14 必修1 第2单元 第11讲 光合作用的原理-【高考DNA解码】2026年高考生物一轮总复习学生用书word（单选版）

第11讲　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。 考点1　光合作用原理的探索 一、探索光合作用原理的部分实验 1.19世纪末，科学界普遍认为：在光合作用中CO2分子中的C与H2O结合成__________，然后甲醛分子缩合成糖。 2.1928年：甲醛不能通过光合作用转化成________。 3.1937年，英国希尔：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生__________。该反应称作____________。 4.1941年，美国鲁宾和卡门：用____________的方法，研究了光合作用中__________的来源(如图所示)，该实验证明了光合作用产生的氧气全部来自__________，而不是来自__________。 该实验中两组试管互为对照，自变量为18O的标记物，因变量为小球藻释放的O2的标记情况，光照、温度、小球藻的数量和生活状况等无关变量均需要保持相同且适宜。 5．1954年，美国阿尔农：在光照下，叶绿体可合成______________；1957年，他发现这一过程总是与____________相伴随。 6．20世纪40年代，美国卡尔文：利用____________________法，用经过14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪________________，最终探明了CO2中的碳转化为有机物的途径。 (人教版必修1 P103思考·讨论T4)尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。 二、光合作用的概念和反应式 1．光合作用的概念 光合作用是指绿色植物通过____________，利用________，将__________转化成储存着能量的__________，并且释放出________的过程。 2．光合作用的化学反应式 _____________________________________________________________________。 1．希尔实验证明了水的光解和糖的合成不是同一个化学反应。 (　　) 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。 (　　) 1．某同学以菠菜的绿叶为材料，制备了完整叶绿体悬浮液，并均分为两组，进行如下实验： 组别 加入物质 条件 实验现象 A组 DCPIP溶液 适宜温度和光照等条件 产生气泡，DCPIP溶液变为无色 B组 适量磷酸、NaHCO3等 (CH2O)/C3比值增高 (注：DCPIP氧化态为蓝紫色，被还原后为无色。) (1)A组气泡中成分是　　　，DCPIP溶液由蓝紫色变无色的原因是　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)B组(CH2O)/C3比值增高的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 2．光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30 s的时间，放射性代谢产物多达几十种。缩短时间到7 s，发现放射性代谢产物减少到12种，想要探究CO2转化成的第一个产物是什么，实验思路是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 探索光合作用原理的实验 1．(链接人教版必修1 P102－103思考·讨论)下列关于探究光合作用原理实验的叙述，错误的是(　　) A．恩格尔曼利用水绵和需氧细菌为材料，证明光合作用的场所是叶绿体 B．希尔证明离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气 C．鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，证明光合作用产生的氧来自水 D．美国科学家阿尔农发现光合作用中水的光解伴随着ATP的消耗 2．(链接人教版必修1 P104正文)卡尔文将14C标记的CO2通入正在进行光合作用的小球藻培养液中，然后在培养后不同时间(0.5 s、3 s、10 s等)将培养液迅速倾入热乙醇中以杀死细胞，最后利用层析法和放射自显影技术进行物质的分离和鉴定，实验结果如下图。下列相关分析不正确的是(　　) A．用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰 B．热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行 C．推测暗反应的初产物可能是3­磷酸甘油酸 D．可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程 考点2　光合作用的原理 一、光合作用的过程 1．图解光合作用的过程 2．比较光反应与暗反应阶段 光反应 暗反应 场所 类囊体的薄膜 叶绿体基质 条件 ____________、酶、H2O、ADP、Pi、 酶、CO2、C5、_______、____________等 物质变化 ①水的光解：2H2OO2＋4H＋＋4e－ ②ATP的合成： ADP＋Pi＋能量ATP ③还原型辅酶Ⅱ的形成： NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ①CO2的固定： CO2＋C52C3 ②C3的还原： 2C3 (CH2O)＋C5 能量变化 光能―→__________和__________中活跃的化学能 ________和________中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能 联系 光反应为暗反应提供________和________，暗反应为光反应提供________________ [深化拓展] “过程法”分析各物质变化 下图中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： 二、光合作用的意义 1．