第12讲 光合作用的原理 课件-2026届高三一轮复习生物（全国通用）

专题2 细胞的能量供应和利用 第1部分 分子与细胞 第12讲 光合作用的原理 高考考情： 考 情 解 码 考点要求 真题展示 光合作用的原理 2024·安徽卷，16 2024·重庆卷，18 2023·广东卷，18 2022·浙江卷，7 考点定标 1.题型以主观题为主，常结合生产生活实际或实验数据图表 ​2.内容侧重考查“光合作用的过程物质变化和能量变化”等知识点考查频率较高。 3.注重考查学生获取和加工信息、分析和推理的能力 说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在CO2和水转变为糖和O2的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能。 课标要求及考点预览： 思维预览： 光合作用的原理 1．概念：绿色植物通过叶绿体，利用 ，将 转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。 2．反应式： 3．过程 ①光反应 ②暗反应 可见光 吸收 ATP NADPH H2O O2 光解 H+＋2e- 绿叶体中的色素 ADP+Pi NADP+ CO2 固定 (CH2O)糖类 C5 2C3 还原 光能 二氧化碳和水 有机物 氧气 CO2+H2O (CH2O)+O2 叶绿体 光能 S z L w h a.光反应 (1)场所： (2)物质转化： (3)能量转化： 水的光解： ATP的合成： 光 色素 H2O O2+2 H++ 2e- NADPH的合成： ADP + Pi + 能量 ATP + H2O 酶 NADP+ + H+ + e- NADPH 酶 光能 ATP和NADPH中活跃的化学能 类囊体薄膜 (4)条件： 酶、光照、色素、ADP、Pi、水等。 注意：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。 光合作用的原理 可见光 吸收 ATP NADPH H2O O2 光解 H+＋2e- 绿叶体中的色素 ADP+Pi NADP+ 光反应产生的ATP只用于叶绿体中C3的还原等叶绿体内的生命活动。 作为暗反应的还原剂；储备部分能量供暗反应利用。 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。（P103） S z L w h 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。（P103相关信息） (1)场所： (2)物质转化： (3)能量转化： CO2的固定： C3的还原： 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH CO2＋C5 2C3 酶 ATP、NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 （卡尔文循环） 叶绿体基质 (4)条件： 酶、ATP、NADPH、CO2 b.暗反应 光合作用的原理 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)。 （P104)光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。 S z L w h 注意：CO2固定的直接产物是3-磷酸甘油酸，然后直接被还原成3-磷酸甘油醛。3-磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉，在叶绿体外被转化成蔗糖，蔗糖是植物长距离运输的主要糖类，蔗糖在长距离运输时是通过维管组织。 筛管：由一系列活细胞组成，位于植物韧皮部，主要运输有机物；双向运输。主动运输 导管：由死细胞构成，（只剩细胞壁，形成中空的连续的管道)，位于木质部；主要运输水和无机盐；单向运输。不需要消耗能量，主要依赖植物根部对水的吸收和蒸腾作用产生的拉力 O2 H+ NADPH NADP+ ADP+Pi ATP C3 C5 光合作用的第一阶段 必须有光才能进行 光合作用的第二阶段， 有没有光都可以进行 光合作用的原理（P106) 思考：NADPH和ATP的移动路径是什么？ 类囊体薄膜→叶绿体基质 S z L w h 7 NADPH 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 探究元素的转移途径： 光合作用的原理 S z L w h 8 光合作用的原理 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析： 可见光 吸收 ATP NADPH H2O O2 光解 H+＋2e- 绿叶体中的色素 ADP+Pi NADP+ CO2 固定 (CH2O)糖类 C5 2C3 还原 条件 光照减弱 光照增强 CO2浓度减少 CO2浓度增加 C3 C5 ATP NADPH 增加 减少 减少 增加 减少 增加 增加 减少 减少 增加 增加 减少 减少 增加 增加 减少 C3和C5含量的变化是相反的；[H]、ATP和C5的含量变化是一致的 S z L w h 光合作用的原理 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 S z L w h 光合作用的原理 4.光合作用的意义 转化并储存太阳的光能，为生命活动提供能量。 为有氧呼吸的生物提供氧气；维持大气中氧气和二氧化碳的平衡。 形成臭氧（O3），吸收紫外线，保护地球生物。 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） (1)光合作用产生的有机物除供植物体自身利用外，还为所有异养生物提供食物。 (2)光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。 