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- 2021-05-28 发布
第 5 章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转化
第2课时 光合作用的原理和应用
[基础巩固]
1.关于科学家探索光合作用原理的实验,下列叙述正确的是 ( )
A.1928年,科学家发现甲醛可以通过光合作用转化为糖
B.希尔反应是指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
C.鲁宾和卡门为植物同时提供 O和C18O2进行实验,证明了光合作用
释放的氧全部来自H2O
D.阿尔农发现,叶绿体合成ATP可以不伴随水的光解
答案:B
2.关于自然界中的光合作用,下列叙述错误的是( )
A.光反应需光,不需要酶,暗反应不需要光,需多种酶
B.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
C.光反应将水分解为H+和氧,H+与NADP+结合生成的NADPH将参与暗
反应
D.光反应吸收光能形成ATP,暗反应将ATP中的化学能储存在有机物中
解析:光反应在叶绿体类囊体的薄膜上进行,完成水的光解和ATP的生
成,需要光和多种酶的参与。该过程中光反应将水分解为H+和氧,H+与
NADP+结合生成的NADPH参与暗反应。暗反应在叶绿体的基质中进行,
完成CO2的固定和C3的还原,不需要光,但需要酶的参与,将ATP中的化学
能储存在有机物中。
答案:A
3.NADPH在卡尔文循环中的作用是( )
A.只作为还原剂
B.只提供能量
C.既作为还原剂,又提供能量
D.既不作为还原剂,也不提供能量
答案:C
4.下列关于光合作用的叙述,正确的是( )
A.类囊体上产生的ATP可用于吸收矿质元素离子
B.夏季晴天光照最强时,植物光合速率一定最高
C.进入叶绿体的CO2能被NADPH直接还原
D.正常光合作用的植物突然停止光照,C5与ATP含量会下降
解析:类囊体上产生的ATP只用于叶绿体内的生命活动,A项错误;夏季
晴天光照最强时,蒸腾作用过强导致部分气孔关闭,植物光合速率较
低,B项错误;进入叶绿体的CO2被C5固定为C3后被NADPH还原,C项错误;
正常光合作用的植物突然停止光照,C5与ATP的含量会下降,D项正确。
答案:D
5.在封闭的温室内栽种农作物,下列措施不能提高作物产量的是( )
A.施用农家肥 B.适当增大昼夜温差
C.采用绿色薄膜 D.延长光照时间
解析:施用农家肥,土壤中的微生物可将农家肥中的有机物分解为CO2等
供农作物利用,有利于提高作物产量;适当增大昼夜温差,有利于有机物
积累,进而提高作物产量;绿色薄膜只允许绿光透过,而叶绿体中的色素
几乎不吸收绿光,因此若采用绿色薄膜,不能提高作物产量;延长光照时
间,可增加有机物的合成量,有利于提高作物产量。
答案:C
[拓展提高]
6.光合作用过程中,不在类囊体薄膜上进行的是( )
A.ADP变成ATP B.氧气的生成
C.CO2的固定和还原 D.NADPH的产生
解析:光合作用过程中,在类囊体薄膜上发生水的光解,该过程中一方面
水分解为氧,同时产生H+,H+与NADP+结合形成NADPH;另一方面在有
关酶的催化作用下,提供能量促进ADP和Pi反应生成ATP。
答案:C
7.下列有关卡尔文循环的叙述,错误的是( )
