第13讲 光合作用的原理-【备考无忧】备战2025年高考生物一轮复习优质课件

能量转变需经过哪些生理过程？ 光能 糖类等有机物中稳定的化学能 ATP中活跃的化学能 直接用于各种生命活动 ① ② ③ 光合作用 呼吸作用 ATP水解 光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径，是生物圈得以维持运转的基础。 因此，有人称光合作用是“地球上最重要的化学反应” 必修一 第13讲 光合作用的原理 第二单元 细胞代谢 2 目标要求 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。 3 01 光合作用原理的探究 02 光合作用的原理 考点 4 光合作用原理的探究 01 5 光合作用原理的探究 一、光合作用 指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将 转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。 CO2 + H2O （CH2O）+O2 光能 叶绿体 2.过程 1.概念 (CH2O)表示糖类 3.实质 合成有机物，储存能量。 将无机物合成有机物，光能转换为有机物中稳定的化学能。 二氧化碳和水 有机物 氧气 6 光合作用原理的探究 二、探索光合作用原理的部分实验 1.19世纪，60年代 科学家总结出光合作用的反应式。 CO2 + H2O （CH2O）+O2 光能 叶绿体 CO2 O2 C + H2O 甲醛 多个缩合 糖类 很多年来，人们一直以为： 甲醛→糖 1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖类。 应该注意到光合作用反应式中所有的反应物和产物都含有氧，而上面反应式并没有指出释放的O2是来自CO2还是H2O。 很多年来，人们一直以为光能将CO2分解成O2和C，C与H2O结合成（CH2O） 7 2.1931年，尼尔 二、探索光合作用原理的部分实验 1931年，微生物学家尼尔（C.B.Van Niel）将细菌光合作用与绿色植物的光合作用加以比较，提出了以下光合作用的通式∶ CO2 +2H2A→（CH2O）+ 2A +H2O。 光合细菌在光下同化CO2而没有O2的释放，O2不是来自二氧化碳而是水。因此他第一次提出光在光合作用中的作用是将水光解。 3.1937年，希尔 二、探索光合作用原理的部分实验 1937年，英国植物学家希尔(R.Hill)发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下 可以释放出氧气。 3.希尔反应 4Fe3+ （或其他氧化剂）+ 2H2O 4Fe2+ + 4H+ + O2 光能 叶绿体 （1）希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？ 能。因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。 （2）希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？ 不能，反应体系中还可以存在其他氧元素供体。 希尔进一步研究证实，植物光合作用的光反应是氧分子的产生，而不是二氧化碳的还原，氧的产生是由于叶绿体以草酸铁作受氢体所致，其机理与完整细胞光合放氧过程相一致。 10 4.1941年，鲁宾和卡门 二、探索光合作用原理的部分实验 O2全部来自于H2O吗？ 相互对照，自变量为标记物质(H218O与C18O2)，因变量为O2的相对分子质量不同。（同位素标记方法）（对比实验的方法） 鲁宾和卡门的实验说明 光合作用释放的氧来自于水。 5.1954年，阿尔农 二、探索光合作用原理的部分实验 1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体光照时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 H2O O2 + 2H+ + 能量 光照 叶绿体 ADP+Pi ATP ATP的合成与希尔反应的关系 6.1964年，卡尔文 二、探索光合作用原理的部分实验 1964年以后，美国科学家卡尔文用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。 同位素标记法、显微自显影技术。 结论：光合产物中有机物的碳来自CO2 上述实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。P103　 习题巩固 1.离体叶绿体在有铁盐或其他氧化剂的水溶液中， 经光照可产生氧气。 (　　) 2.鲁宾和卡门实验和卡尔文实验都采用了放射性同位素标记法。 （ ） 3.叶绿体中合成ATP和水光解是独立进行的。 (　　) 4.光合作用一定在叶绿体中进行。 （　　） √ × × × 放射性同位素3H、14C、35S、32P 光合作用的原理 02 15 光合作用的原理 一、光合作用的过程 根据是否需要光能， 将光合作用分为光反应和暗反应（碳反应）两个阶段。 16 光反应 类囊体薄膜上 的色素分子 可见光 ADP+Pi ATP H2O O2 NADP+ 酶 吸收 光解 H+ NADPH 酶 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ 1.条件 光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+ 2.场所 类囊体薄膜上 3.主要产物 O2、ATP、NADPH 一、光合作用的过程 17 光反应 光合作用第一阶段的化学反应，必须有光才能进行， 这个阶段叫作光反应阶段。 4.物质转化 水的光解： ATP的合成： 2H2O O2+ 4H++4 e- 光 色素 NADPH的合成： 光能 5.能量转变 ATP、NADPH中活跃的化学能 ADP + Pi + 能量 ATP + H2O 酶 NADP+ + H+ +2 e- NADPH 酶 一、光合作用的过程 18 暗反应 ADP+Pi ATP NADP+ 能量 C5 2C3 多种酶 (CH2O)糖类 CO2 固定 还原 酶 NADPH 酶 能量 1.条件 有没有光都可以， 需多种酶、CO2、ATP、NADPH 2.场所 叶绿体基质中 3.