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第三节　能量之源——光与光合作用
考点一 叶绿体
1．叶绿体及其色素
(1)色素种类、性质和功能
(2)影响叶绿素生物合成的因素
①光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中生长都不能合成叶绿素，叶片呈黄色。
②温度：叶绿素的生物合成过程，都有酶的参与，温度通过影响酶的活性进而影响叶绿素的合成。
③矿质元素：叶绿素中含N、Mg等矿质元素，若缺乏将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，幼叶先变黄。
(3)色素与吸收光谱
(4)不同颜色温室大棚的光合效率
①无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合效率最高。
②叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。
[知识拓展] (1)吸收光谱：叶绿素a的吸收光谱在长波光区(640～660 nm的红橙光)强于叶绿素b，但在短波光区(430～450 nm的蓝紫光)弱于叶绿素b。类胡萝卜素的吸收光谱主要在短波光区的蓝紫光区。
①连续光谱：可见光→三棱镜→赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫。
②吸收光谱：可见光→色素溶液→三棱镜→红光、蓝光、紫光区出现强暗带，绿光区几乎无变化(说明绿光吸收非常少)。
(2)荧光现象与吸收光谱
叶绿素溶液在透射光下呈绿色，但在反射光下呈红色(叶绿素a为血红色，叶绿素b为棕红色)，此为荧光现象。因为叶绿素分子吸收的光能有一部分消耗于分子内部振动上，辐射出的能量就小，根据波长与光子能量成反比的规律，反射光的波长比入射光的波长要长一些。
2．叶绿体的结构与功能
(1)结构与功能的关系
①基粒的类囊体增大了受光面积。
②类囊体的薄膜上分布着酶和色素，利于光反应的顺利进行。
③基质中含有与暗反应有关的酶。
(2)功能的实验验证
①实验过程及现象
②实验结论
a．叶绿体是进行光合作用的场所。
b．O2是由叶绿体释放的。
③实验分析
本实验设计的巧妙之处在于：
a．选择水绵作实验材料，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌确定O2释放的部位，便于观察。
b．没有空气的黑暗环境排除了O2和光的干扰。
1．(2011年杭州模拟)有甲、乙、丙、丁4盆长势均匀的植物置于阳光下(如图所示)，甲添加品红色光，乙添加绿色光，丙添加品红色滤光片A，丁添加绿色滤光片B，经过一段时间，各盆中长势最旺和长势最差的依次是下列的哪一组(　　)
A．甲和乙 B．乙和丙
C．甲和丁 D．丙和丁
解析：植物长势取决于其自身光合作用的强度。植物进行光合作用时主要吸收红橙光和蓝紫光，图甲不仅有正常阳光，还补加了品红色光，因而光合作用最强，长势最旺。丁因阳光透过绿色滤光片B后只有绿色光，而植物光合作用几乎不吸收绿光，因而丁长势最差。
答案：C
2．(2011年福州质检)右图为正常绿色植物的叶绿素a的吸收光谱、叶绿体色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率)。以下对该图的分析错误的是(　　)
A．图示表明叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光
B．总吸收光谱是代表叶绿体四种色素对光能的吸收
C．图示表明只有叶绿素a吸收的光能才能用于光合作用
D．总吸收光谱与光合作用光谱基本一致，说明叶绿体色素吸收光能都能参加光合作用
解析：图示中，叶绿素a的吸收值有两个波峰，主要集中于红光和蓝紫光区；总吸收光谱是指叶绿体色素总吸收值，叶绿体含四种光合色素；图示中，作用光谱的变化趋势与总吸收光谱非常相似，说明色素吸收的光均可用于光合作用。
答案：C
考点二 光合作用的过程分析
1．反应式及元素去向
(2)碳元素：CO2―→C3―→(CH2O)
(3)氢元素：H2O―→[H]―→(CH2O)
2．光反应与暗反应的比较
3.光照和CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、[H]、ATP和O2及(CH2O)含量的影响
[知识拓展]在以上各物质的含量变化中：C3和C5含量的变化是相反的，即C3增加，则C5减少；[H]和ATP的含量变化是一致的，都增加，或都减少。
3．(2011年深圳联考)在叶绿体中，NADPH和NADP＋的运动方向是(　　)
A．NADPH与NADP＋同时由类囊体膜向叶绿体基质运动
B．NADPH与NADP＋同时由叶绿体基质向类囊体膜运动
C．NADPH由类囊体膜向叶绿体基质运动，NADP＋则是向相反方向运动
D．NADP＋由类囊体膜向叶绿体基质运动，NADPH则是向相反方向运动
解析：光反应生成NADPH是在类囊体膜上，暗反应消耗NADPH在叶绿体基质中，因此，NADPH由类囊体膜向叶绿体基质运动，NADP＋则相反。
答案：C
4．(2011年济南检测)下图中的甲、乙两图为一昼夜中某作物植株对CO2的吸收和释放状况的示意图。甲图是在春季的某一晴天，乙图是在盛夏的某一晴天，请据图回答问题：
(1)甲图曲线中C点和E点(外界环境中CO2浓度变化为零)时，植株处于何种生理活动状态_______________。
(2)根据甲图推测该植物光合作用强度最高的是______点，植株积累有机物最多的是________点。
(3)乙图中FG段CO2吸收量逐渐减少是因为________，以致光反应产生的__________和__________逐渐减少，从而影响了暗反应强度。
(4)乙图曲线中间E处光合作用强度暂时降低，可能是因为_____________。
解析：甲图中C与E点植物不吸收也不释放CO2，表明植物的光合作用强度等于呼吸作用强度；光合作用强度最高点应是CO2吸收速率最高点(D)，有机物积累最多点应是光合作用减弱到等于呼吸作用时的点(E)。
答案：(1)呼吸作用释放CO2的量等于光合作用吸收CO2的量　(2)D　E　(3)光照强度逐渐减弱　ATP　[H]　(4)温度高，蒸腾作用过强，气孔关闭，影响了CO2原料的供应。
考点三 影响光合作用的环境因素及应用
1．光照强度
(1)光照强度与光合作用强度的关系曲线分析
A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)，B点所示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点所示光照强度称为光饱和点。限制C点以后光合作用强度不再增加的内部因素是色素含量、酶的数量和最大活性，外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。
(2)应用
阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中虚线所示。间作套种农作物，可合理利用光能。
2．CO2浓度
(1)CO2浓度与光合作用强度的关系曲线曲线表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。
A点表示光合作用强度等于细胞呼吸强度时的CO2浓度，即CO2补偿点。
B点表示CO2饱和点。限制B点的因素是酶的数量和最大活性及光照强度等环境因素。
(2)应用
在农业生产中通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合作用强度。
3．温度对光合作用速率的影响
(1)温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。
(2)应用：冬季，温室栽培可适当提高温度；晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸消耗有机物。
4．矿质元素
(1)曲线的含义：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使植物吸水困难从而导致光合作用速率下降。
