1、【教材解读】2015 高中生物 第 5 章 第 4 节 能量之源-光与光合作 用典例精析 新人教版必修 1 绿叶中色素的提取和分离 【例 1】 (1)甲同学利用新鲜的玉米绿色叶片进行“绿叶中色素的提取和分离”实验，在 滤纸上出现了四条清晰的色素带，其中呈黄绿色的色素带为_。 (2)该同学改变层析液组成后继续进行实验，滤纸条上只出现了黄、绿两条色素带。他用刀 片裁出带有色素带的滤纸条，用乙醚分别溶解条带上的色素，浓缩后用一分析仪器检测，通过 分析色素溶液的_来判断条带的色素种类。 (3)实验结束几天后，乙、丙两同学发现部分预留叶片己变黄。乙同学认为这是由于叶片中 某些色素降解所造成的，丙同学则认
2、为是某些色素含量增加。根据所学知识，你将如何设计实 验来判断两个同学的观点是否正确？ 解析：(1)在“绿叶中的色素提取和分离”实验中，最后滤纸条上出现的四条色素带从上到 下分别是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素 a、叶绿素 b，颜色分别是橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿 色，因此呈黄绿色的色素带为叶绿素 b。(2)由于不同色素对不同波长的光吸收情况不同，因此， 分析不同色素种类时可以根据色素的吸收光谱来分析。(3)对于预留变黄叶片中色素含量的变化 问题，完全可以通过层析法分离出各种色素带后与正常叶片层析结果作对比，得出结论。 答案：(1)叶绿素 b (2)吸收光谱 (3)从预留的叶片中挑选出足量的、重量相
3、等、大小相 近的已变黄的叶片和尚未变黄的叶片为实验材料，在相同条件下，再次进行绿叶中色素的提取 和分离实验，测定和记录实验结果，比较这两种叶片中各种色素的组成及含量后，得出结论。 点拨：由题目信息可知，本题考查对课本中“绿叶中色素的提取和分离”实验的掌握情况， 主要考查验证生物学事实、正确分析和处理实验现象和结果等基本实验能力，同时考查对生物 学问题进行初步探究的能力。 变式拓展 1 在“绿叶中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( ) 未加石英砂，研磨不充分 一次加入大量的无水乙醇提取 分次加入少量无水乙醇 提取 使用放置数天的菠菜叶 A B C D 变式拓展 2
4、从高等植物叶片中分离出 4 种光合色素，其中呈橙黄色的色素名称及分布是( ) A叶绿素 a，叶绿体 B叶绿素 b，叶绿体 C胡萝卜素，叶绿体 D叶黄素，液泡 叶绿体的结构及色素的作用 【例 2】 下列关于叶绿体的叙述中，正确的是( ) A植物细胞均含有叶绿体 B叶绿体基质、线粒体基质和细胞质基质的功能和所含化合物均相同 C叶绿体中所含色素分布在叶绿体类囊体和基质中 D叶绿体中含有少量 DNA 和 RNA 解析：叶绿体主要分布在植物的绿色叶片可见光的部分，不是植物所有细胞均含有叶绿体， 如根尖细胞就不含叶绿体，不同的基质中所含化合物的成分不同，功能也不同。叶绿体中具有 吸收光能作用的四种色素只分
5、布在叶绿体的类囊体薄膜上，在叶绿体的基质中不含有色素。植 物细胞中具有遗传作用的 DNA 存在于细胞核、叶绿体和线粒体中。 答案：D 点拨：通过叶绿体的示意图，掌握叶绿体的各部分结构及功能。 变式拓展 3 下列关于叶绿体中类囊体的叙述中，正确的是( ) A叶绿体中的一个基粒就是一个类囊体 B光合色素都分布在类囊体的双层薄膜上 C组成各基粒的类囊体之间没有结构上的联系 D基粒和类囊体极大地扩大了光合作用的反应面积 变式拓展 4 图 5417 为叶绿体结构示意图，下列有关叶绿体结构与功能的叙述中，错误 的是( ) A和具有选择透过性功能 B上既有光合色素又有与光合作用有关的酶 C和上都有与光合作用
