2027届高考生物人教版一轮复习课件 第13讲 光合作用的原理

该高中生物学高考复习课件聚焦“光合作用的原理”核心考点，依据高考评价体系梳理了光反应与暗反应的物质能量变化、探究实验分析、元素转移路径及环境因素影响等考查维度，通过真题统计明确实验分析（占35%）、物质含量变化（占30%）等高频考点，构建完整知识网络与题型体系。 课件亮点在于“实验史溯源+真题变式+素养落地”策略，如以鲁宾卡门同位素实验为载体，用“来源-去路”法解析环境改变时C3/C5含量变化，培养科学思维与探究实践素养。特设“易错警示”和“答题模板”，通过2023天津卷等真题训练，帮助学生掌握实验设计与曲线分析技巧，教师可据此精准复习，提升备考效率。

SHENG WU XUE 光合作用的原理 第13讲 (1)概念：指绿色植物通过 ，利用光能，把 转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。   (2)总反应式： 。 叶绿体 二氧化碳和水 氧气 场 所 条 件 产 物 原 料 CO2+H2O (CH2O)+O2 叶绿体 光能 1 光合作用的概念及反应式 有机物 1、叶绿体如何将光能转化为储存在糖类中的化学能（能量转化情况）？ 2、光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？ 糖类 光合作用（步步高p71） 1、叶绿体如何将光能转化为化学能？2、光合作用如何将化学能储存在糖类等有机物中的？3、光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？ 我们先来分析一下科学家做过的一些实验 2 时间/发现者 内容 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， 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 作用， 而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。 O2 毒害 2 探索光合作用原理的部分实验 光合作用的探究过程（步步高p71） 时间/发现者 内容 1937年 希尔(英国) 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 。 可以释放氧气 ： 离体叶绿体在适当的条件下 发生水的光解、产生氧气的 化学反应。 希尔反应 2 探索光合作用原理的部分实验 光合作用的探究过程（步步高p71） [深度思考] 1.尝试补充完整希尔的实验表达式。 2.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？ 3.希尔实验能否说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应？ 4.希尔实验说明水的光解产生氧气，能否确定氧气中的氧元素全部来自水？ H+ O2 结合水分解产生的H+和e-。 NADP+（氧化型辅酶II）。 能，水的光解是在没有CO2的情况下进行的，而糖的合成需要碳的参与。 不能，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰， 也并没有直接观察到氧元素的转移。 2 探索光合作用原理的部分实验 光合作用的探究过程（步步高p71） 时间/发现者 内容 1941年 鲁宾、卡门(美国) 用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源， ①H2O＋C18O2→植物→O2 ②H218O＋CO2→植物→18O2 结论：光合作用释放的氧全部来自 。 水 【补充说明】 18O没有放射性， 不能检测其放射性。 可利用质谱分析或 核磁共振等方法 追踪。 2 探索光合作用原理的部分实验 光合作用的探究过程（步步高p71） 时间/发现者 内容 1954、1957年 阿尔农(美国) 在光照下，叶绿体可合成 ， 这一过程总是与 相伴随。 ATP 水的光解 2 探索光合作用原理的部分实验 光合作用的探究过程（步步高p71） 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 3.条件： 光、色素、酶等 4.场所： 类囊体薄膜上 5.主要产物： O2、ATP、NADPH 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。 1.物质变化： 2.能量变化： 光能 ATP、NADPH中活跃的化学能 3 光反应阶段 光反应的三个反应如何进行呢 根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应，现在也称为碳反应，两个阶段。 8 1.(2025·福建福州统考)植物学家希尔发现，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。根据光合作用原理推测，加入的铁盐类似于叶绿体中的(　　) A.NADP+ B.ATP C.H+ D.CO2 A 氧化型辅酶II，√； ATP是光合作用光反应阶段的产物，×； H+是光合作用光反应阶段，水分子光解的产物，×； CO2是光合作用暗反应阶段的反应物，×； 习题巩固（步步高p73） 习题巩固（步步高p73） 2.卡尔文给小球藻提供14CO2和适宜的光照，研究光合作用暗反应过程中C的转移 路径。某同学根据卡尔文的实验资料，提出了一些推论，下列推论不合理的是 资料 推论 (1)将光照时间逐渐缩短至几分之一秒，发现90%的放射性物质是一种C3 ① (2)经过5s光照后，检测到含有放射性的C5和葡萄糖 ② (3)在适宜光照和CO2充足的条件下，C3和C5的含量很快达到稳定状态， 含有放射性的糖类不断增加 ③ (4)当停止光照后，C3明显增加，C5明显下降 ④ A.推论①：C3是CO2被还原的第一个产物 B.推论②：C3进一步反应生成C5和葡萄糖 C.