第3讲能量之源 光与光合作用 知识点一捕获光能的色素和叶绿体结构 答案 红光和蓝紫光 蓝紫光 暗反应所需的酶 色素和光反应所需的酶 叶绿体是光合作用的场所 议一议 1 海洋中藻类有分层现象 与植物中的色素吸收光的颜色有什么关系 2 在温室内自然光照射基础上 给植物人工补充哪些单色光对增产有利 答案 1 不同波长的光穿透性不同 不同藻类吸收不同波长的光 2 红光 蓝紫光属于对植物光合作用最有效的光谱 因此可以补充这两种光达到增产的目的 知识点二光合作用的探索历程 连线 答案 连一连 A b C a E e D c B d 知识点三光合作用的过程及意义 答案 光 色素 酶 ADP Pi NADP ATP 酶 H NADPH ATP ATP 想一想 什么叫光合速率 它分为几种类型 关系如何 答案 光合速率或称光合强度是指一定量的植物 如一定的叶面积 在单位时间内进行光合作用的量 如释放多少氧 消耗多少CO2 它分为表观光合速率和真正光合速率两种类型 在光照条件下 人们测得的CO2吸收量是植物从外界环境吸收的CO2总量 叫表观光合速率 真正光合速率是指植物在光照条件下 植物从外界环境中吸收的CO2的量加上呼吸作用释放的CO2的量 即植物实际同化的CO2的量 表观光合速率小于真正光合速率 叶绿体的结构与功能 1 叶绿素对红光 640 680nm 和蓝紫光 430 470nm 的吸收量大 类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大 对其他波长的光并非不吸收 只是吸收量少 2 叶绿体类囊体膜上分布着光合色素及光反应的酶系统 光反应场所 叶绿体基质中含有大量与暗反应相关的酶 暗反应场所 3 叶片呈绿色的原因 一是叶绿素是类胡萝卜素含量的三倍 二是色素不吸收绿光被反射回来 秋天叶片变黄是低温使叶绿素遭到破坏 呈现出类胡萝卜素的颜色 变红则是液泡中花青素的颜色 闪记 色素的功能 转换光能的色素只有少数处于特殊状态的叶绿素a 吸收 传递光能 四种色素都可以 光合作用过程一 二 三 四一个场所 叶绿体 两个阶段 光反应 暗反应 三种能量 光能 ATP中活跃化学能 CH2O 中稳定化学能 四个物质变化 水光解 ATP形成 CO2固定 C3还原 学习笔记 1 1771年普里斯特利实验 光合作用发现史中的经典实验分析 2 1864年萨克斯实验提前暗处理 消耗掉叶片中原有的淀粉 避免干扰3 1880年恩格尔曼实验 4 20世纪30年代鲁宾 卡门实验实验方法 同位素标记法 提醒在光合作用的发现中 大多数科学家们利用了对照实验 使结果和结论更科学 准确 1 萨克斯 自身对照 自变量为光照 一半曝光与另一半遮光 因变量为颜色变化 2 恩格尔曼 自身对照 自变量为光照 照光处与不照光处 黑暗与完全曝光 因变量为好氧菌的分布 3 鲁宾和卡门 相互对照 自变量为标记物质 HO与C18O2 因变量为O2的放射性 4 普里斯特利 缺少空白对照 实验结果说服力不强 本考点单独命题概率低 往往是借鉴经典实验的方法手段在综合题或探究题中体现 典例1 2012 南昌市一模 德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处数小时 饥饿 处理 消耗掉叶片中的淀粉 后 再把叶片的一部分遮光 其余部分曝光 一段时间后 将该叶片经脱色 漂洗后再用碘液处理 结果发现遮光部分不变蓝 曝光部分变蓝 下列有关本实验的分析及结论合理的是 本实验未设对照组 有无光照是遮光和曝光区域表现不同结果的唯一原因 实验初始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态 实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉A 全部B 只有 C 只有 D 只有 解析该实验中曝光部分与遮光部分形成了对照 错误 该实验只能证明有淀粉的生成 但不能证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉 错误 答案D 思考与评价 恩格尔曼的实验设计巧妙之处在哪儿 提示主要表现在以下四个方面 选材方面 选用水绵为实验材料 水绵不仅具有细长的带状叶绿体 而且叶绿体呈螺旋状地分布在细胞中 便于观察 分析研究 