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新课标2023版高考生物一轮总复习第三单元细胞的能量供应和利用第3讲光合作用与能量转化课件
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这是一份新课标2023版高考生物一轮总复习第三单元细胞的能量供应和利用第3讲光合作用与能量转化课件，共53页。PPT课件主要包含了无水乙醇，研磨充分和保护色素，乙醇挥发和色素氧化，3实验结果及分析，2色素的吸收光谱，可见光，红光和蓝紫光，蓝紫光，答案B，ATP等内容，欢迎下载使用。
1．光合作用是自然界中唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。( )2．色素在层析液中溶解度不同，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得快。( )3．叶绿体内众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。( )4．希尔实验证明了水的光解和糖的合成不是同一个化学反应。( )5．C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。( )6．光合作用需要众多酶参与，因此影响酶活性的因素，也会影响光合作用。( )
系统学习(一) 捕获光能的色素和结构(固基点) 主干知识·记准理清1．绿叶中色素的提取和分离实验(1)实验原理
(2)实验注意事项及原因分析
色素直接溶解到层析液中
2．叶绿体的结构及其中的色素(1)光合作用的结构——叶绿体
—————————■链教材资料·发展科学思维■—————————(必修1 P97“问题探讨”分析)生产上，用何种颜色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？阴天时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？提示：无色，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高。阴天时，应选择发红光和蓝紫光的照明灯。
题点考法·练全练通考法(一) 考查光合色素的种类与功能1．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，但需要利用光反应阶段形成的NADPH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。
2．高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。如图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是 ( )A．图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上B．利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端C．植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光D．弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
解析：图中①叶绿素b，②叶绿素a主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；利用纸层析法分离色素时，①叶绿素b应位于滤纸条的最下端，B错误；植物叶片呈现绿色是由于①②含量较多且吸收绿光最少，叶片透射光下呈绿色，C错误；在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境，可知弱光下①叶绿素b的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。答案：D
[归纳拓展] 色素与叶片的颜色
考法(二) 考查绿叶中色素的提取和分离实验3．为研究光合色素提取实验中二氧化硅颗粒大小(目值越大，表示颗粒越细)对叶绿素提取量的影响，某研究小组利用新鲜的菠菜叶片进行了一系列的色素提取与定量测定实验，实验结果如下表。下列有关叙述错误的是 ( )A.提取色素利用的原理是光合色素易溶于有机溶剂B．加入二氧化硅对叶绿素a和叶绿素b的提取均有益C．据表可知，用50目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量最多D．若叶片研磨过程中未加入碳酸钙，则表中数据均减小
解析：由表中数据可知，加入二氧化硅后，叶绿素a的含量增加，而叶绿素b的含量减少，所以加入二氧化硅对叶绿素b的提取无益，对叶绿素a的提取有益，B错误。答案：B
4．如图1所示为某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行相关实验的流程，请分析回答下列问题：(1)提取色素时为了研磨充分应加入____________，纸层析法分离色素的原理是_______________________________________________________________。(2)纸层析法分离色素的“结果①”如图2所示，其中共有的色素带的颜色是____________，据此能得出的结论是________________________________。