推论③：C3是暗反应的中间产物，糖类是终产物 D.推论④：C3转化为C5需要依赖光反应的产物 C3是CO2被固定的第一个产物，×； √ 【资料1】20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻做了实验， 实验思路：用经过放射性同位素14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用， 在不同时间杀死小球藻，同时提取产物并分析， 从而追踪放射性同位素14C的去向。 结 果：先出现14C3，最后出现14C5、14C6。 【思考】请据上述结果大致描述出CO2转化成有机物的过程中C的转移途径。 CO2 C3 C6 C5 2 探索光合作用原理的部分实验 方法：同位素标记法、放射性自显影技术。 【资料2】卡尔文又通过实验发现如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5增加。 C3与C5之间是相互循环的。 【思考】根据卡尔文的两个实验推测C3与C5之间的关系。 01 【资料3】1954年，美国科学家阿尔农的离体叶绿体实验过程及结果如下： 【思考】通过对该实验的分析，你可以得出什么结论？ CO2转化成（CH2O）需要光反应提供NADPH和ATP。 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 ，而是分阶段进行的。p103 不是同一个化学反应 2 探索光合作用原理的部分实验 2C3 C5 NADPH ADP + Pi （CH2O） ATP 酶 CO2 还原 固定 卡尔文循环 CO2的固定： CO2＋C5 2C3 酶 C3的还原： ATP ADP+Pi 叶绿体的基质中 2C3 (CH2O)+C5 酶 NADPH 、ATP、酶 场所： 条件： 物质变化 能量变化: NADP+ NADPH 2 暗反应阶段 酶 NADP+ ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 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)。 13 ATP NADPH ADP+Pi NADP+ C3 C5 O2 课本p106 1.NADPH和ATP的移动路径是什么？ 类囊体薄膜→叶绿体基质 ①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量 2.NADPH的作用？ 14 反应阶段 光反应 暗反应 反应部位 反应条件 物质变化 原料 产物 能量变化 联系 实质 类囊体薄膜 叶绿体基质 光、色素、酶 酶 CO2的固定: C3的还原: 光能→ATP 、NADPH中活跃的化学能 活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 H2O、 ADP 、Pi 、NADP+ ADP 、 Pi 、 NADP+ 、（CH2O ） 合成有机物，贮存能量 O2、 ATP 、NADPH CO2、 ATP 、NADPH 水的光解： ATP的合成： NADPH的合成： H2O H+ + O2 光能 叶绿体 ADP + Pi + 能量 ATP 酶 NADP+ + H+ NADPH 酶 NADPH ATP、酶 2C3 （CH2O）+C5 ②光反应停止后，暗反应很快也会停止。 光反应与暗反应的比较 ①光反应为暗反应提供 ；暗反应为光反应提供 ； NADPH、ATP NADP+、ADP、Pi C5 + CO2 → 2C3 酶 吸收、传递、转化光能 光反应与暗反应相互影响相互制约，两者都不能长期独立进行。 15 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 元素的转移途径： 16 思考：请分析光下的植物突然降低光照后/减少CO2 ，短时间内其体内的ATP、NADPH、C3和C5的含量如何变化？为什么？ 光照 减弱 光反应减弱 ATP、DNAPH↓ C3 还原受阻 CO2固定不变 C3消耗减少，合成不变 C5合成减少，消耗不变 C3↑ C5↓ CO2 减少 暗反应减弱 CO2固定减弱 C3 还原不变 C3合成减少，消耗不变 C5消耗减少，合成不变 C3↓ C5↑ C3 还原减弱 光反应不变 ATP、NADPH消耗减少，合成不变 ATP、DNAPH↑ 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 ①过程分析：“来源－去路”法 光合作用的原理 17 2.曲线分析 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 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 18 拓展：光合作用中光系统及电子传递链 大本p72 (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。 光合磷酸化 光系统：色素+蛋白质复合物 19 根据以上情境素材中的信息，光合作用过程中水的光解发生在____________，其上发生的反应产物有____________。叶绿素a接受光的照射后被激发，释放高势能的电子，电子的最终供体是________，水的光解造成膜内外质子势能差，而高势能的电子沿电子传递链传递时又促进H＋的转运，进一步加大了质子势能差，导致质子势能差加大的另一个原因是_________________________________ ___________________________________________________________________________， NADPH在暗反应中的作用是_________________________________________ ___________________________________________________________________。 