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备战2025届新高考生物一轮总复习第3单元细胞的代谢第13讲光合作用的色素和原理课件
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这是一份备战2025届新高考生物一轮总复习第3单元细胞的代谢第13讲光合作用的色素和原理课件，共53页。PPT课件主要包含了素养目标，有机溶剂无水乙醇，无水乙醇，溶解度，溶解度高，层析液，2实验步骤，防止色素被破坏，研磨充分，扩散均匀等内容，欢迎下载使用。
考点一 捕获光能的色素和结构
1.绿叶中色素的提取和分离(1)实验原理
2.叶绿体的结构及其中的色素(1)叶绿体的结构适于进行光合作用
(2)叶绿体中色素的吸收光谱
教材深挖[必修1第98页“探究·实践”]分离叶绿体中的色素,也可用如图所示的方法,即在圆心处滴加适量滤液,待干燥后再滴加适量层析液进行层析,结果会出现不同颜色的4个同心圆,请写出①~④依次对应的色素及颜色。① ,② , ③ ,④ 。
胡萝卜素、橙黄色 叶黄素、黄色 叶绿素a、蓝绿色 叶绿素b、黄绿色
链高考·前挂后连(1)纸层析法分离叶绿体色素时,以多种有机溶剂的混合物作为层析液。[2021·河北卷]( )(2)探究黑藻叶片中光合色素的种类时,可用无水乙醇作提取液。[2020·山东卷]( )(3)提取光合色素的实验中,研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素。[2019·江苏卷]( )(4)红光照射时,胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a。[2019·海南卷]( )
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1~2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。
练思维·考教衔接[根据必修1第99页叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱情境设计]如图为叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱(暗带部分表示被吸收的光线),思考回答下列问题。
(1)从叶绿素吸收光谱图可知:叶绿素a在红光部分的吸收带较叶绿素b偏向 (填“长”或“短”)波方面,且吸收光谱带比叶绿素b宽,叶绿素b在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶绿素a (填“宽”或“窄”)。 (2)研究表明:在漫射光环境中(比如荫蔽条件下),光线以较短波长的光占优势。请预测:和上层叶片相比,同一植物底层叶片中,叶绿素a/b ,弱光下的吸收能力 ,有利于提高植株的捕光能力,是对弱光环境的一种适应。
考向一 结合色素的提取和分离实验,考查科学思维与探究1.(2024·湖北襄阳联考)下图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行的实验流程,相关叙述错误的是( )A.两组实验的结果①中共有色素带的颜色是黄色和橙黄色B.两组实验的结果②中吸收光谱最明显的差异出现在蓝紫光区域C.纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中溶解度不同D.在做提取韭黄色素的实验时,不加碳酸钙对滤液颜色的影响不大
解析 韭菜色素滤液分离出橙黄色、黄色、蓝绿色和黄绿色四种色素,而韭黄色素滤液只能分离出橙黄色和黄色,因此两组实验的结果①中共有色素带的颜色是黄色和橙黄色,A项正确;两组实验的结果②中吸收光谱最明显的差异是红光区域,B项错误;纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中溶解度不同,溶解度大的随层析液在滤纸上的扩散速度快,C项正确;研磨时加碳酸钙主要是防止叶绿素分子被破坏,韭黄中不含叶绿素,因此不加碳酸钙对滤液颜色的影响不大,D项正确。
2.如图是某同学用无水乙醇分别提取正常光照和强光照下某种植物等量叶片中的光合色素,然后用层析液进行纸层析得到的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列相关叙述正确的是( )A.实验研磨操作中若加入的二氧化硅或碳酸钙过少,都会导致色素条带颜色变深B.实验中对研磨液过滤时,采用滤纸过滤,实验效果更好C.色素分离过程中如果滤液细线触及层析液,会缩短四条色素带间的距离D.与正常光照下相比,该植物强光照下叶片会发黄
解析 实验研磨操作中若加入的二氧化硅(研磨充分)或碳酸钙(保护叶绿素)过少,都会导致色素条带颜色变浅,A项错误;实验中对研磨液过滤时,采用滤纸过滤,会使色素吸附在滤纸上,导致实验失败,B项错误;色素分离过程中如果滤液细线触及层析液,会使色素溶解在层析液中,看不到四条色素带, C项错误。
