2026届高三生物一轮复习课件第13讲光合作用的原理

该高中生物学高考复习课件聚焦光合作用原理核心考点，涵盖探究历程、光反应与暗反应的物质能量变化及影响因素分析，依据课标要求和科学探究、科学思维素养，梳理同位素示踪法应用、C3/C5动态变化等高频考点，归纳实验分析、曲线解读等常考题型，对接高考评价体系。 课件亮点在于整合高考真题（如2024全国专题练习）与易错点（如间隔光照有机物积累），以科学思维构建“探究历程-过程模型-综合应用”复习链，通过探究实践设计14CO2路径追踪等实验分析题，帮助学生掌握答题逻辑，为教师提供系统复习框架。

第13讲光合作用的原理 2026级一轮复习 1．说明光合作用以及对它的认识过程。 2．掌握光合作用过程中的物质变化和能量变化。 1．分析光合作用光反应和暗反应过程，认同两个阶段既有区别又有联系进行科学探究 2.了解光合作用的探究历程，关注生物科学技术与社会的关系 课标要求 核心素养 光合作用的原理 指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 1.光合作用的探究历程 时间(年) 科学家 结果 1771 1779 1785 1845 1864 1880 1941 1961 普利斯特利 英格豪斯 谢尼伯 梅耶 萨克斯 恩格尔曼 鲁宾和卡门 卡尔文 植物能更新空气 CO2是原料， O2是产物 光能转换成化学能 产物还有淀粉 场所是叶绿体 产物O2来自原料H2O CO2中碳的转化途径 绿叶只有在光下才更新空气 【资料1】19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。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。 1.光合作用的探究历程 【资料2】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。 光合作用的原理 【资料3】1937年，英国植物学家希尔将植物细胞破碎，获得离体叶绿体。发现，在光照下，在离体叶绿体的悬浮液中加入足量的铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），离体叶绿体虽然不能合成有机物，但Fe3+被还原为Fe2+，同时离体的叶绿体释放出O2。像这样，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称作希尔反应。 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。 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都来自水？ 不能，反应体系中可以还存在其他氧元素供体。 1.光合作用的探究历程 光合作用的原理 【资料3】1937年，英国植物学家希尔将植物细胞破碎，获得离体叶绿体。发现，在光照下，在离体叶绿体的悬浮液中加入足量的铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），离体叶绿体虽然不能合成有机物，但Fe3+被还原为Fe2+，同时离体的叶绿体释放出O2。像这样，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称作希尔反应。 1.光合作用的探究历程 希尔实验中的氧化剂起到什么作用？ 叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？ NADP++2H++2e- NADPH+H+ 酶 水的光解： 2NADP++2H2O → 2NADPH + 2H++ O2 光 酶 结合H2O分解产生的2H+和2e- 光合作用的原理 【资料4】1941年，为了确定光合作用释放的O2的来源，美国科学家鲁宾和卡门用18O作为标记物，制备出H218O和C18O2。 对比实验 1.光合作用的探究历程 同位素示踪法 (稳定性同位素) 18O的标记部位 释放出的O2是否含有18O 光合作用释放的O2中的氧元素全部来自水 （释放出的O2的质量） 实验方法： 自变量： 因变量： 实验结论： 光合作用的原理 【资料5】1954年，美国科学家阿尔农(D. Arnon)发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 1.光合作用的探究历程 材料：离体叶绿体 处理：加入ADP、Pi，给予光照 结果：叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气； 结论： 光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。 阿尔农实验1 材料：离体叶绿体 处理：供给ATP、NADPH和CO2，黑暗条件 结果：离体叶绿体中有糖类生成 结论： 黑暗条件下，CO2合成糖类需要ATP和NADPH。 阿尔农实验2 ATP的合成： ADP + Pi +能量 → ATP 酶 糖类的合成： CO2 --------------------→ (CH2O) 酶 ATP 、NADPH 光合作用的原理 1.