S z L w h 拓展：新陈代谢类型 同化类型 光能自养 6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O 光能 叶绿体 （光合作用） 化能自养 （化能合成作用） NH3 HNO2+能量 HNO3+能量 CO2+H2O （CH2O） 能量 硝化细菌 自养型 异养型 寄生、腐生、捕食----如人、动物、真菌及大多数的细菌 只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动 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 硫细菌、铁细菌、氢细菌等少数种类的细菌 光合作用的原理 (1)光反应必须在光照下进行，暗反应必须在暗处进行( ) (2)H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在叶绿体基质中( ) (3)光合作用光反应阶段产生的NADPH可在叶绿体基质中作为还原剂( ) (4)适宜条件下培养的叶绿体，突然将原来的白光改为绿光照射，则短时间内NADPH含量会增多( ) (5)植物细胞产生的O2只能来自光合作用( ) (6)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应过程( ) (7)暗反应能长时间在黑暗条件下进行( ) 易错辨析 × × √ × × √ × 白光为复合光，改绿光后，光反应减弱，NADPH含量减少 S z L w h 5、光合作用通过H2O的光解可以产生O2，另外，植物细胞中具有过氧化氢酶，可以催化H2O2水解为H2O和O2。 7、在黑暗条件下不能进行光反应，暗反应缺少光反应提供的NADPH、ATP。所以不能长时间在黑暗条件下进行。 1.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。结果如图： 光合作用的原理 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较多。因为闪光照射，暗反应更能充分利用光反应提供的NADPH和ATP (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______________________ _______________________________________________________________________________________________________________________。 NADP＋、Pi(磷酸)、ADP 不相同 S z L w h 光合作用的原理 （3）停止光照（黑暗开始）后，O2释放量减少，说明_______________，CO2的吸收速率__________（ 填“增加”或“减少”或“不变”），原因是________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 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 光反应停止 不变 1.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。结果如图： S z L w h 光合作用的原理 2．(2025·湖北武汉检测)如图甲表示叶肉细胞中叶绿体进行光合作用的过程，A、B代表物质，图乙表示叶绿体色素分离的结果，下列叙述不正确的是(　　) A．光合作用的光反应是在图甲中①上 进行的，而暗反应是在②中进行的 B．图甲中①上产生的B物质移动到② 中参与C5和C3的还原 C．图甲中②中产生的NADP＋移动到①上接受水光解产生的氢 D．图乙中色素带从上往下分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b 　 甲　　　　　 　　　乙 B　 S z L w h 拓展1：光合作用中光系统及电子传递链 大本P75 (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。 光系统Ⅰ 光系统Ⅱ ATP合酶 光系统：色素+蛋白质复合物 S z L w h 拓展1：光合作用中光系统及电子传递链 大本P75 (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＋从叶绿体基质逆浓度梯度泵入类囊体腔，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。 光系统Ⅰ 光系统Ⅱ ATP合酶 光合磷酸化 S z L w h (1)光系统Ⅱ进行水的光解，产生O2、H＋和自由电子(e－)，电子(e－)经过电子传递链传递，最终介导还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的产生。 (2)类囊体薄膜两侧的质子浓度(电化学)梯度主要靠以下途径建立： ①电子传递过程中释放能量，利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度梯度从叶绿体基质侧泵入类囊体腔侧； ②光系统Ⅱ在类囊体腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)； ③在叶绿体基质侧H＋和NADP＋形成NADPH的过程消耗H＋。 通过以上途径建立了质子浓度(电化学)梯度。 (3)类囊体薄膜对质子(H＋)是高度不通透的，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梯度流出的能量来合成ATP。 1．如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　 拓展1：光合作用中光系统及电子传递链 S z L w h 2．