(2)应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时地、适量地增施肥料，可以提高作物的光合作用。
5．水分的供应对光合速率的影响
水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合速率。
[知识拓展]当外界条件变化时，CO2(光)补偿点移动规律如下：
(1)若呼吸速率增加，CO2(光)补偿点应右移，反之应左移。
(2)若呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降时，CO2(光)补偿点应右移，反之应左移。
(3)阴生植物与阳生植物相比，CO2(光)补偿点和饱和点都相应向左移动。
6．多因子外界因素对光合作用速率的影响
(1)曲线分析：P点之前时，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。
(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。总之，可根据具体情况，通过增加光照强度，调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的。
[知识拓展]环境因子对植物光合作用并不是单独地发挥作用，而是综合的起作用。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。
5．在适宜的光照、温度、水和肥等条件下，空气中CO2含量与植物光合产量(有机物积累量)的关系如图所示。理论上分析，不正确的是 (　　)
A．曲线表明，植物的光合作用起始于a点
B．在同等条件下，C4植物的a点可能向左移
C．杂交玉米的m值往往高于一般玉米品种
D．如果光照强度适当增加，a点左移，b点右移
解析：a点时，光合作用与呼吸作用速率相等，植物的光合作用要提前于a点，A错误。C4植物对二氧化碳有很强的亲和力，能利用更低浓度的CO2，a点左移。杂交玉米的产量高，有机物的积累量多，m值高于一般玉米品种。光照强度适当增加，光合速率提高，a点左移，b点右移。B、C、D正确。
答案：A
6. (2011年南昌一模)右图表示光照强度和CO2浓度对某植物光合作用强度的影响。下列有关叙述错误的是(　　)
A．曲线中a点转向b点时，叶绿体中C3的浓度降低
B．曲线中d点转向b点时，叶绿体中C5的浓度升高
C．ab段影响光合速率的主要因素是光照强度
D．bc段影响光合速率的限制性因素可能是温度等其他条件
解析：d点转向b点时，CO2浓度增大，CO2与C5的反应加快，C5的浓度降低。
答案：B
考点四 光合作用与细胞呼吸的关系
1．区别
2.联系
3．光合作用速率与呼吸作用速率
(1)呼吸速率的表示方法：植物置于黑暗环境中，测定实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。
(2)净光合速率和真正光合速率
①净光合速率：常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示；
②真正光合速率：常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量表示。
(3)光合速率与呼吸速率的关系：
①绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。
②绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
由关系式用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：
A．光合作用产氧量＝氧气释放量＋细胞呼吸耗氧量
B．光合作用固定CO2量＝CO2吸收量＋细胞呼吸释放CO2量
C．光合作用葡萄糖产生量＝葡萄糖积累量(增重部分)＋细胞呼吸消耗葡萄糖量
7．(2011年信阳调研)农技员为准确把握蔬菜大棚内CO2的浓度变化情况，在大棚内安装了CO2测量器，假定6时、18时分别为日出、日落时间，请你预测一天内大棚中CO2变化曲线最可能是(　　)
解析：6时之前与18时之后，光照弱，呼吸作用大于光合作用，释放CO2，大棚内CO2的浓度增大。6时到18时，光合作用大于呼吸作用，吸收CO2，大棚内CO2的浓度降低。
答案：A
8. (2011年珠海一模)右图表示叶片面积指数与光合产物实际量、呼吸量等的关系(叶面积指数是指植物单位面积中叶面积的数量，此数量越大，表示叶片交叉程度越大)。则图中曲线1、2、3及D点所代表的生物意义依次为(　　)
A．光合作用实际量、呼吸作用量、干物质量；植物的净光合量等于零
B．光合作用实际量、干物质量、呼吸作用量；植物的净光合量等于零
C．干物质量、光合作用实际量、呼吸作用量；植物的净光合量大于零
D．呼吸作用量、光合作用实际量、干物质量；植物的净光合量小于零
解析：植物正常生长，光合产物实际量要大于呼吸量。随叶面积指数增大，叶片交叉程度越大，呼吸量越大，净光合作用越小。到一定程度，光合作用与细胞呼吸相等，净光合作用等于零。1是光合作用实际量，3是呼吸作用量，2是干物质量(即净光合量，是光合作用实际量与呼吸作用量之差)，D点植物的净光合量等于零。
答案：B
绿叶中色素的提取和分离
1．实验原理
(1)色素溶于有机溶剂而不溶于水，可用无水乙醇等有机溶剂提取绿叶中的色素。
(2)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得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。
2．实验流程
3．实验中的注意事项
(1)选材：应选取鲜嫩、颜色深绿的叶片，以保证含有较多的色素。
(2)提取色素：研磨要迅速、充分，且加入各物质的量要成比例，以保证提取较多的色素和色素浓度适宜。
(3)制备滤纸条：剪去两角，以保证色素在滤纸条上扩散均匀、整齐，便于观察实验结果，否则，会形成弧形色素带。
(4)画滤液细线：用力要均匀，快慢要适中。滤液细线要细、直，且干燥后重复画一两次，使滤液细线既有较多的色素，又使各色素扩散的起点相同。
(5)色素分离：滤液细线不要触及层析液，否则滤液细线中的色素分子将溶解到层析液中，滤纸条上得不到色素带。
4．实验中几种化学试剂的作用
(1)无水乙醇用于提取绿叶中的色素。
(2)层析液用于分离绿叶中的色素。
(3)二氧化硅可增加杵棒与研钵间的摩擦力，破坏细胞结构，使研磨充分。
(4)碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。
[知识拓展]色素提取液呈淡绿色的原因分析
(1)研磨不充分，色素未能充分提取出来。
(2)称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小。
(3)未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。
(4)若将长形滤纸条换成圆形滤纸观察层析实验结果，将出现四个同心圆，从外向内顺序与纸条从上到下顺序相同。
9．在叶绿体色素的提取和分离实验中，收集到的滤液绿色过浅，其原因可能是(　　)
①未加石英砂，研磨不充分
②一次加入大量的无水酒精提取
③分次加入少量无水酒精提取
④使用放置数天的菠菜叶
A．①②③ B．②③④
C．①③④ D．①②④
解析：在提取绿色叶片中的色素的操作过程中，若未加石英砂，研磨不充分，叶绿体没有破坏，其中的色素不能溶解出来，会导致滤液中绿色过浅；一次加入大量的无水酒精，溶剂量过大，相对溶液浓度过小，也会导致滤液绿色过浅；菠菜叶放置数天后，叶绿体中的叶绿素大量分解破坏，也会导致滤液中绿色过浅，不宜作为实验材料。
答案：D
10. (2011年临川模拟)如图表示某同学做“色素的提取和分离”的实验改进装置，下列与之有关的叙述中错误的是(　　)
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．实验结果应得到4个不同颜色的同心圆(近似圆形)
D．实验得到的若干个同心圆中最小的一个呈橙黄色
解析：根据图示实验装置可知，a处应滴加滤液，层析液加入培养皿中，层析液沿灯芯向上扩散，到达a点沿滤纸扩散，得到四个不同颜色的同心圆，由内到外依次是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，故同心圆中最小的一个呈黄绿色。