产物 （CH2O）、ADP 、Pi、NADP+ 卡尔文循环(同位素标记法) 一、光合作用的过程 19 暗反应 4.物质转化 CO2的固定 C3的还原 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH 5.能量转变 光合作用第二阶段的化学反应，有没有光都能进行， 这个阶段叫作暗反应阶段。 CO2＋C5 2C3 酶 ATP、NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 一、光合作用的过程 20 叶绿体 中的色素 可见光 C5 2C3 ADP+Pi ATP H2O O2 H+ 多种酶 酶 (CH2O) CO2 吸收 光解 固定 还原 光反应 暗反应 NADP+ NADPH 光能 →ATP、NADPH中活跃的化学能 ATP、NADPH中活跃的化学能 →有机物中稳定的化学能 酶 一、光合作用的过程 21 叶绿体 中的色素 可见光 C5 2C3 ADP+Pi ATP H2O O2 H+ 多种酶 酶 (CH2O) CO2 吸收 光解 固定 还原 光反应 暗反应 NADP+ NADPH 酶 一、光合作用的过程 物质联系 光反应为暗反应提供NADPH和ATP， 暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+。 22 反应阶段 光反应 暗反应 反应部位 反应条件 物质变化 能量变化 产 物 相同点 实质 类囊体的薄膜上 叶绿体基质 叶绿体色素、酶、光能 酶 2H2O O2+ 4H+ +4e+ 酶 ADP+Pi+能量 ATP 酶 光能→活跃的化学能 活跃的化学能→稳定的化学能 NADPH、ATP、O2 ADP、Pi 、（CH2O ） 、C5 都包括物质变化和能量变化 把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来 NADP++H++2e+ NADPH 酶 CO2+C5 2C3 酶 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH 并不是所有过程都需要酶的催化，色素吸收光能不需要酶的催化。 23 1.NADPH和ATP的移动途径是什么？ 从类囊体薄膜到叶绿体基质。 2.NADP+和ADP的移动途径呢？ 从叶绿体基质到类囊体薄膜。 3. NADPH的作用是什么？ ①活泼的还原剂； ②储存部分能量供暗反应阶段利用。 总之，光反应是暗反应所需物质和能量的准备阶段， 暗反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段。 习题巩固 24 光合作用的原理 二、光合作用的意义 1.制造有机物，为自身及异养生物提供营养物质。 2.转化并储存太阳的光能，为生命活动提供能量。 3.为有氧呼吸的生物提供氧气； 维持大气中O2和CO2的平衡，从而缓解温室效应。 光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。 4.形成臭氧（O3），吸收紫外线，保护地球生物。 5.对生物的进化有重要的作用。（为好氧生物的出现提供了氧气） 25 光合作用的原理 三、光合作用中元素的转移 1.若有机物为(CH2O) 2.若有机物为C6H12O6 CO2 + H2O 光能 叶绿体 （CH2O）+ O2 6CO2 + 12H2O 光能 叶绿体 C6H12O6+ 6O2+6H2O 26 NADPH 三、光合作用中元素的转移 1.3H的转移 2.14C的转移 3.18O的转移： 3H2O (C3H2O ) 光反应 暗反应 （14CH2O） 14CO2 CO2的固定 14C3 C3的还原 （CH218O） 18O2 H218O 光反应 C18O2 C3 CO2的固定 C3的还原 必修1 P104“相关信息”： C3是指三碳化合物—— 3－磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。 光合作用的原理 四、环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 1.“来源－去路”法 CO2浓度不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） 光照减弱 光照增强 减少 减少 减少 减少 增加 增加 增加 增加 28 1.“来源－去路”法 光照不变 C3 C5 （CH2O） NADPH、ATP CO2浓度减少 CO2浓度增加 增加 增加 增加 增加 减少 减少 减少 减少 29 四、环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 2.模型法 ①图1中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ②图2中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ③图3中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ④图4中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C3 C5、NADPH、ATP 1.判断常考语句，澄清易混易错 (1)细胞中不能合成ATP的部位是叶绿体中进行光反应的 膜结构(　　) (2)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中(　　) (3)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后， 可完成暗反应过程(　　) (4)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比， 其叶片光合作用强度下降的原因是光反应强度和暗反应强度 都降低(　　) × × √ √ 习题巩固 31 2.下图为光合作用暗反应的产物磷酸丙糖的代谢途径，研究表明，磷酸丙糖转移蛋白(TPT)的活性是限制光合速率大小的重要因素，CO2充足时，TPT活性降低。下列有关叙述错误的是（ ） A.Pi输入叶绿体减少时，磷酸丙糖 　从叶绿体输出减少 B.暗反应中磷酸丙糖的合成需要 　消耗光反应产生的ATP C.叶肉细胞的光合产物主要是以蔗糖形式运出细胞的 D.农业生产上可通过增加CO2浓度来提高作物中蔗糖的含量 D 习题巩固 32 3.