将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中 排除了光线和氧气的影响 从而确保实验正常进行 选用了极细光束照射 并且选用好氧细菌检测 从而能够准确判断出水绵细胞中释放氧的部位 进行黑暗 局部光照 和曝光对比实验 从而明确实验结果完全是光照引起的 1 识图领悟光合作用过程 光合作用过程分析 结合上图 列表分析如下 光反应与暗反应的比较 2 动态分析 光照与CO2浓度变化对植物细胞内C3 C5 H ATP C6H12O6合成量的影响当外界因素中光照强弱 CO2浓度骤然变化时 短时间内将直接影响光合作用过程中C3 C5 H ATP及C6H12O6生成量 进而影响叶肉细胞中这些物质的含量 它们的关系归纳如下 本考点历年是高考命题的重要内容 试题侧重考查考生对光合作用过程图解的理解与分析 如光反应与暗反应的场所 条件 物质变化 能量变化 相互关系以及在某种环境因素突然发生变化的情况下 细胞中C3和C5的含量变化情况等 典例2 2011 新课标全国卷 在光照等适宜条件下 将培养在CO2浓度为1 环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0 003 的环境中 其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图 回答问题 1 图中物质A是 C3化合物 C5化合物 2 在CO2浓度为1 的环境中 物质B的浓度比A的低 原因是 将CO2浓度从1 迅速降低到0 003 后 物质B浓度升高的原因是 3 若使该植物继续处于CO2浓度为0 003 的环境中 暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时 物质A的浓度将比B的 低 高 4 CO2浓度为0 003 时 该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1 时的 高 低 其原因是 解析本题考查光合作用过程及同学们从曲线中获取有效信息的能力 当环境中二氧化碳浓度降低时 C5 物质B 和CO2结合生成C3 物质A 的速率减慢 而C3 物质A 的还原生成C5 物质B 不受影响 C5 物质B 的含量升高 C3 物质A 的含量降低 当达到新的平衡后 由于一分子的C5 物质B 和CO2结合可以生成两分子的C3 物质A 最终物质A的浓度比物质B高 答案 1 C3化合物 2 暗反应速率在该环境中已达到稳定 根据暗反应特点 此时C3化合物的分子数是C5化合物的2倍当环境中CO2浓度突然降低时 C5化合物的合成速率不变 消耗速率却减慢 导致C5化合物积累 3 高 4 低CO2浓度低时 暗反应强度减弱 所需要ATP和 H 少 训练1 图1表示光合作用部分过程的图解 图2表示改变光照后 与光合作用有关的五碳化合物和三碳化合物在细胞内的变化曲线 据图回答下列问题 图1 图2 1 图1中A表示的物质是 它由 产生 其作用主要是 2 图1中ATP形成所需的能量最终来自于 若用放射性同位素标记14CO2 则14C最终进入的物质是 3 图2中曲线a表示的化合物是 在无光照时 其含量迅速上升的原因是 4 曲线b表示的化合物是 在无光照时 其含量下降的原因是 答案 1 H 水在光下分解用于C3的还原 2 太阳光能 CH2O 3 C3CO2与C5结合形成C3继续进行 而C3不能被还原 4 C5C5与CO2结合形成C3量不变 而C3不能被还原为C5 温馨提示 以下内容为难点 但高考时又为出题热点 望耐心复习 真正掌握 一 内部因素对光合作用速率的影响1 同一植物的不同生长发育阶段曲线分析 在外界条件相同的情况下 光合作用速率由弱到强依次是幼苗期 营养生长期 开花期 应用 根据植物在不同生长发育阶段光合作用速率不同 适时 适量地提供水肥及其他环境条件 以使植物茁壮成长 影响光合作用的环境因素及其在生产上的应用 2 同一叶片的不同生长发育时期曲线分析 随幼叶发育为壮叶 叶面积增大 叶绿体不断增多 叶绿素含量不断增加 光合速率增大 老叶内叶绿素被破坏 光合速率随之下降 应用 农作物 果树管理后期适当摘除老叶 残叶及茎叶蔬菜及时换新叶 都是根据其原理 可降低其细胞呼吸消耗的有机物 二 单因子变量对光合作用的影响 外界因素 1 光照 光合作用的动力 光照时间越长 产生的光合产物越多 光质 由于色素吸收可见光中的红光和蓝紫光最多 