(2025·湖南常德联考)叶绿体进行能量转换依靠光系统(指光合色素与各种蛋白质结合形成的大型复合物，包括PSⅠ和PSⅡ)将光能转换为电能。光系统产生的高能电子沿光合电子传递链依次传递促使NADPH的形成，同时驱动膜内的质子泵在膜两侧建立H＋梯度，进而驱动ATP的合成。 注：类囊体膜上主要有光系统Ⅰ(PSⅠ) 、光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素b6f蛋白 复合体和ATP合酶复合体四类蛋白复合 体，参与光能吸收、传递和转化、电 子传递、H＋输送及ATP合成等过程。 拓展1：光合作用中光系统及电子传递链 S z L w h 据图回答下列问题： (1)光反应过程中，ATP的形成与光系统___________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅰ和Ⅱ”)发挥作用产生的H＋浓度梯度有关。 (2)叶绿素a(P680和P700)接受光的照射后被激发，释放势能高的电子，电子的最终供体(供给电子的物质)是__________。通过光合电子传递链，光能最终转化为___________________ 中的化学能。 拓展1：光合作用中光系统及电子传递链 Ⅱ 水　 ATP和NADPH(答完整) S z L w h (3)图中ATP合酶的作用是_______________________________；线粒体中存在类似于ATP合酶的膜是____________________。据图分析，增加膜两侧的H＋浓度差的生理过程有____________________________________________ ___________________________(共3点)。 (4)除草剂二溴百里香醌(DBMIB)是质体醌(PQ)的类似物，可充当PQ的电子受体。DBMIB能够和细胞色素b6f特异性结合，阻止光合电子传递到细胞色素b6f。若用该除草剂处理无内 外膜的叶绿体，会导致ATP含量显著 下降，其原因可能是_________________ _____________________________________ ____________________________________。 拓展1：光合作用中光系统及电子传递链 二溴百里香醌(DBMIB)阻断电子传递，会抑制水光解产生H＋，使膜内外H＋的浓度差减小甚至消失 催化ATP的合成，协助H＋跨膜运输　 线粒体内膜 水的光解产生H＋、PQ蛋白将H＋从A侧运输到B侧、合成NADPH消耗H＋ S z L w h 拓展2：CO2固定的不同途径 大本P78 1.C3植物和C4植物 根据光合作用碳元素同化的最初光合产物(三碳化合物、四碳化合物)的不同，把高等植物分成C3、C4植物两类。常见的C4植物有甘蔗、玉米、高粱等。 C3途径：也称卡尔文循环，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。 常见C3植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。 S z L w h 拓展2：CO2固定的不同途径 C4途径：玉米、甘蔗等起源于热带的植物叶肉细胞的叶绿体内，在有关酶的催化作用下，CO2首先被一种三碳化合物(PEP)固定，形成一个四碳化合物(C4)。C4进入维管束鞘细胞中的叶绿体，释放出一个CO2，并形成另一种三碳化合物——丙酮酸。释放出来的CO2进入卡尔文循环；丙酮酸则再次进入叶肉细胞中的叶绿体内，在有关酶的催化下，通过ATP提供的能量，转化成PEP，继续固定CO2。 C4途径 C3途径 S z L w h 拓展2：CO2固定的不同途径 C4途径的生物学意义： 热带植物为了防止水分过度蒸发，常常关闭叶片上的气孔，这样空气中的CO2就不易进入叶肉细胞，不能满足光合作用对CO2的需求。而C4途径中能固定CO2的那种酶对CO2有很高的亲和力，使叶肉细胞能有效地固定和浓缩CO2，供维管束鞘细胞中叶绿体内的C3途径。 C4途径 C3途径 S z L w h 拓展2：CO2固定的不同途径 2．景天科植物的CO2固定(CAM途径) 景天科酸代谢是许多肉质植物的一种特殊代谢方式，在夜间，大气中CO2从气孔进入，被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶催化，与PEP结合形成草酰乙酸(OAA)，再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸，贮存于液泡中。在白天，苹果酸从液泡中释放出来， 经脱羧酶作用形成CO2和丙酮酸， CO2产生后用于卡尔文循环，如图 所示。 S z L w h 拓展2：CO2固定的不同途径 CAM途径的意义：白天气孔关闭，减少蒸腾作用，保持植物体内水分并分解苹果酸产生CO2进行光合作用；夜晚开放气孔，吸收光合作用所需的CO2，使植物适应高温干旱环境。 CAM途径和C4途径的核心区别： CAM途径通过时间分隔： 而C4途径通过空间分隔： CO2固定过程的时空分离方式 夜间气孔开放，CO2在细胞质基质中被PEP羧化酶固定为苹果酸，储存于液泡；白天气孔关闭，苹果酸脱羧释放CO2进入卡尔文循环。 叶肉细胞中PEP羧化酶固定CO2生成C4化合物（如草酰乙酸），运输至维管束鞘细胞脱羧释放CO2，再进入卡尔文循环。‌‌ S z L w h 叶肉细胞中PEP羧化酶固定CO₂生成C4化合物（如草酰乙酸），运输至维管束鞘细胞脱羧释放CO₂，再进入卡尔文循环。‌‌ 拓展2：CO2固定的不同途径 3．蓝细菌的CO2浓缩机制 蓝细菌具有CO2浓缩机制，如下图所示。 注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。 