第五节2015光合作用高三复习

【解题指导】 碳反应过程中,CO2首先与RuBP结合成六碳化合物,这个六碳化 合物很不稳定,很快分解为2个分子的PGA(3磷酸甘油酸),所以在小球藻同位 素示踪实验中,第一个被标记的化合物是PGA(3磷酸甘油酸)。每个PGA分子 被ATP和NADPH还原为3磷酸丙糖,因此卡尔文循环的直接产物不是葡萄糖,而 是三碳糖(PGAL)。每循环3次,固定3个CO2分子,生成6个PGAL,其中5个PGAL用 来产生3个分子的RuBP,以保证碳循环正常进行,只有1个 PGAL用来合成葡萄 糖等其他糖类。所以,每产生1个分子的葡萄糖(即图中C6),需要2个分子的 PGAL,即需要6次循环才能完成。碳反应的直接产物PGAL只有少部分在叶绿 体内作为淀粉、蛋白质、脂质等的原料被利用,大部分是运出叶绿体并转变 成蔗糖,供植物体所有细胞利用。 答案:D
考点二 光合作用和细胞呼吸
问题引领: (1)光合作用与细胞呼吸在能量与物质方面有什么联系? (2)当植物向外界释放CO2时,一定不进行光合作用吗?
知识归纳
1.光合作用和需氧呼吸的区别与联系
代谢类型
光合作用 合成作用
需氧呼吸 分解作用
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物质变化
无机物 有机物
有机物 无机物
能量变化 光能 化学能(贮能)
【前连后挂】 教材中哪些实验应用了同位素示踪技术?
答案提示:用同位素标记某种特定元素或化合物,用于物质代 谢以及其他实验中以了解物质来源或去向,或者区分事情结果 是由于此还是彼的缘故。教材涉及的实验有:① 《必修 1》“光 合作用早期研究简史”( C14 标记 CO2),光合作用放出的氧气完 全来自水(18O 标记 H2O 和 CO2);② 《必修 2》经典实验“噬菌体 侵染细菌的实验”(35S 和 P 32 分别标记噬菌体外壳和 DNA);③《必 修 2》“探究 DNA 的复制过程”(15N 标记 NH4Cl)等。
突破方法
巧辨总光合速率与净光合速率及其内在关系的方法 (1)表观(净)光合作用速率与真正(总)光合作用速率的表示方法
项目 表观(净)光合速率
真正(总)光合速率 呼吸速率(遮光条
件下测得)
表示方法
CO2吸收量或小室中CO2减少量或O2释放量或小 室中O2增加量或C6H12O6积累量 CO2固定量或O2产生量或叶绿体CO2吸收量或叶 绿体O2释放量或C6H12O6制造量 CO2释放量或O2吸收量或线粒体CO2释放量或线 粒体O2吸收量或C6H12O6消耗量
典例训练
【例3】 (2014·金华十校期末调研)利用同种玉米植株,探究不同条件 下光合作用或细胞呼吸的变化情况,得到的结果如下各图。其中“M” 点时光合作用速率与细胞呼吸速率不相等的图是( )
【解题指导】 A 图中,虚线含义是光照下 CO2 的“吸收”量,表示的 是净光合作用速率,此时 M 点表示净光合作用与细胞呼吸相等,即光 合作用速率是细胞呼吸的 2 倍;B、C、D 三图中 M 点都表示光合作用 速率与细胞呼吸速率相等。
化学能 ATP、热能(放能)
实质 场所 条件
合成有机物,贮存能量 叶绿体
只在光下进行
分解有机物、释放能量,供细胞利用 活细胞(主要在线粒体) 有光、无光都能进行
联系
2.光合作用与细胞呼吸在不同光照条件下气体变化规律
(1)黑暗状态下,植物只进行细胞呼吸,不进行光合作用。此状态下,植物从外界吸 收 O2,并将细胞呼吸产生的 CO2 释放到体外,如图甲所示,对应图戊中的 A 点。 (2)弱光情况下,植物同时进行光合作用和细胞呼吸。 ①细胞呼吸速率大于光合速率,此状态下,植物的气体代谢特点与黑暗情况下相 同。但吸收 O2 与放出 CO2 量较少(如图乙),对应于图戊中的 AB 段。 ②细胞呼吸速率等于光合速率时,植物与外界不进行气体交换,即没有 O2 和 CO2 的 吸收与释放(如图丙),对应于图戊中 B 点。 (3)较强光照时,植物同时进行光合作用和细胞呼吸,且光合速率大于细胞呼吸 速率。 气体代谢特点(如图丁):植物光合作用所利用的 CO2(用 N 表示)除来自植物自身 细胞呼吸(N2)之外,不足部分来自外界(N1);植物光合作用产生的氧气(m)除用 于自身细胞呼吸(m1)之外,其余氧气释放到周围环境中(m2),对应于图戊中的 B 点后曲线。
(2)计算公式:真正(总)光合速率=表观(净)光合速率+呼吸速率。具
体可表示为:真正(总)光合速率=从外界吸收CO2的速率+呼吸释放CO2 的速率,或真正(总)光合速率=释放O2的速率+呼吸消耗O2的速率。
考点三 影响光合速率的环境因素分析及应用
问题引领: (1)连续阴天时,如何提高大棚内作物的产量? (2)提高大田作物产量的措施有哪些?