答案：D
类型一 叶绿体的结构与功能
下图是某一种植物的一个叶肉细胞中的两种生物膜结构及其上面发生的生化反应。下列有关说法中错误的是(　　)
A．①具有吸收、传递和转换光能的功能，②的化学本质是蛋白质
B．A结构上的反应所需的能量是由B结构上的反应提供的
C．B结构上的反应所需的氧气可以由A结构上的反应提供
D．B向内折叠形成嵴以增大化学反应的膜面积，体现了结构与功能相适应
【解析】　A上发生水的光解释放氧气，说明A是类囊体膜；B上生成水，B是线粒体膜。A结构上的反应所需的能量来自光能，B结构产生的能量不能用于光合作用，只能用于其他生命活动。
【答案】　B
类型二 光合作用的过程分析
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。根据图回答：
(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：___________。
【解析】　(1)光反应为暗反应提供的物质是[H]和ATP，由此可确定A是[H]，[H]是由水光解后经一系列过程产生的，其作用主要是用于C3的还原。
(2)光反应中，光能转换为活跃的化学能储存于ATP等化合物中，14CO2的同化途径为14CO2→14C3→(14CH2O)。
(3)(4)题干中已说明曲线a、b表示C3和C5的含量变化，光照停止后，光反应停止，[H]和ATP下降，C3的还原减弱直至停止，而CO2的固定仍将进行，因此C3含量相对升高，C5含量相对下降，即a表示C3，b表示C5。
【答案】　(1)[H]　水在光下分解　用于C3的还原
(2)太阳光能　(CH2O)
(3)C3　CO2与C5结合形成C3和C3不能被还原
(4)C5　C5与CO2结合形成C3，且C3不能被还原为C5
类型三 影响光合作用的因素分析
(2010年高考浙江理综)试管苗的光合作用能力较弱，需要逐步适应外界环境才能往大田移栽。研究人员进行了“改变植物组织培养条件缩短试管苗适应过程”的实验，实验在适宜温度下进行，图甲和图乙表示其中的两个实验结果。
请回答：
(1)图甲的实验是在大气CO2浓度下进行的。据图分析，试管苗在不加蔗糖的培养基中________和________更高。
(2)图乙是试管苗在密闭、无糖培养基条件下测得的24 h内CO2浓度变化曲线。图中b～c段CO2浓度升高缓慢是因为________，c～d段CO2浓度急剧下降是因为试管苗________。若d点时打开培养瓶塞，试管苗的光合速率________。
(3)根据上述实验结果推知，采用无糖培养基、________和________可缩短试管苗的适应过程。
【解析】　(1)由图甲可知，①相同光照强度下，不加蔗糖的试管苗的光合速率高，说明其固定二氧化碳的能力强；②不加蔗糖的试管苗的光饱和点比加蔗糖的试管苗的光饱和点高，说明不加蔗糖的试管苗能更好地利用光能。
(2)由图乙可知，a点之前有光，试管苗可进行光合作用，吸收二氧化碳，使密闭的培养瓶内二氧化碳浓度处于较低水平；a～b段，试管苗进入黑暗环境中，利用a点之前试管苗进行光合作用产生的氧气进行呼吸作用产生二氧化碳，使得培养瓶中二氧化碳的浓度迅速升高；因a～b段的呼吸作用消耗了大量氧气，使得b～c段缺少氧气，呼吸作用减弱，释放的二氧化碳减少，故培养瓶内二氧化碳浓度升高缓慢；c～d段因试管苗重新见光，试管苗利用培养瓶在a～c段积累的大量二氧化碳迅速进行光合作用，吸收二氧化碳，使培养瓶内二氧化碳浓度迅速下降；d点后因缺少二氧化碳，光合作用减弱，若打开培养瓶塞，试管苗可利用外界的二氧化碳，光合速率上升。
(3)由(1)、(2)可知，采用无糖培养基可提高试管苗光合速率，增加光照、补充二氧化碳均可提高试管苗对二氧化碳的利用率，即可提高光合速率，故采用无糖培养基、增加光照、补充二氧化碳等方法均可提高试管苗的光合作用能力，缩短试管苗的适应过程。
【答案】　(1)光合速率　光饱和点　(2)CO2浓度过高使细胞呼吸减弱　进行光合作用吸收了CO2　提高　(3)适当提高CO2浓度　适当提高光照强度第4节 能量之源——光与光合作用
一、捕获光能的色素
1．绿叶中色素的种类：叶绿素和类胡萝卜素，前者主要吸收①_______________，后者主要吸收②________。
2．实验：绿叶中色素的提取和分离(纸层析法)的结果，从上而下的色素带分别为③_________________、④___________、⑤_______________、⑥_____________________。
红光和蓝紫光 蓝紫光 叶绿素a(蓝绿色) 叶绿素b(黄绿色)
胡萝卜素(橙黄色) 叶黄素(黄色)
二、叶绿体的结构与功能
1．结构：由双层膜、基质和基粒构成，基粒由类囊体堆叠而成(增大膜面积)，分布着⑦色素和光反应所需酶。
2．功能：是进行⑧光合作用的细胞器。
三、光合作用过程
1．光反应
(1)条件：⑨光、色素、酶、ADP、Pi。
(2)场所：叶绿体类囊体的薄膜上。
(4)能量变化：光能→ ATP中活跃的化学能。
2．暗反应
(1)条件： _酶、[H]、ATP。
(2)场所：叶绿体基质。
(4)能量变化
ATP中活跃的化学能
↓
(CH2O)中稳定的化学能
3．意义
(1)制造有机物，将 光能转化为化学能，储存在有机物中，是生物生命活动所需能量的最终来源。
(2)光合作用是最基本的能量代谢和物质代谢。
(3)维持大气中O2与CO2相对稳定。
“绿叶中色素的提取和分离”实验的分析
1．原理
(1)叶绿体中的色素是有机物，不溶于水，易溶于丙酮等有机溶剂中，所以用丙酮、乙醇等能提取色素。
(2)层析液是一种脂溶性很强的有机溶剂。叶绿体不同的色素在层析液中的溶解度不同，分子量小的溶解度高，随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。所以用层析法分离四种色素。
2．实验步骤和分析
步骤 注意问题 分析
(1)提取色素5克绿叶剪碎，放入研钵，加SiO2、CaCO3和10mL无水乙醇(或5mL丙酮)迅速、充分研磨 ①加SiO2②加CaCO3③加丙酮④迅速研磨 ①加SiO2是为了使研磨更充分②加CaCO3防止研磨时叶绿素受到破坏③叶绿体色素易溶于丙酮等有机溶剂④减少研磨时叶绿素的分解，减少丙酮(有毒)挥发
(2)收集滤液 用放有单层尼龙布的漏斗过滤，将滤液收集到小试管中，用棉塞塞住试管口 ①尼龙布起过滤作用②试管口用棉塞塞紧是为了防止丙酮(无水乙醇)挥发
(3)制备滤纸条将干燥的滤纸，顺着纸纹剪成长10cm，宽1cm的纸条，一端剪去两个角，并在距这一端1cm处划一铅笔线 ①干燥②顺着纸纹剪成长条③一端剪去二个角 ①可吸收更多的滤液②层析时，色素分离效果好③可使层析液同时到达滤液细线
(4)划滤液细线用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线划出细、齐、直的一条滤液细线，干后重复三次 ①滤液细线越细、越齐越好②重复三次 ①防止色素带之间部分重叠②增加色素在滤纸上的附着量，使实验结果更明显
(5)纸层析法分离色素将3mL层析液倒入烧杯，将滤纸条(划线一端朝下)插入层析液中，用培养皿盖盖上烧杯 ①层析液不能没及滤纸条②烧杯要盖培养皿盖 ①防止色素溶解在层析液中②层析液中的苯、丙酮、石油醚易挥发
(6)观察实验结果 扩散最快：胡萝卜素；扩散最慢：叶绿素b；含量最多：叶绿素a ①从色素带的宽度可知色素的含量：叶绿素a>叶绿素b>叶黄素＞胡萝卜素②从色素带的位置可知在层析液中的溶解度大小为：胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a>叶绿素b③在滤纸上距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b，距离最远的两条色素带是胡萝卜素与叶黄素
【突破题1】下列哪组是影响叶绿体色素分离效果的关键步骤？()
①选植物绿叶 ②研磨 ③过滤 ④画滤液细线
⑤层析时不要让滤液细线触及层析液 ⑥观察色素带
A．①④⑤ B．①②③ C．②③④ D．②③⑥
【解题指导】要选取叶绿素含量高的植物叶片，研磨要充分，得到的色素多，滤液细线不要触及层析液，才能达到满意的分离效果。过滤只影响色素带的清晰度，不影响色素带的分离。
【答案】A
“光合作用的探究历程”中的各个实验分析
【易错易混】恩格尔曼的实验在设计上的巧妙之处
