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制备滤纸条:
将干燥的定性滤纸剪成长10cm,宽1cm的滤纸条,在距滤纸一端1cm处用铅笔画一条细的横线
点样:
用毛细吸管吸取少量的滤液,沿铅笔线均匀地画一条细而直的线,待滤液干后,再画3~4次
分离色素:
将适量的层析液倒入试管中,装置如图所示
观察结果:
滤纸条上呈现四条颜色、宽度不同的色素带。
考点二 光合作用的原理及应用
一、自养生物和异养生物
生物类型
概念
实例
自养生物
以二氧化碳和水为原料,利用光能或化学能,合成糖类等有机物的生物
绿色植物、藻类、某些细菌
异养生物
直接或间接依靠自养生物的光合产物生活的生物
人、动物、真菌和大部分细菌
二、光合作用的概念和过程
1.概念:
是指绿色植物等以二氧化碳和水为原料,利用光能,合成糖类等有机物,并且释放氧气的过程。
2.场所
(1)阶段Ⅰ(光反应):
叶绿体类囊体膜。
(2)阶段Ⅱ(碳反应):
叶绿体基质。
3.物质变化
(1)阶段Ⅰ
①水在光下裂解为H+、O2和电子。
②水中的氢在光下将NADP+还原为NADPH。
(2)阶段Ⅱ
①3CO2+3RuBP―→6个三碳酸分子
②
(3)三碳糖去向
①再生为RuBP,保证卡尔文循环继续进行。
②在叶绿体内作为合成淀粉、蛋白质和脂质的原料。
③运至叶绿体外,并转变成蔗糖,供植物体所有细胞利用。
4.能量变化
(1)阶段Ⅰ中,光能被吸收并转化为ATP和NADPH中的化学能。
(2)阶段Ⅱ中,活跃的化学能转变为稳定的化学能(贮存在以糖类为主的有机物中)。
三、影响光合速率的环境因素
1.光合速率
(1)含义:
一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行多少光合作用,又称光合强度。
(2)表示方法:
产生氧气量/单位时间,或消耗二氧化碳量/单位时间。
2.影响光合速率的外界因素
(1)光强度:
在一定范围内,光合速率随光强度增加而增加;
当光强度增加到一定数值后,光强度再增加光合速率也不会增加,此时的光强度称为光饱和点。
(2)温度:
低于最适温度,随着温度升高,光合速率加快;
超过最适温度,随着温度升高,酶的活性减弱或丧失,光合速率减慢或停止。
(3)二氧化碳浓度:
一定范围内,空气中二氧化碳浓度的增加会使光合速率加快。
考点三 光合作用与呼吸作用的关系
光合作用
细胞呼吸
场所
叶绿体
细胞溶胶和线粒体或细胞溶胶
条件
只在光下进行
有光、无光都能进行
物质
变化
能量
光能→ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能+热能
实质
合成有机物,贮存能量
分解有机物,释放能量
代谢
类型
同化作用
(或合成作用)
异化作用(或分解作用)
范围
主要为绿色植物叶肉细胞
几乎所有活细胞
联系
1.判断下列有关叶绿体及色素的叙述
(1)叶绿体色素在层析液中的溶解度越高,在滤纸上扩散就越慢。
(×
)
(2)叶片黄化,叶绿体对红光的吸收增多。
(3)利用纸层析法可分离4种叶绿体色素。
(√)
2.判断下列有关光合作用和化能合成作用的叙述
(1)光合作用光反应阶段产生的NADPH可在叶绿体基质中作为还原剂。
(2)硝化细菌虽然不能进行光合作用,但是自养生物。
(3)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后,可完成碳反应。
3.判断下列有关影响光合作用的因素及应用的叙述
(1)将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内,在适宜条件下光照培养,随培养时间的延长,玻璃容器内CO2浓度一直保持稳定,不变化。
(2)停止供水后,植物光合速率下降。
这是由于水是光合作用的原料,又是光合产物在植物体内运输的主要介质。
(3)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后,与对照组相比,其叶片光合作用强度下降的原因是光反应强度降低,碳反应强度降低。
一、光合色素的提取和分离
1.实验原理
(1)提取:
绿叶中的色素溶于有机溶剂无水乙醇而不溶于水,可用无水乙醇提取色素。
(2)分离:
各种色素在层析液中溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散的快,反之则慢,从而使各种色素相互分离。