考向二 围绕光合色素的种类和功能,考查科学思维3.如图为正常绿叶的叶绿素 a的吸收光谱、色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表不同波长下植物的光合作用效率)。由图中信息分析,下列叙述错误的是( )A.色素的吸收光谱可以通过测量对不同波长光的吸收值来绘制,作用光谱可以通过测量不同波长相应的O2释放量来绘制B.总吸收光谱与叶绿素 a吸收光谱曲线不吻合,说明绿叶中还含有其他吸收光能的色素C.总吸收光谱与作用光谱表现出高度一致性,说明绿叶中色素吸收的光能几乎都能用于光合作用D.总吸收光谱与作用光谱在 450~500 nm波长处出现较大差异,说明其他色素对能量的转换效率比叶绿素对能量的转换效率高
解析 绿叶中的类胡萝卜素主要吸收450~500 nm(蓝紫光)波长的光,在可见光的其他波段,总吸收光谱与作用光谱几乎完全重叠,说明叶绿素吸收的光能几乎全部用于光合作用,450~500 nm波长处出现较大差异,说明类胡萝卜素吸收的光能有一部分不能转化成光合作用的能量,进而说明叶绿素比其他色素对能量的转换效率高,D项错误。
考点二 光合作用的原理和基本过程
1.探索光合作用原理的部分实验
2.光合作用的原理 (1)填写图中序号所代表的物质或结构。① ;② ;③ ;④ 。Ⅰ是 ;Ⅱ是 。
O2 NADP+ ADP+Pi C5 光反应 暗反应
(2)光反应与暗反应的比较
ATP和NADPH中活跃的化学能
ADP、Pi、NADP+
3.光合作用和化能合成作用的比较
链高考·前挂后连(1)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。[2021·山东卷]( )(2)在暗反应阶段,CO2不能直接被还原。[2021·湖南卷]( )(3)暗反应中14C的转化途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)。( )(4)卡尔文等探究CO2中碳在光合作用中的转化途径采用了同位素标记法。[2020·江苏卷改编]( )
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)“模型图法”分析各物质变化①光照强度变化:
练思维·考教衔接1.[根据2018北京卷情境设计]在光照下,向离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O,没有CO2),可以释放出氧气。像这样,离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。(1)希尔的实验说明水的光解产生氧气,是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水?
提示 不能。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解,产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰,也并没有直接观察到氧元素的转移。
(2)希尔的实验是否能说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应?
提示 能。希尔反应是在叶绿体离体状况下完成的,因此,水的光解并非必须与糖的合成相关联,暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段,因而可将光合作用划分出光反应和暗反应两个阶段。
2.[根据2023湖南卷、2020江苏卷情境设计]叶绿体是植物进行光合作用的场所。在叶绿体膜上有磷酸转运器,可将磷酸丙糖运出叶绿体用于合成蔗糖,同时将释放的Pi运回叶绿体,如图所示。
(1)图中光反应为暗反应提供的物质D是 ,物质B的去向是进入 和大气中。 (2)研究表明,磷酸转运器工作时,并不会直接改变叶绿体内磷酸丙糖和Pi的总含量,推测磷酸转运器对这两类物质的转运比例为 。 (3)若磷酸转运器的工作效率下降,可能会导致 。
叶绿体内淀粉含量升高、叶肉细胞内蔗糖含量下降,光合速率下降
考向一 围绕光合作用的探究历程,考查科学探究1.科学家往小球藻培养液中通入14CO2后,分别给予小球藻不同时间的光照后检测放射性物质的分布情况,结果如表所示。
根据上述实验结果分析,下列叙述错误的是( )A.本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段B.每组实验照光后需对小球藻进行处理使酶失活,才能测定放射性物质分布C.CO2进入叶绿体后,最初形成的主要物质是多种磷酸化糖类D.实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
解析 据题意可推测本实验研究的是光合作用的暗反应阶段,A项正确;由于某一反应的产物同时是下一个反应的反应物,要想准确测定放射性物质的分布,必须阻断后续的反应,B项正确;CO2进入叶绿体后,最初形成的产物应该是3-磷酸甘油酸,C项错误;第三组实验中放射性物质分布在氨基酸、有机酸等物质中表明光合作用产物中不仅有糖类,还有其他物质,D项正确。