S z L w h 练习： 高温、干旱和强光等非生物胁迫是影响植物光合作用的主要因素，自然界的植物丰富多样，对环境的适应也有差异；自卡尔文发现光合作用中碳元素的行踪后，又有科学家发现碳元素行踪的其他路径。请据图回答下列问题。(Rubisco即催化CO2固定形成C3的酶。) (1)图中是C4植物和CAM植物利用CO2途径的示意图，由图可知，C4植物进行CO2的固定的场所有是 （填具体场所），而CAM植物进行CO2固定的场所是 （填具体场所）。两种植物固定CO2的酶比C3植物多一种__________酶，从该酶功能的角度推测这两类植物更能适应高温、干旱的环境的原因是____________________________________________。 (4)典型的CAM植物如仙人掌在夜晚吸收的CO2不能立即用于C3途径，可能的原因是________________________________________________________________________________________。 叶肉细胞细胞质基质和维管束鞘细胞叶绿体基质 叶肉细胞细胞质基质和叶绿体基质 PEP羧化 该酶与CO2的亲和力高于Rubisco 没有光照无法进行光反应，无法为暗反应提供充足的ATP和NADPH 拓展3：光呼吸和光抑制 大本P80 1.光呼吸 1955年科学家德柯尔用红外线气体分析仪测定烟草光合速率时发现正在进行光合作用的烟草叶片在光照停止后会快速释放CO2，这种现象称为“二氧化碳的猝发” C表示只有光下才有的呼吸速率。即光呼吸现象。 S z L w h 拓展3：光呼吸和光抑制 卡尔文循环中CO2固定的酶(Rubisco)具有两双功能。 Rubisco即RuBP羧化加氧酶。 ①高CO2浓度、低O2时，进行羧化。 C5+CO2 2C3 Rubisco C3进入卡尔文循环 ②低CO2浓度、高O2时，进行加氧。 C5+O2 C2+C3 Rubisco C3进入卡尔文循环 C2进入光呼吸 高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。 1.光呼吸 是光合作用一个损耗能量的副反应; 此过程中消耗O2，生成CO2。 S z L w h 拓展3：光呼吸和光抑制 光呼吸与有氧呼吸的比较： 项目 光呼吸 有氧呼吸 与光的关系 反应条件 ———————— 底物 产物 发生部位 只在光下进行 光下、黑暗中都可进行 光照、高O2、低CO2环境 C5化合物和O2 通常是葡萄糖、H2O和O2 CO2 CO2和水 叶绿体、线粒体 细胞质基质、线粒体 S z L w h 拓展3：光呼吸和光抑制 2.光抑制 植物的光合系统所接受的光能超过光合作用所能利用的量时，光合功能便降低，这就是光合作用的光抑制。 (1)光抑制机理：光合系统的破坏，PSⅡ是被破坏的主要场所。 发生光破坏后的结果：电子传递受阻，光合效率下降。 光系统Ⅰ 光系统Ⅱ ATP合酶 S z L w h 当光能过剩时，叶肉细胞内因NADP+不足，e-传递给O2，从而生成超氧阴离子自由基(O2-)等一系列光有毒物质，破坏PSⅡ中叶绿素及D1蛋白，光合速率下降，这种现象称为光抑制。 拓展3：光呼吸和光抑制 2.光抑制 (2)光抑制的主要防御机制： ①减少光吸收，植物体也可以通过叶运动(减少叶片与主茎的夹角)或叶绿体运动这种对强光的快速响应以减少对光的吸收，从而避免光抑制。 ②增加热耗散：a.当依赖能量的叶绿素荧光猝灭增加时，通过增加激发能的热耗散可以部分避免光抑制。降低光饱和条件下的PSⅡ的光化学效率，可以避免光抑制破坏的发生。b.在强光下非光辐射能量耗散增加的同时，玉米黄素含量增加，玉米黄素与激发态的叶绿素作用，从而耗散其激发能，保护光合机构免受过量光能破坏。 ③进行光呼吸：C3植物的光呼吸有很高的能量需求。光呼吸可以防止强光和CO2亏缺条件下发生光抑制。 S z L w h (2025·河北保定模拟)如图所示，光呼吸是进行光合作用的细胞在强光照和高O2低CO2情况下发生的生理过程，RuBP(C5)既可与CO2结合，经酶催化生成PGA(C3)进行光合作用；又可与O2在此酶催化下生成1分子PGA和1分子PG(C2)，进行光呼吸。请回答下列问题： 拓展3：光呼吸和光抑制 (1)光呼吸时C5与O2结合的场所是________________，卡尔文循环过程中发生的能量转换是_____________________________________________________________________。 叶绿体基质 (ATP和NADPH中)活跃的化学能转化为(有机物中)稳定的化学能 拓展3：光呼吸和光抑制 (2)研究人员经常把细胞呼吸称为“暗呼吸”。从反应条件角度分析，光呼吸和暗呼吸的区别是______________________________________________。 (3)Rubisco酶是一种双功能性酶，其“双功能性”体现在____________________________________________________________________________________________________________________。 (4)在强光下，光反应转换的能量超过暗反应的需要，对细胞造成伤害，光呼吸可以消耗光反应产生的过多的____________________________，从而对细胞起到保护作用。同时在夏季强光照下，叶片气孔关闭，光呼吸产生的____________进入卡尔文循环，为光合作用提供原料。 ATP、NADPH 光呼吸只能在光下进行，暗呼吸有光无光都可以进行 CO2浓度较高时，该酶催化C5与CO2反应，进行光合作用；O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，进行光呼吸 CO2 结语：感谢观看！ 当会光合作用的聪明植株； 把每份努力都转化成叶绿素； 在阳光与二氧化碳的交响里； 一年后生长出自己的年轮! $$