2.实验中的试剂及作用
试剂
作用
95%乙醇
提取叶绿体色素
层析液
分离色素
SiO2
有助于充分磨碎植物细胞
CaCO3
防止研磨过程中色素被破坏
3.实验成功的关键
(1)叶片要新鲜、颜色要深绿,含有较多色素。
(2)研磨要迅速、充分。
叶绿素不稳定,易被活细胞内的叶绿素酶水解。
充分研磨使叶绿体完全破裂,提取较多的色素。
(3)滤液细线不仅要求细、直,而且要求含有较多的色素,所以要求待滤液干后再重复画3~4次。
(4)滤液细线不能触及层析液,否则色素溶解到层析液中,滤纸条上得不到色素带。
二、光反应和碳反应
1.光反应与碳反应的联系
(1)光反应为碳反应提供NADPH、ATP,碳反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+。
(2)没有光反应,碳反应无法进行,没有碳反应,有机物无法合成。
总之,光反应是碳反应的物质和能量的准备阶段,碳反应是光反应的继续,是物质和能量转化的完成阶段,二者相辅相成。
2.探究外界条件骤变时,RuBP、三碳分子、NADPH等物质含量的变化
当外界条件聚变时,光合作用中三碳分子、RuBP、NADPH、ATP和三碳糖的含量变化可以采用下图分析:
项目
条件
三碳
分子
RuBP
NADPH
和ATP
三碳糖
CO2供
应不变
停止
光照
增加
减少
减少或
没有
增强
不变
CO2供应
CO2
供应增加
易错点1 持续光照与间断光照下光合作用制造的有机物的多少易错
[点拨] 如甲一直光照10分钟;
乙光照5秒,黑暗5秒,持续20分钟,则光合作用制造的有机物甲<
乙(碳反应时间长)。
易错点2 元素的移动弄不清楚
[点拨] CO2中C进入三碳分子但不进入RuBP,最后进入三碳糖,RuBP中C不进入三碳糖,可用放射性同位素标记法证明。
易错点3 不能准确理解ATP的去向
[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。
易错点4 白天植物并不只进行光合作用
[点拨]
(1)植物在白天时同时进行光合作用和细胞呼吸。
CO2的吸收量是指植物从外界环境中吸收的CO2量,代表植物的净光合速率,植物实际光合速率应该包含植物呼吸产生的CO2量和从外界环境中吸收的CO2量。
(2)在黑暗中测得单位时间CO2释放量即为呼吸速率,没有说明的情况下,白天也是一样的呼吸速率。
三、环境因素对光合作用的影响曲线
1.光照强度对光合作用强度的影响
A点:
光照强度为0,只进行细胞呼吸;
AB段:
光合作用强度小于细胞呼吸强度;
B点:
光补偿点(光合作用强度与细胞呼吸强度相等时的光照强度);
BC段:
光合作用强度大于细胞呼吸强度;
C点:
光饱和点(光强度达到C点后,光合作用强度不再随光强度增强而增强)。
2.CO2浓度对光合作用强度的影响
CO2补偿点(表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度);
A′点:
表示进行光合作用所需CO2的最低浓度;
B和B′点:
CO2饱和点(两组都表示在一定范围内CO2浓度达到该点后,光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加)。
3.温度对光合作用强度的影响
光合作用是在酶催化下进行的,温度直接影响酶的活性。
一般植物在10~35℃下正常进行光合作用,其中AB段(10~35℃)随温度的升高而逐渐加强,B点(35℃)以上由于光合酶活性下降,光合作用开始下降,50℃左右光合作用停止。
易错点 易忽略温度改变对光合作用的影响
[点拨] 温度改变时,不管是光反应还是碳反应均会受影响,但主要影响碳反应,因为参与碳反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。
4.矿质元素对光合作用强度的影响
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,植物吸水困难甚至失水而导致植物光合作用速率下降。
考向一 叶绿体色素的种类及提取与分离
迁移率(Rf)是用纸层析法分离混合色素中各种成分的重要指标,也可用于各色素的鉴定,迁移率=色素移动距离/溶剂移动距离。
下表是叶绿体中色素层析的部分结果。
下列相关叙述错误的是( )
