研磨充分

色素

擴(kuò)散均勻分離出的色素帶平整不重疊

清晰

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

葉黃素

葉綠素a黃綠色

2.葉綠體中色素以及吸收光譜(1)葉綠體中色素的含量與分布葉綠體中基粒類囊體薄膜上

(2)葉綠體中色素的吸收光譜

藍(lán)紫光和紅光

藍(lán)紫光

3.葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用(1)模式圖外膜

內(nèi)膜

葉綠體基質(zhì)

暗反應(yīng)

類囊體

色素

光反應(yīng)

光合作用

(3)葉綠體功能的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證①實(shí)驗(yàn)者:德國科學(xué)家恩格爾曼。②第一個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:O2是由

在

條件下釋放出來的,

是光合作用的場(chǎng)所。

葉綠體

光照葉綠體

③第二個(gè)實(shí)驗(yàn)用透過三棱鏡的光照射水綿臨時(shí)裝片,發(fā)現(xiàn)大量的需氧細(xì)菌聚集在

區(qū)域。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論:a.葉綠體能

用于光合作用放

;b.葉綠體主要吸收

。

紅光和藍(lán)紫光

吸收光能

氧

紅光和藍(lán)紫光

旁欄邊角1.(必修1,第98頁,“探究·實(shí)踐”拓展)分離葉綠體中的色素,也可用如圖所示的方法:即在圓心處滴加適量濾液,待干燥后再滴加適量層析液進(jìn)行層析,結(jié)果會(huì)出現(xiàn)4個(gè)不同顏色的同心圓,則①~④依次對(duì)應(yīng)哪種色素及顏色?提示

①胡蘿卜素(橙黃色),②葉黃素(黃色),③葉綠素a(藍(lán)綠色),④葉綠素b(黃綠色)。2.(必修1,第101頁,“拓展應(yīng)用1”改編)海洋中綠藻、褐藻、紅藻在海洋中的垂直分布大致依次是淺層、中層、深層,從水層透光與植物光能捕獲兩個(gè)層面進(jìn)行解釋,原因是

。

提示

藻類本身的顏色是反射出來的光所形成的,即紅藻反射出紅光,綠藻反射出綠光,褐藻反射出黃光。水對(duì)紅、橙光的吸收比藍(lán)、紫光的吸收要多,即到達(dá)深水層的光線是相對(duì)富含短波長的光,因此,吸收紅光和藍(lán)紫光較多的綠藻分布于海水的淺層,吸收藍(lán)紫光較多的紅藻分布于海水中較深的地方易錯(cuò)辨析基于對(duì)捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)的理解,判斷下列表述是否正確。(1)未加入CaCO3,葉綠素會(huì)被破壞。(

)(2)濾紙條上擴(kuò)散速度最快的是葉綠素a。(

)(3)葉綠素a和葉綠素b在紅光區(qū)的吸收峰值不同。(

)(4)葉綠體中的色素一般只利用波長在400~760nm的可見光。(

)(5)葉綠體中的色素主要分布在類囊體腔內(nèi)。(

)(6)夏天葉片呈綠色是葉片吸收綠光導(dǎo)致的,秋天葉片變黃,是葉黃素含量增多導(dǎo)致的。(

)√×√√××二、光合作用的原理1.光合作用的概念與反應(yīng)式(1)概念:指綠色植物通過

,利用光能,把

轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物,并且釋放出

的過程。

(2)反應(yīng)式:

。

葉綠體

二氧化碳和水

氧氣

CO2+H2O(CH2O)+O22.探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

時(shí)間科學(xué)家發(fā)現(xiàn)19世紀(jì)末—普遍認(rèn)為,在光合作用中,CO2分子的C和O被分開,O2被釋放,C和H2O結(jié)合成甲醛,然后甲醛分子縮合成糖1928年—發(fā)現(xiàn)

對(duì)植物有毒害作用,而且甲醛不能通過

轉(zhuǎn)化成糖

1937年英國植物學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn)

的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑,在光照下可以釋放出

。像這樣,離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)稱作

甲醛

光合作用

離體葉綠體

O2希爾反應(yīng)

同位素示蹤

ATP水的光解

3.光合作用的原理(1)填寫圖中序號(hào)所代表的物質(zhì)或結(jié)構(gòu)。①

;②

;③

;④

。Ⅰ是

;Ⅱ是

。

O2NADP+ADP+Pi

C5光反應(yīng)