①选用水绵作为实验材料。水绵不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察和分析研究。
②将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧的影响，从而确保实验能够正常进行。
③选用极细的光束照射，并且用好氧细菌进行检侧，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。
④进行黑暗(局部光照)和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。
【突破题2】下列有关科学家的经典研究中，采取了同位素标记法的是( )
①恩格尔曼发现光合作用的部位
②梅耶指出植物通过光合作用把光能转换为化学能
③鲁宾和卡门证明光合作用释放的O2来自水
④卡尔文探明了CO2中的碳在光合作用中的转移途径
A．① B．② C．① D．③
【解题指导】鲁宾和卡门用18O分别标记H2O、CO2，证明光合作用释放的O2来自水；卡尔文用14C标记CO2，探明了CO2中的碳在光合作用中的转移途径。
【答案】D
叶绿体中的色素、色素的吸收光谱和色素的合成
1．色素与吸收光谱
图5－4－1
(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，但对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。
2．不同颜色温室大棚的光合效率
(1)无色透明大棚能透过日光中的各色光，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明大棚的光合效率最高。
(2)叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。
3．影响叶绿素合成的因素
(1)光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
(2)温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶变黄。
(3)必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。
【易错易混】海洋中藻类的分层现象与植物中色素吸收光的颜色的关系不同波长的光穿透性不同，不同藻类吸收不同波长的光。上层分布着吸收红光的绿藻，中层是褐藻，下层是吸收蓝紫光的红藻。
【突破题3】图5－4－2表示叶绿体色素吸收光能的情况。根据此图并结合所学知识，以下说法中正确的是()
图5－4－2
①少数特殊状态下的叶绿素对420nm、670nm光的转换率较高
②在晚间用大约550nm波长的绿光照射行道树，目的是通过植物光合作用以增加夜间空气中的氧气浓度
③据图可知，用白光中450nm左右波长的光比白光更有利于提高光合作用强度
④在层析液中，类胡萝卜素的溶解度大于叶绿素
⑤土壤中缺乏镁时，420nm～470nm左右波长的光的利用量显著减少，且镁在老叶中的利用量比新叶中显著减少
⑥由550nm波长的光转为670nm波长的光后，叶绿体中C3的量减少
A．①④⑤⑥ B．①③④⑤ C．②③④⑤ D．①②④⑤
【解题指导】晚间用绿光照射行道树的目的是美观；白光中含的各种波长的光，其光合作用强度比白光中450nm左右波长的光强。
【答案】A
光合作用过程
1．光合作用过程图解
2．反应方程式及元素去向
图5－4－3
(1)光合产物主要是糖类，包括单糖(葡萄糖和果糖)、二糖(蔗糖)和多糖(淀粉)，其中以蔗糖和淀粉最为普遍，但蛋白质、脂肪和有机酸也是光合作用的直接产物。
(2)元素转移：H218O→18O2、C18O2→(CH218O)、14CO2→14C3→(14CH2O)。
3．叶绿体处于不同条件下C3、C5、[H]、ATP、(CH2O)
合成量的动态变化
4.光合作用中光反应阶段和暗反应阶段的区别与联系联系
光反应阶段 暗反应阶段
所需条件 必须有光 有光无光均可
进行场所 类囊体的薄膜上 叶绿体内的基质中
物质变化 H2O分解成O2和[H]；形成ATP CO2被固定；C3被[H]还原，最终形成糖类；ATP转化成ADP和Pi
能量转换 光能转变为化学能，储存在ATP中 ATP中的化学能转化为糖类中储存的化学能
联系 ①物质：光反应阶段产生的[H]，在暗反应阶段用于还原 C3②能量：光反应阶段生成的 ATP，在暗反应阶段中将其储存的化学能释放出来，帮助 C3形成糖类，ATP 中的化学能转化为储存在糖类中的化学能
【突破题4】(2010年珠海二模)下列关于光合作用的叙述中正确的是( )
A．光合作用制造的有机物中的氧全部来自于水
B．光合作用中各种酶的活性与温度呈正相关
C．光反应阶段和暗反应阶段均有ATP的合成
D．光反应阶段为暗反应阶段提供了还原剂[H]
【解题指导】光合作用制造的有机物中的氧来自于CO2；光反应阶段为暗反应阶段提供了还原剂[H]和ATP。
【答案】D
影响光合作用强度的环境因素及在生产上的应用
1．光照强度
(1)曲线分析：
①A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示细胞呼吸的强度。
②AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
③B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)，B点所示光照强度称为光补偿点。
④BC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，C点所示光照强度称为光饱和点。
⑤总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率
(2)应用：阴生植物的A点上移，B点较小，C点较低。间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。
2．CO2浓度
图5－4－5
(1)曲线分析
①图1和图2表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。
②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A’点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
③图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。
(2)应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合作用速率。
3．温度
(1)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。
(2)应用：冬天，温室栽培时，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。 图5－4－6
4．矿质元素
(1)曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，
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渗透失水而萎蔫。
(2)应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，
可提高农作物产量。
5．水分 图5－4－7
(1)影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合 作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
(2)应用：根据作物的需水规律合理灌溉。
【易错易混】当外界条件变化时，CO2(光)补偿点移动规律
①若呼吸速率增加，CO2(光)补偿点应右移，反之应左移。
②若呼吸速率基本不变，条件的改变使光合速率下降时CO2(光)补偿点应右移，反之应左移。
【突破题5】科学家研究小麦在20℃时光合作用强度与光照强度的关系，得到如图5－4－8的曲线。下列有关叙述错误的是( )
图5－4－8