(3)将刚制备的等量的韭菜和韭黄的色素滤液放在阳光与三棱镜之间，“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在______(填“蓝紫”或“红”)光区域。将制得的韭菜色素滤液放在强光下曝光1～2 h，再重复上述实验，其结果与韭黄色素滤液的实验结果基本一致，其原因是__________________________。(4)一分子叶绿素中含有一个Mg2＋(可被H＋、Cu2＋等置换)。将韭菜色素滤液用质量分数为5%的HCl溶液处理一段时间后，其颜色与研磨过程中未加入________时的颜色相似。
解析：(1)为了使研磨充分，一般要加入二氧化硅。色素在层析液中的溶解度不同，因此在滤纸条上的扩散速度不同，从而可利用纸层析法达到分离色素的目的。(2)用滤液作实验材料，通过纸层析法分离色素，滤纸条上从上到下形成四条色素带，依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。图2“结果①”中共有的两条色素带是橙黄色的胡萝卜素和黄色的叶黄素。韭黄在避光条件下生长，其色素滤液经纸层析法分离后没有叶绿素a和叶绿素b的色素带，因此可推知叶绿素的形成需要光照。(3)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，因此“结果②”吸收光谱差异最明显的是红光区域。叶绿素化学性质不稳定，在强光下易分解。(4)在研磨时加入碳酸钙可防止研磨过程中酸破坏叶绿素。答案：(1)二氧化硅(或SiO2) 色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快，反之则慢 (2)橙黄色、黄色 叶绿素的形成需要光 (3)红 叶绿素不稳定，在强光下易分解 (4)碳酸钙(或CaCO3)
[归纳拓展] 色素的提取和分离实验中的异常现象分析
系统学习(二) 光合作用的原理和应用(释疑点) 基础知识·全面掌握1．探索光合作用原理的部分实验
图中：①_________，②______，③_________，④____，⑤________。
3．光反应与暗反应的比较
酶、NADPH、ATP等
——————————■链教材资料·发展科学思维■————————1.(必修1 P100～101“思考·讨论”)右图是光合作用探究历程中恩格尔曼的实验示意图，请分析：(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？提示：选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位。(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是什么？提示：排除氧气和极细光束外的其他光的干扰。
2．(必修1 P104正文拓展)光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30 s的时间，放射性代谢产物多达几十种，缩短时间到7 s，发现放射性代谢产物减少到12种。如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是_______________________________________________________________________________________。提示：不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物。
重难盲点·讲练疏通———————微点释解(一) 光合作用的过程与相关变化—————1．明确光反应与暗反应的联系(1)光反应为暗反应提供NADPH、ATP，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋。(2)没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。(3)光反应产生的ATP只用于C3的还原，不用于植物体的其他生命活动。(4)C3还原消耗的能量不只来自ATP，还可由NADPH提供。
2．光合作用反应式及元素去向分析
[典例1] 如图所示为叶肉细胞中叶绿体进行光合作用的过程，A、B代表物质。下列叙述错误的是( )A．叶绿体能将光能转变为化学能储存在有机物中B．①上产生的B物质移动到②上参与C3的还原C．②中产生的NADP＋移动到①上参与H2O的光解D．①上产生的A物质可用于CO2的固定和C3的还原
[解析] 叶肉细胞光合作用的场所是叶绿体，叶绿体通过光合作用将光能转变为化学能储存在有机物中，A正确；①类囊体薄膜上产生的B物质NADPH移动到②叶绿体基质中，参与C3的还原，形成糖类等有机物，B正确；①类囊体薄膜上产生的A物质ATP可用于C3的还原，而CO2的固定不需要消耗能量，D错误。[答案] D
[易错点拨] 有关光合作用的几点提醒(1)光合作用水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。 (2)在暗反应中NADPH既作为还原剂，也能为C3的还原提供能量。(3)光反应产生的ATP用于C3的还原，不用于其他生命活动。
[对点练习]1．植物接受过多光照会对叶绿体造成损害，因此植物需要“非光化学猝灭”(NPQ)的机制来保护自身，在NPQ的作用下多余的光能会以热能的形式散失。该机制的启动和关闭特点如下图所示。下列叙述错误的是 ( )A．NPQ直接作用于光合作用中的光反应阶段B．状态②时通过NPQ避免叶绿体受创C．叶绿体中ATP的合成量下降可能导致NPQ机制关闭D．状态③NPQ机制缓慢关闭过程中ATP的合成量升高
解析：由题中信息“在NPQ的作用下多余的光能会以热能的形式散失”，可以得出NPQ直接作用于光合作用中的光反应阶段，A正确；植物接受过多光照会对叶绿体造成损害，因此植物需要“非光化学淬灭”(NPQ)的机制来保护自身，状态②时通过NPQ避免叶绿体受创，B正确；叶绿体中ATP的合成量下降，光反应减弱，色素需要吸收的光能减少，可能导致NPQ机制关闭，C正确；由于NPQ机制关闭过程缓慢，导致色素吸收的光能减少，光反应减弱，导致类囊体内NADPH浓度下降，导致ATP的合成量也下降，D错误。答案：D