溶剂移动
距离
色素甲移
动距离
色素乙移
色素丙移
色素丁移
实验组1
7.8
1.9
实验组2
8.2
1.5
实验组3
8.0
1.4
平均移动
7.6
0.8
迁移率
(Rf)
无
0.53
0.10
A.色素甲的迁移率(Rf)是0.95
B.色素丙主要吸收红光和蓝紫光
C.色素乙比色素甲扩散速度快
D.叶片衰老过程中色素丁含量逐渐减少
[解析] 迁移率=色素移动距离/溶剂移动距离,则色素甲的迁移率(Rf)=7.6/8.0=0.95,A正确;
根据计算公式可知,迁移率越大的色素在溶剂中的溶解度越大,推知色素丙为叶绿素a,主要吸收红光和蓝紫光,B正确;
色素甲、乙分别为胡萝卜素和叶黄素,色素乙比色素甲扩散速度慢,C错误;
叶片衰老过程中色素丁(叶绿素b)含量逐渐减少,D正确。
[答案] C
考向二 光合作用的原理及应用
下图表示植物光合作用的一个阶段,下列各项叙述,正确的是( )
A.该反应的场所是叶绿体的类囊体
B.三碳分子生成三碳糖需要NADPH、ATP和多种酶
C.提高温度一定能促进三碳糖的生成
D.无光条件有利于碳反应进行
[解析] 图示的光合作用阶段为光合作用的碳反应,该反应发生的场所是叶绿体基质,该过程在有光、无光的条件下均可进行,其物质变化为CO2的固定和三碳分子的还原,其中三碳分子还原需要光反应提供NADPH和ATP,此外还需要多种酶的参与。
温度通过影响该过程中酶的活性影响三碳糖的生成,因此,在最适温度以上,提高温度不能促进三碳糖的生成。
[答案] B
(2015·
浙江1月学考,38)研究小组为探究pH对某种绿藻光合作用的影响,设计了以下实验:
将生长旺盛的绿藻等量分成5组,各组藻液pH分别设置为6.0、7.0、8.0、9.0、10.0,然后在光照等适宜且相同的条件下培养,多次测定各组氧气释放量并计算表观光合速率得到下表数据。
设定的pH
6.0
7.0
9.0
10.0
表观光合速率(O2)
[μmol·
mg-1·
h-1]
+160
+195
+165
+90
-50
(注:
表观光合速率是指在光照条件下,一定量的植物在单位时间内释放到外界的O2量;
“+”表示释放,“-”表示吸收)
请回答:
(1)光合作用过程中释放的O2来源于______(填物质名称),该物质分解时还能产生______。
(2)表观光合速率还可以通过测定CO2的吸收量来表示。
CO2吸收后,与RuBP结合形成六碳分子,六碳分子随即分解成______分子,然后被______还原。
(3)实验分组时,每组绿藻的量要相等,其目的是________________。
(4)据表中数据,绘出表观光合速率随pH变化的曲线图。
(5)在上述实验的基础上,若要更精确的测定影响该绿藻表观光合速率的最适pH,应如何设置自变量?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[解析]
(1)光合作用中释放的氧气来自于水的光解,产物包括H+、e-和O2。
(2)碳反应中,CO2与RuBP结合生成六碳分子,随后该六碳分子分解成2个三碳分子,三碳分子被NADPH还原。
(3)本实验研究pH对绿藻光合速率的影响,每组绿藻的数量相等体现了控制无关变量的原则。
(4)曲线的绘制应先根据实验数据描点,再连线。
(5)从实验结果可以看出,绿藻光合速率的最适pH在6~8之间,可在这个范围内进一步设置pH梯度,从而较为精确的确定最适pH值。
[答案]
(1)H2O H+、e-
(2)三碳酸 NADPH
(3)控制无关变量
(4)
(5)在pH为6~8之间设置系列的pH梯度
考向三 光合作用与呼吸作用的关系
(2016·
浙江台州期末)现用如图所示方法测定植物叶片光合作用强度,将某对称叶片的一半遮光(A),另一半不遮光(B),并采用适当的方法阻止A、B间物质和能量的转移。
在适宜温度等条件下光照一段时间后,在A、B中截取对应部分相等面积的叶片,烘干称重,分别记作m1和m2。
下列说法正确的是( )
A.m1表示被截取的部分在光照时间内呼吸作用的大小
B.m2表示被截取的部分在光照时间内净光合作用的大小
C.(m2-m1)表示B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的制造量
D.该方法不能测出呼吸作用强度,因此不能测出实际光合作用的强度
[解析] m1表示被截取的部分在光照时间内经呼吸作用消耗后剩余的有机物的量,A错误;