A．在25℃条件下研究时，cd段位置会下移，a会上移
B．a点时叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体
C．其他条件适宜，当植物缺Mg时，b点将向右移动
D．c点之后小麦光合作用强度不再增加可能与叶绿体中酶的浓度有关
【解题指导】温度主要影响呼吸作用，当温度升到25℃时，呼吸作用强烈，释放更多的二氧化碳，a点下移，同时由于光合作用加强，cd段上移；a点只进行呼吸作用，产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体，其中细胞器则只有线粒体；当植物缺Mg，光合作用强度下降，而呼吸作用没有变化，则b点(光补偿点)右移。
【答案】A
光合作用与细胞呼吸的比较
光合作用 细胞呼吸
代谢类型 合成代谢(或同化作用) 分解代谢(或异化作用)
场所 叶绿体 活细胞(主要在线粒体中)
条件 光、色素、酶 酶、有光无光均可进行
物质变化 合成无机物→有机物 分解有机物→无机物
能量变化 光能→化学能(储能) 化学能→ATP＋热能(放能)
实质 合成有机物，储存能量 分解有机物，释放能量
意义 ①实现了物质和能量的转化②维持大气中O2和CO2的相对平衡 ①为生命活动供能②为体内物质合成提供原料
联系 ①光合作用为细胞呼吸提供物质和能量基础，细胞呼吸为光合作用提供原料②共同维持自然界的碳循环
【易错易混】
①光合作用只在部分细胞中进行（如：植物的绿色细胞和光合细菌等），但细胞呼吸则是所有活细胞都要进行的。
②光合作用光反应产生的ATP只供暗反应利用，而细胞呼吸产生的ATP可供各项生命活动利用。
③光合作用的光反应中产生的[H]（即NADPH)来自水的光解，用于暗反应中C3的还原以生成（CH2O）；有氧呼吸中产生的[H]（即NADH）来自第一、二阶段有机物的氧化，用于第三阶段与O2结合生成H2O,并产生大量ATP。
【突破题6】(2010年江门一模)图5－4－9表示植物细胞内的代谢过程，下列叙述不正确的是( )
图5－4－9
A．X、Y物质分别代表三碳化合物和丙酮酸
B．①④过程可以产生[H]，②过程需要消耗[H]
C．①②③④四个过程中既没有消耗氧气，也没有产生氧气
D．①过程发生在线粒体基质中，②过程发生在叶绿体基质中
【解题指导】①过程是有氧呼吸的第一阶段，发生在细胞质基质中，②过程是CO2的还原，发生在叶绿体基质中。
【答案】D
生物的代谢类型
1．自养生物
(1)利用光合作用合成有机物的自养生物
①光合作用概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
②举例：绿色植物等。
(2)利用化能合成作用合成有机物的自养生物
①化能合成作用概念：生物体利用体外环境中的某些无机物氧化时释放的能量来制造有机物。
②举例：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等。
2．异养生物
(1)概念：生物体只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
(2)举例：人、动物、真菌及大多数细菌等。
3．土壤中的硝化细菌的化能合成作用
图5－4－10
4．化能合成作用与光合作用的比较
5.新陈代谢类型
【易错易混】
①红螺菌的同化作用属于兼性营养型（既能自养，又能异养）
②酵母菌的异化作用属于兼性厌氧型（既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸）。
【突破题7】(2010年梅州模拟)(双选)以下各项生理过程中必须消耗氧气的是( )
A．化能合成作用 B．光合作用
C．有氧呼吸作用 D．酒精发酵
【解题指导】化能合成作用是利用无机物的氧化所释放的能量合成有机物，无机物的氧化需要氧。
【答案】AC
探究光照强度对光合作用强度的影响
1．假设：在一定范围内随光照强度的增强，光合作用也增强。
2．原理
光合作用产生O2，附在叶表面形成气泡，使叶浮力增大，叶片上浮。
3．实验流程
(1)打出小圆形叶片(30片)：用打孔器在生长旺盛的绿叶上
打出(直径＝1cm)。
(2)抽出叶片内气体：用注射器(内有清水、小圆形叶片)抽出叶片内气体(O2等)。
(3)小圆形叶片沉水底：将内部气体逸出的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部沉到水底。
(4)对照实验及结果
4.实验结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强(小圆形叶片中产生的O2多，浮起的多)。
【突破题8】若图Ⅰ中装置甲与装置乙敞口培养相同数量的小球藻，研究光照强度对小球藻产生氧气量的影响。绘制成曲线如图Ⅱ(净氧量＝光合作用产生氧气量－呼吸作用消耗的氧
气量)。据图分析，下列叙述不正确的是( )
图5－4－11
A．P处净氧量为负值，是因为小球藻不进行光合作用，且呼吸作用消耗氧气
B．Q处净氧量为零，因为Q处小球藻不进行光合作用
C．甲与乙两管净氧量差异的原因是乙管小球藻叶绿素合成受阻，影响光合作用
D．由图Ⅱ可知，光照强度可影响光合作用强度
【解题指导】P处只进行呼吸作用；Q处净氧量为零，是因为Q处小球藻光合作用产生的氧气量等于呼吸作用消耗的氧气量；Mg是合成叶绿素的必需元素，叶绿素合成受阻，影响光合作用；在一定的范围内，随光照的逐渐增强，光合速率增强。
【答案】B第五章 细胞的能量供应和利用
第3讲 能量之源——光与光合作用
【考纲要求解读】
考纲要求 权威解读
1.光合作用以及它的认识过程（Ⅱ）2.影响光合作用速率的环境因素（Ⅱ）3.叶绿体色素的提取和分离（Ⅰ） 1.说出绿叶中色素的种类及作用；说出叶绿体的结构和功能；光合作用的光反应、暗反应过程及相互联系。2.说出环境因素如何影响光合作用。3.说出色素提取的原理、步骤、结论及实验中的注意事项。
【考点梳理深化】
一、捕获光能的色素
二、叶绿体的结构和功能
三、光合作用的探究历程
年代 科学家 实验结论或观点
18世纪 只有①__________是植物建造自身的原料
1771年 普利斯特利 ②__________可以更新空气
1779年 英格豪斯 ③__________在更新空气中不可缺少
1785年 绿叶在光下放出和吸收的气体分别是④__________
1864年 萨克斯 光合作用的产物除O2外还有⑤__________
1939年 鲁宾和卡门 光合作用释放的O2来自⑥__________
20世纪40年代 卡尔文 CO2中的碳在光合作用中转化为⑦__________碳的途径
四、光合作用的过程
五、光合作用原理的应用
1.光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造①__________的数量。可通过测定一定时间内②__________消耗的数量或③__________生成的数量来定量表示。
2.影响光合作用强度的环境因素
（ⅰ）空气中④__________的浓度；
（ⅱ）土壤中⑤__________的多少；
（ⅲ）光照⑥__________以及光的成分；
（ⅳ）⑦__________的高低等。
六、化能合成作用
1.概念：某些细菌利用体外环境中的某些①__________所释放的能量来制造有机物的合成作用。
2.实例：硝化细菌能利用②__________时所释放的化学能，将CO2和H2O合成为糖类。
3.自养生物和异养生物
（1）自养生物：绿色植物和硝化细菌都能将③_______
_______，因此属于自养生物。
（2）异养生物：人、动物、真菌以及大多数细菌只能利用环境中④__________来维持自身的生命活动，属于异养生物。
自我校对
一、①无水乙醇 ②层析液 ③溶解度 ④胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b ⑤红光和蓝紫光 ⑥蓝紫光
二、①暗反应 ②类囊体 ③色素 ④光反应 ⑤光合作用 ⑥叶绿体被光束照射
三、①土壤中的水分 ②植物 ③光和绿叶 ④O2和CO2 ⑤淀粉 ⑥水 ⑦有机物中
四、①叶绿体类囊体薄膜 ②［H］+O2 ③ATP ④活跃化学能 ⑤C3 ⑥（CH2O） ⑦ADP+Pi 稳定化学能
五、①糖类 ②原料 ③产物 ④CO2 ⑤水分 ⑥长短与强弱 ⑦温度