A.卡尔文循环是一系列酶促反应
B.卡尔文循环是使CO2变成(CH2O)的反应
C.卡尔文循环是需要还原剂的反应
D.卡尔文循环是在生物膜上进行的反应
答案:D
8.光合作用包括光反应和暗反应,下图表示光反应与暗反应的关系。下
列叙述错误的是( )
A.光反应为暗反应提供ATP和NADPH
B.停止光照,ATP和NADPH含量下降
C.ATP的移动方向是由类囊体薄膜到叶绿体基质
D.植物光合作用的产物只是淀粉
解析:光合作用包括光反应和暗反应两个阶段,光反应阶段必须在光照
条件下才能进行,ATP和NADPH是光反应阶段的产物,产生后进入叶绿
体基质参与暗反应;若停止光照,则ATP和NADPH含量下降;植物光合作
用的产物有一部分是淀粉,还有一部分是蔗糖。
答案:D
9.下图表示植物光合作用的一个阶段,下列叙述正确的是( )
A.该反应的场所是类囊体的薄膜
B.C3生成(CH2O)需要NADPH、ATP和多种酶
C.提高温度一定能促进(CH2O)的生成
D.无光条件有利于暗反应进行
解析:题图表示植物光合作用的暗反应阶段,该过程在叶绿体基质中进
行,A项错误;C3的还原需要NADPH、ATP和多种酶参与,B项正确;若图示
是在最适温度条件下进行的,提高温度则会降低酶的活性,进而影响
(CH2O)的生成,C项错误;无光条件下,光反应不能进行,不能为暗反应提
供NADPH和ATP,不利于暗反应的进行,D项错误。
答案:B
[挑战创新]
10.温室具有防寒、加温和透光等功能,能控制或部分控制植物的生长环
境,多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。随着
蔬菜大棚建设的快速发展,温室经历了手动控制、自动控制和智能化控
制等发展阶段。
(1)在建造温室大棚时,一般选用什么颜色的棚膜?为什么?
(2)冬季通常在棚膜上盖草帘,在棚内增加升温设施,这样做的目的是什
么?
(3)北魏农学家贾思勰在《齐民要术》中提出,农作物栽培要“正其行,通
其风”。这对大棚蔬菜种植有什么启发?为了提高温室内农作物的产量
和品质,你还有哪些建议?
(4)智能化温室拥有综合环境控制系统,可以调节室内温、光、水、肥、
气等诸多因素,创造植物生长的良好环境。智能化温室除了提高农作物
产量,还有哪些方面的价值?
答案:(1)透明。透明棚膜能透过所有太阳色光,对植物的生长有利。
(2)提高棚内温度,增强植物的光合作用,并防止作物被冻坏。
(3)种植时要保持适当株距,保持空气流通。为提高温室内农作物的产量
和品质,可加大二氧化碳的供应,以增加光合作用的原料;还可以挂上红
色或蓝紫色日光灯,利于植物有效吸收光进行光合作用。(答案合理即
可)
(4)智能化温室是在温室大棚自动化设备基础上,添加智能软件,形成在
手机或电脑上设置参数,实现温室无人管理的智能监控手段,能够提高
精准率,且大大节约劳动力成本。(答案合理即可)
探究实践课:探究环境因素对光合作用强度的影响
一、实验目的
探究光照强度对光合作用强度的影响。
二、实验原理
1.在光照下,绿色植物通过光合作用产生O2。
2.若叶片中的气体溢出,细胞间隙充满了水,浮力减小,叶片就会沉到水
底;若光合作用产生的O2充斥在叶片的细胞间隙中,浮力增大,叶片会从
水底浮起。
3.光照强度不同,则光反应产生O2的速率不同,叶片上浮的时间也不同。
三、探究过程
1.提出问题。
光照强度影响光合作用强度吗?