考向二 围绕光合作用的过程,考查生命观念2.如图为大豆叶片光合作用暗反应阶段示意图。下列叙述正确的是( )A.CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能B.CO2可直接被NADPH还原,再经过一系列的变化形成糖类C.被还原的C3在相关酶的催化作用下,可再形成C5D.光照强度由强变弱时,短时间内C5含量会升高
解析 CO2的固定是指CO2与C5反应生成C3,C3的还原实质上是将ATP中的化学能转变为(CH2O)中的化学能,A项错误;C3可接受ATP释放的能量并且被NADPH还原,再经过一系列的变化形成糖类,CO2不能直接被NADPH还原,B项错误;据图分析,被还原的C3在有关酶的催化作用下,可再形成C5,C项正确;光照强度减弱时,ATP和NADPH合成减少,C5生成速率减慢,而短时间内C5的利用速率不变,故短时间内C5含量降低,D项错误。
3.在光合作用中,某种酶能催化CO2+C5→2C3。为测定该酶的活性,某学习小组从菠菜叶中提取该酶,在适宜条件下,用其催化C5与14CO2的反应,并检测产物C3的放射性强度。下列分析错误的是( )A.该酶催化的反应过程为CO2的固定B.该酶存在于菠菜叶肉细胞的叶绿体基质中C.该酶催化的反应需要在黑暗条件下进行D.单位时间内C3的放射性越高说明该酶活性越强
解析 由题意可知,该酶可参与催化暗反应过程中CO2的固定,暗反应过程发生在叶绿体基质中,A、B两项正确;暗反应过程不依赖光照条件,有光无光反应都可进行,C项错误;单位时间内C3生成量的多少可以反映酶活性的大小,因此单位时间内C3的放射性越高说明该酶活性越强,D项正确。
考向三 结合不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析,考查科学思维4.(2024·广东中山统考)下图表示某植物叶片暗反应中C3和C5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.图中物质甲转变成物质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光照强度C.Ⅱ阶段物质甲浓度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 图中物质甲是C5,物质乙是C3。物质甲与CO2结合形成物质乙,该过程只需要酶的催化,不需要消耗ATP,A项错误;植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下,如果Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度,那么C3浓度增加,C5浓度减少,与图形的走势不符合,而如果改变的条件是降低CO2浓度,那么C3浓度减少,C5浓度增加,与图形走势符合,所以Ⅱ阶段改变的条件是降低CO2浓度,B项错误;CO2浓度降低,C5消耗减少,而C3还原正常,所以C5(物质甲)浓度会上升,C项错误;低CO2浓度下的光的饱和点也低,D项正确。
角度1 叶绿体中色素的提取和分离1.(2020·江苏卷)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验,下列叙述错误的是( )A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏C.研磨时添加石英砂有助于色素提取D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散
解析 叶绿体色素能溶解在无水乙醇或丙酮等有机溶剂中,所以可用无水乙醇作为溶剂提取叶绿体色素,A项正确;研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被氧化破坏,B项错误;加入石英砂是为了使研磨更充分,从而使叶绿体中的色素释放出来,C项正确;画滤液细线时应尽量减少样液扩散,防止色素带之间部分重叠,D项正确。
角度2 光合作用的原理和过程2.(2021·重庆卷)如图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析,下列叙述错误的是( )A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用,最少要穿过4层膜B.NADP+与电子(e-)和质子(H+)结合形成NADPHC.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应D.电子(e-)的有序传递是完成光能转换的重要环节
解析 水光解产生O2的场所是叶绿体的类囊体膜上,若被有氧呼吸利用,其场所在线粒体内膜,O2从叶绿体类囊体膜开始,穿过叶绿体2层膜,然后进入同一细胞中的线粒体,经过外膜后就到达了内膜,所以至少要穿过5层膜,A项错误;光反应中NADP+与电子(e-)和质子(H+)结合形成NADPH,提供给暗反应,B项正确;由图可知,产生的ATP可用于暗反应以及核酸代谢、色素合成等其他消耗能量的反应,C项正确;电子(e-)的有序传递是完成光能转换的重要环节,D项正确。
3.(2021·广东卷)在高等植物光合作用的卡尔文循环中,唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisc,下列叙述正确的是( )A.Rubisc存在于细胞质基质中B.激活Rubisc需要黑暗条件C.Rubisc催化CO2固定需要ATPD.Rubisc催化C5和CO2结合
