2026届高三生物一轮复习课件第13讲　光合作用的原理

第13讲　光合作用的原理 【课标要求】　 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。 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。 一、探索光合作用原理的部分实验 早期推测 三、光合作用原理的探索 光反应的研究——希尔反应 1937年，英国科学家希尔在没有CO2的情况下，向含有类囊体的叶绿体悬液中加入Fe3+ 的高价铁盐，照光时有O2的释放，同时Fe3+变成了Fe2+。 4Fe3+ + 2H2O 4Fe2+ + 4H+ + O2 光能 叶绿体 【结论】水的光解产生氧气。 一、探索光合作用原理的部分实验 ①水的光解和糖的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的； ②不能确定O2中的O全部来自H2O。 下一页 上一页 高考总复习 生物学 光反应的研究——鲁宾和卡门 同位素标记法（18O） 【结论】光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2。 小球藻 单细胞绿藻（真核细胞） 一、探索光合作用原理的部分实验 对比实验，即相互对照，自变量为标记物质，因变量为氧气是否含18O 无放射性的同位素：15N、18O 下一页 上一页 高考总复习 生物学 光反应的研究——阿尔农 离体叶绿体的悬浮液 1954年，美国科学家阿尔农发现，光照下，叶绿体可以合成 。 1957年，他发现这一过程总与 相伴随。 一、探索光合作用原理的部分实验 ATP 水的光解 下一页 上一页 高考总复习 生物学 暗反应的研究——卡尔文循环 同位素标记法 卡尔文 1946年，美国的卡尔文等用14CO2研究了CO2转化为糖的途径：向反应体系中充入一定量的14CO2，给予光照。 ①光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中。 ②在5秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6)。 14CO2 → 14C3 (14CH2O)糖类 14C5 一、探索光合作用原理的部分实验 下一页 上一页 高考总复习 生物学 1．探索光合作用原理的部分实验[连一连] [易错提醒]　同位素标记法中使用的同位素并非都具有放射性，如18O就没有放射性，不能检测其放射性；而14C有放射性，可被追踪检测。 下一页 上一页 高考总复习 生物学 2．光合作用的概念 光合作用是指绿色植物通过 ，利用光能，将 转化成储存着能量的有机物，并且释放出 的过程。 叶绿体 二氧化碳和水 氧气 CO2 + H2O （CH2O）+O2 光能 叶绿体 光合作用过程是否需要光能划分： 光反应和暗反应（碳反应） 下一页 上一页 高考总复习 生物学 NADP+：氧化型辅酶Ⅱ NADPH：还原型辅酶Ⅱ 考点二、光合作用的过程 储存能量 作为还原剂参与暗反应 （一）光反应阶段： 光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+ 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体中 的色素 光能 H2O 水在光下分解 O2 H+ ADP+Pi 酶 ATP + NADP+→ NADPH ③条件： ①场所： 水的光解： H2O O2 +H+ 光能 ATP的合成： ADP＋Pi＋能量（光能) ATP 酶 ②物质变化 NADPH的合成： H+ + NADP+ → NADPH 光能 → ATP和NADPH中活跃的化学能 ④能量变化： 9 考点二、光合作用的过程 （一）暗反应阶段： CO2 C5 固 定 2C3 NADPH 供氢 酶 (CH2O) 糖类 多种酶 参加催化 还原 酶 ATP ADP+Pi CO2的固定： CO2＋C5 2C3 酶 C3的还原： 叶绿体基质 ATP和NADPH中活跃的化学能 → 有机物中稳定的化学能 NADPH 、ATP、酶、C5、CO2 ①场所： ③条件： ②物质变化 ④能量变化： ATP ADP+Pi 2C3 (CH2O)糖类 酶 NADP+ NADPH 3．光合作用的过程图解 叶绿体类囊体薄膜 H＋＋O2＋e－ 叶绿体基质 (CH2O) 稳定的化学能 [易错提醒]　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；暗反应过程中的C3和C5并不是只含有3个或5个碳原子，还有H、O等原子。 下一页 上一页 高考总复习 生物学 4．反应式 (1)若有机物为(CH2O)：_____________________________。 (2)若有机物为C6H12O6： ____________________________________________________。 5. 光反应和暗反应之间的关系： 光反应为暗反应提供 ， 暗反应为光反应提供 。 NADPH、ATP NADP+、ADP、Pi 光能 → ATP和NADPH中活跃的化学能 → 糖类等有机物中稳定的化学能 6.光合作用的实质 ①能量变化： ②物质变化： 无机物 → 有机物（CH2O） 下一页 上一页 高考总复习 生物学 O2 NADPH ATP NADP＋ ADP+Pi 2C3 C5 类囊体薄膜上的色素 1 2 3 4 5 6 7 类囊体薄膜 叶绿体基质 8 9 10 12 11 7. 