m2表示被截取的部分在光照时间内光合作用积累的有机物与初始有机物的总和,B错误;
(m2-m1)表示B叶片被截取的部分在光照时间内有机物的制造量,C正确;
该方法不能测出呼吸作用强度,但能测出实际光合作用的强度,D错误。
在一定的温度和二氧化碳浓度等条件下,针对甲、乙两种植物设计实验并测得相关数据如表[光照强度单位:
千勒克斯,CO2吸收量或释放量单位:
mg/(100cm2叶·
小时);
光合速率和呼吸速率用CO2的量表示]。
下列分析正确的是( )
光合速率与
呼吸速率相
等时的光照
强度
光合速率达
到最大值时
的最小光照
光合速率
达到最大
值时CO2
吸收量
黑暗条
件下CO2
释放量
甲植物
1
3
11
5.5
乙植物
9
30
15
A.甲、乙植物比较,甲植物更适合在强光下生长
B.对甲植物来说,实验中的自变量是CO2吸收量或释放量
C.光照强度大于9时,甲、乙植物的真正光合速率分别为16.5、45
D.当光照强度大于3小于9时,限制甲、乙植物光合速率的环境因素相同
[解析] 甲、乙植物比较,甲植物更适合在弱光下生长,这是因为甲植物光合速率与呼吸速率相等时的光照强度和光合速率达到最大值时的最小光照强度均比较小;
对甲植物来说,实验中的自变量是光照强度,CO2吸收量或释放量是因变量;
光照强度大于9时,甲、乙植物的真正光合速率分别是11+5.5=16.5、30+15=45;
当光照强度大于3小于9时,限制甲植物光合速率的环境因素主要是温度和二氧化碳浓度,限制乙植物光合速率的环境因素主要是光照强度。
[备战学业考试]
1.(2013·
浙江会考,10,2分)把一株牵牛花在黑暗中放置一昼夜,然后利用下图装置进行实验。
该实验不能用于验证( )
A.光合作用需要CO2 B.光合作用能产生O2
C.光合作用需要光D.光合作用需要叶绿体
解析:
选B。
无色玻璃瓶内的NaOH溶液能吸收CO2,该情况下的绿叶与瓶外绿叶对照,可验证光合作用需要CO2;
绿叶铝箔遮盖部位和未遮盖部位对照可验证光合作用需要光;
白斑叶白色部分和绿色部分对照可验证光合作用需要叶绿体;
图中没有检测O2产生的装置,不能验证光合作用能产生O2,故选B。
2.(2013·
浙江会考,26,2分)如图表示光合作用的碳反应过程。
下列叙述错误的是( )
A.①是3磷酸甘油酸
B.②和③在类囊体膜上产生
C.⑤是核酮糖二磷酸
D.⑥可在叶绿体内转变为氨基酸
选C。
题图表示光合作用的卡尔文循环,①是3磷酸甘油酸;
②和③分别是ATP和NADPH,在类囊体膜上产生;
⑤是三碳糖分子,可再生为核酮糖二磷酸;
⑥是离开循环的三碳糖分子,可在叶绿体内转变为氨基酸,C错误。
3.(2012·
江苏学考改编,2分)如图表示光合作用的过程,其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段,a、b表示相关物质。
下列相关叙述正确的是( )
A.阶段Ⅰ表示碳反应
B.阶段Ⅱ表示光反应
C.物质a表示NADPH
D.物质b表示三碳分子
图中阶段Ⅰ表示光反应,阶段Ⅱ表示碳反应,物质a表示NADPH,物质b表示ATP,C正确。
4.(2014·
广东学考·
6单选Ⅱ改编,2分)如图为光合作用过程示意图,其中X和Y分别表示( )
A.淀粉、CO2 B.蔗糖、O2
C.CO2、H2OD.O2、CO2
选D。
由图示可知,X是水光解的产物,除去图中标出的ATP和NADPH之外,X应为O2;
Y从叶绿体外进入,并参与到碳反应中去,Y应为CO2,D正确。
5.(2011·
江苏学考,2分)光合作用和呼吸作用的原理在生产中具有广泛的应用。
A.长期施用化肥比施用农家肥更有利于作物生长
B.合理密植有利于改善田间CO2浓度和光能利用率
C.降低温度、保持干燥不利于植物种子安全储藏
D.给稻田定期排水、晒田的主要目的是抑制水稻生长
农家肥分解产生更多CO2,更有利于作物生长,A错误;
合理密植有利于改善田间CO2浓度和光能利用率,B正确;
降低温度、保持干燥有利于植物种子安全储藏,C错误;
给稻田定期排水、晒田的主要目的是增加需氧呼吸,促进水稻生长,D错误。
6.(2014·
浙江7月学考)图甲是菠菜叶肉细胞中的叶绿体亚显微结构示意图,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示不同的部位;
图乙是光合作用的碳反应过程示意图,其中①②表示物质。
