浙科版高考生物一轮复习第2单元细胞的代谢第8讲第1课时叶绿体与光合作用过程课件

这是一份浙科版高考生物一轮复习第2单元细胞的代谢第8讲第1课时叶绿体与光合作用过程课件，共60页。PPT课件主要包含了叶绿体的结构，胡萝卜素，叶黄素，叶绿素A，叶绿素B，颜色变淡，红光和蓝紫，ATP和NADPH，细胞呼吸强度，叶绿素等内容，欢迎下载使用。
考点一　叶绿体的结构及色素
特别提醒(1)色素不只分布于叶绿体中,也可分布于液泡中,但是液泡中的色素不能用于光合作用。(2)叶绿体不是细胞进行光合作用的唯一场所,如蓝细菌没有叶绿体,它进行光合作用的场所是光合膜。
2.色素及其吸收光谱
特别提醒影响叶绿素合成的三大因素
[练一练]1.判断下列说法正误。(1)叶肉细胞中的色素分布在叶绿体中,其中叶黄素和胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收蓝紫光和红光。(　　)提示 叶肉细胞中的色素分布在液泡和叶绿体中,光合色素分布在叶绿体中。(2)秋天气温降低,类胡萝卜素在低温下稳定性高于叶绿素,故树叶变黄。(　　)
(3)大棚蔬菜生产中,用无色透明的塑料薄膜做顶棚比有色塑料薄膜产量高,如果阴天或夜间应该给大棚内的农作物补红光和蓝紫光。(　　)(4)缺镁会引起叶片发黄,其原因是缺镁会导致类胡萝卜素的合成因原料不足而变慢或停止,叶绿素的含量相对升高而颜色逐渐显露出来。(　　)提示 类胡萝卜素不含镁元素。
2.结合必修1第99页“小资料”思考:(1)研究光合作用释放氧气的来源实验方法是什么?
(2)光合作用CO2和H2O中O的去路是什么?
提示 同位素示踪法。
提示 6C18O2→C6H1218O6+6H218OH218O→18O2
3.长句训练。土壤中缺镁时会引起植物叶片发黄,其原因是  　。 
提示 缺镁会导致叶绿素的合成因原料不足而变慢或停止,类胡萝卜素的含量相对升高而颜色逐渐显露出来
考向一　光合色素与叶绿体[典例1](2022湖北卷)某植物的2种黄叶突变体表型相似,测定各类植株叶片的光合色素含量(单位:μg·g-1),结果如表。下列有关叙述正确的是(　　)A.两种突变体的出现增加了物种多样性B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强C.两种突变体的光合色素含量差异,是由不同基因的突变所致D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
解析 两种突变体之间并无生殖隔离,仍属同一物种,只能体现遗传多样性, A项错误;叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1少,故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱,B项错误;两种突变体的光合色素含量差异,可能是同一个基因突变方向不同导致的,C项错误;野生型的叶绿素与胡萝卜素的比值为4.19,叶绿素含量较高,叶片呈绿色,突变体叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降,叶绿素含量少,不能掩盖类胡萝卜素的颜色,此时叶片呈黄色,D项正确。
易错提示(1)物种多样性是指生物种类的丰富程度,两个突变体没有形成生殖隔离,还是同一物种,由于基因突变导致遗传物质不同,这属于遗传多样性。(2)叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b分别呈现蓝绿色、黄绿色。叶绿体中还有许多种黄色、橙色和红色的色素,合称为类胡萝卜素,其中胡萝卜素为橙色,叶黄素为黄色。叶绿素分子易被破坏,类胡萝卜素较稳定,叶片显示出类胡萝卜素的颜色时叶片变黄。
[对点练] 1.(2023全国乙卷)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是(　　)A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的膜上C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越慢
解析 叶绿素中含有氮元素和镁元素,所以氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素,A项正确。叶绿体中的色素分布在其类囊体膜上,B项正确。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,所以其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰,C项正确。叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸条上扩散得越快,D项错误。
2.(2021浙江6月选考)渗透压降低对菠菜叶绿体光合作用的影响如图所示,图甲是不同山梨醇浓度对叶绿体完整率和放氧率的影响,图乙是两种浓度的山梨醇对完整叶绿体ATP含量和放氧量的影响。CO2以 形式提供,山梨醇为渗透压调节剂,0.33 ml·L-1时叶绿体处于等渗状态。