暗反應(yīng)

(2)光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較

光

葉綠體基質(zhì)4H++O2H++NADP+(CH2O)+C5項(xiàng)目光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段區(qū)別能量變化光能轉(zhuǎn)變成____________________________的能量

ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成儲(chǔ)存在(CH2O)中的穩(wěn)定的化學(xué)能聯(lián)系①光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供

,暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供

。②沒有光反應(yīng),則暗反應(yīng)無法進(jìn)行,沒有暗反應(yīng),則有機(jī)物無法合成

ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能

ATP和NADPHADP、Pi、NADP+4.光合作用的意義(1)光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物除供自身利用外,還為所有異養(yǎng)生物提供食物。(2)光能通過驅(qū)動(dòng)光合作用而驅(qū)動(dòng)生命世界的運(yùn)轉(zhuǎn)。旁欄邊角1.(必修1,第102頁,“思考·討論”拓展)希爾的實(shí)驗(yàn)說明水的光解與糖的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng),理由是

。

2.(必修1,第103頁,圖5-14拓展)假如白天突然中斷了CO2的供應(yīng),葉綠體內(nèi)首先積累起來的物質(zhì)是

。突然停止光照,葉綠體內(nèi)含量減少的物質(zhì)是

。

提示

水的光解實(shí)驗(yàn)是在沒有CO2的情況下進(jìn)行的,沒有碳元素參與反應(yīng),而糖的合成需要碳元素的參與C5ATP、NADPH、C5易錯(cuò)辨析基于對(duì)光合作用原理的理解,判斷下列表述是否正確。(1)葉綠體中光合色素吸收的光能,一方面用于水分解產(chǎn)生氧和H+;一方面用于ATP的合成。(

)(2)水分解為氧和H+的同時(shí),被葉綠體奪去2個(gè)電子。電子經(jīng)傳遞可用于NADP+與H+結(jié)合形成NADPH。(

)(3)NADPH既可作還原劑,又可為暗反應(yīng)提供能量。(

)(4)光合作用制造的有機(jī)物中的氧來自水。(

)(5)C3是指三碳化合物——3-磷酸甘油酸;C5是指五碳化合物——核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)。(

)√√√×√(6)光合作用的產(chǎn)物有淀粉和蔗糖,淀粉和蔗糖可以進(jìn)入篩管,通過韌皮部運(yùn)輸?shù)街仓旮魈帯?

)(7)光能通過驅(qū)動(dòng)光合作用而驅(qū)動(dòng)生命世界的運(yùn)轉(zhuǎn)。(

)×√考點(diǎn)一捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)新教材新高考(1)教材新增:生物圈維持運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ);光合作用是唯一捕獲和轉(zhuǎn)化光能的生物學(xué)途徑;光譜概念(2)教材刪除:葉片呈現(xiàn)綠色的原因(1)圍繞光合色素的性質(zhì)分析,突出對(duì)科學(xué)思維和生命觀念的考查(2)結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理及過程,突出對(duì)科學(xué)探究的考查角度一、綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)考向探究考向1實(shí)驗(yàn)的基本原理和過程分析1.(2022天津和平模擬)在進(jìn)行光合色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)時(shí),取一圓形濾紙,在濾紙中央滴一滴色素提取液,再滴一滴層析液,將會(huì)得到近似同心的四個(gè)色素環(huán),如下圖。下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.通常提取液呈現(xiàn)綠色是因?yàn)槿~片中葉綠素的含量比類胡蘿卜素高B.提取色素時(shí)加入少許CaCO3和SiO2C.若提取的是缺Mg葉片中的色素,則最外側(cè)兩圈色素環(huán)顏色較淡D.最外側(cè)兩圈色素環(huán)的色素主要吸收藍(lán)紫光答案

C

解析

綠葉中葉綠素含量較多,所以提取液通常呈綠色,A項(xiàng)正確;提取色素時(shí)加少許SiO2可使研磨更充分,加少許CaCO3可保護(hù)色素,B項(xiàng)正確;Mg是合成葉綠素的原料,若葉片缺Mg,則葉綠素含量少,會(huì)使最內(nèi)側(cè)的兩圈色素環(huán)顏色較淡,C項(xiàng)錯(cuò)誤;最外側(cè)兩圈色素是胡蘿卜素和葉黃素,主要吸收藍(lán)紫光,D項(xiàng)正確。2.(2020江蘇)采用新鮮菠菜葉片開展“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn),下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A.提取葉綠體色素時(shí)可用無水乙醇作為溶劑B.研磨時(shí)加入CaO可以防止葉綠素被氧化破壞C.研磨時(shí)添加石英砂有助于色素提取D.畫濾液細(xì)線時(shí)應(yīng)盡量減少樣液擴(kuò)散答案