6、有关的酶 D有叶绿体的细胞才能进行光合作用 光合作用的实验探究 【例 3】 图 5418 为探究 CO2是否为植物光合作用原料的实验装置示意图，其中 a 为实 验装置，b 为对照装置。有关用塑料袋扎紧花盆的实验设计思路是( ) A确保植株与外界空气进一步隔绝 B排除土壤中微生物代谢活动的干扰 C防止 NaOH 溶液对植物根系的影响 D避免土壤中自养微生物光合作用形成淀粉 解析：实验的目的是探究 CO2是否为植物光合作用原料，从题中所给的图看，此实验设计 遵循了实验设计的对照原则、单一变量原则。装置 a、b 的不同在于 a 中无 CO2(NaOH 溶液吸收 CO2)，b 中有 CO2(蒸馏水不能
7、吸收 CO2)。为减少其他因素的干扰，用塑料袋扎紧花盆排除了土 壤中微生物代谢活动产生的 CO2对实验结果的影响。 答案：B 点拨：由题目获取的主要信息有：实验的目的是探究 CO2是否为植物光合作用的原料； a、b 两装置的区别是：a 组小试管有能吸收 CO2的 NaOH 溶液，b 组小试管盛有蒸馏水作对照 实验。解答本题应注意塑料袋扎紧花盆与 CO2的关系。 变式拓展 5 图 5419 是 20 世纪 30 年代美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究光 合作用的示意图。他们用氧的同位素( 18O)分别标记 H2O 和 CO2，使它们分别成为 H O 和 C18O2，182 然后按示意图做实
8、验。请对实验作出必要说明。 (1)在小球藻进行光合作用过程中，向第一组提供的物质是_和_；向第二 组提供的物质是_和_；向两组共同提供的是_。 (2)图中 A 和 B 分别代表_和_，它们的相对分子质量比是_。 (3)这个实验说明了_。 光合作用的过程和分析 【例 4】 图 5420 表示植物光合作用的一个阶段，下列各项叙述正确的是( ) A该反应的场所是类囊体的薄膜 BC 3生成 C6H12O6需要H、ATP 和多种酶 C提高温度一定能促进 C6H12O6的生成 D无光条件有利于暗反应进行 解析：题图所示过程为暗反应的过程，发生在叶绿体的基质中；C 3的还原过程需要光反应 为之提供 ATP、
9、H，所以在有光状态下反应进行更为有利；暗反应需要酶的参与，而温度变化 会影响酶的活性，温度越适宜反应越快，若温度过高导致酶活性降低，反而不利于 C6H12O6的生 成。 答案：B 点拨：光反应在叶绿体的类囊体薄膜上进行，暗反应在叶绿体的基质中进行；光反应必须 在有光时才能进行，暗反应有光无光都能进行；光反应为暗反应提供物质和能量准备，暗反应 是光反应的继续。 变式拓展 6 图 5421 表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小 球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下相关比较不正确的是( ) AY 2的质量大于 Y3的质量 B中小球藻的质量大于中小球藻的质量 C中水的质
10、量大于中水的质量 D试管的质量大于试管的质量 变式拓展 7 图 5422 是光合作用过程示意图，请根据图回答下列问题。 (1)请填写字母所代表的物质：a._，b._， c_，d._，e._，f._，g._。 (2)由“f”经暗反应产生“g”可以分成_阶段。 (3)如果用同位素 3H 标记参与光合作用的水，并追踪 3H。它最可能的途径是(用图中字母表 示)_。 影响光合作用的因素及应用 【例 5】 图 5423 中甲图和乙图表示某植物在适宜的 CO2浓度条件下光合作用速率与环 境因素之间的关系，下列相关描述中错误的是( ) A甲图中，在 A 点上限制光合作用速率的主要因素是光照强度，在 B 点上
