第5章 第4节 第2课时 光合作用的原理-【创新大课堂系列】2025-2026学年高中生物必修1 分子与细胞同步辅导与测试(人教版)

生物学必修1分子与细胞 第2课时 【学习目标】通过对光合作用光反应阶段和暗反 过程，并从物质与能量观视角，阐明光合作用原理 展的。 必备知识·自主梳理 一、光合作用的概念 1.概念 绿色植物通过 ,利用 ,将 和 转化成储存着能量的有机物， 并且释放出 的过程。 2.化学反应式 光能 CO2+H2O 叶绿体 +02 二、探索光合作用原理的部分实验 科学界普遍认为，在光合作用中，C0 19世 分子的C和O O,被释放，C和 纪末 H,0结合成甲醛，甲醛分子缩合成糖 科学家发现，甲醛对植物有 作用， 1928年 并且甲醛 通过光合作用转化成糖 离体叶绿体的悬 实 离体叶绿体在适 希尔 验 1937年0 浮液+铁盐或其 当的条件下发生 他氧化剂光恩0，论 产生O 鲁宾 光合作用释放 1941年卡门 H2180、C02→释放802 验 的O,来自 HO、C8O,→释放O, 结 而非 论 1954年0阿尔 农 在光照下叶绿体可以合成 1957年 阿尔在光照下叶绿体可以合成ATP这一过程 农 总是与 相伴随 用经过14C标记的 20世纪卡尔 供小球藻进 探明了CO,中的 40年代文行光合作用，然后 碳在光合作用 追踪放射性14C的 中转化成有机 物中碳的途径 去向 三、光合作用的过程 1.过程 太阳能 H,O CO. ① ATP 基粒 ③ NADP 类囊体 叶绿体基质 合作用的原理 应阶段相关实验研究的思考和讨论，说明光合作用 认同人类对光合作用的认识过程是逐步的、不断发 预习新知夯实基础 写出图中序号表示的物质：① ;② ;③ ;④ ;5 2.光反应与暗反应的比较 项目 光反应 暗反应 场所 条件 需光 光能 2H204H++02 酶 4e;NADP+CO2+C5 ,2C3;2C3 物质 变化 H++2e- 酶 NADPH,ATP 酶 ;ADP+Pi十能量 +Cs 酶 能量光能→ ATP和NADPH中的化 和 变化 学能→ 中的化 NADPH中的化学能 学能 判断正误 (1)希尔反应是离体叶绿体在适当条件下发生 水的光解产生O2的化学反应。 ( ) (2)植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗 反应。 ( (3)光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基 质到类囊体薄膜。 () (4)光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内 的各项生命活动提供能量。 (5)14CO2中C的转移途径是14CO2→14C3→ 14C5→(14CH2O)。 教材深挖 1.如图是鲁宾和卡门利 B 光照 用小球藻进行光合作 C1802 下的 用实验的示意图，可得 小 出图中A物质和B物 H2O 藻悬 H218O 液 质的相对分子质量之 比是 2.下图表示光能转换为电能的示意图，A代表处 于特殊状态下的叶绿素a,B代表具有吸收和传 递光能作用的色素，C和D代表传递电子的物 质。请据图回答下列相关问题： 第五章细胞的能量供应和利用 (1)叶绿体中光合色素吸收的光能，有两个用 途：一是 ,二是提供能量 NADP (2)水分解为 的同时，被叶绿体夺去两 D 个电子。电子经传递，可用于 HO NADPH NADP+与H+结合形成 关键能力·合作探究 讲练设计探究重，点 探究点一 光合作用的部分探究实验 情境探讨 (2)材料2鲁宾、卡门实验的实验思路：用 法来研究光合作用中氧气的来源。 阅读下列材料，请完成以下探究过程： 实验结论：光合作用释放的氧气中的氧元素全 材料11937年，英国剑桥大学的希尔用离体： 部来自 (3)材料3卡尔文的实验，14C标记的CO2进入 的叶绿体做实验。他将离体的叶绿体加到具有 叶绿体后，最先出现放射性的物质是 氢受体的水溶液中，在无C02的条件下给予光 ,卡尔文循环的过程需要光反应为其提供 照，发现叶绿体中有O2放出。 。 