B

解析

色素易溶于有機(jī)溶劑,故用無水乙醇作為溶劑來提取,A項(xiàng)正確;研磨時(shí)加入CaCO3而非CaO,B項(xiàng)錯(cuò)誤;研磨時(shí)加入石英砂,有助于研磨充分,有助于色素的提取,C項(xiàng)正確;為了得到整齊的色素帶,濾液細(xì)線盡量細(xì)、齊,D項(xiàng)正確。考向2實(shí)驗(yàn)拓展應(yīng)用3.(不定項(xiàng)選擇)遷移率(Rf)是用紙層析法分離混合色素中各種成分的重要指標(biāo),可用于色素的鑒定,遷移率=色素移動(dòng)距離/溶劑移動(dòng)距離。下表是葉綠體中色素層析結(jié)果(部分?jǐn)?shù)據(jù)),項(xiàng)目溶劑移動(dòng)距離色素1移動(dòng)距離色素2移動(dòng)距離色素3移動(dòng)距離色素4移動(dòng)距離實(shí)驗(yàn)17.8

1.9

實(shí)驗(yàn)28.2

1.5

實(shí)驗(yàn)38.0

1.4

平均移動(dòng)距離8.07.6

0.8遷移率

0.950.53

0.10下列相關(guān)敘述正確的是(

)A.可用無水乙醇、丙酮、石油醚等的混合試劑對(duì)色素進(jìn)行分離B.色素3的遷移率為0.2,若植物體缺Mg2+,其含量會(huì)減少C.在層析液中溶解度最大的是色素1,在濾紙條上擴(kuò)散速度最快的也是色素1D.不可用根尖細(xì)胞作為該實(shí)驗(yàn)的材料答案

BCD

解析

無水乙醇和丙酮可用于提取色素,分離色素應(yīng)用層析液,A項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)實(shí)驗(yàn)組1、2、3

3組數(shù)據(jù)可求出,色素3平均移動(dòng)距離為1.6,遷移率為0.2,在濾紙條上的顏色為藍(lán)綠色,B項(xiàng)正確;溶解度越高,隨層析液在濾紙條上擴(kuò)散速度越快,即色素1(胡蘿卜素)的溶解度最高,擴(kuò)散速度最快,C項(xiàng)正確;根尖細(xì)胞沒有葉綠體,不能用來作為提取和分離色素的實(shí)驗(yàn)材料,D項(xiàng)正確。方法突破有關(guān)色素提取和分離的4個(gè)常見異常現(xiàn)象原因分析異?，F(xiàn)象發(fā)生的原因?yàn)V液綠色過淺(色素條帶變窄)未加石英砂(SiO2),研磨不充分使用放置數(shù)天的菠菜葉,濾液中色素(葉綠素)太少一次加入大量的無水乙醇,色素濃度太低未加碳酸鈣或加入過少,色素分子被破壞濾紙條色素帶重疊濾液細(xì)線不直濾液細(xì)線過粗濾紙條無色素帶忘記畫濾液細(xì)線濾液細(xì)線接觸到層析液,且時(shí)間較長,色素全部溶解到層析液中濾紙條色素帶少未加碳酸鈣導(dǎo)致葉綠素被破壞所用葉片為“黃葉”角度二、光合色素的種類、作用與分布考向探究考向1光合色素的種類、作用及分布4.植物光合作用的作用光譜是通過測(cè)量光合作用對(duì)不同波長光的反應(yīng)(如O2的釋放)來繪制的。下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A.類胡蘿卜素在紅光區(qū)吸收的光能可用于光反應(yīng)中ATP的合成B.葉綠素的吸收光譜可通過測(cè)量其對(duì)不同波長光的吸收值來繪制C.光合作用的作用光譜也可用CO2的吸收速率隨光波長的變化來表示D.葉片在640~660nm波長光下釋放O2是由葉綠素參與光合作用引起的答案