类囊体腔内 O2、H＋和e－ 水 氧化型辅酶Ⅱ与H＋、e－结合形成还原型辅酶Ⅱ时消耗叶绿体基质中的H＋ 既能为暗反应提供能量，又能为暗反应提供还原剂 20 习题巩固（步步高p72） 光合作用原理的拓展 光合作用涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳—氧平衡具有重要意义，请结合以下信息深度认知光合作用相关原理。 21 习题巩固（步步高p72） 1.如图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，其中PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递。其中PQ、Cytb6f、PC是传递电子的蛋白质，PQ在传递电子的同时能将H＋运输到类囊体腔中，图中实线为电子的传递过程，虚线为H＋的运输过程，ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，则： 22 习题巩固（步步高p72） (1)根据以上情境素材中的信息，少数处于特殊状态的叶绿素分子在光能激发下失去高能e－，失去e－的叶绿素分子，能够从水分子中夺取e－，使水分解为 ；电子(e－)由水释放出来后，经过一系列的传递体形成电子流，最终传递给 ( 电子的最终受体)。PSⅠ和PSⅡ吸收的光能储存在 中。 氧和H＋ NADP＋ NADPH和ATP 23 习题巩固（步步高p73） (2)据图分析，使类囊体膜两侧H＋浓度差增加的过程有________________ _______________________________。 (3)由图可知，图中ATP合成酶的作用有 。合成ATP依赖于 形成的电化学势能。 PQ运输H＋；合成NADPH消耗H＋ 水的光解产生H＋； 运输H＋和催化ATP的合成 类囊体膜两侧的H＋浓度差 24 习题巩固（步步高p72） 2.如图1为番茄叶肉细胞进行光合作用的过程及磷酸丙糖的转化和运输情况。 (1)磷酸丙糖转运器能够协同进行磷酸的运入和磷酸丙糖的运出，这种转运严格遵循比例为1∶1的反向转运原则，即每运入1分子磷酸，就会有1分子磷酸丙糖被运出叶绿体。因此，磷酸丙糖的运出与否取决于细胞质基质和叶绿体中Pi的浓度，细胞质基质Pi浓度 ，促进磷酸丙糖的 ，利于 的合成，细胞质基质Pi浓度 ，磷酸丙糖滞留在叶绿体，利于 的合成。 高 输出 蔗糖 低 淀粉 25 习题巩固（步步高p72） (2)和葡萄糖、淀粉相比，蔗糖具有高稳定性和高水溶性的特点，成了光合产物长距离 的主要形式。蔗糖分子从叶肉细胞进入到叶脉维管束后，经 运输至其他部位或利用或贮存。 运输 筛管 26 习题巩固（步步高p72） 3.如图2中T0～T1表示的是适宜条件下生长的番茄叶绿体中某两种化合物(NADPH、ADP、C3或C5)的含量，T1～T3则表示改变其生长条件后两种化合物的含量变化。若T1时刻降低了培养液中NaHCO3的浓度，则物质甲、乙分别指的是 。若T1时刻降低了光照强度，则物质甲、乙分别指的是 。 C5、NADPH ADP、C3 27 2.(2022·重庆，23)科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。 (1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是________________________________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持______(填“低温”或“常温”)。 保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂 低温 习题巩固（步步高p73） 习题巩固（步步高p73） (2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，原因是____________ _______________________________________________________________________________________。 实验Ⅱ是 在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外 H＋浓度差 29 习题巩固（步步高p73） (3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H＋浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是__________________________________________________________。类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，电子的最终来源物质是_____。 类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高 水 30 习题巩固（步步高p73） (4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质__________ ___________。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有________________________________(答两点)。 增加CO2浓度和适当提高环境温度 ATP和CO2 NADPH、 31 习题巩固（步步高p73） 3.（2023·天津，9）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HCO3-进入细胞质基质 B. HCO3-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环境 B $