据图分析,下列叙述错误的是(　　)A.与等渗相比,低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大,光合速率大小相似B.渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下,放氧率差异较大C.低渗条件下,即使叶绿体不破裂,卡尔文循环效率也下降D.破碎叶绿体占全部叶绿体比例越大,放氧率越低
解析 由图乙可知,与等渗相比,低渗对完整叶绿体ATP合成影响不大,但在低渗山梨醇浓度下,放氧速率减慢,光合速率降低,A项错误;由图甲可知,渗透压不同、叶绿体完整率相似的条件下,放氧率差异较大,B项正确;低渗条件下,即使叶绿体不破裂,光合速率降低,光反应产生的ATP和NADPH含量降低,卡尔文循环效率也下降,C项正确;光合作用的场所是叶绿体,破碎叶绿体占全部叶绿体比例越大,放氧率越低,D项正确。
考向二　色素及其吸收光谱[典例2]如图表示叶绿体中色素的吸收光谱。据图判断,以下说法错误的是(　　)A.据图分析,在研究叶绿素的过程中,为减少类胡萝卜素的干扰,最好选用红光区B.进入秋季,植物对420~470 nm波长的光的利用量减少C.用450 nm左右波长的光比600 nm左右波长的光更有利于提高光合作用强度D.由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,短时间内叶绿体中三碳酸的量增加
解析 由图可知,类胡萝卜素主要吸收400~500 nm波长的光,即蓝紫光区,在研究叶绿素的过程中,为减少类胡萝卜素的干扰,最好选用红光区,A项正确;进入秋季,叶子变黄,叶绿素含量减少,植物对420~470 nm波长的光的利用量减少,B项正确;由图可知,叶绿体中色素吸收450 nm左右波长的光比吸收600 nm左右波长的光要多,因此用450 nm左右波长的光比600 nm左右波长的光更有利于提高光合作用强度,C项正确;由图可知,由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,叶绿体中色素吸收的光变多,光反应产生的ATP和NADPH变多,而二氧化碳的浓度不变,五碳糖和二氧化碳形成三碳酸的速度不变,则短时间内叶绿体中三碳酸的量减少,D项错误。
易错提示(1)一般情况下,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,它们对其他波段的光并非不吸收,只是吸收量较少。(3)叶绿素a与叶绿素b的吸收光谱很相似,但也略有不同:首先,叶绿素a在红光部分的吸收带宽些,在蓝紫光部分的吸收带窄些,而叶绿素b在红光部分的吸收带窄些,在蓝紫光部分的吸收带宽些;其次,与叶绿素b相比较,叶绿素a在红光部分的吸收带偏向长光波,而在蓝紫光部分则偏向短光波。
[对点练] 3.如图为叶绿素a的吸收光谱。下列叙述错误的是(　　)A.叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光B.叶绿素a对不同波长光的吸收率可能相同C.图中纵轴表示色素对相应波长光的吸收率D.若色素中混有盐酸等杂质,所测得的结果与该图一致
解析 叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光,A项正确;据图分析可知,如吸收率为40,有四种波长光,B项正确;图中纵轴表示色素对相应波长光的吸收率,C项正确;色素中混有盐酸等杂质,会破坏叶绿素的结构,则测得的结果与该图不同,D项错误。
4.下图表示某正常绿色植物的叶绿体中各类色素的吸收光谱,下列叙述错误的是(　　)A.叶绿体中含有多种黄色、橙色和红色的色素,合称类胡萝卜素B.由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,短时间内叶绿体中ATP含量增加C.以叶绿体中提取的色素混合液进行吸收光谱分析,在670 nm处的吸收峰有2个D.对图示吸收光谱进行分析,在红光区存在吸收峰的有2种色素
解析 除了叶绿素外,叶绿体中还存在多种黄色、橙色和红色的色素,合称类胡萝卜素,A项正确;由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,色素吸收的光增加,光合作用光反应增强,所以短时间内叶绿体中ATP含量增加,B项正确;从图中看出,在670 nm处,色素混合液只有1个吸收峰,C项错误;叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,在红光区域(670 nm左右)存在吸收峰的有叶绿素a和叶绿素b,D项正确。
考点二　光合色素的提取和分离