光合作用产生的有机物除供植物体自身利用外，还为____________生物提供食物。 2．光能通过驱动光合作用而驱动__________的运转。 1．(人教版必修1 P103相关信息)水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个________，经传递，可用于________与______结合形成NADPH。 2．(人教版必修1 P104相关信息)C3是指三碳化合物——________________，C5是指五碳化合物——______________________。 3．(人教版必修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。 三、光合作用和化能合成作用的比较 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 光能 ______________________________________ 生物种类 绿色植物、蓝细菌等 ____________、硫细菌等 [深化拓展] 1．连续光照和间隔光照下的有机物合成量 (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。 (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。 2．光反应中的光系统和电子传递链 (1)镶嵌在类囊体膜上的光合色素分子有序地排列在一起，它们能够捕获光能，将光能传递给位于反应中心的色素分子，该色素分子被激发，释放出一个高能电子。失去电子的色素分子有很强的夺电子能力，它们从水分子中夺取电子，使水分解成H＋和O2。 (2)色素分子失去的电子被类囊体膜上的特殊蛋白质捕获，这些蛋白质利用电子携带的能量将H＋从叶绿体基质泵入类囊体腔，并最终把电子传递给了NADP＋，NADP＋获得电子后与H＋结合，生成NADPH。 (3)类囊体膜上镶嵌有ATP合酶，类囊体腔中的H＋顺浓度梯度经ATP合酶进入叶绿体基质，推动了ATP的生成。 1．植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应。 (　　) 2．只提供光照，不提供CO2，植物可独立进行光反应。 (　　) 3．光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体的薄膜。 (　　) 4．暗反应中CO2可接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。 (　　) 5.14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)。 (　　) 1．光合作用的暗反应阶段主要包括：C5和CO2结合生成C3，C3经一系列变化生成糖类和C5。为确定光合作用暗反应阶段哪个反应间接依赖光，科学家利用小球藻进行实验，结果如图所示。 (1)利用热酒精处理小球藻能终止细胞内的化学反应。欲探究14CO2中14C的转移路径，给小球藻提供14CO2后，对小球藻的处理是　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)暗反应阶段间接依赖光照的反应是　　　　　　　　　　　　　　　，做出此判断的依据是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 2．科研人员向离体叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液和必要物质，在适宜条件下进行闪光实验。结果如下图： (1)叶绿体悬浮液中加入的必要物质有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)据图推测，光照总时间和实验时间相同的情况下，闪光照射的光合作用合成有机物的量与连续光照下的光合作用合成有机物的量　　　　　(填“相同”或“不相同”)，理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 光合作用的过程及拓展 1．(链接人教版必修1 P103图5­14)“稻米流脂粟米白，公私仓廪俱丰实。”每年的丰收季，水稻等多种农作物开始收获，如图是水稻叶肉细胞的叶绿体内进行光合作用合成有机物的过程。下列相关叙述错误的是(　　) A．光反应阶段中水被分解为H＋和物质甲，物质甲通过叶绿体膜的方式为自由扩散 B．物质丙中包括NADPH和ATP，其中NADPH是还原型辅酶Ⅱ，它与呼吸作用中的还原型辅酶不是同一种酶 C．丁和戊是光合作用中暗反应阶段的物质，两种物质的转化被称为卡尔文循环 D．暗反应阶段有没有光都能进行，夜间没有光反应但仍能进行暗反应 2．(链接人教版必修1 P103图5­14)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 光合作用中物质变化的分析 3．(链接人教版必修1 P104思考·讨论、正文)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，下列相关说法正确的是(　　) A．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小 B．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大 C．突然将红光改为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小 D．突然将绿光改为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小 人工光合系统 4．