2.作出假设。
光照强度影响光合作用强度,在一定光照强度范围内,随光照强度的增
强,光合作用强度也增强。
3.实验步骤及操作。
实验步骤 主要操作
制备圆形
小叶片 取生长旺盛的绿叶,用直径为0.6 cm的打孔器打出圆形小叶片30片
排出细胞
间隙中的
气体
将圆形小叶片置于注射器内,并让注射器内吸入清水,待排出注射器内残留的空气后,用手指堵住注射
器前端的小孔并缓慢地拉动活塞,使圆形小叶片内的气体溢出。处理过的小叶片因为细胞间隙充满了
水,所以全部沉到水底
待 用 圆
形 小 叶
片
将处理过的圆形小叶片,放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用
准 备 实
验装置 取3只小烧杯,分别倒入富含CO2的清水
进 行 实
验
向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片,然后分别置于强、中、弱3种光照下。实验中,可用5 W的LED
灯作为光源,利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度
观 察 并
记录 观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量
4.分析结果,得出结论。
(1)实验结果。
烧杯 圆形小叶 富含CO2 光照 叶片浮
片/片 的清水/mL 强度 起数量/
片
甲 10 20 强 多
乙 10 20 中 中
丙 10 20 弱 少
(2)结论:光照强度影响光合作用强度,在一定光照强度范围内,随光照强
度的增强,光合作用强度也增强。
5.表达和交流。
将本小组探究的问题、过程、结果和结论与其他小组交流,听取他们的
质疑并进行解释。如有必要,对本小组的实验方案进行修改。
实验思考
1.本实验思考。
(1)内部气体溢出的叶片为什么沉入水底?光照后,为什么又可以浮上水
面?
提示:正常状态下,叶片内部细胞间隙充满气体,因此,叶片比重较小,可以
浮在水面。当叶片内部气体溢出时,细胞间隙充满了水,叶片比重增大,
因此沉入水底。沉入水底的叶片,接受光照后,进行光合作用,产生大量氧
气,氧气进入叶片内的细胞间隙,使叶片比重减小,从而可以浮上水面。
(2)除可以通过向清水中吹气外,还有什么办法可以提高清水内CO2浓
度?
提示:可以在清水中加入一定质量分数的碳酸氢钠溶液,碳酸氢钠水解
可产生二氧化碳。
(3)除可以通过比较同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量
来比较各装置中光合作用的强度外,还可以通过哪项指标来进行比较?
提示:还可以通过比较各装置中叶片全部上浮所需要的平均时间来比较
各装置中光合作用的强度。
(4)本实验用的是LED灯,如果用白炽灯进行实验,为了最大限度地排除
无关变量的影响,实验改进如下图所示:
将 盛 水 玻 璃 柱 放 在 灯 与 试 管 之 间 的 作 用
是 。
答案:排除光照引起的温度变化对实验结果的影响
2.延伸思考。
若要探究CO2浓度对植物光合作用的影响,如何对本实验进行改造?
提示:设置光照强度相同、碳酸氢钠溶液质量分数不同的三组实验,通过
观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量,探究
CO2浓度对植物光合作用的影响。
1.选材要求:叶片必须生长旺盛、新鲜,生长旺盛、新鲜的叶片光合作用
旺盛。
2.打孔时注意避开大的叶脉,大的叶脉处叶肉细胞少,且不利于细胞间隙
中气体的溢出。
3.排出注射器内残留的空气时,可重复拉动活塞几次,有利于叶片细胞间
隙气体的充分排出。
4.处理好的叶片必须放置在黑暗处,防止实验前叶片进行光合作用,干扰
实验结果。
5.清水中应富含二氧化碳(事先可用口通过玻璃管向清水内吹气),保证
叶片光合作用所需二氧化碳的供应。
6.三盏灯与实验装置间距离的差值不宜过小,保证为叶片进行光合作用