解析 CO2的固定发生于暗反应阶段,场所是叶绿体基质,A项错误;CO2的固定过程在有光和无光条件下都能进行,但Rubisc需要光激活,B项错误;CO2的固定过程需要酶的参与,不需要消耗ATP,C项错误;由题干信息可知,催化CO2固定形成C3的酶是Rubisc,D项正确。
4.(2022·山东卷)强光条件下,植物吸收的光能若超过光合作用的利用量,过剩的光能可导致植物光合作用强度下降,出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制,将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理,如表所示,其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射,实验结果如图所示。
(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收,分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时,随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是 。 (2)强光照射后短时间内,苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加,但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加,可能的原因有 、 (答出2种原因即可);氧气的产生速率继续增加的原因是 。 (3)据图分析,与甲组相比,乙组加入BR后光抑制 (填“增强”或“减弱”);乙组与丙组相比,说明BR可能通过 发挥作用。
NADPH、ATP等的浓度不再增加
光能的吸收速率继续增加,使水的光解速率继续增加
促进光反应关键蛋白的合成
解析 (1)随层析液在滤纸上扩散速度最快的是胡萝卜素,主要吸收蓝紫光。(2)强光照射后短时间内,苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加,可能的原因有NADPH和ATP等的浓度不再增加、CO2的浓度有限等;氧气的产生速率继续增加的原因是强光照射后短时间内,光能的吸收速率继续增加,光反应速率增强,水的光解速率继续增加。(3)与甲组相比,乙组的光合作用较强,说明加入BR后光抑制减弱;与乙组相比,丙组加入可抑制光反应关键蛋白的合成的试剂L,光合作用减弱,说明BR可能通过促进光反应关键蛋白的合成发挥作用。
1.生产上,用何种颜色的塑料薄膜做顶棚产量高?如果阴天或夜间给大棚内的农作物补光呢?提示 无色,因日光中各种颜色的光均能通过,作物光合效率高。补红光和蓝紫光。2.恩格尔曼实验在实验材料的选取上的巧妙之处是 。提示 选择水绵和需氧细菌,水绵的叶绿体呈螺旋式带状,便于观察;用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位
考点一 捕获光能的色素和结构
1.绿叶中色素的提取和分离(1)实验原理
2.叶绿体的结构及其中的色素(1)叶绿体的结构适于进行光合作用
(2)叶绿体中色素的吸收光谱
教材深挖[必修1第98页“探究·实践”]分离叶绿体中的色素,也可用如图所示的方法,即在圆心处滴加适量滤液,待干燥后再滴加适量层析液进行层析,结果会出现不同颜色的4个同心圆,请写出①~④依次对应的色素及颜色。① ,② , ③ ,④ 。
胡萝卜素、橙黄色 叶黄素、黄色 叶绿素a、蓝绿色 叶绿素b、黄绿色
链高考·前挂后连(1)纸层析法分离叶绿体色素时,以多种有机溶剂的混合物作为层析液。[2021·河北卷]( )(2)探究黑藻叶片中光合色素的种类时,可用无水乙醇作提取液。[2020·山东卷]( )(3)提取光合色素的实验中,研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素。[2019·江苏卷]( )(4)红光照射时,胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a。[2019·海南卷]( )
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1~2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。
练思维·考教衔接[根据必修1第99页叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱情境设计]如图为叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱(暗带部分表示被吸收的光线),思考回答下列问题。