特别提醒异常实验结果(色素带)分析(1)色素带太淡的原因:叶片不够浓绿导致色素含量不够;提取时加过多乙醇使提取液色素浓度太低;提取时研磨不充分、迅速,导致研磨过程中色素提取少;画滤液细线时未重复使分离色素不足。(2)色素带不全的原因:叶片不够浓绿或不新鲜,导致色素种类不全;CaCO3未加或不足,导致叶绿素遭到破坏;滤液暴露在阳光或空气中时间过长,导致叶绿素遭到破坏。(3)色素带不齐或重叠的原因:制滤纸条时染上了手上的油脂或其他脏物而影响色素扩散;滤纸条剪角不对称;画滤液细线太慢或未干就重复画,导致滤液细线太粗,使色素带彼此重叠等。
[练一练]1.判断下列说法正误。(1)色素都是有机物,易溶于有机溶剂而不溶于水,可用95%的乙醇等有机溶剂溶解、提取色素。(　　)提示 液泡中的色素是水溶性的。(2)滤液细线浸入层析液,可导致滤纸条上的色素带重叠。(　　)提示 滤液细线浸入层析液,色素几乎会全部溶解在层析液中,导致滤纸条上无色素带。
(3)在滤纸条上4条平行分布的色素带,自上而下依次为橙色的叶黄素、黄色的胡萝卜素、黄绿色的叶绿素b、蓝绿色的叶绿素a。(　　)提示 在滤纸条上4条平行分布的色素带,自上而下依次为橙色的胡萝卜素、黄色的叶黄素、蓝绿色的叶绿素a、黄绿色的叶绿素b。(4)若收集的滤液呈淡绿色,原因可能是未加碳酸钙、使用放置数天的菠菜叶。(　　)
2.结合必修1第100页“活动”思考:提取叶绿体中的光合色素,也可用如图1所示的方法,即在圆心a处滴加适量滤液,待干燥后向培养皿中倒入层析液进行层析,结果会出现不同颜色的4个同心圆(如图2),则①~④依次对应的色素及颜色: 图1 图2①　　　 　(　　　　色),②　　　 　　(　　　色),③　　　　 (　　　　色),④　　 　　(　　　色)。 
3.长句训练。某同学在做光合色素的提取和分离的实验时,观察到的色素带颜色较浅,其原因可能是  　。 
提示 95%的乙醇加入量太多、未加CaCO3、未加SiO2、使用放置了数天的菠菜叶、只画了一次滤液细线等
考向一　光合色素的提取和分离[典例1](2022浙江Z20名校联盟第三次联考)下列关于“光合色素的提取与分离”活动的叙述,正确的是(　　)A.提取色素时,研磨应充分、细致而缓慢,力求提取更多色素B.将研磨液倒入小玻璃漏斗时,应在漏斗基部放一块单层纱布C.若收集的滤液呈淡绿色,原因可能是未加碳酸钙、使用放置数天的菠菜叶D.色素分离后,滤纸条最上方是胡萝卜素,说明其在层析液中的溶解度最小
解析 提取色素时,研磨应迅速且充分,减少有机溶剂的挥发,A项错误;提取光合色素时需要用尼龙布来过滤研磨液,B项错误;若收集的滤液呈淡绿色,说明叶绿素含量较少,原因可能是未加碳酸钙、使用放置数天的菠菜叶,C项正确;四种色素在层析液中的溶解度不同,溶解度越大,随着层析液扩散的速度越快,滤纸条最上方是胡萝卜素,说明其在层析液中的溶解度最大,D项错误。
总结归纳提高实验效果的方法或措施及目的
[对点练] 1.如图为光合作用色素纸层析的实验结果,样品分别为新鲜菠菜叶(A)和一种蓝细菌(B)经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述错误的是(　　)A.以A为材料,若研磨时未加入CaCO3,层析结果与B相同B.95%酒精可用于提取色素,层析液可用于分离色素C.层析过程需用软木塞塞住层析试管管口D.实验验证了该种蓝细菌没有叶绿素b
解析 研磨时加入CaCO3是为了保护叶绿素,以A为材料,若研磨时未加入CaCO3,层析结果中下端的两条色素带都会消失,与B不相同,A项错误;光合色素能够溶解在酒精中,可用95%酒精提取色素,层析液可用于分离色素,B项正确;层析液易挥发,有毒,所以层析过程需用软木塞塞住层析试管管口, C项正确;由图可知,蓝细菌不含有叶绿素b,D项正确。
考向二　光合色素的提取和分离与光合作用[典例2](2023浙里卷天下高三百校联考)重金属镉(Cd)对土壤的污染是目前世界上需要解决的一个大问题,其很容易被植物吸收富集,影响动植物生长和发育,最终会危害人的健康。为探究镉对植物生长发育的影响,科研人员利用某品种水稻进行实验,结果如图。请回答下列问题。(RuBP羧化酶是催化五碳糖与二氧化碳反应生成三碳酸的酶,细胞色素c是一种蛋白质,存在于线粒体内膜上,起电子传递作用)
(1)从实验结果可知,随着镉浓度的增加,叶绿素a含量下降,层析结果是叶绿素a在滤纸条上自上而下第　　　　条色素带宽度变窄和　　　　　 ,导致吸收的　　　　 　光明显减少,光合作用强度下降。 (2)从实验结果可知,碳反应产生的三碳糖减少,原因一可能是光反应弱,产生的　　 　　少,导致三碳酸的还原受阻,另一原因可能是　  　。RuBP羧化酶被破坏,活性下降,导致生成的三碳酸减少(3)请结合图中数据分析,镉由中等浓度到高浓度细胞色素c明显下降的机理可能是:随镉浓度的增加,直接导致　　　　　　　 　　　;随镉浓度的增加,导致线粒体内的　　　　　结构受损加剧而减少,从而也进一步导致　　　 　下降,产生的能量减少,根系对Mg2+的吸收能力下降,叶绿素a含量下降。 
细胞色素c的空间结构被破坏
(4)被重金属镉(Cd)污染的土壤具有隐蔽性和　　　　　性,治理污染,要控制劣质农药、化肥的使用,对垃圾进行分类处理等是控制土壤污染的主要措施。 