第五节 光合作用
知识梳理 实验探究
考点突破 题组演练
知识梳理·温故串知
一、叶绿体及其色素 1.叶绿体结构图
透析实验 分析误差
2.光合色素的种类和吸收光谱
叶绿素
类胡萝 卜素
色素种类 叶绿素a 叶绿素b1 胡萝卜素 叶黄素
吸收光谱 红光 、 蓝紫光 1
蓝紫光
【思维激活1】 某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶 片进行了红光照射,光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下)与正 常叶片相比,其光吸收差异是否显著?色素带缺乏第几条? 提示:叶黄素主要吸收蓝紫光,缺乏时对“红光”吸收并无显著影响, 色素层析后叶黄素位于第二条带位置,故第二条带位置缺乏。
误区4 误认为光反应被阻断,碳反应会阻断而碳反应被阻断时, 光反应不会被阻断。 点拨:光合作用的光反应与碳反应是相互联系的,而它们之间的联 系纽带是ATP和NADPH。当光反应停止时(如植物在黑暗条件下), 碳反应的ATP和NADPH的来源被阻断,碳反应会停止;而反过来,当 碳反应停止时(如植物在气孔完全关闭或无二氧化碳),光反应也 受到影响,因为光反应产生的ATP和NADPH没有被碳反应消耗,根据 化学平衡的原理,相当于光反应的产物浓度升高,化学平衡会向反 向进行,从而光反应就停止了。
走出误区
误区1 误认为进行光合作用的生物一定都有叶绿体。 点拨: 进行光合作用的生物不一定都有叶绿体,但必须都有相关的色 素和酶,如蓝细菌和光合细菌。 误区2 误认为整个光合作用过程都需要酶。 点拨: 色素分子吸收光能不需要酶的参与,但其他光反应和碳反应过 程都需要酶的催化。 误区3 误认为光合作用光反应产生的ATP可以用于所有生命活动。 点拨:光合作用光反应产生的ATP只用于碳反应阶段,不能用于其他生 命活动,其他生命活动所需ATP只能来自细胞呼吸。
A.甲图中a点的限制因素可能是叶绿体中酶的数量 B.乙图中d点与c点相比,相同时间内叶肉细胞中C3的生成量多 C.图中M、N点的限制因素是光照强度,P点的限制因素是温度 D.丙图中,随着温度的升高,曲线走势将稳定不变
【解题指导】 本题易错之处是不能正确分析图中各种曲线的含义及 相互关系,特别是图中均涉及两个实验变量,需要考生根据单一变量原 则进行分析。乙图中d点时的光照较c点强,光反应生成的ATP和NADPH 较多,促进C3的还原,使RuBP生成量多,因此,RuBP与CO2结合生成C3的量 也会增多,故B项正确。温度通过影响酶的活性影响代谢。在丙图中, 随着温度的进一步升高,曲线上升到一定程度之后将下降。 答案:D
建网络图
考点突破·悟法提能
考点一 光合作用过程
核心归纳 重点突破
问题引领: (1)光反应的场所在哪儿? (2)光合作用过程中能量是如何转化的?