11、限制光合作用速 率的主要因素是温度或 CO2浓度 B从乙图可以看出，当超过一定温度后，光合作用速率会随着温度的升高而降低 C温度主要是通过影响酶的活性来影响光合作用速率 D若光照强度突然由 A 变为 B，短时间内叶肉细胞中 C3的含量会增加 解析：甲图表示光照强度和温度对光合作用速率的影响，乙图表示温度对光合作用速率的 影响。分析甲图中某点上的限制因素时，要看曲线是否达到饱和点。如果没有达到饱和点(如 A 点)，则限制因素为横坐标表示的因素，即光照强度；当达到饱和点以后(如 B 点)，则限制因素 为横坐标表示的因素以外的其他因素，如温度或 CO2浓度。当光照强度突然增强时，光反应速 率加快，产
12、生更多的H和 ATP，所以 C3的还原速率加快，C 3含量会减少，D 项错误。 答案：D 点拨：对影响光合作用速率因素的分析 自然条件下和生产实践中并非单一因素影响光合作用速率，而是多种因素共同影响。多因 素影响光合速率的分析方法如下： 以图示光照强度和 CO2浓度对光合作用速率的影响为例，主要分析“线”和“点”。如图 5424 所示。 (1)线：以三条曲线中的任何一条为例均说明，在一定范围内随光照强度增加光合速率增 加，而达到一定程度则不再增加；三条曲线的不同对比，以 Q 点为例，当光照强度不变时， CO2浓度为自变量，可以看出随 CO2浓度增加光合速率增加。 (2)点： Q 点之前横坐标所
13、表示的因素是限制光合速率的因素，超过该点就不再是限制因素， 而 CO2浓度等变为限制因素。 变式拓展 8 在油菜上选取健壮且叶龄相似的叶片数片，用直径为 1 cm 的打孔器避开叶脉， 打下 60 片小圆片放入水中，采取措施将叶片内的空气排出，代之以水，充满水的叶子圆片沉入 水中。把下沉的叶子圆片连同水放置在黑暗处备用。取 6 只编号烧杯，各倒入 20 mL 凉开水， 用玻璃管向 3、4、5、6 号烧杯内的凉开水各吹气数分钟，再向 6 只烧杯各放入叶子圆片 10 片， 分别置于不同光照和温度条件下。若处理如下表所示： 杯号 光照强度/klx 温度/ 水 1 15 25 凉开水 2 5 25 凉开
14、水 3 15 5 经吹气处理的凉开水 4 5 25 经吹气处理的凉开水 5 15 25 经吹气处理的凉开水 6 5 5 经吹气处理的凉开水 下列关于上述实验的叙述中，正确的是( ) 向 3、4、5、6 号烧杯中的凉开水吹气，目的是增加水中的二氧化碳含量 叶圆片最先上浮的烧杯应是 5 号 本实验证明了光合作用速率受光照强度、温度、CO 2含量等外界因素的影响 实验中 3 号与 5 号烧杯比较，可说明光合作用速率受光照强度的影响 A B C D 光合作用与细胞呼吸综合分析 【例 6】 如图 5425 是植物的光合作用强度与光照强度之间的关系图，选项中能够反映 A 点时的生理过程及量变关系的是( )
15、 错解 A (1)知识掌握不牢，没有理解图示的含义。 图像纵轴表示净光合作用，即真正光合作用减 去呼吸作用的差值。(2)解题思路不明确，没 有充分理解题干信息。A 点 CO2吸收量为 0，但 光合作用强度不等于 0。 正解 D A、B、C、D 四个选项中，每个选项左上角 的图示表示叶绿体，右下角的图示表示线粒体； 在 A 点光合作用强度等于呼吸作用强度，即 CO2的吸收量等于 CO2的释放量，植物叶绿体消 耗掉全部呼吸作用释放的 CO2，不从外界吸收 CO2进行光合作用。 悟区：植物的光合作用的场所是叶绿体，此过程吸收 CO2释放出 O2，储存能量；有氧呼吸的场所 是线粒体，此过程吸收 O2释