(1)从叶绿素吸收光谱图可知:叶绿素a在红光部分的吸收带较叶绿素b偏向 (填“长”或“短”)波方面,且吸收光谱带比叶绿素b宽,叶绿素b在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶绿素a (填“宽”或“窄”)。 (2)研究表明:在漫射光环境中(比如荫蔽条件下),光线以较短波长的光占优势。请预测:和上层叶片相比,同一植物底层叶片中,叶绿素a/b ,弱光下的吸收能力 ,有利于提高植株的捕光能力,是对弱光环境的一种适应。
考向一 结合色素的提取和分离实验,考查科学思维与探究1.(2024·湖北襄阳联考)下图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行的实验流程,相关叙述错误的是( )A.两组实验的结果①中共有色素带的颜色是黄色和橙黄色B.两组实验的结果②中吸收光谱最明显的差异出现在蓝紫光区域C.纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中溶解度不同D.在做提取韭黄色素的实验时,不加碳酸钙对滤液颜色的影响不大
解析 韭菜色素滤液分离出橙黄色、黄色、蓝绿色和黄绿色四种色素,而韭黄色素滤液只能分离出橙黄色和黄色,因此两组实验的结果①中共有色素带的颜色是黄色和橙黄色,A项正确;两组实验的结果②中吸收光谱最明显的差异是红光区域,B项错误;纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中溶解度不同,溶解度大的随层析液在滤纸上的扩散速度快,C项正确;研磨时加碳酸钙主要是防止叶绿素分子被破坏,韭黄中不含叶绿素,因此不加碳酸钙对滤液颜色的影响不大,D项正确。
2.如图是某同学用无水乙醇分别提取正常光照和强光照下某种植物等量叶片中的光合色素,然后用层析液进行纸层析得到的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列相关叙述正确的是( )A.实验研磨操作中若加入的二氧化硅或碳酸钙过少,都会导致色素条带颜色变深B.实验中对研磨液过滤时,采用滤纸过滤,实验效果更好C.色素分离过程中如果滤液细线触及层析液,会缩短四条色素带间的距离D.与正常光照下相比,该植物强光照下叶片会发黄
解析 实验研磨操作中若加入的二氧化硅(研磨充分)或碳酸钙(保护叶绿素)过少,都会导致色素条带颜色变浅,A项错误;实验中对研磨液过滤时,采用滤纸过滤,会使色素吸附在滤纸上,导致实验失败,B项错误;色素分离过程中如果滤液细线触及层析液,会使色素溶解在层析液中,看不到四条色素带, C项错误。
考向二 围绕光合色素的种类和功能,考查科学思维3.如图为正常绿叶的叶绿素 a的吸收光谱、色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表不同波长下植物的光合作用效率)。由图中信息分析,下列叙述错误的是( )A.色素的吸收光谱可以通过测量对不同波长光的吸收值来绘制,作用光谱可以通过测量不同波长相应的O2释放量来绘制B.总吸收光谱与叶绿素 a吸收光谱曲线不吻合,说明绿叶中还含有其他吸收光能的色素C.总吸收光谱与作用光谱表现出高度一致性,说明绿叶中色素吸收的光能几乎都能用于光合作用D.总吸收光谱与作用光谱在 450~500 nm波长处出现较大差异,说明其他色素对能量的转换效率比叶绿素对能量的转换效率高
解析 绿叶中的类胡萝卜素主要吸收450~500 nm(蓝紫光)波长的光,在可见光的其他波段,总吸收光谱与作用光谱几乎完全重叠,说明叶绿素吸收的光能几乎全部用于光合作用,450~500 nm波长处出现较大差异,说明类胡萝卜素吸收的光能有一部分不能转化成光合作用的能量,进而说明叶绿素比其他色素对能量的转换效率高,D项错误。
考点二 光合作用的原理和基本过程
1.探索光合作用原理的部分实验
2.光合作用的原理 (1)填写图中序号所代表的物质或结构。① ;② ;③ ;④ 。Ⅰ是 ;Ⅱ是 。
O2 NADP+ ADP+Pi C5 光反应 暗反应
(2)光反应与暗反应的比较
ATP和NADPH中活跃的化学能
ADP、Pi、NADP+
3.光合作用和化能合成作用的比较
链高考·前挂后连(1)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。[2021·山东卷]( )(2)在暗反应阶段,CO2不能直接被还原。[2021·湖南卷]( )(3)暗反应中14C的转化途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)。( )(4)卡尔文等探究CO2中碳在光合作用中的转化途径采用了同位素标记法。[2020·江苏卷改编]( )
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)“模型图法”分析各物质变化①光照强度变化:
练思维·考教衔接1.[根据2018北京卷情境设计]在光照下,向离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O,没有CO2),可以释放出氧气。像这样,离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。(1)希尔的实验说明水的光解产生氧气,是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水?