光合作用的探究历程 【资料6】20世纪50年代，美国生物化学家卡尔文开始用小球藻悬液研究光合作用的暗反应。卡尔文给小球藻提供持续的光照和CO2，一段时间后，加入放射性同位素标记的14CO2，在不同时段（间隔3s、5s、10s等）内将细胞悬液迅速倾入煮沸的乙醇中以杀死细胞，使酶失活。最后，使用双向纸层析和放射自显影分离等方法分析产物，发现了C3等一系列中间产物，最终阐明了暗反应阶段的反应过程——卡尔文循环。 实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5量增加；突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。 结论：C3与C5之间是相互循环的。 光合作用的原理 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 教材隐性知识 淀粉——叶绿体基质合成 蔗糖——细胞质基质合成 光合作用的原理 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___蔗糖为非还原糖，性质较稳定（或蔗糖分子为二糖, 对渗透压的影响相对较小）。 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。如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是____________________________________ __________________________________________________________________ _________________________。 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 练习 1881年，德国科学家________的水绵实验发现：光合放氧的场所是______。 1937年，英国植物学家____的叶绿体悬浮实验发现：光合放出的氧可来自_________(后人将该反应称作_________)，且与_________不是同一反应。 1941年，美国科学家___________的小球藻18O同位素示踪实验发现：光合放出的氧全部都来自___。 1954～1957年，美国科学家_______的叶绿体悬浮实验发现：叶绿体在光照下可_________，且该反应总是与_________相伴随。 1940年代，美国科学家卡尔文等用小球藻14C同位素示踪实验发现14CO2在光合作用中的去向是：___________________。由于该过程无需光故称______。 恩格尔曼 叶绿体 希尔 水的光解 希尔反应 鲁宾和卡门 水 阿尔农 糖的合成 合成ATP 水的光解 CH2O O2 + 光 能(动力) 叶绿体(场所) CO2 H2O + 光合原料 光合条件 光合产物 研究O2来源（水的光解） 研究ATP的合成总与水的光解相伴随 二者都需要光 属于光反应研究成果 总结 CO2+C5→C3→C5+C6 暗反应 【现代划分】根据______________，光合作用概括地分为两个阶段：_______(光合作用第一阶段)和_______(光合作用第二阶段，亦称_______或____________)。 是否需要光能 光反应 暗反应 碳反应 卡尔文循环 属于暗反应研究成果 2.光合作用原理 光反应阶段 叶绿体中 的光合色素 光能 H2O 水的光解 O2 NADPH ADP+Pi 酶 ATP （2）条件：光、酶、色素等 （1）场所：类囊体的薄膜上 ADP + Pi + 光能 酶 ATP （4）能量变化： 光能 活跃的化学能（ATP、NADPH） （3）过程： ①水的光解： ②ATP的合成： H2O + NADP+ 光 酶 NADPH + O2 光合作用的原理 2.光合作用原理 暗反应阶段 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）场所：叶绿体基质 （2）条件：多种酶 CO2＋C5 2C3 酶 ATP NADPH、 ADP+Pi 2C3 (CH2O)+C5 酶 物质 CO2的固定： C3的还原： ATP的水解: （3）能量变化： NADPH、ATP中活跃的化学能 糖类中稳定的化学能 光合作用的原理 光反应与暗反应的比较 光合作用的原理 光反应阶段 暗反应阶段（碳反应） 场所 条件 物质变化 能量变化 联系 叶绿体类囊体薄膜上 叶绿体基质 光、色素、酶 有光无光都可，多种酶 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 光反应为暗反应提供ATP和NADPH 暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+等原料 2H2O O2 + 4H+ 色素、酶 光 NADP+ + H+ +2e- NADPH 酶 ADP + Pi + 能量 ATP 酶 CO2＋C5 2C3 酶 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH NADPH的作用： NADPH和ATP的移动途径是什么？ NADP+和ADP的移动途径是什么？ 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。 ①光反应与暗反应的联系 还原剂、供能 光合作用的原理 类囊体薄膜→叶绿体基质 叶绿体基质→类囊体薄膜 【典例】（2024高三·全国·专题练习）暗反应有光无光都能进行。若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长，故晚上一般认为只进行呼吸作用，不进行光合作用。 连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析： （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。 原因是（广东高考题节选）： 。 随着光照和黑暗的交替进行，光照和黑暗间隔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。 光合作用的原理 易错点： (1)暗反应有光无光都能进行。 若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但持续时间不长，故一般认为植物晚上只进行呼吸作用。 (2)光反应快于暗反应，光照总时间相同时，光照和黑暗间隔处理比持续光照有机物积累得多。 因为NADPH、ATP基本不积累，利用充分；但持续光照会造成NADPH、ATP的积累，利用不充分。如甲持续光照10分钟，乙光照5秒和黑暗5秒相间隔持续20分钟，则光合作用制造的有机物:甲 乙(暗反应时间长)。 < (3)光合作用产生的 <m></m> 不同于细胞呼吸产生的 <m></m> ,其中光合作用产生的 <m></m> 与 <m></m> 结合形成还原型辅酶 <m></m> ,细胞呼吸产物的 <m></m> 为还原型辅酶 <m>。</m> NADPH (C3H2O) 14C3 (14CH2O) 18O2 C3 (CH218O) ②元素的转移途径 H218O 光合作用的原理 ③环境改变时光合作用各物质含量 的变化分析 光合作用的原理 思考：以下条件变化时，短时间内各种物质 合成量的动态变化。 条件 C3 C5 NADPH和ATP 单位时间内(CH2O)合成量 (CH2O)合成量 的积累量 停止光照，CO2不变 突然光照，CO2不变 光照不变停止CO2供应 光照不变，CO2增加 ③环境改变时光合作用各物质含量 的变化分析 光合作用的原理 思考：以下条件变化时，短时间内各种物质 合成量的动态变化。 条件 C3 C5 NADPH和ATP (CH2O)单位时间内的合成量 停止光照，CO2不变 突然光照，CO2不变 光照不变停止CO2供应 光照不变，CO2增加 增加 减少 减少 减少 减少 增加 增加 增加 减少 增加 减少 增加 增加 减少 减少 增加 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C3 C5、NADPH、ATP 光合作用的原理 ③环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 注: <m></m> 的起始值高于 <m></m> , 约是其2倍 注: <m> <m></m>与NADPH、ATP同步变化 1.光照停止后暗反应短时间仍然能够持续，但无法长时间正常进行，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________；CO2不足暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是__________________________________________ _______________________________________________________________。 暗反应中C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH，停止光照使光反应停止，叶绿体中仍有少量ATP和NADPH能使暗反应持续进行一段时间，但是这段时间后，暗反应因缺少ATP和NADPH而无法进行 光反应需要暗反应提供的ADP、Pi和NADP＋，CO2不足使暗反应减弱后，光反应在缺少原料的情况下无法正常进行 2.给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，其最可能的转化途径是____________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 ④光合作用和化能合成作用的比较 光合作用的原理 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 硝化细菌 2HNO2+O2 2HNO3+能量 硝化细菌 6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2 能量 化能合成作用： ④光合作用和化能合成作用的比较 光合作用的原理 自养生物和异养生物 a.