上述实验中卡尔文是通过控制 材料2如图是利用小球藻进行光合作用实验 来探究CO2中碳原子转移路径的。 的示意图（鲁宾、卡门实验）。 跟踪训练 C18O2 CO 180 1.探索光合作用原理的研究历程中，许多科学家 设计了巧妙的实验。下列说法错误的是() 光照射下的 A.恩格尔曼的实验证明了水绵光合作用主要 小球藻悬液 利用红光和蓝紫光 B.离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产 H,O H,18O 生氧气，称作希尔反应 材料31946年后，美国的卡尔文用小球藻进 C.鲁宾和卡门采用同位素示踪法证明释放的氧 行实验，将其装在一个透明的密闭容器中，他向 气中的氧来自二氧化碳 密闭容器中通入14C02,当反应进行到5s时， D.卡尔文探明了暗反应阶段CO2中的碳转化 14C出现在一种五碳化合物(C)和一种六碳糖 为有机物中碳的途径 (C6)中，将反应时间缩短到0.5s时，14C出现在 2.希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有 CO2时，给予叶绿体光照，就能放出O2,同时使 一种三碳化合物(C3)中。经9年左右的时间，他： 电子受体还原。希尔反应是：H2O十氧化态电 终于弄清了光合作用中暗反应的循环途径。 子受体→还原态电子受体十1/202。在希尔反 (1)材料1希尔的实验说明水的光解产生氧气，： 应的基础上，阿尔农又发现在光下的叶绿体，不 供给CO2时，既积累NADPH也积累ATP;进 能否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素： 一步实验，撤去光照，供给CO2,发现NADPH 全部都来自水？能否说明水的光解与糖的合成 和ATP被消耗，并产生有机物。下列关于希尔 不是同一个化学反应？ 反应和阿尔农发现的叙述不正确的是() A.光合作用释放的O2来自水而不是CO2 B.NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊 体的薄膜上 C.希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个 过程 D.光合作用的光反应过程为CO2合成有机物 提供ATP和NADPH 95 生物学必修1分子与细胞 探究点二 光合 情境探讨 光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列： 的化学反应。下图是光合作用的图解，结合该： 图和教材内容分析： 太阳能HO C02 3 NADPH- ATP 20 光反应 暗反应 基粒 类囊体 一叶绿体 02 (CH2O) 基质 (1)暗反应有光无光都能进行，那么暗反应能较 长时间在黑暗条件下进行吗？ (2)光合作用的光反应阶段发生的物质变化和 能量变化有哪些？ (3)光合作用的暗反应阶段发生的物质变化和： 能量变化有哪些？ 核心归纳 1.光反应与暗反应的联系图解 NADP+ H20 C02 光能一光反应 →NADPH ·ATP 暗反应 02 ADP+Pi (CH,O) (1)光反应为暗反应提供NADPH、ATP,暗反： 应为光反应提供NADP+、ADP和Pi。 (2)没有光反应，暗反应无法长时间进行，没有 暗反应，有机物无法合成。 96 作用的原理 光合作用过程中元素的转移途径 (1)光合作用过程中O元素的转移途径 H218O→18O2;C18O2→C3→(CH218O)。 (2)光合作用过程中C元素的转移途径 14C02→14C3→(14CH2O). 来源一去路法分析物质含量的变化 (1)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： 2C3 I NADPH 应 ATP Ⅲ暗反应 Cs →(CHO) 业 业 I变弱NADPH+ATP+ 光变弱 C消耗减少，合成暂不变C Ⅲ减弱，Ⅱ暂不变 C,消耗暂不变，合成减少C Ⅱ减弱，Ⅲ暂不变 C合成减少，消耗暂不李C C02供 C消耗减少，合成暂不变C,t 、应减少 Ⅲ随后减弱，I暂不变NADPH+ATP+ (2)光合作用过程中相关物质的变化规律 变化-致者C,NADPH、ATP 变化相反者 四条规律 →C3与C5(NADPH、ATP) C,C起始值C,高于C(约其2倍) (CH2O)变化对光合作用有利，(CH2O)合成 增加，反之则减少 ①以上各物质的变化是相对含量的变化，不是 合成速率，而且是在条件改变后的短时间内发 生的。 ②在以上各物质的含量变化中：C3和C5含量 的变化是相反的，即C3增加，则Cs减少；NAD PH和ATP的含量变化是一致的，即都增加， 或都减少 典例]下图为绿色植物光合作用过程示意图 (图中a~g为物质，①~⑥为反应过程，物质转 换用实线表示，能量传递用虚线表示)。下列有 关叙述错误的是 () C ④一g Pi 光照 ② d ⑤ 土壤里①，H,0 (CH,O) ③↓ 6 A.图中①表示水分的吸收，③表示水的光解 B.c为ATP,f为NADPH C.将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检 测到放射性 D.图中a物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植 物能利用它将光能转换成活跃的化学能 听课记录 4 微点拨光合作用过程中相关物质的变化 规律 金 交化一致者 C5、NADPH、ATP 变化相反者 条 C3与C5(NADPH、ATP) C3,C5起始值 规 C3高于C5(约其2倍) (CH2O)交化对光合作用有利(CH2O) 合成增加，反之则减少 跟踪训练 3.如图是光合作用过程的图解，其中A~G代表 物质，a、b、c代表生理过程。下列相关叙述错误 的是 ( 素养演练·提升技能 1.下列有关光合作用的叙述，正确的是 ( A.光反应不需要酶，暗反应需要酶 B.光反应在光下进行，暗反应在黑暗中进行 C.光反应固定CO2,暗反应还原C3 D.光反应产生ATP,暗反应消耗ATP 2.下列关于光合作用的叙述，错误的是 ( A.鲁宾和卡门用同位素标记法证明了光合作 用释放的氧气来自水 B.一般情况下，光合作用所利用的光都是可：4 见光 C.在暗反应阶段，C3可被[H]还原为Cs和 糖类 97 第五章 细胞的能量供应和利用 H2O CO, CO. NADPH 酶 酶 A.图中a过程发生在类囊体薄膜上 B.若光照突然停止，短时间内叶绿体中F的含 量会增加 C.c过程是CO2固定，发生在叶绿体基质中 D.E接受C和NADPH释放的能量并被 NADPH还原 正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布 迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内 不可能发生的现象是 A.O2的产生停止 B.CO2的固定加快 C.ATP/ADP比值下降 D.NADPH/NADP+比值下降 课堂小结 「水的光解、 希尔 概念 光反应NADPH和 ATP的形成 鲁宾和 光合 卡门 作用 光 光合 ∫CO2的固定 的原 作用 暗反应 理的 的过 LC,的还原 阿尔农 探索 程 反应式：C02+H20 卡尔文 光能 叶绿体(CH,O)+O2 达标训练素养提高 D.温度的变化不会影响光合作用的光反应 阶段 下列条件中，改变哪一项与提高农作物的产量 关系不大 ( A.增加空气中氧气含量 B.适当提高环境温度 C.增施农家肥 D.适当增加光照强度 某同学想探究CO2浓度与光合速率的关系。 取甲、乙、丙、丁四株都有5片叶的小白菜，分别 用直径0.6cm的打孔器打出叶圆片10片，并 生物学必修1分子与细胞 设法抽去叶片内的气体使之在水中下沉，置于： 丙 10 40 3 光下。取100mL三角瓶4个，编号1~4，按下 表操作（光照、温度相同且适宜）并记录结果。 40 5 下列评价或修正不合理的是 ( A.自变量CO2浓度的控制不严格 实验处理 30min内上 B.只要控制光照、温度相同即可 编号叶圆片 叶圆片 自来 浮叶圆片数/ C.实验材料本身存在的差异会影响实验结果 来源 数/片 NaHCO3/g 水/mL 片 D.