吸收绿光最少 故不同波长的光对光合作用的影响不一样 建温室时 选用无色透明的玻璃 或塑料薄膜 做顶棚 能提高光能利用率 光照强度 在一定光照强度范围内 增加光照强度可提高光合作用速率 曲线分析 A点光照强度为0 此时只进行细胞呼吸 释放CO2量表示此时的呼吸强度 AB段表明光照强度加强 光合作用速率逐渐加强 CO2的释放量逐渐减少 有一部分用于光合作用 而到B点时 细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用 即光合作用强度 细胞呼吸强度 B点对应的光照强度称为光补偿点 BC段表明随着光照强度不断加强 光合作用强度不断加强 到C点以上不再加强了 C点对应的光照强度称为光饱和点 应用 阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低 如上图虚线所示 间作套种时农作物的种类搭配 林带树种的配置 冬季温室栽培避免高温等都与光补偿点有关 提醒外界条件变化时 CO2 光 补偿点移动规律 呼吸速率增加 CO2 光 补偿点应右移 呼吸速率减小 CO2 光 补偿点应左移 呼吸速率基本不变 条件的改变使光合速率下降 CO2 光 补偿点右移 条件的改变使光合速率上升时 CO2 光 补偿点左移 2 光照面积曲线分析 OA段表明随叶面积的不断增大 光合作用实际量不断增大 A点为光合作用面积的饱和点 随叶面积的增大 光合作用强度不再增加 原因是有很多叶被遮挡 光照不足 OB段表明干物质量随光合作用增加而增加 而由于A点以后光合作用强度不再增加 但叶片随叶面积的不断增加 呼吸量 OC段 不断增加 所以干物质积累量不断降低 BC段 应用 适当间苗 修剪 合理施肥 浇水 避免徒长 封行过早 使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下 白白消耗有机物 造成不必要的浪费 3 CO2浓度曲线分析 图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度 即CO2补偿点 图2中的A 点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度 两图中的B和B 点都表示CO2饱和点 两图都表示在一定范围内 光合作用速率随CO2浓度增加而增大 应用 大田要 正其行 通其风 多施有机肥 温室内可适当补充CO2 即适当提高CO2浓度可提高农作物产量 4 必需矿质元素曲线分析 在一定浓度范围内 增大必需矿质元素的供应 可提高光合作用速率 但当超过一定浓度后 会因土壤溶液浓度过高而导致植物光合作用速率下降 应用 在农业生产上 根据植物的需肥规律 适时 适量地增施肥料 可以提高作物的光能利用率 5 温度曲线分析 温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率 应用 冬天 温室栽培可适当提高温度 夏天 温室栽培可适当降低温度 白天调到光合作用最适温度 以提高光合作用速率 晚上适当降低温室温度 以降低细胞呼吸速率 保证植物有机物的积累 三 多因子变量对光合作用速率影响的分析 外界因素 曲线分析 P点时 限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子 随其因子的不断加强 光合速率不断提高 当到Q点时 横坐标所表示的因素 不再是影响光合速率的因子 要想提高光合速率 可采取适当提高图示中的其他因子的方法 应用 温室栽培时 在一定光照强度下 白天适当提高温度 增加光合作用酶的活性 提高光合速率 也可同时充入适量的CO2 进一步提高光合速率 当温度适宜时 要适当提高光照强度和CO2浓度以提高光合速率 总之 可根据具体情况 通过提高光照强度 调节温度或增加CO2浓度等来充分提高光合速率 以达到增产的目的 提醒各种环境因子对植物光合作用并不是单独地发挥作用 而是综合作用 但各种因子的作用并不是同等重要的 其中起主要作用的因子为关键因子 因此在分析相关问题时 应抓关键因子 影响光合作用速率的环境因素是高考必考的内容 考查形式可以是选择题也可以是非选择题 选择题的考查侧重于对实验结果的分析 而非选择题的考查往往结合实验设计来进行 典例3 2011 安徽卷 保水剂是一类高分子聚合物 可提高土壤持水能