提示 不能。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解,产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰,也并没有直接观察到氧元素的转移。
(2)希尔的实验是否能说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应?
提示 能。希尔反应是在叶绿体离体状况下完成的,因此,水的光解并非必须与糖的合成相关联,暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段,因而可将光合作用划分出光反应和暗反应两个阶段。
2.[根据2023湖南卷、2020江苏卷情境设计]叶绿体是植物进行光合作用的场所。在叶绿体膜上有磷酸转运器,可将磷酸丙糖运出叶绿体用于合成蔗糖,同时将释放的Pi运回叶绿体,如图所示。
(1)图中光反应为暗反应提供的物质D是 ,物质B的去向是进入 和大气中。 (2)研究表明,磷酸转运器工作时,并不会直接改变叶绿体内磷酸丙糖和Pi的总含量,推测磷酸转运器对这两类物质的转运比例为 。 (3)若磷酸转运器的工作效率下降,可能会导致 。
叶绿体内淀粉含量升高、叶肉细胞内蔗糖含量下降,光合速率下降
考向一 围绕光合作用的探究历程,考查科学探究1.科学家往小球藻培养液中通入14CO2后,分别给予小球藻不同时间的光照后检测放射性物质的分布情况,结果如表所示。
根据上述实验结果分析,下列叙述错误的是( )A.本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段B.每组实验照光后需对小球藻进行处理使酶失活,才能测定放射性物质分布C.CO2进入叶绿体后,最初形成的主要物质是多种磷酸化糖类D.实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
解析 据题意可推测本实验研究的是光合作用的暗反应阶段,A项正确;由于某一反应的产物同时是下一个反应的反应物,要想准确测定放射性物质的分布,必须阻断后续的反应,B项正确;CO2进入叶绿体后,最初形成的产物应该是3-磷酸甘油酸,C项错误;第三组实验中放射性物质分布在氨基酸、有机酸等物质中表明光合作用产物中不仅有糖类,还有其他物质,D项正确。
考向二 围绕光合作用的过程,考查生命观念2.如图为大豆叶片光合作用暗反应阶段示意图。下列叙述正确的是( )A.CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能B.CO2可直接被NADPH还原,再经过一系列的变化形成糖类C.被还原的C3在相关酶的催化作用下,可再形成C5D.光照强度由强变弱时,短时间内C5含量会升高
解析 CO2的固定是指CO2与C5反应生成C3,C3的还原实质上是将ATP中的化学能转变为(CH2O)中的化学能,A项错误;C3可接受ATP释放的能量并且被NADPH还原,再经过一系列的变化形成糖类,CO2不能直接被NADPH还原,B项错误;据图分析,被还原的C3在有关酶的催化作用下,可再形成C5,C项正确;光照强度减弱时,ATP和NADPH合成减少,C5生成速率减慢,而短时间内C5的利用速率不变,故短时间内C5含量降低,D项错误。
3.在光合作用中,某种酶能催化CO2+C5→2C3。为测定该酶的活性,某学习小组从菠菜叶中提取该酶,在适宜条件下,用其催化C5与14CO2的反应,并检测产物C3的放射性强度。下列分析错误的是( )A.该酶催化的反应过程为CO2的固定B.该酶存在于菠菜叶肉细胞的叶绿体基质中C.该酶催化的反应需要在黑暗条件下进行D.单位时间内C3的放射性越高说明该酶活性越强
解析 由题意可知,该酶可参与催化暗反应过程中CO2的固定,暗反应过程发生在叶绿体基质中,A、B两项正确;暗反应过程不依赖光照条件,有光无光反应都可进行,C项错误;单位时间内C3生成量的多少可以反映酶活性的大小,因此单位时间内C3的放射性越高说明该酶活性越强,D项正确。
考向三 结合不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析,考查科学思维4.(2024·广东中山统考)下图表示某植物叶片暗反应中C3和C5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.图中物质甲转变成物质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光照强度C.Ⅱ阶段物质甲浓度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 图中物质甲是C5,物质乙是C3。物质甲与CO2结合形成物质乙,该过程只需要酶的催化,不需要消耗ATP,A项错误;植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下,如果Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度,那么C3浓度增加,C5浓度减少,与图形的走势不符合,而如果改变的条件是降低CO2浓度,那么C3浓度减少,C5浓度增加,与图形走势符合,所以Ⅱ阶段改变的条件是降低CO2浓度,B项错误;CO2浓度降低,C5消耗减少,而C3还原正常,所以C5(物质甲)浓度会上升,C项错误;低CO2浓度下的光的饱和点也低,D项正确。