提供不同强度的光照,使实验结果明显。
7.同时对三个小烧杯进行观察,以排除时间因素对实验结果的影响。
8.因为本实验中的光照强度较弱,我们可以得出随着光照强度的增加,光
合作用强度增大的结论。实际上,对于每种植物来说,其他条件一定时,
当光照强度超过某一数值(光饱和点)后,光合作用强度就不再随光照强
度的增加而增大。
9.在探究环境因素对光合作用强度的影响时,可通过控制变量的方法,即
先设置某一因素一定,改变另一因素的方法来探究该因素对光合作用强
度的影响。
实战演练
1.影响植物光合作用的因素有很多,下列对光合作用影响最小的是
( )
A.叶绿体色素的含量
B.五碳化合物的含量
C.氮气的含量
D.二氧化碳的含量
解析:叶绿体色素吸收的光能是光合作用的必要条件,故叶绿素的含量
会影响光合作用,A项不符合题意;五碳化合物是光合作用暗反应的原料,
会影响光合作用,B项不符合题意;氮气的含量与光合作用无关,对光合
作用影响最小,C项符合题意;二氧化碳是光合作用暗反应的原料,会影
响光合作用,D项不符合题意。
答案:C
2.若白天光照充足,则下列条件对作物增产有利的是 ( )
A.昼夜恒温25 ℃
B.白天温度25 ℃,夜间温度15 ℃
C.昼夜恒温15 ℃
D.白天温度30 ℃,夜间温度25 ℃
解析:作物增产主要是指有机物积累得多,25 ℃是作物进行光合作用的
适宜温度,因此在此条件下白天合成有机物较多,但是此温度下细胞呼
吸消耗的有机物也较多,A项不符合题意;在白天光照充足、温度25 ℃(酶
催化作用的最适温度)的条件下,光合作用积累的有机物最多,夜间温度
15 ℃,可以降低细胞呼吸对有机物的消耗,从而达到增产的目的,B项符
合题意;昼夜恒温15 ℃,光合作用强度弱,不利于有机物的积累,C项不符
合题意;夜间25 ℃,温度过高,并且昼夜温差小,不利于有机物的积累,D项
不符合题意。
答案:B
3.某兴趣小组利用绿叶和黄叶两种青菜叶片,探究光照强度对光合作用
的影响,结果如下表所示。下列推测错误的是( )
光照强度 7 min内圆形叶片上浮的数量/片
绿叶 黄叶
A 1 0
B 3 0
C 5 1
A.环境温度属于无关变量,对实验结果无明显影响
B.圆形叶片上浮的数量与叶绿素的含量有关
C.相同光照强度下,绿叶光合作用强度高于黄叶
D.该实验可证明光合作用的强度受内外因素的影响
答案:A
4.小鹏家想建一个蔬菜大棚,小鹏结合所学知识给出若干建议,其中包括
在大棚内安装太阳能灯和增加供暖装置确保昼夜温度均高于室外,他的
建议和依据的原理正确的是( )
A.太阳能灯能在阴天时增加光照强度以增强光反应,为暗反应提供更多
的ATP和NADPH
B.光反应在光下进行,暗反应在暗处进行,夜晚要关闭太阳能灯让植物
进行暗反应
C.提高温室昼夜温度能提高酶的活性,利于有机物的积累
D.延长光照时间和提高温度利于光反应完成能量转化,暗反应完成物质
转变
解析:太阳能灯能在阴天时增加光照强度,以增强光反应,为暗反应提供
更多的ATP和NADPH,A项正确;光反应在光下进行,暗反应不需要光,在
光下和暗处都能进行,夜晚关闭太阳能灯导致光反应不能进行,暗反应
因缺乏光反应提供的ATP和NADPH也不能进行,B项错误;提高温室的
昼夜温度,不仅能增强光合作用强度,也能提高细胞呼吸强度,不利于有
机物的积累,C项错误;光反应和暗反应都可以完成能量的转化和物质的
转变,D项错误。
答案:A
5.使叶片细胞间隙的空气溢出后,放入盛有新制的冷开水的锥形瓶中,研
究环境因素对光合作用强度的影响。下列可以说明光照对光合作用影
响的是( )
1 光照 20 ℃水浴 新制的冷开水
2 厚纸遮光 20 ℃水浴 加少许NaHCO3粉末
3 光照 冰水降温 加少许NaHCO3粉末
4 光照 20 ℃水浴 加少许NaHCO3粉末
A.1号与3号 B.2号与4号
C.3号与4号 D.1号与4号
答案:B
6.为提高温室栽培的茄子的产量,可采取的措施不包括( )
A.增施氮肥和磷肥,促进茎、叶生长,以增大光合作用面积