A

解析

類胡蘿卜素包括胡蘿卜素和葉黃素,主要吸收藍(lán)紫光,基本不吸收紅光,A項(xiàng)錯(cuò)誤;各種色素的吸收光譜可以通過測(cè)量其對(duì)不同波長光的吸收值來繪制,B項(xiàng)正確;光合作用的作用光譜可用光合作用的強(qiáng)度隨光波長的變化來表示,通常用O2的釋放速率或CO2的吸收速率來表示光合作用強(qiáng)度,C項(xiàng)正確;波長為640~660

nm的光為紅光,葉綠素對(duì)其吸收量較大,在此波長光下釋放O2是由于葉綠素參與了光合作用,D項(xiàng)正確。5.(不定項(xiàng)選擇)下圖是高等植物葉綠體結(jié)構(gòu)模式圖,下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(

)A.①和②均為選擇透過性膜,分布著與光合作用有關(guān)的酶B.③上分布有與光反應(yīng)有關(guān)的色素和酶,這些色素對(duì)綠光吸收最少C.③上所含色素均含Mg2+,故缺Mg2+時(shí)這些色素都無法合成D.在③上形成的產(chǎn)物NADPH和ATP進(jìn)入④中為暗反應(yīng)提供物質(zhì)和能量答案

AC

解析

①和②分別為葉綠體的外膜和內(nèi)膜,均具有選擇透過性,但沒有分布與光合作用有關(guān)的酶,A項(xiàng)錯(cuò)誤;葉綠素中含Mg2+,胡蘿卜素、葉黃素中不含Mg2+,C項(xiàng)錯(cuò)誤?？枷?葉綠體的功能6.德國科學(xué)家恩格爾曼設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)研究光合作用的光譜。他將通過三棱鏡的光投射到絲狀水綿上,并在水綿懸液中放入需氧細(xì)菌,觀察細(xì)菌的聚集情況(如下圖所示)。他由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出光合作用在紅光區(qū)和藍(lán)紫光區(qū)最強(qiáng)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的思路是(

)A.細(xì)菌對(duì)不同的光反應(yīng)不一,細(xì)菌聚集多的地方,細(xì)菌光合作用強(qiáng)B.需氧細(xì)菌聚集多的地方,O2濃度高,水綿光合作用強(qiáng)C.需氧細(xì)菌聚集多的地方,產(chǎn)生的有機(jī)物多,水綿光合作用強(qiáng)D.需氧細(xì)菌大量消耗O2,使水綿的光合速率大幅度加快答案

B

解析

需氧細(xì)菌不能進(jìn)行光合作用,該實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行光合作用的是水綿,A項(xiàng)錯(cuò)誤;需氧細(xì)菌聚集多的地方,說明光合作用產(chǎn)生的O2多,C項(xiàng)錯(cuò)誤;水綿光合速率的快慢與需氧細(xì)菌呼吸速率無明顯關(guān)系,D項(xiàng)錯(cuò)誤。方法突破1.影響葉綠素合成的三大因素2.光合色素的分布與功能

3.色素與葉片的顏色

考點(diǎn)二光合作用的原理新教材新高考(1)教材新增:希爾實(shí)驗(yàn)和阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn);水分解為氧和H+,H+與NADP+結(jié)合形成NADPH;C3還原過程中NADPH既提供能量又作還原劑(2)教材刪除:普利斯特利實(shí)驗(yàn);英格豪斯實(shí)驗(yàn);梅耶實(shí)驗(yàn);薩克斯實(shí)驗(yàn)(1)結(jié)合光合作用的過程,突出對(duì)科學(xué)思維和科學(xué)探究的考查(2)圍繞條件驟變時(shí)葉綠體中各物質(zhì)含量變化,考查科學(xué)思維考向探究考向1光合作用的探究歷程1.(2022安徽合肥調(diào)研)英國植物學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn):在光下,若給含葉綠體的葉片提取液(淡綠色)提供特定的可與氫離子結(jié)合的氫受體2,6-D(一種墨綠色染料,接受氫離子并被還原后呈無色),在無CO2時(shí)進(jìn)行光照,可觀察到提取液由墨綠色變?yōu)榈G色,并釋放出O2;但放在暗處,則試管中的液體仍為墨綠色,且無O2的釋放,如下圖所示。下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的敘述和推論,錯(cuò)誤的是(