(链接人教版必修1 P104正文)我国科学家模拟植物光合作用，设计了一条利用二氧化碳合成淀粉的绿色新型人工体系(ASAP)，流程如图所示。据图判断下列相关叙述错误的是(　　) A．图中由CO2经甲醇到C3的过程类似于光合作用中CO2的固定过程 B．图示的ASAP过程与植物细胞中的暗反应一样能循环进行 C．与植物细胞固定等量的CO2相比，该体系积累的淀粉更多 D．该体系有助于减少农药、化肥等对环境造成的负面影响 1．(2023·湖北卷)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是(　　) A．叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强 B．Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱 C．弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获 D．PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2 2．(2023·天津卷)下图是某绿藻适应水生环境，提高光合效率的机制图。光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合成。下列叙述错误的是(　　) A．物质X通过提高有氧呼吸水平促进进入细胞质基质 利用通道蛋白从细胞质基质进入叶绿体基质 C．水光解产生的H＋提高类囊体腔CO2水平，促进CO2进入叶绿体基质 D．光反应通过确保暗反应的CO2的供应帮助该绿藻适应水生环境 3．(2024·安徽卷)为探究基因OsNAC对光合作用的影响，研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型(WT)、OsNAC 敲除突变体(KO)及 OsNAC 过量表达株(OE)，测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿素含量，结果见下表。回答下列问题： 净光合速率(μmol·m-2·s-1) 叶绿素含量(mg·g-1) WT 24.0 4.0 KO 20.3 3.2 OE 27.7 4.6 (1)旗叶从外界吸收1分子 CO2与核酮糖­1，5­二磷酸结合，在特定酶作用下形成2分子3­磷酸甘油酸；在有关酶的作用下，3­磷酸甘油酸接受____________________释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为_____________________________________________________________________。 (2)与WT相比，实验组KO与OE的设置分别采用了自变量控制中的____________、____________(填科学方法)。 (3)据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率________。为进一步探究该基因的功能，研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量，结果如图： 结合图表，分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：①___________________________________________________________________ _____________________________________________________________________； ②___________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 [夯实必备知识]自主诊断 考点1 一、1．甲醛　2．糖　3．氧气　希尔反应　4．同位素示踪　氧气　H2O　CO2　5．ATP　水的光解 6．放射性同位素标记　放射性14C的去向 二、1．叶绿体　光能　二氧化碳和水　有机物　氧气　2．CO2＋H2O(CH2O)＋O2 考点2 一、1．H2O　O2　光反应　NADPH　ADP＋Pi　CO2　2C3　C5　(CH2O)　暗反应　2．光、色素　ATP　NADPH　ATP　NADPH　ATP　NADPH　NADPH　ATP　NADP＋、ADP和Pi 二、1．所有异养　2．生命世界 三、糖类　某些无机物氧化时所释放的能量　硝化细菌 11 / 11 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第11讲　光合作用的原理 考点1 教材隐性知识 提示：H2OO2＋H＋＋能量 　　　　　　　　　　 　↓ 　　　　　　 ADP＋Pi―→ATP 澄清概念 1．√ 2．×提示：鲁宾和卡门实验中所用的18O是稳定性同位素，不是放射性同位素。 3．×提示：叶绿体中合成ATP和水光解是密切联系的。 达成学科素养 1．提示：(1)O2　光反应阶段产生的NADPH使DCPIP还原(DCPIP被光反应产生的NADPH还原) (2)磷酸有利于光反应阶段中ATP的形成，进而促进暗反应中C3的还原形成(CH2O) 2．提示：不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物 评价迁移应用 1．D　[恩格尔曼的实验通过观察需氧细菌在水绵表面的分布，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，A正确；希尔在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可释放氧气，说明离体叶绿体在适当条件下能进行水的光解，产生氧气，B正确；鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，用18O分别标记两组实验中的H2O和CO2，证明光合作用产生的O2中的O全部来自H2O，C正确；阿尔农发现在光照下，叶绿体可以合成ATP，且这一过程伴随着水的光解，类似于光反应过程，D错误。] 