2．(2020·山东高考)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是______________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将________(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是_____________________________________________________。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是_________________________________________。(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是________________________________________________________________________________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
解析：(1)根据题图可知，模块1利用太阳能发电装置将吸收的光能转换为电能，模块2利用电能电解H2O生成H＋和O2，并发生能量转换过程。该系统中的模块1和模块2执行相当于叶绿体中光反应功能。模块3将大气中的CO2转换为糖类，相当于光合作用的暗反应。暗反应中CO2和C5结合生成C3，C3在光反应提供的NADPH和ATP的作用下被还原，随后经过一系列反应形成糖类和C5，故该系统中模块3中的甲为五碳化合物(C5)，乙为三碳化合物(C3)。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则CO2浓度突然降低，CO2的固定受阻，而三碳化合物(C3)的还原短时间内仍正常进行，因此短时间内会导致三碳化合物(C3)含量减少。暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若该系统气泵停转时间较长，则模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足，从而导致模块2中的能量转换效率发生改变。(3)植物中糖类的积累量＝光合作用合成糖类的量－细胞呼吸消耗糖类的量。与植物相比，人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类，所以在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量高于植物。(4)干旱条件下，土壤含水量低，导致植物叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少，因而光合作用速率降低。
答案：(1)模块1和模块2 五碳化合物(或C5)(2)减少 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足 (3)高于 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类) (4)叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少
———微点释解(二) 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析———1．“过程法”分析各物质变化下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
2．“模型法”表示C3、C5等物质的含量变化注：C3的起始值高于C5，约是其2倍
[典例2] (2022·锦州质检)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，下列说法正确的是 ( )A．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值减小B．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加C．突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5比值减小D．突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减小[解析] 突然中断CO2供应导致CO2的固定速率降低，叶绿体中C5含量增加、C3含量减少，进而使ATP和NADPH含量增多，所以C5/C3比值增加，ATP/ADP比值增加，A错误，B正确；突然将红光改变为绿光后光能利用率降低，ATP和NADPH含量减少，进而使C3含量增多、C5含量减少，C3/C5比值增加，C错误；突然将绿光改变为红光后光能利用率提高，ATP和NADPH含量增加，ATP/ADP比值增加，D错误。
[规律方法] 连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析(1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。(2)在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。