制备的叶圆片在投入三角瓶之前应放于黑 甲 10 40 0 2 暗处 2 10 40 1 6 温馨提示 请做课时分层检测（二十） 第3课时 光合作用原理的应用 【学习目标】1.设计并实施实验，探究环境因素对光合作用强度的影响。2.关注光合作用原理的 应用 必备知识·自主梳理 预习新知夯实基础 一、光合作用的强度 二、光合作用的影响因素及化能合成作用 1.概念 1.光合作用原理在生产实践中的应用 植物在单位时间内通过光合作用制造 实例 原理 的数量。 不同植物对 的需求 2.探究环境因素对光合作用强度的影响 间作套种 不同 抽去圆形小叶片中的气体后，叶片在水中 ,光照下叶片进行光合作用产生 白天提高温度，促进光合 冬季大棚温度白天适当 验原 充满细胞间隙，叶片又会 作用；夜间降温，抑制呼吸 提高，晚上适当降低 光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上 作用 浮的数量越 增大 浓度，有利于光 用打孔器在 的绿叶上打出 “正其行、通其风” 打 直径为0.6cm的圆形小叶片30片 合作用的进行 抽 用注射器（内有清水、圆形小叶片）抽 缺少 导致气孔关闭， 出叶片内气体，重复2~3次 合理灌溉 CO2供应不足 将抽出内部气体的圆形小叶片放入 沉黑暗处盛有清水的烧杯中，圆形小叶 化能合成作用 片全部沉到水底 骤 概 利用体外环境中的某些 氧化时所释 欧 取3只小烧杯，分别倒入等量事先通 过吹气补充过C0的清水 放的能量来制造 向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶 硝化细菌能利用土壤中的(NH)氧化成 照片，然后分别置于 三种光 亚硝酸(HNO2),进而氧化成硝酸(HNO) 照下 例 的过程中所释放的化学能将C0,和H,O 观察并记录同一时间段内各实验装 合成糖类，供自身利用 观 置中圆形小叶片浮起的 判断正误 实验 光照越强，烧杯内圆形小叶片浮起的数量 结果 越 (1)光照强度影响光合作用但光质不影响。 实验 一定范围内，随着光照强度的不断增加，光 结论 合作用强度 (2)温度只影响暗反应过程，因为只有暗反应需 要酶的催化。 98出现胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b,且叶绿素a和叶绿 素b的含量较多：丙同学尽管使用了有机溶剂无水乙醇，可以提 取到色素，但由于未加CC()3,叶绿素可能会被破坏，因而下边的 两条色素带比正常的窄，应为①：丁同学未加Si(O,可能研磨不充 分，导致各种色素的提取量均少于正常水平，应为③。] 探究点二 情境探讨 (1)①蝶旋带状释放氧气多 ②提示 需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中。说明 氧气是由叶绿体在光照条件下吸收光能进行光合作用释放出 来的 ③提示和②进行对照，明确实验结果完全是由光照射到叶绿体 引起的。 ④提示排除氧气和光对实验结果的干扰 ⑤提示氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。 (2)提示光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射 下，叶绿体会释放氧气，因此需氧细菌在此区域分布。 (3)提示 叶绿体是光合作用的场所，并且能够吸收特定波长 的光 跟踪训练 5.C 「叶绿体中的色素几乎不能吸收绿光，绿光被反射回去，所以 叶片呈绿色，A错误；光合作用分为光反应和暗反应两个阶段，两 个阶段都需要酶的参与，因此与光合作用有关的酶分布在叶绿体 类囊体膜上和叶绿体基质中，B错误；叶绿体的类震体巨大的膜面 积有利于充分吸收光能，C正确：在光学显微镜下只能看到椭球形 或球形的叶绿体，并不能看到其内部结构，D错误。」 6.B[细菌不能进行光合作用，该实验中进行光合作用的是水绵，A 错误；该实验的设计思路是需氧细菌需要(O)2,水绵光合作用强的 部位，产生的)2多，在2含量多的地方需氧细菌的数量多，B正 确、C错误：水绵光合速率的快慢与需氧细菌大量消耗)。