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1、光合作用
通常是指綠色植物(包括藻類(lèi))吸收光能,把二氧化碳和水合成富能有機(jī)物,同時(shí)釋放氧氣的過(guò)程。其主要包括光反應(yīng)、暗反應(yīng)兩個(gè)階段,涉及光吸收、電子傳遞、光合磷酸化、碳同化等重要反應(yīng)步驟,對(duì)實(shí)現(xiàn)自然界的能量轉(zhuǎn)換、維持大氣的碳-氧平衡具有重要意義。
2、定義
綠色植物利用太陽(yáng)的光能,同化二氧化碳和水制造有機(jī)物質(zhì)并釋放氧氣的過(guò)程,稱(chēng)為光合作用。光合作用所產(chǎn)生的有機(jī)物主要是碳水化合物,并釋放出能量。
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光合作用場(chǎng)所:
綠色植物利用太陽(yáng)的光能,同化二氧化碳(CO2)和水(H2O)制造有機(jī)物質(zhì)并釋放氧氣的過(guò)程,稱(chēng)為光合作用。光合作用的場(chǎng)所是葉綠體。光合作用所產(chǎn)生的有機(jī)物主要是碳水化合物,并釋放出能量。
光合作用主要包括光反應(yīng)、暗反應(yīng)兩個(gè)階段,涉及光吸收、電子傳遞、光合磷酸化、碳同化等重要反應(yīng)步驟,對(duì)實(shí)現(xiàn)自然界的能量轉(zhuǎn)換、維持大氣的碳-氧平衡具有重要意義。
的驗(yàn)證方法和訓(xùn)練步驟,為學(xué)生分析和闡明了驗(yàn)證過(guò)程中疑難問(wèn)題與注意事項(xiàng)。
關(guān)鍵詞:光合作用;葉綠素;葉綠體;淀粉;驗(yàn)證;訓(xùn)練;操作能力
中圖分類(lèi)號(hào):Q-331 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3198(2007)08-0197-01
生物學(xué)中教法課程中“綠色植物在光下制造淀粉”一節(jié)實(shí)驗(yàn),是該課程中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。在此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,我指導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、規(guī)范化操作,取得了良好效果和成功經(jīng)驗(yàn)。
(1)目的要求:驗(yàn)證綠色植物在光下制造淀粉。
(2)材料和用具:天竺葵、蠶豆、小白菜等其它綠色植物(要使實(shí)驗(yàn)收到更好的效果,冬季可采用天竺葵、櫻草、蠶豆等植物,夏季最好采用金蓮花、鳳仙花、小白菜、玉米、錦葵等)。不透光的黑紙、軟木片或馬糞紙等遮光大頭針或回紋針、酒精、碘酒或碘夜、燒杯、大型玻璃杯、玻璃皿、酒精燈、三角架、載玻片、蓋玻片、顯微鏡、鑷子、火柴。
(3)實(shí)驗(yàn)要點(diǎn):光合作用的條件――光和葉綠體。
(4)方法步驟:
把供實(shí)驗(yàn)用的盆栽天竺葵或其它綠色植物先移到黑暗而溫暖的地方,以?xún)商煲院螅谷~內(nèi)的淀粉轉(zhuǎn)變成糖并運(yùn)送到其他器官里去,另一部分給植物消耗了??傊~內(nèi)的淀粉全部消失以后才能做實(shí)驗(yàn)。
從供實(shí)驗(yàn)用的綠色植物的植株上選擇一片葉,用不透光的紙或軟木片將這片葉的一部分從上下兩面遮蓋,作局部遮光處理。使部分葉片照不到太陽(yáng)。若用黑紙,就用回紋針把黑紙固定在葉片上夾牢,黑紙的部分必須平貼在葉片上,以防漏光,影響遮光效果。如果沒(méi)有黑紙或其它不透光的紙,可用軟木片代替,必須把軟木片剪成大小相同的圓片或其他式樣的小片。把這片葉的一部分,從上下兩面遮蓋起來(lái)用大頭針扎緊。再移到陽(yáng)光下或培養(yǎng)箱的燈光下,最好是強(qiáng)光照射2~3h,若日光不強(qiáng),可以稍將時(shí)間延長(zhǎng)一些。然后摘下經(jīng)太陽(yáng)照射后的遮光葉片,除去遮蓋物,放在盛有沸水的燒杯中煮三分鐘,殺死葉肉的細(xì)胞,使葉綠素容易釋放出來(lái)。再放在裝有酒精的燒杯里,隔水加熱,使葉綠素溶解在酒精里。當(dāng)葉片變成黃色時(shí)取出,用清水沖洗以后,放在培養(yǎng)皿上,滴碘酒或碘液,稍過(guò)一會(huì)兒,再用清水沖掉碘酒或碘液。可以看到經(jīng)過(guò)太陽(yáng)照射的部分變成了藍(lán)色,證明葉內(nèi)產(chǎn)生了淀粉,遮光的部分沒(méi)有變成藍(lán)色,證明沒(méi)有產(chǎn)生淀粉。由此可見(jiàn),綠葉只能在光下制造淀粉。
從經(jīng)過(guò)陽(yáng)光照曬,酒精褪色,并用碘液處理后的天竺葵葉片上,切下變藍(lán)的薄片從橫切面上觀(guān)察葉肉細(xì)胞,要注意,煮過(guò)的葉片很軟,不易被切成薄片,可采用鑷子從變藍(lán)的葉片上撕下一層表皮,上面帶有少量葉肉細(xì)胞,把撕下的部分做成裝片,用顯微鏡觀(guān)察,這樣才能比較清楚地看到葉肉內(nèi)變藍(lán)的部分是葉綠體,其他部分沒(méi)有變藍(lán)。也可用槐或蕎麥的葉進(jìn)行觀(guān)察。如果從變成藍(lán)色的天竺葵葉片上撕下一塊表皮,做成裝片,放在顯微鏡下觀(guān)察,可以清楚地看到,氣孔的保衛(wèi)細(xì)胞里有變成藍(lán)色的小顆粒,那也是葉綠體。
上述幾個(gè)實(shí)驗(yàn)都說(shuō)明,不是葉肉細(xì)胞中的任何部分都能形成淀粉,只使其中的葉綠體能夠形成淀粉。如果用銀邊天竺葵、彩葉草、有白色斑點(diǎn)的洋芋或其他植物,也可當(dāng)作實(shí)驗(yàn)材料。這是因?yàn)殂y邊天竺葵的葉緣,彩葉草的葉片中央靠近葉柄的部分和洋芋有斑點(diǎn)的部分的細(xì)胞內(nèi)均不含葉綠體,加碘酒后,遮光的部分和不含葉綠體的部分不變藍(lán)。不能形成淀粉。這就證明了光合作用需要光,又需要葉綠體。
為了使實(shí)驗(yàn)收到良好的效果,必須采用在光合作用中能較多的制造淀粉的植物作為實(shí)驗(yàn)材料。實(shí)驗(yàn)采用的材料還應(yīng)該是生長(zhǎng)旺盛的植株。如果采不到天竺葵和以上所說(shuō)的植物的葉,桃樹(shù)葉、甘薯葉、吊蘭、葡萄葉也是良好的實(shí)驗(yàn)材料。像洋蔥一類(lèi)的植物,在光合作用中不積累淀粉,用這樣的植物做實(shí)驗(yàn)是不合適的。有一些植物,如黃楊、冬青的老葉,葉綠素一時(shí)不容易溶解在酒精中,用這樣的葉做實(shí)驗(yàn),即耗費(fèi)酒精,又拖延時(shí)間,也是不合適的。如果沒(méi)有合適的植物的葉,最好預(yù)先做個(gè)預(yù)實(shí)驗(yàn),把一些植物的葉試驗(yàn)一下,再?gòu)闹刑暨x效果明顯的葉用來(lái)做實(shí)驗(yàn)。
在進(jìn)行葉片局部遮光處理時(shí),可以用清晰的照像底片貼在葉片的上面,代替遮光黑紙或其它遮光設(shè)備,結(jié)果在淡黃色的葉片上出現(xiàn)紫黑色的影像。
本實(shí)驗(yàn)往往由于陰雨天――光太弱,或者班次太多,盆栽天竺葵不足,因缺乏材料而使教學(xué)計(jì)劃受到影響。還可以采用以下兩種方法:
①將提前部分遮蓋葉片的天竺葵放在強(qiáng)光下照射2~3h左右,把遮光的整個(gè)葉片全部摘下,放在培養(yǎng)皿內(nèi)蓋好,保持葉片新鮮。放置一兩天后再做實(shí)驗(yàn),也可得到同樣的效果。這樣因葉片離開(kāi)植物體后,在光下制造的淀粉運(yùn)不走了,一兩天內(nèi)葉片自身耗量小,這樣做就不會(huì)因上述原因而使已安排的實(shí)驗(yàn)課受到影響。
②對(duì)生長(zhǎng)在野外地里的植物也可用上述方法提前一天摘回保鮮備用。
(5)注意事項(xiàng):
①如果要把葉片切成薄片,從橫切面上觀(guān)察細(xì)胞要注意,煮過(guò)的葉片很軟,不易被切成薄片,可該用鑷子從變藍(lán)的葉片上撕下一層表皮, 撕下的表皮總能帶有少量葉肉細(xì)胞,把撕下的部分做成裝片。用顯微鏡觀(guān)察,這樣也能夠較清楚地看到葉內(nèi)變藍(lán)的部分是葉綠體。
②在遮蓋一部分葉片時(shí),由于軟木較厚較重,使用不太方便,可以用錫箔(即包香煙的錫紙)或其他不透光紙。
(6)疑難問(wèn)題分析:
葉綠體是光合作用制造有機(jī)物的場(chǎng)所,而葉綠素是葉綠體中所含的一種色素。正常情況下,由于葉綠素的存在使得植物葉片呈現(xiàn)綠色。葉綠素的形成需要光的作用和較高的溫度條件。假若植物長(zhǎng)期生長(zhǎng)在暗處,顏色總是淡黃色的。韭黃的生產(chǎn)就是一個(gè)典型的實(shí)例,處于低溫條件下的植物同樣也不能形成葉綠素,所以深秋里的葉子會(huì)由綠變黃。
(7)思考與訓(xùn)練:
①問(wèn)答題:
A.為什么供實(shí)驗(yàn)用的植物要放在暗室1~2h ?
B.同在陽(yáng)光下照射都未被遮蓋的具有白色斑點(diǎn)的葉,為什么原來(lái)綠色部分會(huì)變藍(lán),而白色斑點(diǎn)部分不變藍(lán)呢?
②實(shí)驗(yàn)題:
A.填空題:
綠色植物在光下制造淀粉的實(shí)驗(yàn):把經(jīng)過(guò)遮光處理的葉片,放在酒精里脫去色素,滴上碘酒,看到遮光部分變成( )色,而未遮光的部分變成( )色,說(shuō)明( )。把變成藍(lán)色的葉片部分做成裝片在顯微鏡下觀(guān)察,發(fā)現(xiàn)染成藍(lán)色的部分,只是葉肉中的()部分,從而說(shuō)明淀粉是在( )里形成的。
B:驗(yàn)證綠色植物在光下制造淀粉,其過(guò)程包括:
①實(shí)驗(yàn)時(shí)摘下一片部分遮光的葉片,除去遮蓋物,放在裝有酒精的小燒杯中,隔水加熱,使葉綠素溶解在酒精里;②在實(shí)驗(yàn)前一天晚上,用不透明的黑紙,把選擇好的一片葉的一部分,從上下兩面遮蓋起來(lái):③在實(shí)驗(yàn)的前三天,把天竺葵或其它綠色植物放在黑暗的地方;④第二天,在強(qiáng)光下照射2~3h后,即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn);⑤當(dāng)葉片變成白色時(shí),取出葉片,放在玻璃片上,用清水沖洗;⑥然后滴上幾滴碘酒。這時(shí)候可以看到?jīng)]有遮光的部分變成藍(lán)色,遮光部分不變色。這個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的正確順序是()。
A.③②④①⑤⑥ B.②③①④⑥⑤
例1 為探究酵母菌的細(xì)胞呼吸,將酵母菌細(xì)胞破碎并進(jìn)行差速離心處理,得到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線(xiàn)粒體,與酵母菌分別裝入A~F試管中,加入不同的物質(zhì),進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)(見(jiàn)下表)。
(1)會(huì)產(chǎn)生CO2和H2O的試管有 ,會(huì)產(chǎn)生酒精的試管有,根據(jù)試管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可判斷出酵母菌進(jìn)行無(wú)氧呼吸的場(chǎng)所。(均填試管編號(hào))
(2)有氧呼吸產(chǎn)生的[H],經(jīng)過(guò)一系列的化學(xué)反應(yīng),與氧結(jié)合形成水。2,4-二硝基苯酚(DNP)對(duì)該氧化過(guò)程沒(méi)有影響,但可使該過(guò)程所釋放的能量都以熱能的形式散失,表明DNP可使分布在上的酶無(wú)法合成ATP。若將DNP加入試管E中,葡萄糖的氧化分解(填“能”或“不能”)繼續(xù)進(jìn)行。
【知識(shí)點(diǎn)分析】本題主要考查細(xì)胞呼吸過(guò)程的相關(guān)知識(shí)。
【解題分析】(1)分析表格,試管A中加入的是丙酮酸,在有氧條件下無(wú)法在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中繼續(xù)氧化分解。試管B中加入的是葡萄糖,無(wú)氧條件下,在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中能繼續(xù)氧化分解,產(chǎn)生CO2和酒精。在有氧條件下,線(xiàn)粒體能分解丙酮酸,所以試管C中有CO2和H2O產(chǎn)生,而試管D中無(wú)。分析試管E、F,酵母菌在有氧條件下,能把C6H12O6徹底氧化分解產(chǎn)生CO2和H2O;在無(wú)氧條件下,酵母菌進(jìn)行無(wú)氧呼吸,產(chǎn)生CO2和C2H5OH。從而可以判斷,能產(chǎn)生CO2和H2O的試管有C、E,能產(chǎn)生酒精的試管有B、F。根據(jù)試管B、D、F的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可判斷酵母菌的無(wú)氧呼吸場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。
(2)根據(jù)題中的信息,DNP對(duì)[H]+O2H2O這一過(guò)程沒(méi)有影響,但可使該過(guò)程所釋放的能量都以熱能的形式散失,而不能形成ATP,由于[H]和氧結(jié)合形成水的過(guò)程發(fā)生在線(xiàn)粒體內(nèi)膜上,因此DNP可使分布在線(xiàn)粒體內(nèi)膜上的酶無(wú)法合成ATP。若將DNP加入試管E中,葡萄糖的氧化分解不受影響,但產(chǎn)生的ATP將會(huì)大大減少。
【答案】(1)C、E B、F B、D、F (2)線(xiàn)粒體內(nèi)膜 能
【思路點(diǎn)撥】酵母菌為兼性厭氧型生物,在有氧條件下進(jìn)行有氧呼吸,在無(wú)氧條件下進(jìn)行無(wú)氧呼吸。對(duì)于有氧呼吸及無(wú)氧呼吸的全過(guò)程要十分清晰,每一階段的反應(yīng)物、產(chǎn)物、場(chǎng)所都要了如指掌,方能從容應(yīng)對(duì)。比如有氧呼吸時(shí),葡萄糖、水、氧氣分別參與第一、二、三階段,丙酮酸、CO2、H2O分別在第一、二、三階段形成,三個(gè)階段都有能量及ATP的生成。第一階段在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進(jìn)行,第二階段在線(xiàn)粒體基質(zhì)中進(jìn)行,第三階段在線(xiàn)粒體內(nèi)膜上進(jìn)行。
【總結(jié)歸納】有氧呼吸與無(wú)氧呼吸的比較:
考點(diǎn)2:呼吸作用的方式