解析 (1)层析结果自上而下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,叶绿素a在滤纸条上自上而下为第3条色素带。叶绿素a含量下降,层析色素带的宽度变窄和颜色变淡,导致吸收的红光和蓝紫光明显减少,光合作用强度下降。(2)碳反应产生的三碳糖减少,原因一可能是光反应弱,产生的ATP和NADPH少,导致三碳酸的还原受阻,另一原因可能是RuBP羧化酶被破坏,活性下降,导致生成的三碳酸减少。
(3)细胞色素c是一种蛋白质,存在于线粒体内膜上,起电子传递作用,镉由中等浓度到高浓度,细胞色素c含量明显下降,可能是随镉浓度的增加,直接导致细胞色素c的空间结构被破坏;随镉浓度的增加,导致线粒体内的内膜结构受损加剧而减少,线粒体内膜是进行需氧呼吸的场所,从而也进一步导致细胞呼吸强度下降,产生的能量减少,根系对Mg2+的吸收能力下降,叶绿素a含量下降。(4)被重金属镉(Cd)污染的土壤不能及时表现出来,具有隐蔽性和滞后性。
[对点练] 2.(2023浙江温州适应性考试)盐胁迫是限制作物生长和产量的环境因素之一。为探究脱落酸(ABA)对盐胁迫下香椿幼苗离子吸收和光合作用的影响,得到实验数据如下:
注:NaCl浓度为150 mml·L-1,模拟盐胁迫的环境;1ABA表示施加1 μml·L-1的脱落酸,以此类推。
回答下列问题。(1)本实验的可变因素是　　　　　　　　　　　,测量净光合速率的指标是　　　　　　　　 　　　。 (2)Mg2+是植物叶片中　　　　　的必需成分,可用纸层析法将该物质与其他叶绿体色素分离的依据是　 。 两者(叶绿素和类胡萝卜素)在层析液中的溶解度不同,在滤纸上的扩散速度不同(3)据表推知,盐胁迫会　　　　　(填“促进”或“抑制”)幼苗的气孔关闭,导致　　　　　循环中还原形成　　　　的量改变,从而影响光合作用速率。(4)根据实验结果,能得出的实验结论是   　(答出2点即可)。适宜浓度的ABA能有效提高盐胁迫下香椿对Mg2+的吸收及其净光合速率,而且10ABA缓解效果最好
NaCl和不同浓度的ABA
单位时间单位叶面积CO2吸收量
解析 (1)本实验的目的是探究脱落酸(ABA)对盐胁迫下香椿幼苗离子吸收和光合作用的影响,自变量为NaCl和不同浓度的ABA,因变量为叶中Mg2+含量、气孔导度、胞间CO2浓度、净光合速率。净光合速率可用单位时间单位叶面积CO2吸收量表示。(2)Mg2+是植物叶片中叶绿素的必需成分。各色素(叶绿素和类胡萝卜素)随层析液在滤纸上的扩散速度不同,溶解度大,扩散速度快,溶解度小,扩散速度慢,因此,可用纸层析法将叶绿素和类胡萝卜素分离。
(3)据表可知,单独采用NaCl的实验组,其所有指标均低于对照组,这是因为过高浓度的NaCl抑制根对水分的吸收,使气孔导度减小,使叶肉细胞对二氧化碳的吸收量降低,二氧化碳和五碳糖结合形成的三碳酸的量降低,因此卡尔文循环中还原形成三碳糖的量减少,从而影响光合作用速率。(4)三组添加ABA的处理组中,浓度为10 μml/L ABA的盐胁迫缓解作用最好,100 μml/L ABA的处理效果甚至低于NaCl处理组,由此说明,适宜浓度的ABA能有效提高盐胁迫下香椿对Mg2+的吸收及其净光合速率,而且10ABA缓解效果最好。
3.(2023浙江杭州二模)研究遮阴对某一年生植物光合作用的影响。研究人员从开花至果实成熟,每天定时对该植物采用黑色遮阳网进行遮阴处理。测定不遮阴(甲组)和适当遮阴下(乙组和丙组)的实验结果见下表,其中光补偿点指当光合速率等于呼吸速率时的光强度。
回答下列问题。(1)从实验结果可知,该植物通过增加　　　 　　,提高吸收光的能力,进而适应弱光环境。欲提取该植物叶片的光合色素,在叶片量一定的情况下,为了提高提取液色素浓度,除了选取新鲜绿叶、适当减少95%乙醇的用量、添加二氧化硅充分研磨外,还可以采取的措施有　　　　 　、　　　　 　。若采用分光光度计通过对光的吸收率来测定叶绿素的含量,应选用　　　　　(填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)照射。 
(2)与乙组相比,相同条件下丙组的总光合速率降低了　 　μml·m-2 ·s-1。若向培养该植物的温室内通入14CO2,在酶的催化下,位于　　 　　的五碳糖与14CO2结合,生成的第一个放射性物质是　　　　　,该物质随即分解成三碳酸分子,并进一步被NADPH　　　　　(填“氧化”或“还原”)形成三碳糖。 
(3)当光照强度为植物的光补偿点时,植物叶肉细胞呼吸作用消耗的有机物量　　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)该细胞中光合作用制造的有机物量。根据相关指标的分析,在该植物与其他高秆作物进行间种时,高秆作物一天内对该植物的遮阴时间不超过2 h才能获得较高的产量,做出此判断的依据是　   　。 遮阴不超过2 h的条件下(对照不遮阴和遮阴2 h),单株光合产量与不遮阴时相差不大;随着遮阴时间延长,单株光合产量明显下降