六、①无机物氧化时 ②NH3氧化成HNO2和HNO3 ③CO2和H2O合成糖类 ④现成的有机物
【要点归纳探究】
一、细胞分化、细胞全能性及相互比较
1.色素与吸收光谱
（1）连续光谱：可见光→三棱镜→赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫。
（2）吸收光谱：可见光→色素溶液→三棱镜→红光、蓝光、紫光区出现强暗带，绿光区几乎无变化（说明对绿光吸收非常少）。
名师点睛
①不同颜色的光线会对植物的生长发育产生不同的影响。
②叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
③叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，但对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。
2.影响叶绿素合成的因素
（1）光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
（2）温度：温度可影响与叶绿素合成的有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。
（3）必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。
走进高考1 （2008·海南生物，3，2分）在日光下，植物叶片中的叶绿素（ ）
A.大量吸收绿光 B.等量吸收不同波长的光
C.主要吸收蓝紫光和绿光 D.主要吸收蓝紫光和红光
【解析】叶片中的叶绿素能够吸收可见的太阳光，但对不同波长的光吸收量不同，主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收量很小。
【答案】D
二、光合作用的探究历程和光合作用过程
1.普利斯特利的实验
（1）实验过程及现象：
（2）结论：植物可以更新空气
（3）实验分析：
①由于缺少空白对照，实验结果说服力不强，应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于玻璃罩内，作为空白对照。
②没有认识到光在植物更新空气中的作用，而将空气的更新归因于植物的生长。
③由于当时科学发展水平的限制，没有明确植物更新气体的成分。
2.萨克斯的实验
（1）实验过程及现象
（2）结论：绿色叶片在光合作用中产生淀粉。
（3）实验分析：
①设置了自身对照，自变量为光照，因变量是颜色变化。
②实验的关键是饥饿处理，以使叶片中的营养物质消耗掉，增强了实验的说服力。
③本实验除了证明光合作用的产物有淀粉外，还证明光是光合作用的必要条件。
3.鲁宾和卡门的实验
（1）实验过程及结论：
（2）实验分析：设置了对照实验，自变量是标记物质（H218O和C18O2）因变量是O2的放射性。
深化拓展（1）在光合作用原理和过程的探究中，科学家们大都采用了对照实验，利用了化学或物理方法。
（2）在研究中，多名科学家的工作都具有承前启后的作用。
（3）同位素标记法在研究中可以显示各种元素的转移的途径，为揭示生命活动的本质起了关键作用。
利用同位素18O作为示踪原子，分别标记水和二氧化碳；
①用18O标记水（H218O），生成物只有氧气（18O2）有放射性；
②用18O标记二氧化碳（C18O2），生成的（CH218O）中有放射性，氧气无放射性。
可见，生成物氧气中的氧原子全部来自参加反应的水，生成物糖类中的氧原子来自参加反应的CO2。因此光合作用可表示为：
（二）光合作用的过程的理解
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。根据是否需要光能，把它分为光反应和暗反应两个阶段。具体过程图解表示为：
1、光反应和暗反应具有明显的区别和联系，如下表：
深化拓展
叶绿体处于不同条件下，C3、C5、［H］、ATP以及（CH2O）合成量的动态变化。
2、光合作用过程中的能量转换过程
走进高考2 （2008·山东理综，7，4分）下图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布 。在图示结构上（ ）
A.生物膜为叶绿体内膜
B.可完成光合作用的全过程
C.发生的能量转换是：光能?电能?化学能
D.产生的ATP可用于植物体的各项生理活动
【解析】图中所示膜为叶绿体内膜为生物膜，A错。在此膜上进行了光反应，能量变化为光能电能活跃化学能，产生ATP用于光合作用的暗反应。
【答案】C
三、影响光合作用的环境因素分析及其应用
1.光合作用强度表示方法
（1）单位时间内光合作用产生糖的数量；
（2）单位时间内光合作用吸收CO2的量；
（3）单位时间内光合作用放出O2的量。
2.环境因素对光合作用强度的影响及应用
（1）光照强度
①曲线分析
A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度（光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长），B点所示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点所示光照强度称为光饱和点。
②应用：阴生植物的B点前移，C点较低，如图中虚线所示，间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。
（2）CO2浓度
①曲线分析：图1和图2都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。
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。
图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。
②应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光能利用率。
（3）温度
①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。
②应用：冬天，温室栽培可适当提高温度，温室栽培也可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用强度；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。
（4）必需矿质元素供应
①曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，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渗透失水而萎蔫。
②应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。
（5）水分
①影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
②应用：根据作物的需水规律合理灌溉。
走进高考3 （2010·安徽理综，29Ⅰ，8分）为探究影响光合作用强度的因素，把同一品种的玉米苗置于25℃条件下培养，实验结果如图所示。请回答：
（1）与D点相比，B点条件下限制玉米CO2吸收量的因素是__________，C点条件下限制玉米CO2吸收量的主要因素是__________。
（2）实验结果表明，在__________的条件下施肥效果明显，除本实验所涉及的因素外，从增加光合面积的角度考虑，采取__________措施能提高玉米的光能利用率。
【解析】（1）由图示曲线知：D点与B点相比，土壤含水量、施肥情况相同，而光强不同。D点与C点相比，光强、施肥情况相同，而土壤含水量不同，故与D点相比，B、C点条件下限制玉米CO2吸收量的主要因素分别是光强与土壤含水量。（2）判断施肥效果的标准是对比施肥前后植物CO2吸收量的变化幅度，由图示知：在土壤含水量40％～60％条件下施肥效果明显。合理密植可有效增加光合作用面积，进而提高玉米的光能利用率。
【答案】（1）光照强度（或光强） 土壤含水量
（2）土壤含水量40％～60％ 合理密植
四、实验强化在平时
11.绿叶中色素的提取与分离实验
1.原理解读
（1）各种色素都能溶解在有机溶剂（无水乙醇等）中形成溶液，使色素从生物组织中脱离出来。