例2 為了探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式,某同學(xué)將實(shí)驗(yàn)材料和用具按下圖所示安裝好。以下關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法,不正確的是( )
A.甲、乙兩組實(shí)驗(yàn)探究的分別是酵母菌在有氧、無(wú)氧條件下的呼吸方式
B.加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH溶液是為了吸收空氣中的CO2
C.將橙色的重鉻酸鉀溶液滴入B瓶中變成灰綠色,證明有酒精產(chǎn)生
D.乙組中B瓶先封口放置一段時(shí)間的目的是消耗B瓶中的O2以形成無(wú)氧的環(huán)境
【知識(shí)點(diǎn)分析】探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式。
【解題分析】甲組營(yíng)造的是有氧環(huán)境,乙組營(yíng)造的是無(wú)氧環(huán)境,故A項(xiàng)正確;甲組加入NaOH溶液的目的是吸收空氣中的CO2,即排除空氣中的CO2對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾,故B項(xiàng)正確;橙色的重鉻酸鉀溶液在酸性條件下可與酒精發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使溶液變成灰綠色,故C項(xiàng)錯(cuò)誤。
【答案】C
【思路點(diǎn)撥】探究酵母菌的細(xì)胞呼吸方式是必修1的重要實(shí)驗(yàn)之一,對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理、裝置連接、注意事項(xiàng)等要做到非常熟悉,心中有數(shù)。
【總結(jié)歸納】(1)實(shí)驗(yàn)原理:酵母菌屬于兼性厭氧菌,有氧呼吸時(shí)產(chǎn)生大量的CO2,無(wú)氧呼吸時(shí)產(chǎn)生少量的CO2。CO2可使澄清石灰水變渾濁,也可使溴麝香草酚藍(lán)水溶液由藍(lán)變綠再變黃。產(chǎn)生的CO2越多,石灰水渾濁程度越大,溴麝香草酚藍(lán)水溶液變成黃色的時(shí)間越短;反之亦然。無(wú)氧呼吸時(shí)還產(chǎn)生酒精,橙色的重鉻酸鉀溶液在酸性條件下可與酒精發(fā)生化學(xué)反應(yīng),變成灰綠色。
(2)裝置連接:實(shí)驗(yàn)裝置中錐形瓶的連接順序、玻璃管插入錐形瓶中的位置要確保無(wú)誤。
(3)注意事項(xiàng):A瓶中加入NaOH溶液的目的是為了吸收空氣中的CO2,用以保證第三個(gè)錐形瓶中的澄清石灰水變渾濁是由酵母菌有氧呼吸產(chǎn)生的CO2所致;B瓶應(yīng)封口放置一段時(shí)間,待酵母菌將B瓶中的氧氣消耗完,再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶,以確保通入澄清石灰水中的CO2是由無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的。
考點(diǎn)3:測(cè)定呼吸作用的強(qiáng)度
例3 下圖是為測(cè)定發(fā)芽種子的呼吸強(qiáng)度所用的裝置。假設(shè)呼吸底物只有葡萄糖,無(wú)氧呼吸的產(chǎn)物是酒精、CO2,且不考慮外界條件的影響,下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
【知識(shí)點(diǎn)分析】利用液滴移動(dòng)裝置測(cè)定細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。
【解題分析】當(dāng)發(fā)芽的種子以葡萄糖為底物只進(jìn)行有氧呼吸時(shí),會(huì)消耗O2放出等量的CO2,裝置1中NaOH溶液會(huì)吸收CO2,故液滴左移,裝置2的液滴不動(dòng),故A項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤。當(dāng)發(fā)芽的種子以葡萄糖為底物只進(jìn)行無(wú)氧呼吸時(shí),裝置1液滴不動(dòng),裝置2液滴右移,B項(xiàng)正確;當(dāng)發(fā)芽的種子以葡萄糖為底物既進(jìn)行有氧呼吸又進(jìn)行無(wú)氧呼吸時(shí),放出的CO2量多于消耗的O2量,裝置1液滴左移,裝置2液滴右移,D項(xiàng)正確。
【答案】C
【思路點(diǎn)撥】利用液滴移動(dòng)裝置測(cè)定呼吸作用的類(lèi)型及強(qiáng)度,要同時(shí)分析兩組裝置的液滴移動(dòng)情況后才能得出結(jié)論,只分析其中一組裝置是不科學(xué)的。裝置1測(cè)有氧呼吸強(qiáng)度,裝置2測(cè)無(wú)氧呼吸強(qiáng)度。
【總結(jié)歸納】(1)實(shí)驗(yàn)原理:細(xì)胞有氧呼吸與無(wú)氧呼吸均放出CO2,且有氧呼吸消耗O2量與放出的CO2量相等。NaOH會(huì)吸收CO2,蒸餾水不吸收CO2。裝置1液滴移動(dòng)距離代表有氧呼吸的O2消耗量,即有氧呼吸強(qiáng)度;裝置2液滴移動(dòng)距離代表無(wú)氧呼吸釋放的CO2量,可代表無(wú)氧呼吸強(qiáng)度。
【解題分析】題干已經(jīng)明確告訴我們,“以測(cè)定的CO2的吸收量與釋放量為指標(biāo),研究溫度對(duì)某綠色植物光合作用與呼吸作用的影響”,可見(jiàn)圖中曲線(xiàn)應(yīng)分別為凈光合作用和呼吸作用。圖中虛線(xiàn)曲線(xiàn)標(biāo)為“光照下CO2的吸收量”,進(jìn)一步說(shuō)明,它是凈光合作用曲線(xiàn)。而實(shí)際光合作用則為圖中虛線(xiàn)與實(shí)線(xiàn)之和。每個(gè)選項(xiàng)分析如下:
“35℃時(shí)光合作用制造的有機(jī)物的量”應(yīng)為實(shí)際光合作用量,等于凈光合作用量加上呼吸量,則35℃時(shí)光合作用制造的有機(jī)物的量是3+3.5=6.5mg/h,30℃時(shí)為3.5+3=6.5mg/h,A項(xiàng)正確。
“20℃條件下植物積累的有機(jī)物的量”應(yīng)為凈光合作用量,圖中虛線(xiàn)就表示凈光合作用,25℃時(shí)植物積累的有機(jī)物的量最多,B項(xiàng)錯(cuò)誤。
溫度高于25℃時(shí),凈光合作用積累的有機(jī)物的量開(kāi)始減少,而光合作用制造的有機(jī)物的量(實(shí)際光合作用)通過(guò)計(jì)算仍在增加,25℃時(shí)實(shí)際光合作用約為3.75+2.25=6mg/h,30℃時(shí)為6.5mg/h,35℃時(shí)也為6.5mg/h,C項(xiàng)錯(cuò)誤。
兩曲線(xiàn)的交點(diǎn)應(yīng)表示凈光合作用與呼吸作用相等,而實(shí)際光合作用應(yīng)為呼吸作用的2倍,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
【答案】A
【思路點(diǎn)撥】“光合作用制造的有機(jī)物的量”為實(shí)際光合作用,“植物積累的有機(jī)物的量”代表凈光合作用。
【總結(jié)歸納】如何辨析實(shí)際光合速率與凈光合速率?
