2024届高三生物一轮复习课件第三单元　第16课时　光合作用的原理

第16课时　 光合作用的原理 说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。 课标要求 考情分析 1.光合作用的原理 2023·湖北·T8　2023·江苏·T19　2022·重庆·T23 2021·广东·T12　2021·湖南·T18　2021·河北·T19 2021·重庆·T6　2020·天津·T5 2.光合作用和细胞呼吸的关系 2023·天津·T9　2022·天津·T16　2021·江苏·T20 2021·山东·T16 内容索引 考点一　　光合作用的原理 考点二　　光合作用与细胞呼吸的关系 课时精练 考点一 光合作用的原理 1.光合作用的概念：绿色植物通过 ，利用 ，将_________ 转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。 2.光合作用的反应式：CO2＋H2O (CH2O)＋O2。 叶绿体 光能 二氧化碳 和水 有机物 氧气 必备知识 整合 3.光合作用的过程 项目 光反应 暗反应 过程模型   实质 光能转化为化学能，并放出O2 同化CO2形成有机物 与光的关系 必须在 下进行 有光、没有光都能进行 场所 在叶绿体内的 上进行 在叶绿体 中进行 光 类囊体薄膜 基质 必备知识 整合 项目 光反应 暗反应 物质转化 必备知识 整合 项目 光反应 暗反应 能量转化 光能→_______________ ______________ ATP和NADPH中活跃的化学能→_____________________ 关系   ATP和NADPH中 活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 必备知识 整合 4.化能合成作用与光合作用的对比 项目 光合作用 化能合成作用 条件 光、色素、酶 酶 原料 CO2和H2O等无机物 产物 等有机物 能量来源 _____ ___________________________ 生物种类 绿色植物、蓝细菌等 、硫细菌等 糖类 光能 某些无机物氧化时释放的能量 硝化细菌 必备知识 整合 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 (1)“过程法”分析各物质变化 如图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3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： 必备知识 整合 归纳总结 (2)“模型法”表示C3和C5等物质含量变化 必备知识 整合 归纳总结 (1)光反应将光能转化为稳定的化学能储存在ATP中(　　) 提示　光反应将光能转化为储存在ATP和NADPH中活跃的化学能。 (2)暗反应中CO2可接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原(　　) 提示　暗反应中，CO2不能直接被NADPH还原，必须经过CO2的固定形成C3，再在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。 × × 必备知识 整合 判断正误 (3)暗反应中14C的转移途径是14CO2―→14C3―→14C5―→(14CH2O) (　　) 提示　在暗反应阶段中14C的转移途径是14CO2→14C3→(14CH2O)。 × 必备知识 整合 判断正误 光合作用涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳—氧平衡具有重要意义，请结合以下信息深度认知光合作用相关原理。 关键能力 提升 1.如图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，其中PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递。其中PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，PQ在传递电子的同时能将H＋运输到类囊体 腔中，图中实线为电子的传递过 程，虚线为H＋的运输过程，ATP 合成酶由CF0和CF1两部分组成，则： 关键能力 提升 (1)少数处于特殊状态的叶绿素分子在 光能激发下失去高能e－，失去e－的叶 绿素分子，能够从水分子中夺取e－， 使水分解为 ；电子(e－)由水释 放出来后，经过一系列的传递体形成 电子流，最终传递给 (电子的最终受体)合成NADPH。PSⅠ和 PSⅡ吸收的光能储存在 中。 氧和H＋ NADP＋ NADPH和ATP 关键能力 提升 (2)据图分析，使类囊体膜两侧H＋浓度差增加的过程有_______________ _______________________________。 (3)由图可知，图中ATP合成酶的作用有________________________。合成ATP依赖于________________________形成的电化学势能。 PQ运输H＋；合成NADPH消耗H＋ 水的光解产生H＋； 运输H＋和催化ATP的合成 类囊体膜两侧的H＋浓度差 关键能力 提升 2.如图1为番茄叶肉细胞进行光合作用的过程及磷酸丙糖的转化和运输情况。 (1)其中磷酸丙糖转运器发挥作用时，并 不会直接改变叶绿体内磷酸丙糖和Pi的 总含量，由此推测磷酸丙糖转运器维持 叶绿体内磷酸丙糖和Pi的总含量不变的原因是_______________________ _____________________________________。 