（2）各种色素都能溶解在层析液中，但在层析液中的溶解度不同：溶解度大的色素分子随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，所以不同色素可以在滤纸上因扩散速度不同而分开，各种色素分子在滤纸上可形成不同的色素带。
2.实验流程图示
3.实验中几种化学物质的作用
（1）无水乙醇作为提取液，可溶解绿叶中的色素。
（2）层析液用于分离色素。
（3）二氧化硅破坏细胞结构，使研磨充分。
（4）碳酸钙可防止研磨过程中色素被破坏。
【拓展延伸】 1.影响叶绿素合成的因素
（1）光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
（2）温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，因而叶子变黄。
（3）矿质元素：叶绿素中含N、Mg等矿质元素，若缺乏将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，幼叶先变黄。
2.本实验若改为圆形滤纸中央滴一滴层析液，对叶绿体中的色素进行层析，会得到近似同心的四个色素环，由内到外依次是黄绿色、蓝绿色、黄色、橙黄色。
3.用丙酮或其它有机溶剂代替无水乙醇提取色素，但丙酮有毒，研磨时需采取措施防止蒸发；也可用汽油代替层析液进行层析；可用其它绿色叶片代替菠菜，但不能用大白菜等不含叶绿素的材料。
4.对光合作用而言最有效的光为白光，最无效的为绿光，故农业上一般用无色薄膜覆盖大棚，而实验室中黑暗处理有机物时需要有光条件下操作时最好选用绿光灯。
命题设计
例 （2010·全国卷Ⅱ，31）请回答下列问题：
（1）氮、磷、镁3种元素中，构成生命活动所需直接能源物质的元素是__________，构成细胞膜的元素是________。
（2）缺镁时植物叶片发黄，其原因是_________________________________________ 。
（3）在提取叶绿体色素的过程中，研磨叶片时通常需加少量二氧化硅、碳酸钙及适量丙酮。二氧化硅的作用是___________________________________________________；碳酸钙的作用是___________________________；丙酮的作用是___________________________________。
（4）光反应中能把光能转换成电能的叶绿素是少数处于特殊状态的__________。
【解析】本题属于基础题目，涉及的知识点有：组成生物细胞的元素的作用和功能、叶绿体中色素的提取和分离实验、光合作用中叶绿素a的作用，意在考查考生对课本基础知识的掌握以及理解能力。（1）生命活动的直接能源物质是ATP，而ATP的元素组成是C、H、O、N、P。细胞膜的元素组成是C、H、O、N、P等。（2）镁是构成叶绿素的必要成分，所以缺镁时植物会由于缺少叶绿素而只表现类胡萝卜素的颜色，即叶片发黄。（3）研磨叶片时，加二氧化硅可使研磨充分；加碳酸钙可保护叶绿素；加丙酮是充当溶剂以溶解各种色素。
【答案】（1）氮、磷 氮、磷
（2）镁是叶绿素的组成成分，缺镁导致叶绿素合成受阻（其他合理答案也给分）
（3）有助于磨碎植物细胞 防止研磨过程中叶绿体色素被破坏 色素的提取溶剂（其他合理答案也给分）
（4）叶绿素a
【热点分析突破】
类型一 光合色素的提取与分离
例1 （2011·广东广州一模）提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的解释，正确的是（ ）
A.未见色素带，说明材料可能为黄化叶片
B.色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液
C.提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b较多
D.胡萝卜素处于滤纸最前方，是因为其在提取液中的溶解度最高
【解析】叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇、层析液等中。由于叶绿素含量比类胡萝卜素多且叶绿素呈现绿色，所以，提取液呈绿色。叶绿体中的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上扩散得快，如胡萝卜素在层析液中扩散得最快；溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢，如叶绿素b。A选项中未见色素带，其原因是操作失误，若是黄化叶片，会得到叶黄素的色素带。
【答案】C
类型二 光合作用过程
例2 （2011·大庆二模）叶绿体结构与功能示意图，下列说法错误的是（ ）
A.结构A中的能量变化是光能转变为ATP中的化学能
B.供给14CO2，放射性出现的顺序为CO2→C3→甲
C.结构A释放的O2可进入线粒体中
D.如果突然停止CO2的供应，短时间内C3的含量将会增加
【解析】在光合作用中，CO2首先和C5生成C3，如果突然停止CO2的供应，则C3生成量减少，而其消耗量不变，因此C3含量减少；而C5由于无法与CO2结合，其消耗量减少，而其生成量基本不变，因此其积累量短期内会增加。
【答案】D
类型三 影响光合作用的因素
例3 （2011·福建质检）进行正常光合作用的叶片，如果在叶绿体中[H]的含量相对稳定，在a点时突然停止供给CO2，能表示叶绿体中[H]含量的变化曲线是（ ）
【解析】突然停止供给CO2，暗反应受到抑制，消耗光反应产生的［H］的量减少，[H]积累增多。
【答案】B
类型四 光合作用与呼吸作用
例4 （2011·海淀模拟）中国2010年上海世博会日本馆的展示主题是“像生命体一样会呼吸的建筑”。光合作用与细胞呼吸是植物体内两种重要的代谢过程。提高光合速率对于解决世界上的粮食问题具有重要的意义，科学家通过对有关酶及相关基因的研究，在野生植物体内找到了影响光合速率的主要基因并进行了相关实验，得到了某种转基因作物。某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合强度测试的研究课题，设计了如下装置。请你分析并回答下列有关问题。
（1）用此装置测量植物的真正的光合作用速率，可以用__________来表示。
（2）第一步：测定植物的细胞呼吸强度，方法步骤：
①甲装置的D中放入__________，乙装置的D中放入__________；
②将装置甲、乙的玻璃钟罩__________，放在温度等相同的环境中；
③30分钟后分别记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和刻度。
（3）第二步：测定植物的净光合作用强度，方法步骤是：
①_____________________________________________；
②_____________________________________________；
③_____________________________________________。
（4）实验数据：实验操作30分钟后，记录甲装置红墨水滴移动情况：
实 验 实验30分钟后红墨水滴移动情况
测定植物细胞呼吸 甲装置 __________（填“左”或“右”）移1.5厘米
乙装置 右移0.5厘米
测定植物净光合作用 甲装置 __________（填“左”或“右”）移4.5厘米
乙装置 右移0.5厘米
（5）假设红墨水滴每移动1 cm，植物体内的葡萄糖增加或减少1 g。那么该植物的细胞呼吸速率（分解葡萄糖速率）是__________g/h。白天光照15小时，一昼夜葡萄糖的积累量是__________g。（不考虑昼夜温差影响）
【解析】对于绿色植物来说，在有光的条件下可以进行光合作用，也可以进行细胞呼吸，在黑暗条件下，只能进行细胞呼吸，所以要想研究植物的光合作用，先要研究细胞呼吸与光合作用的关系。实验中NaOH溶液可以吸收二氧化碳，所以消耗的氧气使密闭环境中气体减少，压强降低，水滴移动。测定植物细胞呼吸速率时，对照组右移0.5厘米，实验组左移1.5厘米，说明细胞呼吸使水滴左移2厘米，所以每小时分解葡萄糖的速率为4厘米；测定光合作用速率时，水滴移动的速率为2×（4.5-0.5）=8厘米/小时，所以每天的积累量为120-36=84 g。