请回答下列问题:
(1)利用新鲜菠菜叶片进行“光合色素的提取和分离”活动。
在菠菜叶片研磨过程中,加入95%乙醇的作用是______________;
分离色素的过程中,应注意滤纸上的滤液细线要高于__________的液面;
分离后,在滤纸条上会呈现四条色素带,其中离滤液细线最远的色素带是__________(填相应的色素名称)。
(2)光合色素存在于图甲的[ ]______中,其中叶绿素主要吸收红光和________光。
图乙过程发生在图甲的[ ]__________中。
(在[ ]内填写图中的相应编号)
(3)图乙中,物质①是__________,该物质在光反应产物__________的作用下形成物质②。
若3个CO2分子进入卡尔文循环可形成6个物质②分子,其中有______个物质②分子经过一系列变化再生成RuBP,其余的离开循环,可在叶绿体内作为合成_______、蛋白质和脂质等大分子物质的原料。
(1)在提取菠菜叶片色素过程中,加入95%乙醇的作用是溶解色素;
分离色素的过程中,应注意滤纸上的滤液细线要高于层析液的液面;
分离后,在滤纸条上会呈现四条色素带,从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。
(2)光合色素存在于图甲的光合膜中;
其中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光;
图乙过程是光合作用碳反应过程,发生在图甲的叶绿体基质中。
(3)图乙中,物质①由RuBP和CO2形成,为三碳酸(3磷酸甘油酸),在ATP和NADPH作用下形成物质②三碳糖;
6个三碳糖分子有5个经过一系列变化再生成RuBP,1个离开循环,在叶绿体内作为合成淀粉、蛋白质、脂质等大分子物质的原料。
答案:
(1)作为提取色素的溶剂 层析液 胡萝卜素
(2)Ⅲ 光合膜 蓝紫 Ⅱ 叶绿体基质
(3)3磷酸甘油酸 ATP和NADPH 5 淀粉
[冲刺高中选考]
7.(2014·
高考新课标全国卷Ⅰ)正常生长的绿藻,照光培养一段时间后,用黑布迅速将培养瓶罩上,此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是( )
A.O2的产生停止
B.CO2的固定加快
C.ATP/ADP比值下降
D.NADPH/NADP+比值下降
正常生长的绿藻,照光培养一段时间,说明绿藻可以正常进行光合作用,用黑布遮光后,改变了绿藻光合作用的条件,此时光合作用的光反应停止,光反应的产物O2、ATP和NADPH停止产生,所以A、C、D项所叙述现象会发生;
光照停止,碳反应中C3还原受影响,RuBP减少,CO2的固定减慢,B项所叙述现象不会发生。
8.
右图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置。
A.应向培养皿中倒入层析液
B.应将滤液滴在a处,而不能滴在b处
C.实验结果应是得到四个不同颜色的同心圆
D.实验得到的若干个同心圆中,最小的一个圆呈蓝绿色
该实验将长形滤纸条换成圆形,点样在a处,培养皿中倒入层析液,实验结果应是得到四个不同颜色的同心圆,由外到内依次是橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色。
9.关于叶绿体色素在光合作用过程中作用的描述,不正确的是( )
A.叶绿体中的色素与ATP的合成有关
B.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度最大的是叶绿素a
C.叶绿体中的色素与O2和NADPH的形成有关
D.叶绿体中的色素能吸收和传递光能
叶绿体中的色素在层析液中的溶解度最大的是胡萝卜素。
光反应过程与色素有关。
10.光合作用的产物中,氧气、葡萄糖中的碳、葡萄糖中的氢、葡萄糖中的氧依次来自于( )
①二氧化碳 ②气孔直接吸收 ③水的光解 ④叶绿素的分解
A.①②④③B.③①②④
C.③①③①D.①③①③
光合作用所用的原料是CO2和水,CO2中的碳和氧气进入产物葡萄糖中,H2O中的氢进入产物葡萄糖中,H2O中的氧进入产物氧气中。
11.某生物兴趣小组将一枝伊乐藻浸在加有适宜培养液的大试管中,以白炽灯作为
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