B.提高温室中CO2浓度,以提高光合作用速率
C.高密度栽植,以增加个体数量
D.适当延长光照时间
答案:C
7.为探究影响黑藻光合作用强度的环境因素,某小组设计了如下“迷你
实验”装置,请分析回答下列问题。
(1)在可乐瓶里加入100 g黑藻,然后加入质量浓度为0.01 g/mL的碳酸氢
钠溶液至充满,将②和⑤夹紧,④松开,在适宜光照等条件下,可通过测定
____________________________来定量表示净光合速率,依据的原理
是 ________________________________________________________
____________________________________________________________
___。(2)用该装置探究二氧化碳浓度对光合作用强度的影响时,随着碳
酸氢钠溶液浓度的增加,直接影响光合作用过程的 阶段,导
致净光合速率变化的趋势是 。
(3)利用该装置,还可以探究 (答出两点即可)对黑藻光合作用
强度的影响。
答案:(1)单位时间内收集到的液体体积 适宜光照等条件下,黑藻的光
合速率大于呼吸速率,释放的氧气使可乐瓶中液体排到量筒
(2)暗反应 先增加趋于稳定后再降低 (3)光照强度、温度
8.为探究环境因素对光合作用强度的影响,设计进行下列实验。
Ⅰ.实验材料和用具:100 mL量筒,50 W、100 W、200 W和400 W的台灯,
冷开水,NaHCO3溶液,黑藻等。
Ⅱ.实验步骤
①准备4套如图所示的装置,编号为1～4。向广口瓶中各加入500 mL质
量浓度为0.01 g/mL的NaHCO3溶液后,用冷开水充满。
②取4等份长势相同的黑藻分别放入1～4号装置。
③将4套装置放入暗室中,然后分别用50 W、100 W、200 W和400 W的
台灯等距离地照射1～4号装置,观察气泡的产生情况。
④30 min后停止光照,测定光合作用释放的O2体积(mL)。
以上实验重复3次,实验结果如下表所示。分析并回答下列问题。
次数
组别
1 2 3 4
50 W 100 W 200 W 400 W
第一次 5.0 12.0 21.0 19.2
第二次 5.3 11.5 20.0 18.5
第三次 5.0 12.0 20.0 19.0
(1)该实验中应控制的无关变量有 (答
出两项)。
(2)根据装置图,分析实验数据是如何读出的: _________________ 。
(3)实验测得的氧气量并非光合作用实际产生的氧气量,其原因是
____________________________________________________________
_ 。 (4) 对 实 验 数 据 进 行 分 析 , 得 出 的 结 论
是 。
(5)若想确定黑藻生长的最适光照强度,请在本实验的基础上写出进一
步 探 究 的 实 验 思 路 :
_ 。
解析:(1)探究光照强度对黑藻光合作用强度的影响,自变量是光照强度,
因变量是氧气释放量,无关变量有CO2量(或NaHCO3溶液量及浓度)、温
度、pH、光照时间、黑藻量等。(2)在一定强度的光照下,黑藻光合作用
强度大于细胞呼吸强度而释放O2,使瓶中的压强增大,水分从排水管排
出,因此,读量筒中水的体积就可以得到实验数据。(3)实验测得的氧气量
并非光合作用实际产生的氧气量,因为黑藻自身的细胞呼吸会消耗O2。
(4)分析数据可知,一定范围内,随着光照强度增强,光合作用强度增强;超
出该范围,光合作用强度减弱。(5)分析可知,缩小光照强度梯度,在100～
200 W内设置更多组进行实验,可以得出黑藻生长的最适光照强度。
答案:(1)CO2量(或NaHCO3溶液量及浓度)、温度、pH、光照时间、黑藻
量等 (2)读量筒中收集到的水的体积 (3)黑藻自身的细胞呼吸会消耗
氧气 (4)一定范围内,随着光照强度增强,光合作用强度增强;超出该
范围,光合作用强度减弱 (5)缩小光照强度梯度,在100～200 W内设置
更多组进行实验