[对点练习]3.如图所示某阳生植物细胞在夏季晴天某一天内，光合作用过程中C3、C5的数量变化。若第二天中午天气由光照强烈转向阴天时，叶绿体中C3含量的变化、C5含量的变化分别相当于曲线中的 ( )A．c→d段(X)，b→c段(Y) B．d→e段(X)，d→e段(Y)C．d→e段(Y)，c→d段(X) D．b→c段(Y)，b→c段(X)解析：由光照强烈转向阴天时，光反应提供的ATP、NADPH减少，导致C3还原减弱，故叶绿体中C3含量增多，相当于曲线中d→e段(X)；但CO2的固定仍在进行，故C5含量减少，相当于曲线中d→e段(Y)，B正确。答案：B
4.如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是 ( )A．图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATPB．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度C．Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累D．Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低解析：根据题意和题图可知，物质甲是C5，物质乙是C3，CO2的固定不消耗ATP，A错误；Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度，导致C3含量下降，C5含量增多，条件改变影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低，B、C错误，D正确。
系统学习(三) 影响光合作用的因素分析(强化点)(一)内部因素1．植物自身的遗传特性(如植物品种不同)以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。2．植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
(二)外部因素1．CO2浓度
(三)探究光照强度对光合作用强度的影响2．实验装置分析(1)自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。(2)盛水玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。(3)因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的圆形小叶片上浮的数量或浮起相同数量的叶片所用时间的长短来衡量光合作用的强弱。
[针对训练]1．如图为在不同光照强度下测定的甲、乙两种植物的光合作用强度变化曲线。下列说法正确的是 ( )A．在连续阴雨的环境中，生长受到影响较大的是植物甲B．光照强度为M时，植物乙的光合速率高于植物甲C．光照强度大于500 lx时，植物乙对光能的利用率比植物甲高D．光照强度大于1 000 lx时，限制植物乙光合速率的环境因素是光照强度
解析：据题图分析可知，植物甲对光能的利用率高，需要较强的光照，植物乙在光照较弱的条件下光合作用强度较大，故生长受阴雨天气影响较大的是植物甲，A正确；光照强度为M时，两种植物的净光合速率相等，但植物甲的呼吸速率大于植物乙，故植物甲的光合速率(呼吸速率＋净光合速率)高于植物乙，B错误；据图分析可知，光照强度大于500 lx时，植物乙CO2吸收量较甲低，故植物乙对光能的利用率比植物甲低，C错误；在1 000 lx之前，植物乙的光合速率已不再随光照强度增大而增加，故当光照强度大于1 000 lx时，限制植物乙光合速率的环境因素不再是光照强度，D错误。答案：A
2．为研究环境因素对某植株光合作用的影响，进行了相关实验结果如下图所示。据图分析下列叙述正确的是( )A．轻度遮阴、CO2浓度0.03%条件下，该植株的CO2固定速率随温度升高而减小B．本实验中该植株光合作用最适的一组是“全光照、CO2浓度1%、30 ℃”C．轻度遮阴、CO2浓度0.03%、20 ℃条件下该植株叶肉细胞CO2吸收速率等于0D．全光照、20 ℃条件下该植株在CO2浓度为1%时较浓度为0.03%时产生C3的速率大
解析：在CO2浓度为0.03%、轻度遮阴条件下，在一定范围内植株的CO2固定速率随温度升高而减小，但超过一定范围后随着温度的升高而增大，A错误；曲线纵轴的CO2吸收速率表示净光合速率，而CO2固定速率表示总光合速率，与黑暗条件下的曲线对比，全光照、CO2浓度为1%和35 ℃时，总光合速率最大，B错误；轻度遮阴、CO2浓度0.03%、20 ℃条件下，该植株的净光合速率为0，但由于植株中存在不能进行光合作用的非绿色细胞，因此叶肉细胞的净光合速率大于0，即叶肉细胞的CO2吸收速率大于0，C错误。答案：D
3．为探究CO2浓度和氮肥对小麦产量的影响，某同学通过实验测得小麦单位叶面积的CO2吸收速率，结果如图所示。下列说法错误的是 ( )A．该实验中的温度和光照强度应适宜并且保持一致B．吸收的氮可用于合成NADPH和叶绿素等含氮物质C．适当增大CO2浓度和施加氮肥都有利于小麦增产D．叶绿体中CO2的固定量就是测得的叶片的CO2吸收量解析：叶片的CO2吸收速率代表净光合速率，叶绿体中CO2的固定量代表真正(总)光合速率，真正(总)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，故叶绿体中CO2的固定量不等于测得的叶片的CO2吸收量，D错误。
4．甲图中，P、Q分别为培植于无色透明气球内、质量相等的某植物幼苗，气球可膨胀、收缩；其中Q已死亡。气球内的培养液中均含CO2缓冲液(维持气球内CO2浓度不变)；初始时指针指向正中的位置。乙图为相同时间内测得的灯泡到水面的距离与指针偏转格数的关系曲线，每次实验后指针复位。下列相关叙述，不正确的是( )A．在适宜光照条件下，指针将向右偏转B．该实验的自变量为光照强度，c点的含义为O2释放量最大C．ce段说明随灯泡到水面光距离的增大，O2释放量减少D．f点与a、b、c、d点的指针的偏转方向相同，但数值较小