解析 (1)从表中数据可以看出,遮阴一段时间后,该植株的叶绿素含量升高,提高了对光的吸收能力。即该植株通过增加叶绿素含量,提高吸收光的能力,进而适应弱光环境。在叶片量一定的情况下,为了提高提取液色素浓度,可以将叶片放入烘箱中烘干并粉碎,更利于原料与有机溶剂的接触,提高提取效率,也可以加入碳酸钙,防止叶绿素被破坏,利于色素的提取。叶绿体中的色素主要是叶绿素和类胡萝卜素,其中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,若采用分光光度计通过对光的吸收率来测定叶绿素的含量,应选用红光照射。
(2)总光合速率=呼吸速率+净光合速率,其中乙组的总光合速率为15.3+0.9=16.2(μml·m-2·s-1),丙组的总光合速率为11.4+0.4=11.8(μml·m-2·s-1)。与乙组相比,相同条件下丙组的总光合速率降低了4.4 μml·m-2·s-1。若向培养该植物的温室内通入14CO2,在酶的催化下,位于叶绿体基质中的五碳糖与14CO2结合,生成的第一个放射性物质是六碳分子,该物质随即分解成三碳酸分子,并进一步被NADPH(光反应产物)还原形成三碳糖。
(3)当光照强度为植物的光补偿点时,植物的光合作用强度等于细胞呼吸强度,但植物体内存在无法进行光合作用的细胞,则植物叶肉细胞中光合作用大于细胞呼吸,说明细胞呼吸消耗的有机物量小于该细胞中光合作用制造的有机物量。根据表格数据可知,遮阴不超过2 h的条件下(对照不遮阴和遮阴2 h),单株光合产量与不遮阴时相差不大;随着遮阴时间延长,单株光合产量明显下降,则在该植物与其他高秆作物进行间种时,高秆作物一天内对该植物的遮阴时间不超过2 h才能获得较高的产量。
考点三　光反应与碳反应
特别提醒(1)叶绿体并非光合作用的必要条件,如蓝细菌,虽没有叶绿体,但也能进行光合作用。(2)每个三碳酸分子接受来自NADPH和ATP的能量,被NADPH还原形成三碳糖,这是CO2分子进入卡尔文循环后形成的第一个糖。(3)卡尔文循环虽然不直接需要光,但只有在有光的条件下才能一轮一轮地循环。(4)三碳糖的形成标志着光合作用合成糖的过程已经完成。(5)光反应停止,碳反应不会立刻停止,因为光反应产生的NADPH和ATP还可以维持极短时间的碳反应。
[练一练]1.判断下列说法正误。(1)NADPH是氢的载体,在光反应中由NADP+接受H+和e-而生成,作为碳反应的还原剂。(　　)(2)叶绿体内ATP的转移途径是从类囊体膜到叶绿体基质。(　　)(3)光反应为碳反应提供NADP+、ADP和Pi,碳反应为光反应提供NADPH、ATP。(　　)提示 光反应为碳反应提供NADPH、ATP,碳反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi。
(4)光合作用中碳反应的产物三碳糖,在叶绿体内能作为合成淀粉、蛋白质和脂质的原料而被利用,但大部分是运至细胞外,并且转变成蔗糖,供植物体所有细胞利用。(　　)提示 大部分三碳糖运至叶绿体外,并且转变成蔗糖,供植物体所有细胞利用。(5)某正常进行光合作用的绿色植物,突然间停止光照,短时间内细胞内五碳糖的含量增多。(　　)提示 某正常进行光合作用的绿色植物突然停止光照,NADPH和ATP合成停止,三碳酸还原生成的五碳糖减少,而CO2固定消耗的五碳糖暂时不变,因此短时间内五碳糖含量减少。
2.结合必修1第108页“课外读”思考:用14C标记参加光合作用的二氧化碳,可以了解碳反应的什么过程?
提示 卡尔文循环(或二氧化碳被还原为糖的过程)。
3.长句训练。离体的叶绿体在光照下进行稳定的光合作用时,如果突然中断CO2的供应,短时间内叶绿体中三碳酸、五碳糖及ATP相对含量的变化分别是　　　　 　　　,其原因是　      　。提示 CO2含量的改变直接影响的是碳反应中CO2的固定过程,当CO2含量由高到低时,CO2的固定过程变弱,该反应的反应物五碳糖消耗减少,剩余的五碳糖相对增多;生成物三碳酸减少,使得三碳酸的还原减弱,则消耗的NADPH和ATP量减少,所以NADPH和ATP剩余的量增多 
考向一　光合作用基本过程[典例1](2023浙江金华一模改编)马铃薯的地下块茎中富含淀粉,是叶片光合产物输出后形成的产物。研究发现,连续阴雨或缺乏磷肥常常导致块茎发育不良。研究人员分离出叶肉细胞的叶绿体,将其置于几种含有不同浓度蔗糖的反应介质溶液(渗透压适宜)中,对光合速率进行了测定。图1为马铃薯叶肉细胞内重要含碳化合物的转化和运输过程,其中M为磷酸转运器,需同时反向转运三碳糖和磷酸分子,甲、乙为发生代谢的具体部位。图2为适宜温度下随反应介质中的蔗糖浓度升高测得的光合速率变化曲线。
回答下列问题。(1)图1中部位甲为　　 　　　,部位乙为　　　　　　　。 (2)从能量变化的角度分析,CO2合成三碳糖的反应类型属于　　　　　反应,所需的能源物质是　　　　 　,因此在长时间连续阴雨光照较弱条件下,由于能源不足导致叶绿体内五碳糖的含量　　　　　,三碳糖的含量　　　　　,进而影响块茎中淀粉的积累。 