Pi与磷酸丙糖通过磷酸丙 糖转运器严格按照1∶1反向交换进行转运 关键能力 提升 (2)将离体的叶绿体置于磷酸浓度低的外界悬浮液中，叶绿体CO2的固定速率会减慢，请结合上述(1)中信息推测原因为__________________________ _________________________________ _______________________________________________。 (3)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是 。 外界磷酸浓度低的不利于磷酸 丙糖的输出，叶绿体中淀粉等光合产 物积累，导致暗反应过程受阻，从而影响CO2的固定 非还原糖较稳定 关键能力 提升 (4)如图2中T0～T1表示的是适宜条件下生长的番茄叶绿体(NADPH、ADP、C3或C5)中某两种化合物的含量，T1～T3则表示改变其生长条件后两种化合物的含量变化。若T1时刻降低了培养液中NaHCO3的 浓度，则物质甲、乙分别指的是 。 若T1时刻降低了光照强度，则物质甲、乙分别指的是 。 C5、NADPH ADP、C3 关键能力 提升 (5)科研人员利用“间隙光”来测定番茄的光合作用，每次光照20秒，黑暗20秒，交替进行12小时，并用灵敏传感器记录环境中氧气和二氧化碳的变化，实验结果部分记录如图3所示。 关键能力 提升 据实验结果部分记录图分析，与连 续光照6小时，再连续黑暗6小时相 比，“间隙光”处理的光合作用效 率 (填“大于”“等于”或“小 于”)连续光照下的光合作用效率， 原因是“间隙光”处理时能 。图3中曲线出现的原因是光合作用光反应的速率比暗反应的速率 (填“更快”或“更慢”)。图3中两条曲线所围成的面积S1 (填“大于”“等于”或“小于”)S2。 大于 充分利用光合作用光反应产生的NADPH和ATP 更快 等于 关键能力 提升 考向一　光合作用的原理 1.(2021·重庆，6)类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图如下。据图分析，下列叙述错误的是 A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用， 最少要穿过4层膜 B.NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH C.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应 D.电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节 √ 1 2 迁移应用 评价 水光解产生O2的场所是叶绿体的类囊 体薄膜的内侧，若被有氧呼吸利用， 则O2在线粒体内膜上被利用，O2从叶 绿体类囊体薄膜开始，穿过叶绿体2 层膜，然后进入同一细胞中的线粒体，再穿过线粒体的2层膜，所以至少要穿过5层膜，A错误； 1 2 迁移应用 评价 光反应中NADP＋与电子(e－)和质子 (H＋)结合形成NADPH，然后在暗反 应过程中被消耗，B正确； 由图可知，产生的ATP可用于暗反应 以及核酸代谢、色素合成等其他消耗能量的反应，C正确； 电子(e－)在类囊体薄膜上的有序传递是完成光能转换的重要环节，D正确。 1 2 迁移应用 评价 2.(2022·重庆，23)科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。 1 2 迁移应用 评价 (1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是_______________________________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持_____(填“低温”或“常温”)。 1 2 保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂 低温 迁移应用 评价 (2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，原因是________________________________________________________ ___________________________________。 1 2 实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外H＋浓度差 迁移应用 评价 (3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H＋浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是____________________________________________ ______。类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，电子的最终来源物质是____。 1 2 类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH 升高 水 迁移应用 评价 (4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有________ ___________。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有______________________________(答两点)。 