)A.該實(shí)驗(yàn)證明了光照條件下釋放的氧氣完全來自H2O的光解B.該實(shí)驗(yàn)證明了光照條件下葉綠體內(nèi)產(chǎn)生了還原性物質(zhì)C.若給A組提供14CO2等物質(zhì),可能會(huì)檢測(cè)到(14CH2O)的生成D.該實(shí)驗(yàn)無法證明葉綠體是植物細(xì)胞合成糖類的場(chǎng)所答案

A

解析

根據(jù)題干信息和題圖分析,A組在光照和無二氧化碳條件下,葉綠體產(chǎn)生了氧氣,且提取液的顏色由墨綠色變成了淡綠色,說明葉綠體在光照條件下產(chǎn)生了氫離子和氧氣,且氫離子與氫受體2,6-D結(jié)合;B組在黑暗條件下,沒有氧氣釋放,溶液仍然為墨綠色,說明葉綠體在黑暗條件下不能產(chǎn)生氫離子和氧氣,A項(xiàng)錯(cuò)誤?？枷?光合作用過程的分析2.(2022廣東)在高等植物光合作用的卡爾文循環(huán)中,唯一催化CO2固定形成C3的酶被稱為Rubisco,下列敘述正確的是(

)A.Rubisco存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中B.激活Rubisco需要黑暗條件C.Rubisco催化CO2固定需要ATPD.Rubisco催化C5和CO2結(jié)合答案

D

解析

CO2的固定發(fā)生于暗反應(yīng)階段,場(chǎng)所是葉綠體基質(zhì),A項(xiàng)錯(cuò)誤;CO2的固定過程在有光和無光條件下都能進(jìn)行,但Rubisco需要光激活,B項(xiàng)錯(cuò)誤;CO2的固定過程需要酶的參與,不需要消耗ATP,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由題干信息可知,催化CO2固定形成C3的酶是Rubisco,D項(xiàng)正確。3.(不定項(xiàng)選擇)植物葉肉細(xì)胞的部分代謝過程如圖所示。下列敘述正確的是(

)A.NADP+在光反應(yīng)過程與電子和質(zhì)子結(jié)合,形成還原型的NADPHB.突然停止供應(yīng)CO2,葉綠體內(nèi)NADPH和ATP含量增加C.類囊體膜上的類胡蘿卜素能吸收紅光和藍(lán)紫光用于光合作用D.圖中H+通過主動(dòng)運(yùn)輸從類囊體膜內(nèi)運(yùn)到膜外答案

AB

解析

類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光,幾乎不吸收紅光,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由圖可知,H+從類囊體膜內(nèi)運(yùn)到膜外是順濃度梯度,故為協(xié)助擴(kuò)散,D項(xiàng)錯(cuò)誤?？碱}點(diǎn)睛

考向3新情境下光合作用過程圖解分析4.(2020山東)人工光合作用系統(tǒng)可利用太陽能合成糖類,相關(guān)裝置及過程如下圖所示,其中甲、乙表示物質(zhì),模塊3中的反應(yīng)過程與葉綠體基質(zhì)內(nèi)糖類的合成過程相同。(1)該系統(tǒng)中執(zhí)行相當(dāng)于葉綠體中光反應(yīng)功能的模塊是

,模塊3中的甲可與CO2結(jié)合,甲為

。

(2)若正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中氣泵突然停轉(zhuǎn),則短時(shí)間內(nèi)乙的含量將

(填“增加”或“減少”)。若氣泵停轉(zhuǎn)時(shí)間較長,模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率也會(huì)發(fā)生改變,原因是

。

(3)在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下,該系統(tǒng)糖類的積累量

(填“高于”“低于”或“等于”)植物,原因是

。

(4)干旱條件下,很多植物光合作用速率降低,主要原因是

。人工光合作用系統(tǒng)由于對(duì)環(huán)境中水的依賴程度較低,在沙漠等缺水地區(qū)有廣闊的應(yīng)用前景。答案

(1)模塊1和模塊2五碳化合物(或:C5)

(2)減少模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP+不足(3)高于人工光合作用系統(tǒng)沒有呼吸作用消耗糖類(或:植物呼吸作用消耗糖類)