16、放出 CO2，同时释放出能量。 变式拓展 9 图 5426 表示某种植物光照强度与光合作用强度的关系。 P 点的生物学 含义是( ) 图 5426 A无光合作用，有呼吸作用 B光合作用与呼吸作用达到动态平衡 C无呼吸作用，有光合作用 D光合作用与呼吸作用都不进行 【变式拓展】 1D 解析：提取的滤液绿色过浅的原因包括内因和外因两方面，内因如植物种类、叶片 衰老程度或叶片久置未见光等，外因如研磨不充分、色素没有释放出来或加入的提取液过度稀 释了滤液等。 2C 解析：光合作用色素存在于叶绿体中的类囊体薄膜上，其中呈橙黄色的是胡萝卜素。 液泡中也存在一些色素，但与光合作用无关。 3D 解析：叶绿体是
17、双层膜结构，膜内有几十个绿色的基粒，基粒和基粒之间充满着基 质。每个基粒由一个个囊状结构堆叠而成，光合色素分布在类囊体的薄膜上，A、B 项错误。叶 绿体的基粒之间通过膜状结构相连，C 项错误。基粒及类囊体扩大了内膜表面积，因此扩大了 光合作用的反应面积，D 项正确。 4D 解析：表示叶绿体的双层膜，它们具有选择透过性功能。为叶绿体的基粒， 其上含有进行光合作用的色素和酶。基质也是进行光合作用的场所，也具有与光合作用有关 的酶。色素和酶是进行光合作用的必要条件，具有上述条件而不具有叶绿体的蓝藻等也可进行 光合作用。 5(1)H 2O C 18O2 H O CO 2 光能和小球藻 (2)O 2 1
18、8O2 89 (3)光合作用产生的氧182 气中的氧全部来自水 解析：通过图示可清晰地看到提供给第一组的物质是 H2O 和 C18O2；提供给第二组的是 H O 和 CO2；向两组共同提供的是光能和小球藻。通过同位素的标记以及实验的有意安排，使182 光合作用释放出的氧分为 A 和 B 两种。两位科学家的实验结果是 A 为 O2，而 B 为 18O2，O 2和 18O2的相对分子质量比是 323689。 6C 解析：Y 1和 Y3是 O2，Y 2和 Y4是 18O2，因此 Y2的质量大于 Y3；中小球藻中含有的 有机物是(CH O)，而中小球藻含有的有机物是 CH2O，故中小球藻质量大于；和中
19、182 的水都为 H O，且含量相同，因此质量相等；在试管和原有质量相等的情况下，中释放182 出的是 18O2，而中释放出的是 O2，故剩余重量大于。 7(1)H 2O O 2 ADPPi ATP H CO 2 有机物(储存能量) (2)CO2的固定和 C3的还原 (3)a e g 8A 解析：本实验中共涉及三个自变量，分别是光照强度、温度和二氧化碳浓度，所以 可用于探究上述三种因素对光合作用速率的影响。在研究任何一个因素时，其他因素都属于无 关变量，都应该是相同的。向 3、4、5、6 号烧杯内的凉开水吹气，目的是增加水中二氧化碳的 含量。叶片最先上浮的是温度为 25 、光照强度为 15 klx、凉开水经吹气处理的烧杯，所以 是 5 号烧杯。3 号与 5 号烧杯相比不同的因素是温度，所以可探究温度对光合作用速率的影响。 9B 解析：据图分析， P 点是在一定光照下，因此，此时植物既进行光合作用也进行呼 吸作用，但此时 CO2的吸收量与释放量均为零，说明 CO2的吸收量与释放量相等，即呼吸作用产 生的 CO2量与光合作用吸收的 CO2量相等，光合作用与呼吸作用达到动态平衡。