1.通過(guò)文字表述辨別:凈光合速率和實(shí)際光合速率的文字表述是有區(qū)別的,實(shí)際光合速率的表述一般都直接帶有“光合作用”一詞,而凈光合速率則不涉及;實(shí)際光合速率常用“同化量”“產(chǎn)生量”“制造量”這些詞,凈光合速率則用“吸收量”“釋放量”“減少量”“增加量”“積累量”這些詞。有關(guān)習(xí)題中經(jīng)常出現(xiàn)的相關(guān)表述,現(xiàn)列表區(qū)別如下:
(1)甲圖曲線(xiàn)上每一點(diǎn)的值代表的是凈光合速率值,實(shí)際光合速率值通常用圖中曲線(xiàn)上每一點(diǎn)的值加上呼吸速率值(A點(diǎn)的值)來(lái)表示。
(2)乙圖中的葉綠體從線(xiàn)粒體和空氣中吸收的CO2之和代表實(shí)際光合速率,葉綠體單獨(dú)從空氣中吸收的CO2代表凈光合速率。
考點(diǎn)8:光合作用與呼吸作用的典型曲線(xiàn)
例8 將一植物放在密閉的玻璃罩內(nèi),置于室外進(jìn)行培養(yǎng),用CO2濃度測(cè)定儀測(cè)得了該玻璃罩內(nèi)CO2濃度的變化情況,繪制成如下圖所示曲線(xiàn),下列有關(guān)說(shuō)法正確的是( )
①BC段較AB段CO2濃度增加減慢,是因?yàn)榈蜏厥怪参锖粑饔脺p弱
②CO2濃度下降從DE段開(kāi)始,說(shuō)明植物進(jìn)行光合作用是從D點(diǎn)開(kāi)始
③FG段CO2濃度下降不明顯,是因?yàn)闅饪钻P(guān)閉,葉片對(duì)CO2的吸收減少
④H點(diǎn)CO2濃度最低,說(shuō)明此時(shí)植物對(duì)CO2的吸收最多,光合作用最強(qiáng)
A.①②B.③④
C.①③D.②④
【知識(shí)點(diǎn)分析】本題考查光合作用與呼吸作用的聯(lián)系。
【解題分析】據(jù)圖可知,D、H點(diǎn)表示光合作用強(qiáng)度與呼吸作用強(qiáng)度相等,BC段還沒(méi)有光照無(wú)法進(jìn)行光合作用,CO2釋放速率降低只能是溫度降低,植物在CD段開(kāi)始進(jìn)行光合作用,但強(qiáng)度小于呼吸強(qiáng)度,DH段光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度,出現(xiàn)FG段的原因是光照強(qiáng),氣溫高,導(dǎo)致蒸騰作用強(qiáng),水分散失多,氣孔關(guān)閉,CO2供應(yīng)不足,所以C選項(xiàng)正確。
【答案】C
【思路點(diǎn)撥】題中給出的條件為密閉的玻璃罩,當(dāng)玻璃罩內(nèi)CO2濃度上升,表示呼吸作用大于光合作用,或只進(jìn)行呼吸作用;當(dāng)玻璃罩內(nèi)CO2濃度下降,表示光合作用大于呼吸作用。圖中D、H點(diǎn)表示光合作用等于呼吸作用。
例9 下圖是一株綠色植物葉片在夏季的一天中CO2吸收量和釋放量的變化曲線(xiàn)圖,下列有關(guān)敘述不正確的是( )
A.bc、ef段光合作用都小于呼吸作用
B.ce段葉片只進(jìn)行光合作用,不進(jìn)行呼吸作用
C.e點(diǎn)是一天中有機(jī)物積累最多的時(shí)間點(diǎn)
D.Og段是消耗有機(jī)物時(shí)間段
【知識(shí)點(diǎn)分析】本題考查光合作用與呼吸作用的聯(lián)系。
【解題分析】圖中c、e點(diǎn)表示光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度,b、f點(diǎn)分別是光合作用開(kāi)始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn),bc、ef段因?yàn)楣夂献饔脧?qiáng)度小于呼吸作用強(qiáng)度,故表現(xiàn)為釋放二氧化碳,A項(xiàng)正確。由于植物每時(shí)每刻都在進(jìn)行呼吸作用,所以ce段葉片既進(jìn)行光合作用,又進(jìn)行呼吸作用,B項(xiàng)錯(cuò)誤。在該植物體內(nèi)有機(jī)物積累最多的時(shí)間點(diǎn)是e點(diǎn),ce段一直吸收二氧化碳,表明光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度,有機(jī)物一直在積累,C項(xiàng)正確。植物在白天、夜間每時(shí)每刻都在進(jìn)行呼吸作用,有機(jī)物的消耗一直在進(jìn)行,D項(xiàng)正確。
【答案】B
【思路點(diǎn)撥】a點(diǎn):凌晨2時(shí)~4時(shí),溫度降低,呼吸作用減弱,CO2釋放減少。
b點(diǎn):有微弱光照,植物開(kāi)始進(jìn)行光合作用。
b~c段:光合作用強(qiáng)度小于呼吸作用強(qiáng)度。
c、e點(diǎn):光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度,e點(diǎn)時(shí)積累的有機(jī)物最多。
d點(diǎn):溫度過(guò)高,部分氣孔關(guān)閉,出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象。
f點(diǎn):光照消失,光合作用停止。
【總結(jié)歸納】光合作用和呼吸作用的曲線(xiàn)圖分析,對(duì)考生的識(shí)圖能力、綜合分析能力要求較高,難度較大,得分率也較低。做題時(shí)要從曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析,從一些特殊點(diǎn)(交點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)、最高點(diǎn)、最低點(diǎn))著手進(jìn)行突破。如光補(bǔ)償點(diǎn)(與x軸交點(diǎn))、光飽和點(diǎn)(曲線(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn))、只進(jìn)行呼吸作用的點(diǎn)(與y軸交點(diǎn))、積累有機(jī)物最多的點(diǎn)、光合作用最強(qiáng)點(diǎn)(實(shí)際光合曲線(xiàn)頂點(diǎn))、生長(zhǎng)最快點(diǎn)(凈光合曲線(xiàn)頂點(diǎn))、光合作用消失點(diǎn)等。
考點(diǎn)9:光合作用與呼吸作用的計(jì)算題
例10 將生長(zhǎng)狀況相同的輪藻葉片分成4等份,在不同的溫度下先暗處理1h,再光照1h(光照強(qiáng)度相同),前后共兩小時(shí),得到如下表所示數(shù)據(jù)。以下說(shuō)法不正確的是( )
A.催化輪藻呼吸作用的酶的最適溫度約為29℃
B.第三組輪藻釋放的氧氣量最多
C.第四組輪藻光合作用制造的有機(jī)物總量為2mg
D.四個(gè)組中的輪藻光合作用強(qiáng)度都大于呼吸作用強(qiáng)度
【知識(shí)點(diǎn)分析】光合作用與呼吸作用的相關(guān)計(jì)算。
【解題分析】由表中數(shù)據(jù)可知,在29℃時(shí),葉片呼吸作用速率最大,故催化輪藻呼吸作用的酶的最適溫度約為29℃。在該實(shí)驗(yàn)中,輪藻葉片進(jìn)行呼吸作用2h,光合作用1h,第一組至第四組輪藻光合作用制造的有機(jī)物總量分別為5mg、7mg、9mg、3mg,C項(xiàng)錯(cuò)誤;光合作用1h,第一組至第四組輪藻凈光合作用積累有機(jī)物的量分別為4mg、5mg、6mg、2mg,四個(gè)組中輪藻的光合作用強(qiáng)度都大于呼吸作用強(qiáng)度。凈光合作用積累有機(jī)物的量與氧氣釋放量呈正比,故第三組輪藻釋放的氧氣量最多。
【答案】C
【思路點(diǎn)撥】暗處理后的重量變化代表1h呼吸作用消耗的有機(jī)物量,也代表呼吸作用強(qiáng)度,光照后和暗處理前的重量變化表示1h光合作用制造的有機(jī)物量與2h呼吸作用消耗的有機(jī)物量的差值。由此計(jì)算出1h光合作用制造的有機(jī)物的量,即為光合作用的強(qiáng)度。
【總結(jié)歸納】1.光合作用和呼吸作用綜合計(jì)算題:解題關(guān)鍵是要抓住實(shí)際光合作用和凈光合作用的關(guān)系,再根據(jù)公式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。計(jì)算公式:實(shí)際光合速率=凈光合速率+呼吸速率。
2.光合作用或呼吸作用的原料消耗與產(chǎn)物生成的計(jì)算題:解題關(guān)鍵是能夠完整而準(zhǔn)確的寫(xiě)出光合作用和呼吸作用的方程式,然后借用化學(xué)上有關(guān)方程式的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。
考點(diǎn)10:光合作用與呼吸作用的實(shí)驗(yàn)