【答案】1）细胞呼吸消耗的氧气量+释放的氧气量
（2）①NaOH溶液 等量的NaOH溶液 ②遮光处理
（3）①甲、乙两装置的D中都放入NaOH溶液，装置乙作对照组
②将装置甲、乙放在光照充足、温度等相同的环境中
③观察、记录红墨水滴移动情况
（4）左 右 （5）4 84
【基础达标】
1.（2010·北京海淀期末）下列关于叶肉细胞能量代谢的叙述中，正确的（ ）
A.适宜光照下，叶绿体和线粒体合成ATP都需要O2
B.只要提供O2，线粒体就能为叶绿体提供CO2和ATP
C.无光条件下，线粒体和叶绿体都产生ATP
D.叶绿体和线粒体都有ATP合成酶，都能发生氧化还原反应
答案 D
解析 叶绿体和线粒体中含有ATP合成酶,都能发生氧化还原反应。叶绿体在适宜光照下，将水分解为[H]和O2等，并合成ATP，无光条件下不能合成ATP；线粒体在有氧条件下能合成ATP，供给各项生命活动利用，而叶绿体暗反应利用的ATP是自身光反应产生的。
2.（2011·江西宜春二调）如图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光的曲线图，请判定a和b分别为何种色素，两类色素在层析液中溶解度大小如何（ ）
A.a为胡萝卜素，b为叶绿素，溶解度大小为a>b
B.a叶绿素，b为类胡萝卜素，溶解度大小为aC.a为类胡萝卜素，b为叶绿素，溶解度大小为aD.a、b分别为叶绿素a、叶绿素b,溶解度大小为a>b
答案 B
解析 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在层析液中溶解度由大到小依次为胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b，故只有B选项正确。
3.（2011·福州月考）下图表示某种植物在最适温度和0.03%的CO2浓度条件下，光合作用合成量随着光照强度的变化曲线，若在B点时改变某种条件，结果发生了如曲线b的变化，则改变的环境因素是（ ）
A.适当提高温度
B.增大光强度
C.适当增加CO2浓度
D.增加酶的数量
答案 C
解析 曲线上的B点表示该条件下光饱
和点，即再增加光强度光合作用不会增加，
受温度、CO2浓度等环境因素的制约。但
是B点所对应的温度为最适温度，此温度下光合作用最强，故适当提高温度，不会出现b曲线；酶的数量属于内部因素，不是环境因素。
4.（2010·四川理综，3）有人对不同光照强度下两种果树的光合特性进行研究，结果如下表（净光合速率以CO2的吸收速率表示，其他条件适宜且相对恒定）。下列相关分析，不正确的是（ ）
光强（mmol光子/） 0 0．1 0．2 0．3 0．4 0．5 0．6 0．7 0．8 0．9
龙眼 光能得用率（%） - 2．30 2．20 2．00 1．80 1．60 1．50 1．40 1．30 1．20
净光合速率（wnol /） -0．60 2．50 5．10 6．55 7．45 7．90 8．20 8．50 8．50 8．50
茫果 光能得用率（%） - 1．20 1．05 0．90 0．85 0．80 0．75 0．70 0．65 0．60
净光合速率（wnol /） -2．10 1．10 3．70 5．40 6．50 7．25 7．60 7．60 7．60 7．60
A.光强大于0.1mmol光子·m-2·s-1，随光照增强两种果树的光能利用率逐渐减少
B.光强小于0.5mmol光子·m-2·s-1，限制净光合速率的主要因素是叶绿素含量
C.光强大于0.7mmol光子·m-2·s-1，限制净光合速率的主要生态因素是CO2浓度
D.龙眼的最大光能利用率大于芒果，但龙眼的最大总光合速率反而小于芒果。
答案 B
解析 表格数据显示（表中第二行和第四行），光强大于0.1 mmol／m2·s时，光照增强两种果树的光能利用率逐渐减少；对龙眼来说，光强从0.1 mmol／m2·s到0.7 mmol／m2·s净光合速率一直在增加，因此光强为0.5 mmol／m2·s时，限制净光合速率的因素是光强，而不是叶绿素含量。同法可以判断芒果也是如此；光强大于0.7 mmol／m2·s时，龙眼、芒果的净光合速率都不再增加，限制因素是二氧化碳浓度；龙眼的最大光能利用率（2.30）大于芒果（1.20），但龙眼的最大总光合速率（8.50+0.6=9.1）反而小于芒果（7.6+2.1 =9.7）。
5.（2011·江南十校联考）甲、乙两图为有关光合作用的两组实验结果图，甲图对应的实验过程为：向一个密闭容器的溶液中加进了一定量的ATP、NADPH、磷酸盐、光合色素及有关的酶等，然后分Ⅰ、Ⅱ两个连续阶段，按图示的条件进行实验。乙图对应的实验过程为：将同一品种玉米苗置于25℃条件下培养，以探究影响光合作用强度的因素。请据图完成下列各题。
（1）除葡萄糖外，甲图中阶段Ⅰ积累的物质主要是________________。
（2）甲图曲线中，从__________点以后，可检测出“电子流”。
（3）在甲图曲线BC与DE段下降的原因相同吗？为什么？
（4）在乙图中，与D点相比，B点条件下限制玉米CO2吸收量的因素是__________，C点条件下限制玉米CO2吸收量的主要因素是__________。
（5）乙图实验结果表明，在__________的条件下施肥效果明显。除本实验所涉及的因素外，从增加光合面积的角度考虑，采取__________措施能提高玉米的光能利用率。
答案 （1）C3、ADP、Pi、NADP+ （2）C
（3）不一样，BC下降是由于溶液中ATP、NADPH的量越来越少，DE下降是由于CO2逐渐减少。
（4）光照强度（或光强） 土壤含水量
（5）土壤含水量40%~60% 合理密植
解析 （1）在甲图中阶段Ⅰ为无光的条件，所以不能进行光合作用的光反应，只进行暗反应，其主要产物是葡萄糖、ADP、Pi、NADP+等。
（2）能检测出电子流，即发生光能转换成电能，此过程发生在光合作用光反应阶段，即在图中C点以后。
（3）由于在密闭容器的溶液中加进了一定量的ATP、NADPH，所以随着暗反应的进行，ATP、NADPH的量越来越少，糖的合成速率也越来越少，而DE下降的主要原因是由于CO2逐渐减少。
（4）从图表中D、B两点，纵坐标土壤含水量相同，只有横坐标光照强度不同，B点对应的光照强度明显比D点的小。A、C两点纵坐标相同，由于含水量都很低，以致不同光照强度下CO2吸收量都较低。
（5）从图表中CO2吸收量的变化率有较大变化，施肥与不施肥都是在土壤含水量40%~60%，除本实验所涉及的因素外，从增加光合面积的角度考虑，一般进行合理密植。
【知识网络构建】
1.绿叶中色素的提取和分离
（1）色素提取液：①__________
（2）色素分离液：②__________
（3）分离原理：不同色素在层析液中的③______不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢
（4）分离结果：扩散速度由快到慢依次是④__ ________
2.色素的种类和功能
（2）功能：吸收、传递、转换光能
（1）种类
叶绿素
叶绿素a
叶绿素b
主要吸收⑤_______
类胡萝卜素
胡萝卜素
叶黄素
主要吸收⑥_______
_______
1、结构
外部：双层膜
内部
基质：含有与①__________有关的酶，
基粒：由②__________堆叠而成，分布有③__________和与④__________有关的酶
决定
2.功能：进行⑤__________的场所。
3.恩格尔曼的实验：好氧细菌只分布于⑥__________的部位。
证明
密闭玻璃罩+绿色植物+
蜡烛 不易熄灭
小鼠 不易窒息
黑暗时饥饿处理的绿叶
一半曝光
碘蒸气
变蓝
一半遮光
碘蒸气
不变蓝
联系 ①光反应为暗反应提供还原剂［H］、ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi；②没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成总之，光反应是暗反应的物质和能量的准备阶段，暗反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段。二者是光合作用过程的两个阶段，是相辅相成的

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