(2021·广东，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是（ ） A.Rubisco存在于细胞质基质中 B.激活Rubisco需要黑暗条件 C.Rubisco催化CO2固定需要ATP D.Rubisco催化C5和CO2结合 D 习题巩固 33 4. 对3株大小，长势相同的植株分别进行如下处理：甲连续光照5h，再在黑暗中5h；乙先光照1h，再在黑暗中1h，连续交替共10h；丙先光照5s，再在黑暗中5s，连续交替共10h。在其他条件相同的情况下，它们体内有机物含量是（　　　） A. 丙=乙>甲　　B. 甲=乙=丙　　C. 丙>乙>甲　　D. 甲>乙>丙 C 光反应停止后，暗反应还会继续进行一段时间，设光反应停止后，暗反应继续进行3s。 暗反应时间越长，（CH2O）含量越多。 习题巩固 34 2.在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下， 光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物的积累量要多。 随着光照和黑暗的交替进行，光照和黑暗间隔处理处理组在光下产生的NADPH和ATP能够及时的利用和再生，从而促进了暗反应的进行。 1.光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量 的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间， 有机物还能继续合成。 连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析 35 化能合成作用 能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。 例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 2HNO2+O2 2HNO3+能量 6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2 能量 硝化细菌 36 项目 光合作用 化能合成作用 区别 能量来源 代表生物 绿色植物 相同点 光能 无机物氧化释放的能量 硝化细菌 都能将CO2和H2O等无机物合成有机物 教材隐性知识：①源于必修1 P104“相关信息”： 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。 淀粉 筛管 光合作用与化能合成作用 37 习题巩固 1.(2021·重庆选择性考试)下图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。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 A 叶绿体的3层膜和线粒体的2层膜 光反应产生的ATP可用于暗反应、色素合成和核酸代谢等一些消耗能量的反应 O2在叶绿体类囊体的薄膜产生，在线粒体内膜被利用，故叶绿体产生的O2被线粒体利用至少需要穿过叶绿体的3层膜(包括类囊体膜1层膜和叶绿体的内外膜)和线粒体的2层膜，共5层生物膜，A错误；据图分析，NADP＋与e－和H＋结合形成NADPH，B正确；根据图中的信息，光反应产生的ATP可用于暗反应、色素合成和核酸代谢等一些消耗能量的反应，C正确；电子传递释放的能量用于H＋的逆浓度梯度运输，使类囊体腔内维持高浓度的H＋，H＋由类囊体腔顺浓度梯度运输至叶绿体基质，驱动ATP的合成，电子有序传递保证了ATP和NADPH的合成，是完成光能转换的重要环节，D正确。 38 2.下图是番茄植株的叶肉细胞中进行光合作用的示意图，PSⅡ和PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，是吸收、传递、转化光能的光系统。下列叙述错误的是( ) A.自然界中能发生光合作用的生物， 　不一定具备PSⅡ和PSⅠ系统 B.光反应过程将吸收的光能转换为活 　跃的化学能全部储存在ATP中 C.在ATP合成酶的作用下，H＋顺 浓度梯度转运提供分子势能，促进ADP和Pi合成ATP D.PSⅡ中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2和H＋，产生电子传递 给PSⅠ将NADP＋和H＋结合形成NADPH B 习题巩固 39 1.光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气和H＋和自由电子(e－)， 光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。 光系统及电子传递链 40 3.类囊体膜两侧的质子浓度(电化学)梯度主要靠以下途径建立 光系统及电子传递链 ①电子传递过程中释放能量，利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度 从类囊体的基质侧泵入囊腔侧。 ②光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行 的水的光解产生质子(H＋)。 ③在类囊体的基质侧H＋ 和NADP＋形成NADPH。 41 电子传递过程是高电势到低电势(光系统Ⅱ和Ⅰ中的电子传递由于光能的作用，从而逆电势传递，这是一个吸能的过程)，因此，电子传递过程中释放能量， 质体醌利用这部分能量将 质子(H＋)逆浓度从类囊体 的基质侧泵入到囊腔侧， 从而建立了质子浓度 (电化学)梯度。 光系统及电子传递链 42 3.类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。 光系统及电子传递链 43 3.下图所示生理过程中，P680和P700表示两种特殊状态的叶绿素，M表示某种生物膜，其中乙侧的H＋浓度远高于甲侧，在该浓度差中储存着一种势能，该势能是此处形成ATP的前提。据图分析，下列说法正确的是（ ） A.乙侧的H＋完全来自甲侧 B.生物膜M是叶绿体类囊体 薄膜，属于叶绿体内膜 C.CF0和CF1与催化ATP的合成、 　转运H＋有关，很可能是蛋白质 D.该场所产生的NADPH和ATP将参与暗反应中CO2的固定 C 习题巩固 44 网络构建 THANKS 作业 完成小本，明天收 46 $$