(3)若以CO2为检测指标,图2测得的光合速率可以表示为　　　　　　　　　　 　　　　　。图中光合速率曲线下降是由于叶绿体外蔗糖浓度增大直接导致　　　 　受阻,从而抑制了光合作用碳反应的进行。 (4)已知五碳糖、三碳糖均含有磷,结合本题信息,试分析缺乏磷肥导致块茎发育不良的可能原因   　。 多种需磷的相关物质合成受阻,进而使光合速率下降。M的转运功能受阻,三碳糖输出速率下降,导致蔗糖、块茎淀粉合成减少
单位时间单位体积的叶绿体固定的CO2的量
解析 (1)图1甲中进行的是光合作用碳反应阶段,所以部位甲为叶绿体基质。乙处合成蔗糖,部位乙为细胞溶胶。(2)CO2合成三碳糖,相当于CO2固定和三碳酸的还原两步,由无机碳合成了有机碳,需要ATP、NADPH提供能量,属于吸能反应。当长时间连续阴雨光照较弱时,光反应为碳反应提供的ATP、NADPH减少,在新的条件下处于平衡状态,五碳糖、三碳糖含量均下降。
(3)图2为分离出叶绿体后测定的光合速率,不存在细胞呼吸,即为总光合作用,可以表示为单位时间单位体积的叶绿体固定的CO2的量。由图2可知,当反应介质中蔗糖浓度升高时,光合速率下降。结合图1可知,叶绿体基质中合成的三碳糖转运出叶绿体后,经过脱磷酸反应合成蔗糖。若外界蔗糖含量高,可能会抑制三碳糖转运,从而抑制光合速率。(4)茎块中的有机物是叶片光合作用合成的三碳糖输出后形成的,而三碳糖的转运需要M磷酸转运器的帮助;同时,三碳糖的合成也需要Pi,Pi的转运也需要M磷酸转运器。当缺乏磷肥时,相关的物质合成均受到阻碍,光合速率下降。M的转运功能也受阻,三碳糖转运速率下降,蔗糖合成不足,进而导致块茎中淀粉合成不足。
总结归纳(1)环境改变时光合作用各物质含量的瞬间变化分析下图中Ⅰ表示光反应,Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示三碳酸的还原,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)环境改变时光合作用各物质含量的长时变化分析当改变的条件促进光合作用时,长时间后光合作用在新条件下重新达到平衡,各物质含量均增加;当改变的条件使光合作用减弱时,长时间后光合作用在新条件下重新达到平衡,各物质含量均减少。
[对点练] 1.(2023浙江台州第二次教学质量评估)科学家成功研制了“人造叶绿体”,该研究从菠菜中分离出类囊体,与多种酶一起包裹在磷脂构成的油包水小液滴中,该系统在光照条件实现了CO2的固定。“人造叶绿体”的结构及相关反应过程如下图所示,CETCH循环是一种新的二氧化碳-有机物化学循环。回答下列问题。
(1)由图可推测“人造叶绿体”外膜由　　　　　层磷脂分子组成,且磷脂分子的“头部”在“人造叶绿体”的　　　　　(填“内”或“外”)侧。光照条件下,水在“人造叶绿体”的类囊体中被分解成　　　 　　。 (2)A物质与叶绿体中的　　　　　(化合物)相似,不断地被消耗和合成,若突然停止CO2供应,短时间内A物质的量将　　　　　。 (3)研究发现,在乙醛酸还原成乙醇酸的反应过程中,“人造叶绿体”内NADPH含量降低,ATP的含量提高,由此推测乙醛酸还原和三碳酸还原的不同之处可能是　 。 
乙醛酸的还原只需消耗NADPH,不消耗ATP
(4)有机物乙醇酸产生的场所相当于　　　　　　。下列各项中能用于检测该“人造叶绿体”有效性的是　　　　　。 A.乙醇酸　　D.蔗糖(5)若要研究CO2参与CETCH循环时碳的去向,实验思路是　　　　　　　　　　　　 　　　　　。
对CO2中的碳元素进行14C标记,研究含有放射性的物质及其出现的位置
解析 (1)据图观察可知,“人造叶绿体”膜外侧是油,内侧是水,因此“人造叶绿体”外膜由一层磷脂分子组成。磷脂分子的“头部”具有亲水性,“尾部”具有疏水性,由于“人造叶绿体”内部是水,所以磷脂分子的“头部”在“人造叶绿体”的内侧。光照条件下,光合色素吸收的光能可将水分解产生H+、电子和O2。(2)由图可知,A物质可与CO2反应,进行CO2的固定,在叶绿体光合作用的碳反应阶段CO2被五碳糖固定形成三碳酸,因此A物质与五碳糖相似。若突然停止CO2供应,CO2与A物质反应速率减慢,A物质消耗速率降低,此时A物质合成速率不变,因此短时间内A物质的量将增多。
(3)三碳酸还原同时需要ATP和NADPH的供应,而“人造叶绿体”内NADPH含量降低,但ATP的含量提高,推测乙醛酸还原只需消耗NADPH,不消耗ATP。(4)有机物乙醇酸的产生不需要光照,与光合作用碳反应相似,因此产生的场所相当于叶绿体基质。若想检测“人造叶绿体”的有效性,可以检测反应物的减少量和产物的生成量,即乙醇酸、ATP和O2。(5)若要研究CO2参与CETCH循环时碳的去向,可用放射性同位素标记法,对CO2中的碳元素进行14C标记,研究含有放射性的物质及其出现的位置。