例11 為了驗(yàn)證葉片在光合作用和呼吸作用過(guò)程中有氣體的產(chǎn)生和消耗。用所提供的材料和用具,在給出的實(shí)驗(yàn)步驟和預(yù)測(cè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,繼續(xù)完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析:
實(shí)驗(yàn)材料和用具:煙草幼苗、試管2支、蒸餾水、NaHCO3稀溶液(為光合作用提供原料)、真空泵、暗培養(yǎng)箱、日光燈(實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溫度和光照等條件適宜,O2、CO2在水中的溶解量和無(wú)氧呼吸不計(jì))。
實(shí)驗(yàn)步驟和預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:
(1)剪取兩塊相同的煙草葉片分別放在盛有等量蒸餾水和NaHCO3稀溶液的兩支試管中,葉片均浮在水面上。
(2)用真空泵抽走兩支試管內(nèi)液體中和葉肉細(xì)胞空隙間的氣體后,敞開(kāi)試管口,可觀(guān)察到葉片均沉在試管底部。
【知識(shí)點(diǎn)分析】驗(yàn)證光合作用和呼吸作用過(guò)程中氣體的產(chǎn)生和消耗。
【解題分析】(1)題干給出的NaHCO3稀溶液可滿(mǎn)足光合作用對(duì)二氧化碳的需求,也可以吸收二氧化碳。
(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍枰獜膬煞矫鎭?lái)驗(yàn)證:既要驗(yàn)證葉片光合作用產(chǎn)生O2,又要驗(yàn)證呼吸作用消耗O2。
(3)材料用具提供的有暗培養(yǎng)箱和日光燈。
(4)根據(jù)題干給出的實(shí)驗(yàn)步驟(1)(2)可知本實(shí)驗(yàn)的觀(guān)測(cè)指標(biāo)為葉片是否上浮或下沉。
分析:驗(yàn)證葉片在光合作用過(guò)程中產(chǎn)生O2(如右圖)。
實(shí)驗(yàn)變量:是否有CO2。
觀(guān)測(cè)指標(biāo):下沉的葉片上浮。
實(shí)驗(yàn)分組法:等組實(shí)驗(yàn)法。
實(shí)驗(yàn)對(duì)照:空白對(duì)照。
原因:(見(jiàn)下表)
分析:驗(yàn)證葉片在呼吸作用過(guò)程中消耗O2(如右圖)。
實(shí)驗(yàn)變量:是否有O2。
觀(guān)測(cè)指標(biāo):上浮的葉片下沉。
實(shí)驗(yàn)分組法:等組實(shí)驗(yàn)法。
實(shí)驗(yàn)對(duì)照:空白對(duì)照。
原因:(見(jiàn)下表)
【答案】實(shí)驗(yàn)步驟和預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:(3)將兩支試管放在日光燈下,光照一段時(shí)間。結(jié)果:NaHCO3稀溶液中的葉片上浮,蒸餾水中的葉片仍在試管底部 (4)將這兩支試管放在暗培養(yǎng)箱中一段時(shí)間。結(jié)果:NaHCO3稀溶液中的葉片下沉,蒸餾水中的葉片仍在試管底部
分析預(yù)測(cè)的結(jié)果:(1)光照下,NaHCO3稀溶液中的葉片進(jìn)行光合作用,釋放出的O2多于呼吸作用消耗的O2,葉肉細(xì)胞間隙中的O2增加,葉片上浮。而蒸餾水中缺乏CO2和O2,葉片不能進(jìn)行光合作用和有氧呼吸,葉肉細(xì)胞間隙缺乏氣體,因此葉片位于試管底部 (2)黑暗中,NaHCO3稀溶液中的葉片只進(jìn)行呼吸作用,消耗了葉肉細(xì)胞間隙中的O2,放出的CO2溶于NaHCO3稀溶液中,葉肉細(xì)胞間隙缺乏氣體,葉片下沉。蒸餾水中缺乏O2,葉片不能進(jìn)行有氧呼吸,葉肉細(xì)胞間隙仍缺乏氣體,因此葉片仍位于試管底部
【思路點(diǎn)撥】由碳酸氫鈉稀溶液可以分析出,它可以產(chǎn)生二氧化碳也可以吸收二氧化碳。根據(jù)給出的實(shí)驗(yàn)步驟“一組加入碳酸氫鈉稀溶液,另一組加入等量的蒸餾水”可知,區(qū)別在于有無(wú)二氧化碳,所以應(yīng)先驗(yàn)證光合作用是否產(chǎn)生氧氣,條件應(yīng)進(jìn)行光照。
【總結(jié)歸納】測(cè)定光合速率和呼吸速率的方法總結(jié):
1.葉片沉浮法:一種定性測(cè)定光合作用強(qiáng)度的方法。實(shí)驗(yàn)原理是光合作用產(chǎn)生O2使葉片上浮,呼吸作用消耗O2使葉片下沉。根據(jù)葉片下沉和上浮所需時(shí)間,可定性測(cè)定光合速率的強(qiáng)弱。
2.半葉法:定量測(cè)定光合作用和呼吸作用強(qiáng)度的方法。原理及方法:將對(duì)稱(chēng)葉片的一部分(A)遮光,另一部分(B)不作處理,如下圖,并用適當(dāng)方法阻止兩部分的物質(zhì)轉(zhuǎn)移。適宜光照下照射一定時(shí)間后,在A、B的對(duì)應(yīng)部位截取同等面積的葉片,烘干稱(chēng)重,分別記為MA、MB獲得相應(yīng)數(shù)據(jù),根據(jù)MB與MA的差值,可計(jì)算出該葉片的實(shí)際光合作用強(qiáng)度,其單位是mg/dm2?h。
3.黑白瓶法:也是一種定量測(cè)定光合作用和呼吸作用強(qiáng)度的方法。原理及方法:取三只玻璃瓶,一只用黑膠布包上,并包以錫箔。從待測(cè)的水體深度取水,保留一瓶(初始量IB)以測(cè)定水中原來(lái)的溶氧量。將另一對(duì)黑白瓶沉入取水深度,經(jīng)過(guò)24小時(shí)或其他時(shí)間,將其取出,并進(jìn)行溶氧量的測(cè)定。黑瓶中的浮游植物由于得不到光照只能進(jìn)行呼吸作用,因此黑瓶中的溶解氧就會(huì)減少。而白瓶完全被曝曬在光下,瓶中的浮游植物可進(jìn)行光合作用,因此白瓶中的溶解氧量一般會(huì)增加。所以通過(guò)黑白瓶中溶解氧量的變化,就可以估算出水體的生產(chǎn)力。根據(jù)初始瓶(IB)、白瓶(LB)、黑瓶(DB)的溶氧量,即可求:
LB-IB=凈光合速率;
IB-DB=呼吸量;
LB-DB=總光合速率。
4.液滴移動(dòng)法:也是一種定量測(cè)定光合作用和呼吸作用強(qiáng)度的方法。實(shí)驗(yàn)原理及方法:裝置中放入能調(diào)節(jié)CO2濃度的緩沖液,則液滴移動(dòng)的距離代表O2釋放量,即凈光合作用強(qiáng)度。裝置遮光,并將緩沖液換成NaOH溶液,則可測(cè)出呼吸作用強(qiáng)度,進(jìn)而得出實(shí)際光合作用強(qiáng)度,如下圖甲裝置。乙裝置的值可用來(lái)校正甲裝置的值,以排除實(shí)驗(yàn)中其他因素的影響。
同步訓(xùn)練
1.下圖表示綠色植物細(xì)胞內(nèi)部分物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過(guò)程,下列有關(guān)敘述正確的是( )
A.圖中①②兩物質(zhì)依次是H2O和O2
B.圖中(一)(二)兩階段產(chǎn)生[H]的場(chǎng)所都是線(xiàn)粒體
C.圖中(三)階段產(chǎn)生的水中的氫最終都來(lái)自葡萄糖
D.該過(guò)程只能在有光的條件下進(jìn)行,無(wú)光時(shí)不能進(jìn)行
2.右圖表示大氣中O2濃度對(duì)植物組織產(chǎn)生CO2的影響,其中A曲線(xiàn)代表CO2的釋放量,B曲線(xiàn)代表O2的消耗量。貯藏水果時(shí)O2濃度應(yīng)調(diào)節(jié)到( )
A.O點(diǎn)B.K點(diǎn)
C.I點(diǎn)D.Q點(diǎn)
3.下圖為大豆葉片光合作用暗反應(yīng)階段的示意圖。下列敘述正確的是( )
A.CO2的固定實(shí)質(zhì)上是將ATP中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)镃3中的化學(xué)能
B.CO2可直接被[H]還原,再經(jīng)過(guò)一系列的變化形成糖類(lèi)
C.被還原的C3在相關(guān)酶的催化作用下,可再形成C5
D.光照強(qiáng)度由強(qiáng)變?nèi)鯐r(shí),短時(shí)間內(nèi)C5含量會(huì)升高
4.已知某植物進(jìn)行光合作用和呼吸作用的最適溫度分別是25℃、30℃,右圖曲線(xiàn)表示該植物在30℃時(shí)光合作用強(qiáng)度與光照強(qiáng)度的關(guān)系。若將溫度調(diào)節(jié)到25℃的條件下(原光照強(qiáng)度和CO2濃度不變),從理論上講,圖中相應(yīng)點(diǎn)的移動(dòng)分別是( )
A.a點(diǎn)上移,b點(diǎn)左移,m值上升
B.a點(diǎn)下移,b點(diǎn)左移,m值不變
C.a點(diǎn)上移,b點(diǎn)右移,m值下降
D.a點(diǎn)下移,b點(diǎn)不移,m值上升
5.右圖曲線(xiàn)Ⅰ表示黃豆光合速率與光照強(qiáng)度的關(guān)系(最適溫度、CO2濃度為0.03%)。在B點(diǎn)時(shí)改變某條件,曲線(xiàn)變?yōu)棰颉O铝蟹治龊侠淼氖牵?)