自养生物: 绿色植物和硝化细菌都能将CO2和H20合成糖类因此属于自养生物。 b.异养生物: 人、动物、真菌以及大多数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，属于异养生物。 ④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 区别 能量来源 _____ ___________________ 代表生物 绿色植物 _________ 相同点 都能将 等无机物合成有机物 光能 无机物氧化释放的能量 硝化细菌 CO2和H2O 光合作用的原理 PEP羧化酶被称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力 (特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)，并且无光合午休现象。 ⑤补充—C4途径 常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。 光合作用的原理 ⑤补充—C4途径 光合作用的原理 草酰乙酸被转变成其他的四碳酸(苹果酸和天冬氨酸)后运输到维管束鞘细胞,在维管束鞘细胞中被降解成CO2和丙酮酸,CO2在维管束鞘细胞中进入卡尔文循环。由于PEP羧化酶的活性很高,所以转运到叶肉细胞中的CO2的浓度就高,大约是空气中的十倍。这样,即使在恶劣的环境中,也可保证高CO2浓度, 降低光呼吸作用对光合作用的影响。 （2025·江西抚州高三月考）研究发现，玉米、甘蔗等植物除了和其他 植物一样具有卡尔文循环（固定的初产物为，简称 途径）外，还 有另一条固定的途径，固定的初产物为，简称 途径，这种植物 为植物，其固定的途径如下图所示。研究发现，植物中 羧化酶 对的亲和力约是 的60倍。下列有关叙述错误的是( ) 28 A.图中 进入叶肉细胞被固定的最初产物是草酰乙酸 B.高温条件下， 植物光合效率高的原因是气孔不关闭 C.低浓度条件下，植物可能比 植物生长得好 D.苹果酸的主要作用是将叶肉细胞中的 转入维管束鞘细胞 √ 29 常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。 ⑤补充—CAM途径 光合作用的原理 （2025·山东枣庄高三检测）原本生活 在干旱地区的多肉植物，经研究发现其 固定过程非常特殊，被称为景天酸 代谢途径。其光合作用产生的中间产物 苹果酸在 的固定和利用过程中起重要作用，过程如下图所示。据图分 析，下列叙述错误的是( ) 31 A.进行景天酸代谢的植物白天进行光反应，积累和 ，晚上进行 暗反应合成有机物 B.图示的代谢方式可以有效地避免植物由蒸腾过度导致的脱水，从而使该 类植物适应干旱环境 C.与常见的 代谢途径植物相比，夜间更适于放置在室内的是进行景天酸 代谢途径的植物 D.多肉植物在其原生地环境中，其液泡中的 会呈现白天升高、晚上降低 的周期性变化 √ 光合与呼吸综合分析 1.物质变化 2.能量变化 光合与呼吸综合分析 2.能量变化 光合与呼吸综合分析 【拓展】光呼吸 1. 光呼吸的发现 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”。 光合与呼吸综合分析 【拓展】光呼吸 ①A表示光下净光合速率。 ②B和C表示光下时植物呼吸速率。 ③B表示无论是光下还是暗处都可进行的呼吸速率。 ④C表示只有光下才有的呼吸速率。即光呼吸现象。 1. 光呼吸的发现 光合与呼吸综合分析 光呼吸 2. 光呼吸的起因 因为卡尔文循环中CO2固定的酶(Rubisco酶)具有两面性(或双功能) 即RuBP羧化加氧酶 a.高CO2浓度、低O2时，进行羧化 b.低CO2浓度、高O2时，进行加氧 C5+CO2 2C3 Rubisco C5+O2 C2+C3 Rubisco 2C2+O2 C3+CO2 ATP、NADH 酶 [C3进入卡尔文循环] [C3进入卡尔文循环] 叶绿体 线粒体 光合与呼吸综合分析 3.卡尔文循环与光呼吸 光照强度增强 ↓ 产生的O2增多 ↓ 光呼吸增强 叶绿体 线粒体 光合与呼吸综合分析 4. 光呼吸的危害 ①如果在较强光下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强，一部分C5以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。 ②光呼吸过程中消耗了ATP和还原氢，即造成了能量的损耗。 5.光呼吸的意义 防止强光对叶绿体的破坏（防止ATP等积累过多） 叶绿体 线粒体 光合与呼吸综合分析 a.H：3H2O 。 b.C：14CO2 。 c.O：H218O ；C18O2 。 有氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了HO，有氧呼吸第二阶段利用HO生成C18O2，C18O2再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物 $$