1．光合作用是自然界中唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。( )2．色素在层析液中溶解度不同，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得快。( )3．叶绿体内众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。( )4．希尔实验证明了水的光解和糖的合成不是同一个化学反应。( )5．C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。( )6．光合作用需要众多酶参与，因此影响酶活性的因素，也会影响光合作用。( )
系统学习(一) 捕获光能的色素和结构(固基点) 主干知识·记准理清1．绿叶中色素的提取和分离实验(1)实验原理
(2)实验注意事项及原因分析
色素直接溶解到层析液中
2．叶绿体的结构及其中的色素(1)光合作用的结构——叶绿体
—————————■链教材资料·发展科学思维■—————————(必修1 P97“问题探讨”分析)生产上，用何种颜色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？阴天时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？提示：无色，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高。阴天时，应选择发红光和蓝紫光的照明灯。
题点考法·练全练通考法(一) 考查光合色素的种类与功能1．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，但需要利用光反应阶段形成的NADPH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。
2．高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。如图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是 ( )A．图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上B．利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端C．植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光D．弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
解析：图中①叶绿素b，②叶绿素a主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；利用纸层析法分离色素时，①叶绿素b应位于滤纸条的最下端，B错误；植物叶片呈现绿色是由于①②含量较多且吸收绿光最少，叶片透射光下呈绿色，C错误；在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境，可知弱光下①叶绿素b的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。答案：D
[归纳拓展] 色素与叶片的颜色
考法(二) 考查绿叶中色素的提取和分离实验3．为研究光合色素提取实验中二氧化硅颗粒大小(目值越大，表示颗粒越细)对叶绿素提取量的影响，某研究小组利用新鲜的菠菜叶片进行了一系列的色素提取与定量测定实验，实验结果如下表。下列有关叙述错误的是 ( )A.提取色素利用的原理是光合色素易溶于有机溶剂B．加入二氧化硅对叶绿素a和叶绿素b的提取均有益C．据表可知，用50目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量最多D．若叶片研磨过程中未加入碳酸钙，则表中数据均减小
解析：由表中数据可知，加入二氧化硅后，叶绿素a的含量增加，而叶绿素b的含量减少，所以加入二氧化硅对叶绿素b的提取无益，对叶绿素a的提取有益，B错误。答案：B
4．如图1所示为某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行相关实验的流程，请分析回答下列问题：(1)提取色素时为了研磨充分应加入____________，纸层析法分离色素的原理是_______________________________________________________________。(2)纸层析法分离色素的“结果①”如图2所示，其中共有的色素带的颜色是____________，据此能得出的结论是________________________________。
(3)将刚制备的等量的韭菜和韭黄的色素滤液放在阳光与三棱镜之间，“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在______(填“蓝紫”或“红”)光区域。将制得的韭菜色素滤液放在强光下曝光1～2 h，再重复上述实验，其结果与韭黄色素滤液的实验结果基本一致，其原因是__________________________。(4)一分子叶绿素中含有一个Mg2＋(可被H＋、Cu2＋等置换)。将韭菜色素滤液用质量分数为5%的HCl溶液处理一段时间后，其颜色与研磨过程中未加入________时的颜色相似。