A.與B點(diǎn)相比,A點(diǎn)葉綠體中的C3含量較低
B.在B點(diǎn)時(shí),升高溫度導(dǎo)致曲線(xiàn)由Ⅰ變?yōu)棰?/p>
C.制約A點(diǎn)光合作用的因素主要是葉綠體中色素的含量
D.制約C點(diǎn)光合作用的因素可能是CO2濃度
6.有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合培養(yǎng)液,當(dāng)通入不同濃度的氧氣時(shí),其產(chǎn)生的酒精和CO2的量如下表所示。下列敘述中錯(cuò)誤的是( )
A.氧濃度為b時(shí),經(jīng)有氧呼吸產(chǎn)生的CO2為6mol
B.氧濃度為d時(shí),只進(jìn)行有氧呼吸
C.氧濃度為c時(shí),有50%的葡萄糖用于酒精發(fā)酵
D.a值約為0
7.(多選)下圖a曲線(xiàn)表示在一定光照強(qiáng)度、不同溫度條件下,某植物的光合作用量(單位時(shí)間內(nèi)同化的CO2量);b曲線(xiàn)表示同等條件下的呼吸作用量(單位時(shí)間內(nèi)釋放的CO2量)。依據(jù)檢測(cè)結(jié)果,可獲得的結(jié)論是( )
A.在20℃時(shí),植物CO2的吸收速率最高
B.在20℃與30℃時(shí),有機(jī)物積累的速度相同
C.光合作用酶的最適溫度高于呼吸作用酶的最適溫度
D.在40℃時(shí),有機(jī)物的積累量呈負(fù)增長(zhǎng)
8.(多選)植物的光合作用受CO2濃度、溫度與光照強(qiáng)度的影響。右圖為在一定CO2濃度和適宜溫度條件下,測(cè)定某植物葉片在不同光照條件下的光合作用速率。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是( )
A.在a點(diǎn)所示條件下,該植物葉肉細(xì)胞內(nèi)能夠產(chǎn)生ATP的部位只有線(xiàn)粒體
B.該植物葉片的呼吸速率是5mg/(100cm2葉?h)
C.在一晝夜中,將該植物葉片置于c點(diǎn)光照下11小時(shí),其余時(shí)間置于黑暗中,則每100cm2葉片一晝夜中CO2的凈吸收量為45mg
D.c點(diǎn)之后光照強(qiáng)度是限制光合作用速率的主要因素
9.下圖表示綠色植物體內(nèi)幾項(xiàng)生理活動(dòng)的關(guān)系示意圖。下列能正確描述其過(guò)程的是( )
A.①是光反應(yīng),②是暗反應(yīng),③和④都是無(wú)氧呼吸
B.能量A是光能,能量B、C和D包含ATP中的能量
C.綠色植物和藍(lán)藻含有的色素相同,都可以進(jìn)行①過(guò)程
D.①和②過(guò)程只能發(fā)生在植物細(xì)胞內(nèi),③和④過(guò)程只能發(fā)生在動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)
10.下圖表示綠色植物葉肉細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的光合作用和有氧呼吸的過(guò)程,圖中a、b為光合作用的原料,①~④表示相關(guān)過(guò)程,據(jù)圖回答:
(1)圖中①過(guò)程進(jìn)行的場(chǎng)所是。
(2)光合作用過(guò)程中[H]來(lái)源于①過(guò)程中,用于③過(guò)程中。
(3)在有氧呼吸過(guò)程的第一階段,除了產(chǎn)生了[H]、ATP外,產(chǎn)物還有。①過(guò)程產(chǎn)生的O2用于相鄰細(xì)胞的②過(guò)程,至少經(jīng)過(guò)層膜結(jié)構(gòu)。
(4)若將該植物從CO2濃度為0.03%的環(huán)境中轉(zhuǎn)移到CO2濃度為1%的環(huán)境中,葉綠體中[H]含量將。
(5)寫(xiě)出有氧呼吸的總反應(yīng)式:。
11.大豆種子在萌發(fā)過(guò)程中,干重和鮮重均發(fā)生變化,鮮重的變化曲線(xiàn)如下圖。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
(1)圖中階段種子胚細(xì)胞中自由水的含量最多,水通過(guò)的方式跨過(guò)生物膜。
(2)測(cè)得階段Ⅲ期間大豆種子干重顯著減少,可能的主要原因是:①組成細(xì)胞的化合物中,減少;②細(xì)胞代謝的發(fā)生情況是。
(3)根據(jù)階段Ⅱ測(cè)得種子吸收O2與釋放CO2的體積之比為1∶2,此時(shí)種子胚細(xì)胞的有氧呼吸與無(wú)氧呼吸消耗的葡萄糖之比為。
(4)松土能促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán),主要原因是:①促進(jìn)根細(xì)胞的,釋放更多的CO2到大氣中;②促進(jìn)根細(xì)胞吸收;③促進(jìn)土壤中的分解有機(jī)物,釋放更多的CO2到大氣中。
12.圖1表示細(xì)胞內(nèi)糖分解代謝過(guò)程,其中數(shù)字表示細(xì)胞呼吸的階段;圖2為不同培養(yǎng)階段酵母菌種群數(shù)量、葡萄糖濃度和乙醇濃度的變化曲線(xiàn)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
(1)圖1中方格內(nèi)的物質(zhì)名稱(chēng)是;有氧呼吸的途徑是;產(chǎn)[H]的階段是;過(guò)程③發(fā)生的場(chǎng)所是。
(2)圖2曲線(xiàn)AB段酵母菌呼吸發(fā)生的場(chǎng)所是;曲線(xiàn)BC段酵母菌呼吸的方式為。
(3)酵母菌種群數(shù)量從C點(diǎn)開(kāi)始下降的主要原因除葡萄糖大量消耗外,還有乙醇含量過(guò)高、。在T1~T2時(shí)段,單位時(shí)間內(nèi)酵母菌消耗葡萄糖量迅速增加的主要原因有、。
13.紅掌是半陰生高等植物,下圖表示夏季時(shí)紅掌在不同遮光處理?xiàng)l件下凈光合速率的日變化曲線(xiàn)。請(qǐng)分析回答相關(guān)問(wèn)題。
(1)適當(dāng)遮光,葉綠素含量會(huì)增加,葉片對(duì)的吸收能力將顯著增強(qiáng)。
(2)曲線(xiàn)ab段葉肉細(xì)胞內(nèi)能合成[H]的場(chǎng)所有;曲線(xiàn)cd段,植物體內(nèi)有機(jī)物總量的變化情況是。
(3)M點(diǎn)時(shí),對(duì)紅掌體內(nèi)所有能進(jìn)行光合作用的細(xì)胞來(lái)說(shuō),葉綠體消耗的CO2量 (填“大于”“等于”或“小于”)細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2量。
(4)若將植物突然轉(zhuǎn)移到高溫、強(qiáng)光照、干燥的環(huán)境中,此時(shí)葉肉細(xì)胞內(nèi)C3物質(zhì)的含量變化是。30%遮光處理避免了強(qiáng)光照和過(guò)高溫度對(duì)植株的不利影響,與曲線(xiàn)Ⅱ相比,曲線(xiàn)Ⅰ未明顯出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象的原因是 。
(5)6∶30左右,在不遮光的條件下適當(dāng)增加該植物周?chē)腃O2濃度,光合速率的變化情況基本不變,原因是 。
14.(1)科學(xué)家通過(guò)對(duì)綠色植物轉(zhuǎn)換CO2的研究中知道:①在一定濃度范圍內(nèi),綠色植物對(duì)外界CO2的轉(zhuǎn)換為定值(實(shí)際光合作用消耗的CO2量=外界CO2量×轉(zhuǎn)換率+呼吸作用中CO2的釋放量);②綠色植物光合作用利用的CO2來(lái)自于外界與呼吸作用兩方面。已測(cè)得呼吸作用釋放的CO2為0.6μmol/h,現(xiàn)用紅外測(cè)量?jī)x在恒溫不同光照下測(cè)得如下表數(shù)據(jù),實(shí)際光合量用葡萄糖表示。