1 2 NADPH、 ATP和CO2 增加CO2浓度和适当提高环境温度 返回 迁移应用 评价 考点二 光合作用与细胞呼吸的关系 必备知识 整合 (1)物质方面 NADPH C6H12O6 H2O [H] 必备知识 整合 (2)能量方面 NADPH ATP 必备知识 整合 (1)提取完整的线粒体和叶绿体悬浮液，可以独立完成有氧呼吸和光合作用过程(　　) 提示　线粒体是有氧呼吸的主要场所，其中有氧呼吸的第一阶段是在细胞质基质中进行的，因此提取完整的线粒体悬浮液，不可以独立完成有氧呼吸，而提取叶绿体悬浮液可以独立完成光合作用过程，但前提是保证叶绿体的活性。 × 必备知识 整合 判断正误 (2)用H218O浇灌植物，周围空气中的H2O、O2、CO2都能检测到18O(　　) 提示　用H218O浇灌植物，植物通过蒸腾作用使H218O出现在周围空气中，经过光合作用光反应阶段，H218O中的18O进入氧气中，经过细胞呼吸，H218O进入CO2中。 √ (3)植物细胞都能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)(　　) 提示　只有能进行光合作用的植物细胞才能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。 × 必备知识 整合 判断正误 考向二　光合作用与细胞呼吸的关系 3.(2023·天津，9)如图是某种植物光合 作用及呼吸作用部分过程的图，关于 此图说法错误的是 A. 经主动运输进入细胞质基质 B. 通过通道蛋白进入叶绿体基质 C.光反应生成的H＋促进了 进入类囊体 D.光反应生成的物质X保障了暗反应的CO2供应 √ 3 4 迁移应用 评价 据图可知， 进入细胞质基质 或叶绿体基质需要线粒体产生的 ATP供能，都属于主动运输，通道 蛋白只参与协助扩散，A正确，B 错误； 据图可知，光反应中水光解产生的 H＋促进 进入类囊体，C正确； 3 4 迁移应用 评价 据图可知，光反应生成的物质X(O2)促进线粒体的有氧呼吸，产生更多的ATP，有利于 进入叶绿体基质，产生CO2，保证了暗反应的CO2供应，D正确。 3 4 迁移应用 评价 4.(2022·天津，16)利用蓝细菌将CO2转化为工业原料，有助于实现“双碳”目标。 (1)蓝细菌是原核生物，细胞质中同时含有ATP、NADPH、NADH(呼吸过程中产生的[H])和丙酮酸等中间代谢物。ATP来源于__________和__________等生理过程，为各项生命活动提供能量。 3 4 光合作用 细胞呼吸 迁移应用 评价 (2)蓝细菌可通过D－乳酸脱氢酶(Ldh)，利用NADH将丙酮酸还原为D－乳酸这种重要的工业原料。研究者构建了大量表达外源Ldh基因的工程蓝细菌，以期提高D－乳酸产量，但结果并不理想。分析发现，是由于细胞质中的NADH被大量用于___________产生ATP，无法为Ldh提供充足的NADH。 有氧呼吸 3 4 迁移应用 评价 (3)蓝细菌还存在一种只产生ATP不参与水光解的光合作用途径。研究者构建了该途径被强化的工程菌K，以补充ATP产量，使更多NADH用于生成D－乳酸。测定初始蓝细菌、工程菌K中细胞质ATP、NADH和NADPH含量，结果如表。 注：数据单位为pmol/OD730。 菌株 ATP NADH NADPH 初始蓝细菌 626 32 49 工程菌K 829 62 49 3 4 迁移应用 评价 由表可知，与初始蓝细菌相比，工程菌K的ATP含量升高，且有氧呼吸第三阶段________(填“被抑制”“被促进”或“不受影响”)，光反应中的水光解__________(填“被抑制”“被促进”或“不受影响”)。 菌株 ATP NADH NADPH 初始蓝细菌 626 32 49 工程菌K 829 62 49 被抑制 不受影响 3 4 迁移应用 评价 (4)研究人员进一步把Ldh基因引入工程菌K中，构建工程菌L。与初始蓝细菌相比，工程菌L能积累更多D－乳酸，是因为其______(双选)。 A.光合作用产生了更多ATP B.光合作用产生了更多NADPH C.有氧呼吸第三阶段产生了更多ATP D.有氧呼吸第三阶段节省了更多NADH AD 3 4 迁移应用 评价 1.(必修1 P103)水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。NADPH的作用是_______ __________________________________________________。 2.(必修1 P104)光合作用的产物有一部分是 ，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入 ，再通过韧皮部运输到植株各处。 暗反应阶段的还原剂；储存部分能量供暗反应阶段利用 可作为 淀粉 筛管 五分钟 查落实 3.(必修1 P106)请根据光合作用的基本过程，填充下图： 2C3 O2 ATP NADPH NADP＋ C5 五分钟 查落实 4.请写出光合作用的反应式(产物为C6H12O6)：_______________________ ____________________。 5.(2022·全国甲，29节选)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是 (答出1点即可)。 返回 C6H12O6＋6O2＋6H2O 自身呼吸消耗或建造植物体结构 五分钟 查落实 ①水的光解： H2O2H＋＋O2＋2e－ ②NADPH的合成： NADP＋＋H＋＋2e－ NADPH ③ATP的合成： ADP＋Pi＋能量ATP ①CO2的固定：CO2＋C52C3 ②C3的还原：2C3C5＋(CH2O) ③ATP的水解：ATPADP＋Pi＋ 能量 ④NADPH的分解：NADPHNADP＋＋H＋＋2e－ HCO HCO HCO HCO HCO HCO 6CO2＋12H2O $$