(4)葉片氣孔開放程度降低,CO2的吸收量減少解析

(1)分析圖示可知,模塊1為將光能轉(zhuǎn)化為電能的過程,模擬的是色素吸收光能的過程;模塊2模擬的是水分子氧化以產(chǎn)生氧分子和氫離子,并合成ATP的過程,因此兩個(gè)模塊模擬的是光反應(yīng)過程;模塊3則模擬的是暗反應(yīng)過程。(2)模塊3模擬暗反應(yīng)過程,氣泵泵入的是CO2,其中甲表示C5,乙表示C3,若正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中氣泵突然停轉(zhuǎn),則輸入到暗反應(yīng)系統(tǒng)中的CO2濃度下降,CO2固定減少,則C3的含量會(huì)減少,若氣泵停轉(zhuǎn)的時(shí)間較長,則暗反應(yīng)過程為光反應(yīng)提供的ADP、Pi和NADP+不足,會(huì)導(dǎo)致模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率下降。(3)在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下,該系統(tǒng)糖類的積累量與植物的總光合作用的產(chǎn)生量相等,由于該系統(tǒng)未模擬細(xì)胞呼吸,不會(huì)通過呼吸作用消耗糖類,而植物會(huì)發(fā)生呼吸作用,因此該系統(tǒng)積累的糖類多于植物。(4)干旱條件下,植物的光合作用速率降低的主要原因是干旱導(dǎo)致植物的蒸騰作用加強(qiáng),植物為了防止水分散失過多而關(guān)閉氣孔,葉片氣孔開放程度降低,CO2吸收量減少?？枷?環(huán)境改變時(shí)光合作用過程中的物質(zhì)變化5.光合作用通過密切關(guān)聯(lián)的兩大階段——光反應(yīng)和暗反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于改變反應(yīng)條件而引起的變化,下列說法正確的是(

)A.突然中斷CO2供應(yīng),會(huì)暫時(shí)引起葉綠體基質(zhì)中C5/C3的值減小B.突然中斷CO2供應(yīng),會(huì)暫時(shí)引起葉綠體基質(zhì)中ATP/ADP的值增大C.突然將紅光改變?yōu)榫G光,會(huì)暫時(shí)引起葉綠體基質(zhì)中C3/C5的值減小D.突然將綠光改變?yōu)榧t光,會(huì)暫時(shí)引起葉綠體基質(zhì)中ATP/ADP的值減小答案

B

解析

突然中斷CO2供應(yīng),導(dǎo)致CO2的固定速率降低,葉綠體中C5含量增加、C3含量減少,因此會(huì)暫時(shí)引起葉綠體基質(zhì)中C5/C3的值增大,A項(xiàng)錯(cuò)誤;突然將紅光改變?yōu)榫G光后,光能利用率降低,ATP和NADPH含量減少,進(jìn)而使C3含量增加、C5含量減少,因此會(huì)暫時(shí)引起葉綠體基質(zhì)中C3/C5的值增大,C項(xiàng)錯(cuò)誤;突然將綠光改變?yōu)榧t光后,光能利用率提高,ATP和NADPH含量增大,ATP/ADP的值增大,D項(xiàng)錯(cuò)誤。方法突破1.光合作用的過程(1)光合作用過程中光反應(yīng)和暗反應(yīng)的聯(lián)系(2)光合作用中C、H、O的轉(zhuǎn)移途徑2.環(huán)境改變時(shí)光合作用過程中的物質(zhì)變化(1)“過程法”分析各物質(zhì)變化如下圖中Ⅰ表示光反應(yīng),Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示C3的還原,當(dāng)外界條件(如光照、CO2)突然發(fā)生變化時(shí),分析相關(guān)物質(zhì)含量在短時(shí)間內(nèi)的變化:(2)“模型法”表示C3和C5的含量變化