從表中數(shù)據(jù)的對(duì)比可知影響光合作用的因素有。當(dāng)光照強(qiáng)度為2klx,實(shí)際光合量為0.44μmol/h時(shí),植物從外界吸收的CO2為μmol/h,植物對(duì)外界CO2的轉(zhuǎn)換率為。若外界CO2濃度為6.0μmol/h時(shí),則該條件下綠色植物的實(shí)際光合量為μmol/h。
(2)將某種綠色植物的葉片,放在特定的實(shí)驗(yàn)裝置中,研究在10℃、20℃的溫度條件下,分別置于5klx、10klx光照和黑暗條件下的光合作用和呼吸作用。結(jié)果如下圖所示(橫坐標(biāo)為時(shí)間,單位:小時(shí))。
對(duì)以上結(jié)果分析正確的是( )
A.20℃時(shí)的呼吸速率是10℃時(shí)的4倍
B.在10℃、5klx的光照下,每小時(shí)光合作用產(chǎn)生的氧氣量是3mg
C.在5klx光照下,10℃時(shí)積累的有機(jī)物比20℃時(shí)少
D.在20℃、10klx光照下,每小時(shí)光合作用產(chǎn)生的氧氣量是6mg
【參考答案】
1.A 2.D 3.C 4.A 5.D 6.C 7.AD 8.AD 9.B
10.(1)葉綠體類(lèi)囊體薄膜 (2)水的光解 C3的還原(或碳的還原) (3)丙酮酸 6 (4)下降 (5)C6H12O6+6H2O+6O2酶12H2O+6CO2+能量
11.(1)Ⅲ 自由擴(kuò)散 (2)有機(jī)化合物(答“糖類(lèi)、脂肪”等可酌情給分) 只進(jìn)行呼吸作用(分解有機(jī)物),未進(jìn)行光合作用(未制造有機(jī)物) (3)1∶3 (4)有氧呼吸 無(wú)機(jī)鹽 好氧微生物
12.(1)丙酮酸 ①③④ ①③ 線(xiàn)粒體基質(zhì) (2)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線(xiàn)粒體 有氧呼吸和無(wú)氧呼吸 (3)培養(yǎng)液的pH下降 酵母菌進(jìn)行無(wú)氧呼吸,產(chǎn)生的能量少 酵母菌種群數(shù)量增多
13.(1)紅光和藍(lán)紫光 (2)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線(xiàn)粒體、葉綠體 增加 (3)大于 (4)減少 遮光30%的情況下(起降溫增濕作用),植物氣孔一般不關(guān)閉 (5)6∶30左右限制光合速率的主要因素是光照強(qiáng)度
【解析】(1)葉綠素對(duì)紅光和藍(lán)紫光的吸收效率高。(2)曲線(xiàn)ab段葉肉細(xì)胞既能進(jìn)行光合作用又能進(jìn)行有氧呼吸,這兩個(gè)過(guò)程中都有[H]的產(chǎn)生,因而能合成[H]的場(chǎng)所有細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線(xiàn)粒體、葉綠體。曲線(xiàn)cd段,凈光合速率為正值,表明植物體內(nèi)有機(jī)物總量增加。(3)M點(diǎn)時(shí)植物整體上光合作用消耗的CO2量等于呼吸作用產(chǎn)生的CO2量,但由于植物體內(nèi)大多數(shù)細(xì)胞不進(jìn)行光合作用只進(jìn)行呼吸作用,因而所有進(jìn)行光合作用的細(xì)胞消耗的CO2量大于呼吸作用產(chǎn)生的CO2量。(4)在高溫、強(qiáng)光照、干燥的環(huán)境中,植物葉片的氣孔關(guān)閉,吸收的CO2減少,固定產(chǎn)生的C3減少;遮光30%的情況下(起降溫增濕作用),植物氣孔一般不關(guān)閉。(5)6∶30左右光照較弱,光反應(yīng)較弱而影響到光合速率。
光合作用為包括人類(lèi)在內(nèi)的幾乎所有生物的生存提供物質(zhì)來(lái)源和能量來(lái)源,光合作用對(duì)于人類(lèi)和整個(gè)生物界都具有非常重要的意義。所以,能夠理解掌握光合作用的過(guò)程,有利于學(xué)生理解和分析植物體的生理活動(dòng)狀況,為解決實(shí)際問(wèn)題打下良好的基礎(chǔ)。因此,在歷年高考中“光合作用”板塊相關(guān)內(nèi)容均為考查的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
1 高考命題趨勢(shì)
(1)考查內(nèi)容:主要考查光合作用的全過(guò)程和影響光合作用的因素并能夠探討光合作用原理在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用。
(2)考查形式:試題有選擇題,又有簡(jiǎn)答題。常以圖表題、分析說(shuō)明題和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題呈現(xiàn),光合作用常與呼吸作用一起命制大型綜合題。
(3)命題趨勢(shì):通常以創(chuàng)設(shè)情境的方式考查可行性光合作用探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)施以及利用數(shù)據(jù)、表格、圖形等多種方式對(duì)光合作用和呼吸作用材料和結(jié)果的分析。
2 考點(diǎn)例題分析
考點(diǎn)1:光合色素及其功能。
葉綠體中的色素具有吸收傳遞和轉(zhuǎn)換光能的功能,葉綠素a和葉綠素b主要吸收紅光和藍(lán)紫光,胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光。少數(shù)特殊狀態(tài)的葉綠素a能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化成電能,絕大多數(shù)葉綠素a、全部的葉綠素b、胡蘿卜素和葉黃素能夠吸收、傳遞光能。
【例1】(2007?上海?30)圖l表示葉綠體中色素的吸收光譜(顏色深、淺分別表示吸收量多、少)。甲、乙兩圖分別是( )
A 胡蘿卜素、葉綠素的吸收光譜
B 葉綠素、胡蘿卜素的吸收光譜
C 葉黃素、葉綠素的吸收光譜
D 葉黃素、胡蘿卜素的吸收光譜試題解析:本題考查了葉綠體色素吸收光譜的有關(guān)知識(shí)。葉綠素分子的吸收光譜是紅光部分(640~660nm)和藍(lán)紫光部分(430-450nm)。由于葉綠素對(duì)綠光吸收的最少,所以葉綠素溶液呈現(xiàn)綠色,葉片呈現(xiàn)綠色也是這個(gè)道理。類(lèi)胡蘿卜素包括胡蘿卜和葉黃素,胡蘿卜能夠吸收藍(lán)紫光,也能對(duì)葉綠素起保護(hù)作用。答案選:B。
變式訓(xùn)練:(2008?海南?2)關(guān)于葉綠體在光合作用過(guò)程中作用的描述,錯(cuò)誤的是( )
A 葉綠體色素與ATP的合成有關(guān)
B 葉綠體色素ATP的分解
C 葉綠體色素與O2和[H]的形成有關(guān)
D,葉綠體色素能吸收和傳遞光能
試題解析:少數(shù)特殊狀態(tài)的葉綠素a能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化成電能,絕大多數(shù)葉綠素a,全部的葉綠素b、胡蘿卜素和葉黃素能夠吸收、傳遞光能。隨光能轉(zhuǎn)換成電能,NADP+導(dǎo)到電子和氫離子形成NADPH。這樣一部分電能就轉(zhuǎn)化成活躍的化學(xué)能儲(chǔ)存在了NADPH中。與此同時(shí),葉綠體利用光能轉(zhuǎn)換成的另一部分電能,將ADP和Pi轉(zhuǎn)化成ATP。這樣電能就轉(zhuǎn)化成活躍的化學(xué)能儲(chǔ)存在NADPH和ATP中。答案選:B。