2.(2023全国甲卷)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中,给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题。(1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料,若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离,可以采用的方法是　　　　　　　(答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布在　　　　　　　　上,其中类胡萝卜素主要吸收　　　　　　(填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。 (2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后,加入缓冲液形成悬浮液,发现黑暗条件下在悬浮液中不能产生糖,原因是    　。
黑暗条件下不能进行光反应,不能产生碳反应所需要的NADPH和ATP
(3)叶片进行光合作用时,叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在,简要写出实验思路和预期结果。
思路:分离叶绿体,用碘液进行显色反应。结果:反应结果显蓝色。
解析 (1)分离植物细胞器可用差速离心法。叶绿体中的光合色素分布在类囊体膜上,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。(2)光合作用的光反应和碳反应紧密联系。黑暗条件下,光反应不能进行,不能为碳反应提供三碳酸还原所需的ATP和NADPH,碳反应无法进行,不能产生糖。(3)本实验的目的是验证通过光合作用可以在叶绿体中产生淀粉,实验的自变量是有无光照,可将生长状况良好且相同的植物叶片均分为甲、乙两组,甲组置于光下,乙组置于暗处,其他条件相同且适宜。一段时间后分别提取两组的叶绿体,制作成匀浆,分别加入碘液观察颜色变化。
考向二　新情境下光合作用物质和能量变化[典例2](2023浙江嘉兴一模)高粱等植物在演化过程中形成如图所示的生理机制。由于存在C4途径,这类植物被称为C4植物。水稻等植物不存在C4途径,仅通过叶肉细胞中的C3途径固定CO2,这类植物被称为C3植物。C4植物能利用叶肉细胞间隙中浓度极低的CO2,维管束鞘细胞中CO2浓度比叶肉细胞高10倍。R酶既可以催化碳反应中CO2与五碳糖(C5糖)结合,也可以催化五碳糖与O2结合。五碳糖与O2结合后形成一个三碳酸(C3酸)和一个C2,这个C2随后进入线粒体被氧化为CO2,这个过程称为光呼吸。
回答下列问题。(1)C4植物细胞中固定CO2的物质有　　　　　　　　　　　。叶绿体中的C3糖除了可以转化为淀粉、蛋白质和脂质,还可能存在的两个去向是　　　　　　　 　　　　。 (2)在相同的高温、高光强度环境下,C4植物的光能转化为糖中化学能的效率比C3植物几乎高2倍,原因是P酶与CO2的亲和力　　　　　(填“大于” “基本等于”或“小于”)R酶,再通过C4酸定向运输和转化,提高了维管束鞘细胞中CO2浓度,提高了光能转化效率。高浓度CO2在与O2竞争R酶的过程中占优势,抑制了　　　　　过程;另一方面,高浓度CO2促进了碳反应的进行。
再生为C5糖,转运到叶绿体外
(3)在高热干旱的环境中,叶片中的脱落酸会升高,从而引起　　　　　关闭,而C4植物还能保持一定的光合强度。C4植物在高热干旱的环境中仍能保持较高光合强度,原因是　   　。C4植物叶肉细胞内的P酶与CO2的亲和力特别强,C4植物可以利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用 
解析 (1)据图可知,PEP与CO2结合形成C4酸,C5糖与CO2结合形成C3酸,所以C4植物细胞中固定CO2的物质有PEP和C5糖。C3糖经过一系列的变化再生C5糖,还有些C3糖运输到叶绿体外供线粒体利用。(2)在相同的高温、高光强度环境下,C4植物的光能转化为糖中化学能的效率比C3植物几乎高2倍,则说明P酶与CO2的亲和力大于R酶,能够将更多的CO2固定下来,再通过C4酸定向运输和转化,提高了维管束鞘细胞中CO2浓度,提高了光能转化效率。据图可知,R酶同时也能催化C5与O2的反应过程,即光呼吸,若CO2的浓度上升,则可以在与O2竞争R酶的过程中占优势,抑制了光呼吸过程;另一方面,高浓度CO2促进了碳反应的进行,所以在高温、高光强度环境下,C4植物的光能转化为糖中化学能的效率比C3植物的高。
(3)高温、光照强烈和干旱的条件下,叶片中的脱落酸会升高,绿色植物气孔会关闭,但C4植物叶肉细胞内的P酶与CO2的亲和力特别强,C4植物可以利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用,所以C4植物在高热干旱的环境中仍能保持较高光合强度。
[对点练] (2023浙江宁波十校联考)阅读下列材料,回答第3、4题。高粱等植物在演化过程中形成如图所示的生理机制,这类植物被称为C4植物。水稻等植物不存在C4途径,仅通过叶肉细胞中的C3途径固定CO2,这类称为C3植物。C4植物能利用叶肉细胞间隙中浓度极低的CO2,维管束鞘细胞中CO2浓度比叶肉细胞高10倍。R酶既可催化碳反应中CO2与C5糖结合,也可催化C5糖与O2结合。C5糖与O2结合后形成一个C3酸和一个C2,这个C2随后进入线粒体被氧化为CO2,这个过程称为光呼吸。