解析：(1)为了使研磨充分，一般要加入二氧化硅。色素在层析液中的溶解度不同，因此在滤纸条上的扩散速度不同，从而可利用纸层析法达到分离色素的目的。(2)用滤液作实验材料，通过纸层析法分离色素，滤纸条上从上到下形成四条色素带，依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。图2“结果①”中共有的两条色素带是橙黄色的胡萝卜素和黄色的叶黄素。韭黄在避光条件下生长，其色素滤液经纸层析法分离后没有叶绿素a和叶绿素b的色素带，因此可推知叶绿素的形成需要光照。(3)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，因此“结果②”吸收光谱差异最明显的是红光区域。叶绿素化学性质不稳定，在强光下易分解。(4)在研磨时加入碳酸钙可防止研磨过程中酸破坏叶绿素。答案：(1)二氧化硅(或SiO2) 色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快，反之则慢 (2)橙黄色、黄色 叶绿素的形成需要光 (3)红 叶绿素不稳定，在强光下易分解 (4)碳酸钙(或CaCO3)
[归纳拓展] 色素的提取和分离实验中的异常现象分析
系统学习(二) 光合作用的原理和应用(释疑点) 基础知识·全面掌握1．探索光合作用原理的部分实验
图中：①_________，②______，③_________，④____，⑤________。
3．光反应与暗反应的比较
酶、NADPH、ATP等
——————————■链教材资料·发展科学思维■————————1.(必修1 P100～101“思考·讨论”)右图是光合作用探究历程中恩格尔曼的实验示意图，请分析：(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？提示：选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位。(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是什么？提示：排除氧气和极细光束外的其他光的干扰。
2．(必修1 P104正文拓展)光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30 s的时间，放射性代谢产物多达几十种，缩短时间到7 s，发现放射性代谢产物减少到12种。如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是_______________________________________________________________________________________。提示：不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物。
重难盲点·讲练疏通———————微点释解(一) 光合作用的过程与相关变化—————1．明确光反应与暗反应的联系(1)光反应为暗反应提供NADPH、ATP，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋。(2)没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。(3)光反应产生的ATP只用于C3的还原，不用于植物体的其他生命活动。(4)C3还原消耗的能量不只来自ATP，还可由NADPH提供。
2．光合作用反应式及元素去向分析
[典例1] 如图所示为叶肉细胞中叶绿体进行光合作用的过程，A、B代表物质。下列叙述错误的是( )A．叶绿体能将光能转变为化学能储存在有机物中B．①上产生的B物质移动到②上参与C3的还原C．②中产生的NADP＋移动到①上参与H2O的光解D．①上产生的A物质可用于CO2的固定和C3的还原
[解析] 叶肉细胞光合作用的场所是叶绿体，叶绿体通过光合作用将光能转变为化学能储存在有机物中，A正确；①类囊体薄膜上产生的B物质NADPH移动到②叶绿体基质中，参与C3的还原，形成糖类等有机物，B正确；①类囊体薄膜上产生的A物质ATP可用于C3的还原，而CO2的固定不需要消耗能量，D错误。[答案] D
[易错点拨] 有关光合作用的几点提醒(1)光合作用水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。 (2)在暗反应中NADPH既作为还原剂，也能为C3的还原提供能量。(3)光反应产生的ATP用于C3的还原，不用于其他生命活动。
[对点练习]1．植物接受过多光照会对叶绿体造成损害，因此植物需要“非光化学猝灭”(NPQ)的机制来保护自身，在NPQ的作用下多余的光能会以热能的形式散失。该机制的启动和关闭特点如下图所示。下列叙述错误的是 ( )A．NPQ直接作用于光合作用中的光反应阶段B．状态②时通过NPQ避免叶绿体受创C．叶绿体中ATP的合成量下降可能导致NPQ机制关闭D．状态③NPQ机制缓慢关闭过程中ATP的合成量升高
解析：由题中信息“在NPQ的作用下多余的光能会以热能的形式散失”，可以得出NPQ直接作用于光合作用中的光反应阶段，A正确；植物接受过多光照会对叶绿体造成损害，因此植物需要“非光化学淬灭”(NPQ)的机制来保护自身，状态②时通过NPQ避免叶绿体受创，B正确；叶绿体中ATP的合成量下降，光反应减弱，色素需要吸收的光能减少，可能导致NPQ机制关闭，C正确；由于NPQ机制关闭过程缓慢，导致色素吸收的光能减少，光反应减弱，导致类囊体内NADPH浓度下降，导致ATP的合成量也下降，D错误。答案：D