考點(diǎn)2:光合作用過(guò)程。
光合作用的實(shí)質(zhì)是綠色植物利用光能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成糖類(lèi)等有機(jī)物質(zhì),同時(shí)將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能儲(chǔ)存在有機(jī)物中,屬于植物的同化作用。其過(guò)程分為光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段,二者發(fā)生的場(chǎng)所和條件均有差別。
【例2】圖1是在光照條件下,小麥葉肉細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的生理過(guò)程。①一⑤為生理過(guò)程,a~h為物質(zhì)名稱(chēng),請(qǐng)回答:
(1)物質(zhì)a分布在葉綠體的___________,物質(zhì)e是________。
(2)上述①~⑤過(guò)程中,能夠產(chǎn)生ATP的過(guò)程是________,其中為綠色植物各種生命活動(dòng)提供能量最多的過(guò)程和產(chǎn)生ATP最多的過(guò)程是_________,③過(guò)程進(jìn)行的場(chǎng)所是__________。
(3)假如白天突然中斷二氧化碳的供應(yīng),則葉綠體首先積累起來(lái)的物質(zhì)是[ ]__________;假如該小麥植株從光照條件下移到黑暗處,h的變化是__________。
(4)與上圖生理活動(dòng)有關(guān)的兩種細(xì)胞器可進(jìn)行轉(zhuǎn)錄過(guò)程,除自身DNA和原料外,再寫(xiě)出直接參與該過(guò)程的兩種有機(jī)物名稱(chēng)_________。
(5)較強(qiáng)光照下,①過(guò)程中d的移動(dòng)方向是_____________。
試題解析:該題主要考查了葉肉細(xì)胞中光合作用與呼吸作用的具體過(guò)程。物質(zhì)a為光和色素,其分布在葉綠體囊狀結(jié)構(gòu)的薄膜上,物質(zhì)e為光反應(yīng)中形成的NADPH。③過(guò)程為有氧呼吸的第一階段,在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進(jìn)行。若白天突然中斷二氧化碳的供應(yīng),則將導(dǎo)致C3減少,C5增多;若停止光照則C3增多,C5減少。(4)在線(xiàn)粒體、葉綠體中進(jìn)行轉(zhuǎn)錄除需要模板與原料外,還需要酶和能量等。(6)在較強(qiáng)光照下①過(guò)程中的d為ADP,要移向囊狀結(jié)構(gòu)薄膜,重新合成ATP。
考點(diǎn)3:影響光合作用速率的因素及應(yīng)用。
光合作用影響因素相關(guān)知識(shí)在生產(chǎn)實(shí)踐和生活中應(yīng)用廣泛,同時(shí)此處又是高考出題的熱點(diǎn)。
【例3】(2009?北京?4)小麥和玉米的CO2固定量隨外界C02濃度的變化而變化(圖2)。下列相關(guān)敘述不正確的是( )
A 小麥的CO2固定量與外界CO2濃度呈正相關(guān)
B CO2濃度在100mg?L-1時(shí)小麥幾乎不固定CO2
C CO2濃度大于360mg?L-1后玉米不再固定CO2
D C4植物比C3,植物更能有效地利用低濃度CO2
試題解析:本題以直方圖作為信息的載體,考查分析信息并得出相關(guān)結(jié)論的能力。A和B選項(xiàng)可以從圖中分析直接得出;從圖上看,當(dāng)外界C02濃度很低時(shí),玉米(C4植物)可以固定CO2,而小麥(C3植物)幾乎不能固定CO2,即C4植物比C3植物更能有效地利用低濃度CO2;當(dāng)CO2濃度大于360mg?L-1后,玉米仍然在固定CO2,只是CO2固定量不再隨外界C02濃度上升而變化。答案選:C。
考點(diǎn)4:實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
近年高考,更加注重學(xué)生個(gè)人實(shí)踐能力要求,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不斷增加,光合作用作為重點(diǎn)內(nèi)容之一,也常常作為背景材料出現(xiàn)在試題中。相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有以下幾方面:①光合作用發(fā)現(xiàn)史的四個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)方法手段的遷移應(yīng)用及拓展;②光合作用影響因素――光照強(qiáng)度、二氧化碳、溫度為調(diào)控手段的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);③色
素提取和分離相關(guān)的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià);④光合作用與呼吸作用綜合起來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
【例4】(2006?全國(guó)理綜)為了驗(yàn)證葉片在光合作用和呼吸作用過(guò)程中有氣體的產(chǎn)生和消耗,請(qǐng)用所提供的實(shí)驗(yàn)材料與用具,在給出的實(shí)驗(yàn)步驟和預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,繼續(xù)完成實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并對(duì)你的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析?!?實(shí)驗(yàn)材料與用具:煙草幼苗、試管兩支、NaHCO3稀溶液(為光合作用提供原料)、真空泵、暗培養(yǎng)箱、日光燈(實(shí)驗(yàn)過(guò)程中光照和溫度等條件適宜,空氣中O2和CO2在水中的溶解量及無(wú)氧呼吸忽略不計(jì))。
實(shí)驗(yàn)步驟和預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
(1)剪取兩小塊相同的煙草葉片,分別放入盛有等量蒸餾水和NaHCO3稀溶液的兩支試管中。此時(shí),葉片均浮在水面。
(2)用真空泵抽去兩支試管內(nèi)液體中和葉肉細(xì)胞間隙中的氣體后,敞開(kāi)試管口,可觀(guān)察到葉片均下沉到試管底部。
(3)___________________________________________________________________________________。
分析預(yù)測(cè)結(jié)果:__________________。
試題解析:該實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證葉片在光合作用和呼吸作和過(guò)程中有氣體產(chǎn)生和消耗,因此要通過(guò)此實(shí)驗(yàn)既要驗(yàn)證光合作用有氣體產(chǎn)生和消耗也要驗(yàn)證呼吸作用有氣體消耗和產(chǎn)生,是兩個(gè)實(shí)驗(yàn),所以光照條件不是變量,不要將一支試管放在光下另一支置于黑暗從而形成兩個(gè)變量。