3.下列关于C4途径的叙述,正确的是(　　)A.不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是不同的B.C4植物细胞可以在夜间吸收CO2用于卡尔文循环C.由这种CO2浓缩机制可以推测,P酶与无机碳的亲和力高于R酶D.叶绿体中的C3糖大多数离开叶绿体后转化为蔗糖
解析 不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的,均有O2、ATP和NADPH,A项错误;C4植物能利用叶肉细胞间隙中浓度极低的CO2,说明C4植物细胞可以在中午吸收CO2,在P酶的作用下与PEP结合形成C4酸,B项错误;由“C4植物能利用叶肉细胞间隙中浓度极低的CO2,维管束鞘细胞中CO2浓度比叶肉细胞高10倍”可知,结合题图,P酶位于叶肉细胞中,R酶位于高浓度CO2的维管束鞘细胞中,所以由这种CO2浓缩机制可以推测,P酶与无机碳的亲和力高于R酶,C项正确;由图和题干信息并不能推测叶绿体中的C3糖大多数离开叶绿体后转化为蔗糖,D项错误。
4.下列关于光呼吸过程的叙述,正确的是(　　)A.光呼吸过程中消耗O2的场所和细胞呼吸相同B.正常进行光合作用的水稻,突然停止光照,叶片CO2释放量先增加后降低C.R酶既可催化CO2与C5糖结合,也可催化C5糖与O2结合,说明R酶不具有专一性D.光呼吸会消耗有机物导致减产,我们可以敲除控制R酶合成的基因从而提高产量
解析 光呼吸过程中消耗O2的场所为叶绿体,细胞呼吸消耗O2的场所是线粒体,A项错误;正常进行光合作用的水稻,突然停止光照,光反应产生的ATP和NADPH的量减少,碳反应消耗的C5糖减少,C5糖与O2的结合增加,通过光呼吸产生的CO2增多,随着时间的延长,光呼吸停止,最终叶片中释放的CO2均来自细胞呼吸释放的CO2,B项正确;R酶既可催化CO2与C5糖结合,也可催化C5糖与O2结合,这是在不同条件下R酶催化不同的反应,R酶具有专一性,C项错误;R酶既可催化CO2与C5糖结合,也可催化C5糖与O2结合,若敲除控制R酶合成的基因,光合作用的碳反应不能进行,无法合成有机物,D项错误。
5.(2023浙江杭州二模)大棚草莓主要在秋冬季生长,但棚内光照不足,需要进行人工补光。市面上的补光灯种类繁多,有红光荧光灯(T1)、LED灯A(T2)、LED灯B(T3)、高压钠灯(T4)等,其中T1的光谱主要成分为红橙光和蓝紫光。为帮助草莓种植园选择合适的补光灯,某科研组于12月1日起展开相关实验,测定了在补光条件下草莓的生理和产量指标,其中气孔导度表示气孔的开放程度,结果如下表所示。注:Pn代表净光合速率;Gs代表气孔导度。
(1)该科研小组选择红光荧光灯进行实验的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。光合色素主要吸收蓝紫光和红光,而红光荧光灯(T1)的光谱主要成分为红橙光和蓝紫光,有利于光合作用的进行补光74 d后,他们将草莓叶片置于浸提液(无水乙醇、丙酮体积比为1∶1的混合液)中,36 h后取3 mL浸提液直接在紫外分光光度仪中测定光合色素的含量。选择上述混合液作为浸提液的依据是　  　 。(2)T1处理　　　　　(填“促进”或“抑制”)草莓的净光合速率。据表分析,其原因是　  　。 草莓的叶绿素和类胡萝卜素含量增加使得植物吸收的光能增多,气孔导度增加使植物吸收CO2增多,光合作用增强
色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇和丙酮中,该混合液可以用来提取色素
(3)补光期间,草莓吸收的CO2在叶绿体中与　　　　　发生反应而被固定,并在光反应提供的　　 　　作用下形成3-磷酸甘油醛(三碳糖)。白天,离开循环的三碳糖部分进入　　　 　　转变成蔗糖,运至果实等非光合器官,同时产生的Pi则运回叶绿体。 (4)由表可知,草莓种植园应该选择　　　　　灯进行补光,主要依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出2点即可)。T2处理具有净光合速率提高、叶绿素和类胡萝卜素含量升高、气孔导度较大、单果质量大、结果数多、成熟日期提前等优点 
解析 (1)由题干信息可知,红光荧光灯(T1)的光谱主要成分为红橙光和蓝紫光,而叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光,有利于光合作用的进行。绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇和丙酮中,因此可用浸提液(无水乙醇、丙酮体积比为1∶1的混合液)来提取色素。(2)Pn代表净光合速率,T1处理后草莓的净光合速率大于对照组,说明T1处理能促进草莓的净光合速率。据表分析,其原因是T1处理后,草莓的叶绿素和类胡萝卜素含量增加使得植物吸收的光能增多,气孔导度增加使植物吸收CO2增多,光合作用增强。