知识归纳
1.光合作用过程 (1)光合作用图解
(2)光反应与碳反应比较 见附表
(3)光合作用反应式及元素去向
2.条件骤变时几种物质量的变化分析 (1)分析方法
①需在绘制光合作用模式简图的基础上借助图形进行分析。 ②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、光照停止时三碳酸的含量变化:
(2)利用模型法分析物质量的变化
说明:(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RuBP含量的变化是相反的,NADPH和ATP含量变化 是一致的。
【前连后挂】 处在食物链中的绿色植物光合作用发生变化对其他 生物有什么影响? 答案提示:若处在食物链中绿色植物光合作用减少,则会导致其他 的生物数量减少,即出现连锁反应,因为第一营养级的生物是其他 生物直接或间接的食物来源。
【例6】 如图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况,除各图 中所示因素外,其他因素均控制在最适范围内。下列分析错误的是 ()
【解题指导】 x点时,光强度较弱,光反应提供的NADPH和ATP较 少,C3的浓度较y点时高,A项不正确;题目中提到已是在适宜温度下, 如果再提高温度,会降低光合速率,B项不正确;制约x点的光合作用 因素是光强度,C项不正确;在适宜温度下和同等光强度条件下,提 高CO2浓度可提高光合作用速率,D项正确。 答案:D
3.应用:提高农作物产量的具体措施及机理归纳
见附表
典例训练
【例5】 (2014·余杭月考)如图曲线Ⅰ表示黄豆在适宜温度、CO2浓度 为0.03%的环境中光合速率与光强度的关系。在y点时改变某条件,结果 发生了如曲线Ⅱ的变化。下列分析合理的是( )
A.与y点相比较,x点时叶绿体中C3含量低 B.在y点时,适当升高温度可导致曲线由Ⅰ变为Ⅱ C.x点时光合作用的制约因素主要是叶绿体中色素的含量 D.z点时光合作用的制约因素可能是二氧化碳浓度
【例2】 离体叶绿体在光下进行稳定的光合作用时,如果突然中断 CO2的供应,下列关于一段时间内叶绿体中ATP与O2的相对含量变化 的示意图中,正确的是( )
【解题指导】 离体叶绿体在光下进行稳定的光合作用时,突然中 断CO2的供应使C3合成减少,一段时间内碳反应逐渐减弱,碳反应消 耗的ATP也逐渐减少,故ATP相对含量逐渐增加;随着碳反应的减弱, 光反应也逐渐减弱,所以叶绿体内氧气含量逐渐减少,B正确。 答案:B
知识归纳
1.单因子变量对光合作用的影响 见附表
2.多因子变量对光合速率影响的分析 (1)图像
(2)曲线分析 ①P点时,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随该因子的 不断加强,光合速率不断提高。 ②到Q点时,横坐标所表示的因子,不再是限制光合速率的因素,要想 提高光合速率,可适当提高图示其他因子强度。
答案:A
【例4】 (2014·杭州质检)将一植物放在密闭的玻璃罩内,置于室 外进行培养,假定玻璃罩内植物的生理状态与自然环境中相同。获 得实验结果如下图。下列有关说法不正确的是( )
A.图乙中的C点对应图甲中的C点,此时细胞内的气体交换状态对应图丙中 的① B.图甲中的F点对应图乙中的H点,此时细胞内的气体交换状态对应图丙中 的③ C.到达图乙中的D点时,玻璃罩内CO2浓度最高,此时细胞内气体交换状态 对应图丙中的③ D.经过这一昼夜之后,植物体的有机物含量会增加 【解题指导】 图乙中C、D分别表示光合作用即将开始、光合作用速率等 于呼吸作用速率,分别对应图甲的B点和C点,细胞内的气体交换状态分别 为图丙的①、③。到达图乙中D点时,玻璃罩内的CO2浓度最高。图甲中的 F点是一天中第二次光合速率等于呼吸速率,对应图乙中的H点、图丙中的 ③。经过一昼夜后玻璃罩内的CO2浓度降低,说明植物体内的有机物含量 增加。 答案:A
典例训练
【例1】 美国生物化学家卡尔文和他的同事,在20世纪50年代应用同 位素示踪技术,即14CO2培养小球藻,观察在小球藻光合作用中碳的转 化和去向,从而首次揭示了自然界最基本的生命过程。以下说法错误 的是( )
A.图中Ⅰ代表叶绿体基质,Ⅱ代表类囊体膜 B.小球藻中出现的第一个被标记的化合物为PGA C.符号C6可代表葡萄糖,每产生1分子C6,需要2分 子PGAL,完成6次循环 D.碳反应的直接产物是PGAL,在叶绿体中作为合 成淀粉、蛋白质的原料,少部分被运至叶绿体外 转变成蔗糖
二、光合作用的过程 1.光合作用的场所是叶绿体 ,其中 类囊体膜 中发生光反应,基质中
进行碳反应。 2.光合作用总反应式:6CO2+12H2O
C6H12O6+6H2O+6O2 。
3.光反应与碳反应
【思维激活2】 卡尔文循环中,需要几个CO2才能产生一个三碳糖离开 循环而被利用? 提示:需要3个CO2进入卡尔文循环,同时还产生5个三碳糖用于再生RuBP。 三、环境因素影响光合作用 影响光合速率的重要因素是 光强度 、温度和空气中的二氧化碳 浓度。