①以上分析只表示條件改變后短時(shí)間內(nèi)各物質(zhì)相對(duì)含量的變化。②以上各物質(zhì)變化中,C3和C5含量的變化是相反的,NADPH和ATP含量變化是一致的。③具體分析時(shí)只有厘清C3、C5的“來源”與“去路”(C3產(chǎn)生于CO2的固定,消耗于C3的還原;C5產(chǎn)生于C3的還原,消耗于CO2的固定),才能準(zhǔn)確作出判斷。CO2固定途徑的多樣性和適應(yīng)性知識(shí)必備1.CO2固定的3種途徑不同的植物,暗反應(yīng)的過程不一樣,而且葉片的解剖結(jié)構(gòu)也不相同。這是植物對(duì)環(huán)境適應(yīng)的結(jié)果。3種類型是因CO2的固定這一過程的不同而劃分的。(1)C3途徑:C3途徑是碳同化的基本途徑,也稱為卡爾文循環(huán),可合成糖類、淀粉等多種有機(jī)物。C4途徑和CAM途徑都只起固定CO2的作用,最終還是通過C3途徑合成光合產(chǎn)物等。通過C3途徑固定CO2的植物稱為C3植物,C3類植物屬于高光呼吸植物類型,光合速率較低,其種類多,分布廣,多生長于暖濕條件下,如大多數(shù)樹木、糧食類植物、煙草等。(2)C4植物:通過C4途徑固定CO2的植物稱為C4植物,它們主要是那些生活在干旱熱帶地區(qū)的植物。在這種環(huán)境中,植物若長時(shí)間開放氣孔吸收CO2,會(huì)導(dǎo)致水分通過蒸騰作用過快散失。所以,植物只能短時(shí)間開放氣孔,CO2的攝入量必然少。植物必須利用這少量的CO2進(jìn)行光合作用,合成自身生長所需的物質(zhì)。C4植物兩次固定是在空間上分開:在葉肉細(xì)胞內(nèi)固定CO2,在維管束鞘細(xì)胞中同化CO2。(3)CAM途徑(景天科酸代謝):CAM途徑指生長在熱帶或亞熱帶干旱及半干旱地區(qū)的一些肉質(zhì)植物所具有的一種光合固定CO2的附加途徑。具有這種途徑的植物稱為CAM植物。該途徑的特點(diǎn)是:CAM植物氣孔只有晚上開放,將CO2生成蘋果酸等進(jìn)行固定,白天氣孔關(guān)閉,蘋果酸等則由液泡轉(zhuǎn)入葉綠體中再釋放CO2,再通過卡爾文循環(huán)轉(zhuǎn)變成糖。這是植物對(duì)干旱環(huán)境的適應(yīng)。CAM植物兩次固定是在時(shí)間上分開:在晚上固定CO2,在白天同化CO2。2.光呼吸光呼吸是所有進(jìn)行光合作用的細(xì)胞在光照和高氧低CO2情況下發(fā)生的一個(gè)生化過程。它是光合作用損耗能量的一個(gè)副反應(yīng)。在黑暗條件下,呼吸過程能不斷轉(zhuǎn)換形成ATP,并把自由能釋放出來,以供根系的吸收功能、有機(jī)物質(zhì)的合成與運(yùn)轉(zhuǎn)功能以及各種物質(zhì)代謝反應(yīng)等功能的需要,從而促進(jìn)生命活動(dòng)的順利進(jìn)行。綠色植物在照光條件下的呼吸方式特點(diǎn)是呼吸基質(zhì)在被分解轉(zhuǎn)化過程中雖也放出CO2,但不能產(chǎn)生ATP,從而使光合產(chǎn)物被白白地耗費(fèi)掉。所以光呼吸越強(qiáng),光合生產(chǎn)率相對(duì)越低。光呼吸不是一個(gè)純粹消耗能量的過程,其功能是:①在光呼吸時(shí)細(xì)胞線粒體中進(jìn)行甘氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榻z氨酸反應(yīng)時(shí)能形成ATP;②光呼吸可以將光合作用的副產(chǎn)品磷酸乙醇酸和乙醇酸轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓衔?③在水分虧缺及高光照條件下,葉片氣孔關(guān)閉,光呼吸釋放的CO2能被再固定,可保護(hù)光合作用的反應(yīng)中心,以免被強(qiáng)光所破壞。光合作用與光呼吸的關(guān)系專項(xiàng)突破典例.(2022遼寧)早期地球大氣中的O2濃度很低,到了大約3.5億年前,大氣中O2濃度顯著增加,CO2濃度明顯下降。現(xiàn)在大氣中的CO2濃度約為390μmol/mol,是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一種催化CO2固定的酶,在低濃度CO2條件下,催化效率低。有些植物在進(jìn)化過程中形成了CO2濃縮機(jī)制,極大地提高了Rubisco所在局部空間位置的CO2濃度,促進(jìn)了CO2的固定?；卮鹣铝袉栴}。(1)真核細(xì)胞葉綠體中,在Rubisco的催化下,CO2被固定形成

,進(jìn)而被還原生成糖類,此過程發(fā)生在

中。

圖1(3)某些植物還有另一種CO2濃縮機(jī)制,部分過程見圖2。在葉肉細(xì)胞中,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可將