2．(2020·山东高考)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是______________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将________(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是_____________________________________________________。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是_________________________________________。(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是________________________________________________________________________________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
解析：(1)根据题图可知，模块1利用太阳能发电装置将吸收的光能转换为电能，模块2利用电能电解H2O生成H＋和O2，并发生能量转换过程。该系统中的模块1和模块2执行相当于叶绿体中光反应功能。模块3将大气中的CO2转换为糖类，相当于光合作用的暗反应。暗反应中CO2和C5结合生成C3，C3在光反应提供的NADPH和ATP的作用下被还原，随后经过一系列反应形成糖类和C5，故该系统中模块3中的甲为五碳化合物(C5)，乙为三碳化合物(C3)。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则CO2浓度突然降低，CO2的固定受阻，而三碳化合物(C3)的还原短时间内仍正常进行，因此短时间内会导致三碳化合物(C3)含量减少。暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若该系统气泵停转时间较长，则模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足，从而导致模块2中的能量转换效率发生改变。(3)植物中糖类的积累量＝光合作用合成糖类的量－细胞呼吸消耗糖类的量。与植物相比，人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类，所以在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量高于植物。(4)干旱条件下，土壤含水量低，导致植物叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少，因而光合作用速率降低。
答案：(1)模块1和模块2 五碳化合物(或C5)(2)减少 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足 (3)高于 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类) (4)叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少
———微点释解(二) 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析———1．“过程法”分析各物质变化下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
2．“模型法”表示C3、C5等物质的含量变化注：C3的起始值高于C5，约是其2倍
[典例2] (2022·锦州质检)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，下列说法正确的是 ( )A．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值减小B．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加C．突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5比值减小D．突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减小[解析] 突然中断CO2供应导致CO2的固定速率降低，叶绿体中C5含量增加、C3含量减少，进而使ATP和NADPH含量增多，所以C5/C3比值增加，ATP/ADP比值增加，A错误，B正确；突然将红光改变为绿光后光能利用率降低，ATP和NADPH含量减少，进而使C3含量增多、C5含量减少，C3/C5比值增加，C错误；突然将绿光改变为红光后光能利用率提高，ATP和NADPH含量增加，ATP/ADP比值增加，D错误。
[规律方法] 连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析(1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。(2)在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。
[对点练习]3.如图所示某阳生植物细胞在夏季晴天某一天内，光合作用过程中C3、C5的数量变化。若第二天中午天气由光照强烈转向阴天时，叶绿体中C3含量的变化、C5含量的变化分别相当于曲线中的 ( )A．c→d段(X)，b→c段(Y) B．d→e段(X)，d→e段(Y)C．d→e段(Y)，c→d段(X) D．b→c段(Y)，b→c段(X)解析：由光照强烈转向阴天时，光反应提供的ATP、NADPH减少，导致C3还原减弱，故叶绿体中C3含量增多，相当于曲线中d→e段(X)；但CO2的固定仍在进行，故C5含量减少，相当于曲线中d→e段(Y)，B正确。答案：B