角度1 叶绿体中色素的提取和分离1.(2020·江苏卷)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验,下列叙述错误的是( )A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏C.研磨时添加石英砂有助于色素提取D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散
解析 叶绿体色素能溶解在无水乙醇或丙酮等有机溶剂中,所以可用无水乙醇作为溶剂提取叶绿体色素,A项正确;研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被氧化破坏,B项错误;加入石英砂是为了使研磨更充分,从而使叶绿体中的色素释放出来,C项正确;画滤液细线时应尽量减少样液扩散,防止色素带之间部分重叠,D项正确。
角度2 光合作用的原理和过程2.(2021·重庆卷)如图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析,下列叙述错误的是( )A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用,最少要穿过4层膜B.NADP+与电子(e-)和质子(H+)结合形成NADPHC.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应D.电子(e-)的有序传递是完成光能转换的重要环节
解析 水光解产生O2的场所是叶绿体的类囊体膜上,若被有氧呼吸利用,其场所在线粒体内膜,O2从叶绿体类囊体膜开始,穿过叶绿体2层膜,然后进入同一细胞中的线粒体,经过外膜后就到达了内膜,所以至少要穿过5层膜,A项错误;光反应中NADP+与电子(e-)和质子(H+)结合形成NADPH,提供给暗反应,B项正确;由图可知,产生的ATP可用于暗反应以及核酸代谢、色素合成等其他消耗能量的反应,C项正确;电子(e-)的有序传递是完成光能转换的重要环节,D项正确。
3.(2021·广东卷)在高等植物光合作用的卡尔文循环中,唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisc,下列叙述正确的是( )A.Rubisc存在于细胞质基质中B.激活Rubisc需要黑暗条件C.Rubisc催化CO2固定需要ATPD.Rubisc催化C5和CO2结合
解析 CO2的固定发生于暗反应阶段,场所是叶绿体基质,A项错误;CO2的固定过程在有光和无光条件下都能进行,但Rubisc需要光激活,B项错误;CO2的固定过程需要酶的参与,不需要消耗ATP,C项错误;由题干信息可知,催化CO2固定形成C3的酶是Rubisc,D项正确。
4.(2022·山东卷)强光条件下,植物吸收的光能若超过光合作用的利用量,过剩的光能可导致植物光合作用强度下降,出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制,将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理,如表所示,其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射,实验结果如图所示。
(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收,分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时,随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是 。 (2)强光照射后短时间内,苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加,但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加,可能的原因有 、 (答出2种原因即可);氧气的产生速率继续增加的原因是 。 (3)据图分析,与甲组相比,乙组加入BR后光抑制 (填“增强”或“减弱”);乙组与丙组相比,说明BR可能通过 发挥作用。
NADPH、ATP等的浓度不再增加
光能的吸收速率继续增加,使水的光解速率继续增加
促进光反应关键蛋白的合成
解析 (1)随层析液在滤纸上扩散速度最快的是胡萝卜素,主要吸收蓝紫光。(2)强光照射后短时间内,苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加,可能的原因有NADPH和ATP等的浓度不再增加、CO2的浓度有限等;氧气的产生速率继续增加的原因是强光照射后短时间内,光能的吸收速率继续增加,光反应速率增强,水的光解速率继续增加。(3)与甲组相比,乙组的光合作用较强,说明加入BR后光抑制减弱;与乙组相比,丙组加入可抑制光反应关键蛋白的合成的试剂L,光合作用减弱,说明BR可能通过促进光反应关键蛋白的合成发挥作用。
1.生产上,用何种颜色的塑料薄膜做顶棚产量高?如果阴天或夜间给大棚内的农作物补光呢?提示 无色,因日光中各种颜色的光均能通过,作物光合效率高。补红光和蓝紫光。2.恩格尔曼实验在实验材料的选取上的巧妙之处是 。提示 选择水绵和需氧细菌,水绵的叶绿体呈螺旋式带状,便于观察;用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位
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