轉(zhuǎn)化為有機(jī)物,該有機(jī)物經(jīng)過一系列的變化,最終進(jìn)入相鄰的維管束鞘細(xì)胞釋放CO2,提高了Rubisco附近的CO2濃度。圖2①由這種CO2濃縮機(jī)制可以推測(cè),PEPC與無機(jī)碳的親和力

(填“高于”或“低于”或“等于”)Rubisco。

②圖2所示的物質(zhì)中,可由光合作用光反應(yīng)提供的是

。圖中由Pyr轉(zhuǎn)變?yōu)镻EP的過程屬于

(填“吸能反應(yīng)”或“放能反應(yīng)”)。③若要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證某植物在上述CO2濃縮機(jī)制中碳的轉(zhuǎn)變過程及相應(yīng)場(chǎng)所,可以使用

技術(shù)。

(4)通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)或蛋白質(zhì)工程技術(shù),可能進(jìn)一步提高植物光合作用的效率,以下研究思路合理的有

。

B.改造植物的PEPC基因,抑制OAA的合成C.改造植物的Rubisco基因,增強(qiáng)CO2固定能力D.將CO2濃縮機(jī)制相關(guān)基因轉(zhuǎn)入不具備此機(jī)制的植物答案

(1)三碳化合物葉綠體基質(zhì)(2)葉綠體細(xì)胞呼吸和光合作用(3)高于NADPH和ATP吸能反應(yīng)同位素示蹤(4)AC解析

(1)光合作用的暗反應(yīng)中,CO2被固定形成三碳化合物,進(jìn)而被還原生(3)①PEPC參與催化

+PEP→OAA過程,說明PEPC與無機(jī)碳的親和力高于Rubisco。②圖2所示的物質(zhì)中,可由光合作用光反應(yīng)提供的是ATP和NADPH,圖中由Pyr轉(zhuǎn)變?yōu)镻EP的過程需要消耗ATP,說明圖中由Pyr轉(zhuǎn)變?yōu)镻EP的過程屬于吸能反應(yīng)。③若要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證某植物在上述CO2濃縮機(jī)制中碳的轉(zhuǎn)變過程及相應(yīng)場(chǎng)所,可以使用同位素示蹤技術(shù)。(4)改造植物的

轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因,增強(qiáng)

的運(yùn)輸能力,可以提高植物光合作用的效率,A項(xiàng)符合題意;改造植物的PEPC基因,抑制OAA的合成,不利于最終二氧化碳的生成,不能提高植物光合作用的效率,B項(xiàng)不符合題意;改造植物的Rubisco基因,增強(qiáng)CO2固定能力,可以提高植物光合作用的效率,C項(xiàng)符合題意;將CO2濃縮機(jī)制相關(guān)基因轉(zhuǎn)入不具備此機(jī)制的植物,不一定提高植物光合作用的效率,D項(xiàng)不符合題意。解題指引

素養(yǎng)指引生命觀念光合作用過程包括光反應(yīng)和暗反應(yīng):①光反應(yīng):場(chǎng)所在葉綠體類囊體薄膜,完成水的光解產(chǎn)生NADPH和氧氣,以及ATP的合成;②暗反應(yīng):場(chǎng)所在葉綠體基質(zhì)中,包括二氧化碳的固定和C3的還原兩個(gè)階段科學(xué)思維生物既適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境,又改變著環(huán)境突破指引誤區(qū)糾正:將CO2濃縮機(jī)制相關(guān)基因轉(zhuǎn)入不具備此機(jī)制的植物,不一定提高植物光合作用的效率切記:本題的知識(shí)點(diǎn)是光合作用的過程,要根據(jù)題干和題圖獲取信息,利用相關(guān)信息結(jié)合所學(xué)知識(shí)進(jìn)行推理、解答問題專項(xiàng)訓(xùn)練1.(2022全國乙)生活在干旱地區(qū)的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開吸收CO2,吸收的CO2通過生成蘋果酸儲(chǔ)存在液泡中;白天氣孔關(guān)閉,液泡中儲(chǔ)存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用?；卮鹣铝袉栴}。(1)白天葉肉細(xì)胞產(chǎn)生ATP的場(chǎng)所有

。光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和

釋放的CO2。

(2)氣孔白天關(guān)閉、晚上打開是這類植物適應(yīng)干旱環(huán)境的一種方式,這種方式既能防止

,又能保證

正常進(jìn)行。(3)若以pH作為檢測(cè)指標(biāo),請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式。(簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果)答案

(1)細(xì)胞