4.如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是 ( )A．图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATPB．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度C．Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累D．Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低解析：根据题意和题图可知，物质甲是C5，物质乙是C3，CO2的固定不消耗ATP，A错误；Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度，导致C3含量下降，C5含量增多，条件改变影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低，B、C错误，D正确。
系统学习(三) 影响光合作用的因素分析(强化点)(一)内部因素1．植物自身的遗传特性(如植物品种不同)以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。2．植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
(二)外部因素1．CO2浓度
(三)探究光照强度对光合作用强度的影响2．实验装置分析(1)自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。(2)盛水玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。(3)因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的圆形小叶片上浮的数量或浮起相同数量的叶片所用时间的长短来衡量光合作用的强弱。
[针对训练]1．如图为在不同光照强度下测定的甲、乙两种植物的光合作用强度变化曲线。下列说法正确的是 ( )A．在连续阴雨的环境中，生长受到影响较大的是植物甲B．光照强度为M时，植物乙的光合速率高于植物甲C．光照强度大于500 lx时，植物乙对光能的利用率比植物甲高D．光照强度大于1 000 lx时，限制植物乙光合速率的环境因素是光照强度
解析：据题图分析可知，植物甲对光能的利用率高，需要较强的光照，植物乙在光照较弱的条件下光合作用强度较大，故生长受阴雨天气影响较大的是植物甲，A正确；光照强度为M时，两种植物的净光合速率相等，但植物甲的呼吸速率大于植物乙，故植物甲的光合速率(呼吸速率＋净光合速率)高于植物乙，B错误；据图分析可知，光照强度大于500 lx时，植物乙CO2吸收量较甲低，故植物乙对光能的利用率比植物甲低，C错误；在1 000 lx之前，植物乙的光合速率已不再随光照强度增大而增加，故当光照强度大于1 000 lx时，限制植物乙光合速率的环境因素不再是光照强度，D错误。答案：A
2．为研究环境因素对某植株光合作用的影响，进行了相关实验结果如下图所示。据图分析下列叙述正确的是( )A．轻度遮阴、CO2浓度0.03%条件下，该植株的CO2固定速率随温度升高而减小B．本实验中该植株光合作用最适的一组是“全光照、CO2浓度1%、30 ℃”C．轻度遮阴、CO2浓度0.03%、20 ℃条件下该植株叶肉细胞CO2吸收速率等于0D．全光照、20 ℃条件下该植株在CO2浓度为1%时较浓度为0.03%时产生C3的速率大
解析：在CO2浓度为0.03%、轻度遮阴条件下，在一定范围内植株的CO2固定速率随温度升高而减小，但超过一定范围后随着温度的升高而增大，A错误；曲线纵轴的CO2吸收速率表示净光合速率，而CO2固定速率表示总光合速率，与黑暗条件下的曲线对比，全光照、CO2浓度为1%和35 ℃时，总光合速率最大，B错误；轻度遮阴、CO2浓度0.03%、20 ℃条件下，该植株的净光合速率为0，但由于植株中存在不能进行光合作用的非绿色细胞，因此叶肉细胞的净光合速率大于0，即叶肉细胞的CO2吸收速率大于0，C错误。答案：D
3．为探究CO2浓度和氮肥对小麦产量的影响，某同学通过实验测得小麦单位叶面积的CO2吸收速率，结果如图所示。下列说法错误的是 ( )A．该实验中的温度和光照强度应适宜并且保持一致B．吸收的氮可用于合成NADPH和叶绿素等含氮物质C．适当增大CO2浓度和施加氮肥都有利于小麦增产D．叶绿体中CO2的固定量就是测得的叶片的CO2吸收量解析：叶片的CO2吸收速率代表净光合速率，叶绿体中CO2的固定量代表真正(总)光合速率，真正(总)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，故叶绿体中CO2的固定量不等于测得的叶片的CO2吸收量，D错误。
4．甲图中，P、Q分别为培植于无色透明气球内、质量相等的某植物幼苗，气球可膨胀、收缩；其中Q已死亡。气球内的培养液中均含CO2缓冲液(维持气球内CO2浓度不变)；初始时指针指向正中的位置。乙图为相同时间内测得的灯泡到水面的距离与指针偏转格数的关系曲线，每次实验后指针复位。下列相关叙述，不正确的是( )A．在适宜光照条件下，指针将向右偏转B．该实验的自变量为光照强度，c点的含义为O2释放量最大C．ce段说明随灯泡到水面光距离的增大，O2释放量减少D．f点与a、b、c、d点的指针的偏转方向相同，但数值较小
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