2．D　[细胞中原有的物质不含14C，用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰，A正确；热乙醇可以杀死细胞，用热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行，以检测杀死细胞时，其光合作用进行的程度，B正确；放射性最先在3­磷酸甘油酸中出现，推测暗反应的初产物可能是3­磷酸甘油酸，C正确；该实验可通过放射性物质出现的先后顺序来推测暗反应的过程，D错误。] 考点2 教材隐性知识 1．提示：电子　NADP＋　H＋ 2．提示：3­磷酸甘油酸　核酮糖­1，5­二磷酸(RuBP) 3．提示：淀粉　筛管 澄清概念 1．×提示：没有光反应提供的NADPH和ATP，暗反应不能进行。 2．×提示：在暗反应不能进行时，因缺少ADP、Pi和NADP＋，光反应也会停止。 3．×提示：ATP在类囊体的薄膜上产生，移动方向是从类囊体的薄膜到叶绿体基质。 4．×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。 5．×提示：14CO2中14C的转移途径为14CO2→。 达成学科素养 1．提示：(1)每间隔一段时间，用热酒精终止暗反应进程，提取并鉴定含14C的物质 (2)C3经一系列变化生成糖类和C5　当反应条件由光照变为黑暗时，C3含量升高而C5及各种中间产物的含量下降，说明C3的还原与光照条件有关 2．提示：(1)NADP＋、ADP、Pi (2)不相同　闪光照射，暗反应更能充分利用光反应提供的NADPH和ATP 评价迁移应用 1．D　[光反应阶段是水的光解，水在光作用下被分解为氧和H＋继续参与反应，氧直接以分子的形式排出，气体的运输方式一般是自由扩散，A正确；光合作用中的辅酶为NADPH，呼吸作用中的辅酶为NADH，两者不是同一种物质，B正确；暗反应阶段是三碳化合物与五碳化合物的相互转化，其间五碳化合物与二氧化碳结合形成两个三碳化合物，部分三碳化合物转化为有机物，部分三碳化合物转化为五碳化合物继续参与循环，这个循环是卡尔文循环，C正确；暗反应有没有光都能进行，但是夜间没有光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应也不能长期进行，D错误。] 2．A　[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。] 3．B　[突然中断CO2供应，使暗反应中CO2的固定减少，而C3还原仍在进行，因此会暂时导致C3减少，C5增多，即会引起叶绿体基质中C5/C3的值增大，A错误；突然中断CO2供应使C3减少，因此C3还原利用的ATP减少，导致ATP积累增多，而ADP含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大，B正确；由于光合色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收较少，突然将红光改变为绿光，会导致光反应产生的ATP和NADPH减少，这将使暗反应中C3的还原减弱，导致C5减少，C3增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值增大，C错误；突然将绿光改为红光会导致光反应吸收的光能增加，光反应产生的ATP和NADPH增加，而ADP相对含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大，D错误。] 4．B　[图中由CO2经甲醇到C3的过程类似于光合作用中CO2的固定过程，A正确。图示的ASAP过程不能循环进行，B错误。固定CO2的量相等时，植物光合作用、ASAP两种途径合成淀粉的量相同，而植物有呼吸作用消耗糖类，ASAP途径没有呼吸作用这一过程消耗糖类，因此与植物细胞固定等量的CO2相比，该体系积累的淀粉更多，C正确。在能量供给充足的条件下，该人工体系对土地、淡水的依赖程度较低，可节约耕地和淡水资源；此外该体系不需要农药、化肥等，有助于减少农药、化肥等对环境造成的负面影响，D正确。] 体验真题 1．C　[叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确；Mg2+是叶绿素的组成成分，其含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少，导致对光能的捕获减弱，B正确；弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，增强对光能的捕获，C错误；PSⅡ光复合体能吸收光能，并分解水，水的光解产生H＋、电子和O2，D正确。] 2．B　[光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合成，因此物质X可通过提高有氧呼吸水平促进进入细胞质基质，A正确；进入叶绿体基质也需要线粒体产生的ATP供能，属于主动运输，通道蛋白只能参与协助扩散，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，并与在类囊体腔内反应产生CO2，因此能提高类囊体腔CO2水平，C正确；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．(1)ATP 和 NADPH　核酮糖­1，5­二磷酸(C5)和糖类等有机物　(2)减法原理　加法原理　(3)增大　与 WT 组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用　与 WT 组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出，从而促进旗叶的光合作用速率 学科网（北京）股份有限公司 $$