光合作用中元素的转移 ① O 的转移： H2O → NADPH →(CH2O ) ② C的转移： CO2 → C3 →（CH2O） ③ H的转移： H2O → O2 H2O + CO2 (CH2O)+O2 光能 叶绿体 CO2 → C3 → （CH2O） 5．光合作用和化能合成作用的比较   [易错提醒]　绿色植物和化能合成菌为自养生物；人、动物、真菌以及大多数细菌属于异养生物。 无机物氧化所释放的能量 CO2和H2O 下一页 上一页 高考总复习 生物学 [教材命题点思考] 1．光反应的产物有哪些？产物的去向、用途如何？ 2．如何确定卡尔文循环中碳的同化和去向？ 3．光合作用中，在提供C18O2较长时间后，能够检测出18O的物质有哪些？ ATP、NADPH、O2。ATP、NADPH进入叶绿体基质参与暗反应，用于C3的还原；O2进入线粒体参与细胞呼吸，或以气体形式从植物表皮的气孔释放进入大气。 可用同位素标记CO2，每隔一段时间取样分析，根据标记物出现的时间确定碳的同化和去向。 糖类、水、氧气等。 下一页 上一页 高考总复习 生物学 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 (1)“过程法”分析各物质含量的变化。 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： 1 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 2 3 4 5 6 7 8 9 下一页 上一页 高考总复习 生物学 (2)“模型法”表示C3和C5含量的变化(条件改变后短时间内各物质相对含量的变化)。 光反应减弱 C3的还原减弱 CO2的固定暂时不变 光反应增强 C3的还原增强 CO2的固定暂时不变 CO2的固定减弱 光反应、C3的还原暂时不变 CO2的固定增强 光反应、C3的还原暂时不变 C5、(CH2O)合成量、NADPH、ATP、 C3 NADPH、ATP、C5、(CH2O)合成量 C3 C5、NADPH、ATP C3、(CH2O)合成量 C3、(CH2O)合成量 C5、NADPH、ATP 下一页 上一页 高考总复习 生物学 [模型命题点思考] 4．在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势如图所示。回答下列问题： C3 (1)图中物质A是________(填“C3”或“C5”)。 (2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比物质A的低，原因是 ________________________________________________________________； 将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是________________________________________________________________。 暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5的含量稳定。根据暗反应的特点，此时C3的分子数是C5的2倍 C5的合成速率不变，消耗速率减慢，导致C5积累 下一页 上一页 高考总复习 生物学 (3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5浓度达到稳定时，物质A的浓度将比物质B的 (填“低”或“高”)。 (4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的 (填“低”或“高”)，其原因是 。 高 低 CO2浓度低时，暗反应强度低，所需ATP和NADPH少 下一页 上一页 高考总复习 生物学 D 考向1　光合作用的基本过程 1．(2021·广东选择考)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 下一页 上一页 高考总复习 生物学 2．早期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著提高，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约为390 μmol·mol－1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisco 所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。回答下列问题： (1)真核细胞叶绿体中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成 ，进而被还原生成糖类，此过程发生在 中。 (2)海水中的无机碳主要以CO2和HCO两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程。图中HCO浓度最高的场所是_________(填“细胞外”“细胞质基质”或“叶绿体”)，可为图中过程提供ATP的生理过程有 。 C3 叶绿体基质 叶绿体 呼吸作用和光合作用(光反应) 下一页 上一页 高考总复习 生物学 ①由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力 (填“高于”“低于”或“等于”)Rubisco。 ②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是 。图中由Pyr转变为PEP的过程属于 (填“吸能反应”或“放能反应”)。 ③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用 技术。 高于 NADPH和ATP 吸能反应 同位素标记 下一页 上一页 高考总复习 生物学 ACD 下一页 上一页 高考总复习 生物学 B 考向2　不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析 3．光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。下列对于改变反应条件而引起的变化的说法，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．突然将红光改变为绿光，会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小 D．突然将绿光改变为红光，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小 下一页 上一页 高考总复习 生物学 B 4．下图为某植物叶肉细胞光合作用示意图，图中①②③④表示相关物质。现有甲、乙两植株，甲叶色正常，乙为叶片黄化的突变植株，叶绿素含量明显少于甲。将甲、乙植株置于正常光照、温度、CO2浓度等条件相同的环境中，下列相关分析正确的是(　　) A．被色素吸收的光能全部用于③合成ATP B．只有接受ATP释放的能量，C3才可被NADPH还原 C．如果突然增加光照强度，则短时间内②的含量减少，③的含量增加 D．如果突然增加光照强度，甲的叶肉细胞中C3的含量减少，乙的叶肉细胞中④的含量减少 下一页 上一页 高考总复习 生物学 A 高考真题体验 1．(2020·天津等级考)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是(　　) A．产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质 B．该反应体系不断消耗的物质仅是CO2 C．类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原 D．与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素 下一页 上一页 高考总复习 生物学 2．(2022·湖南选择考)将用纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10 μmol/(s·m2)时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温度为35 ℃/25 ℃，光照强度为2 μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时。回答下列问题： (1)在此条件下，该水稻种子 (填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米，至少1片绿叶视为成苗)，理由是 。 (2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μmol/(s·m2)，其他条件与上述实验相同，该水稻 (填“能”或“不能”)繁育出新的种子，理由是_________________________________________________________________(答出2点即可)。 (3)若该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田)，为防鸟害、鼠害和减少杂草生长，须灌水覆盖，该种子应具有 特性。 能 种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物，且光照有利于叶片叶绿素形成 不能 光照强度为2μmol/(s·m2)，没有有机物积累；每天光照时长为14h，大于12h植株不能开花 耐受酒精毒害 下一页 上一页 高考总复习 生物学 3．(2020·高考江苏卷)大豆与根瘤菌是互利共生关系，下图所示为大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢、运输途径，请据图回答下列问题：   (1)在叶绿体中，光合色素分布在 上；在酶催化下直接参与CO2固定的化学物质是H2O和 。 (2)上图所示的代谢途径中，催化固定CO2形成3-磷酸甘油酸(PGA)的酶在____________中，PGA还原成磷酸丙糖(TP)运出叶绿体后合成蔗糖，催化TP合成蔗糖的酶存在于 。 类囊体薄膜 C5 叶绿体基质 细胞质基质 下一页 上一页 高考总复习 生物学 (3)根瘤菌固氮产生的NH3可用于氨基酸的合成，氨基酸合成蛋白质时，通过脱水缩合形成 键。 (4)CO2和N2的固定都需要消耗大量ATP。叶绿体中合成ATP的能量来自 ；根瘤中合成ATP的能量主要源于 的分解。 (5)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 。 肽 光能 糖类 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) 下一页 上一页 高考总复习 生物学 【教材隐性知识】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 淀粉——叶绿体基质合成 蔗糖——细胞质基质合成 下一页 上一页 高考总复习 生物学 6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O $