无明显 关系，D错误。门 素养演练·提升技能 1,B[过滤时应该采用尼龙布，A错误：在画出一条滤液细线后待 其千后再重复画线1一2次，C错误；研磨叶片时，用无水乙醇溶解 色素，D错误。 2.A [实验开始前，临时装片都要先进行隔绝空气处理，A错误。] 3.B [实验甲在黑暗条件下进行的目的是验证光照是叶绿素合成 的条件，A错误：由于培养在黑暗环境或缺铁的完全培养液中，菠 莱叶片由绿变黄：说明菠莱叶片发黄可能与没有光或培养液中缺 铁有关，B正确：实验乙中提取色素时，无水乙醇使用过多会导致 滤液颜色较浅，C错误：实验乙所得色素带的宽度可反映相应色素 的含量，而色素在层析液中的溶解度与在滤纸条上的位置有关，D 普误。 4.B「层析液是由20份石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成的，层 析液用来分离叶绿体中的色素，提取叶绿体中的色素需用无水乙 醇，A错误；色素3的迁移率(R)为0.2，根据4种色素迁移率的 大小可判断色素3表示叶绿素，Mg是组成叶绿素的元素，若植 物体缺Mg+,色素3含量会减少，B正确；色素1表示胡萝卜素， 在层析液中的溶解度最大的是色素1，在滤纸条上扩散速度最快 的是色素1，C错误；叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素 主要吸收蓝紫光，色素1表示胡萝卜素，色素2表示叶黄素，色素 3表示叶绿素a,色素4表示叶绿素b,能够吸收蓝紫光的有色素 1、色素2、色素3和色素4，能够吸收红光的只有色素3和色素4， D错误。」 第2课时光合作用的原理 必备知识·自主梳理 一、1.叶绿体光能二氧化碳水氧气2.CHO 二、被分开毒害 不能水的光解 H)C()2ATP水的光 解1‘C0, 三、1.①NADPH②2C3 ③ADP+Pi④()2 ⑤(CH()2.类 囊体的薄膜上叶绿体基质中不需要光NADPH ATP (CH,O)ATP (CH,O) 判断正误 (1)/ (2)×(3)×(4)×(5)× 教材深挖 1.提示图中A、B物质是氧气，均来自反应物中的HO。A、B分 别为O2、18(O),,二者的相对分子质量之比为32：36=8：9。 2.(1)将水分解为氧和H+促使ADP和Pi反应形成ATP(2)氧 和H+NADPH 关键能力·合作探究 探究点一 情境探讨 (1)提示希尔实验不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元 素全部来自水，因为该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰， 也并设有直接观察到氧元素的转移。希尔反应能说明水的光解 与糖的合成不是同一个化学反应，因为悬浮液中没有合成糖的另 一种必需原料 一C)2,说明水的光解并非必须与糖的合成相 关联。 2 (2)同位素示踪水(3)三碳化合物(C)ATP和NADPH 反应时间 跟踪训练 1.C [「鲁宾和卡门采用同位素示踪法证明释放的氧气中的氧来自 水，C错误。] 2.B[从希尔反应和阿尔农发现，得不到信息：NADPH和ATP的 形成发生在叶绿体类囊体的湾膜上，B错误。] 探究点二 情境探讨 (1)提示不能。因为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和ATP。 (2)提示①物质变化 水的光解：2H0光能4H+十4e+O, NADPH的形成：NADP+十H++2e- 酶，NADPH ATP的生成：ADP+Pi+能量跨ATP ②能量变化 光能转化为活跃的化学能，储存在ATP和NADPH中，均用于暗 反应。 (3)提示①物质变化 C()。的固定：1分子C)十1分子五碳化合物→2分子三碳化 合物。 三碳化合物的还原：在酶的催化下，三碳化合物接受ATP、NAD PH释放的能量并被NADPH还原形成五碳化合物和糖类等。 ②能量变化：ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中的化 学能。 典例[解析]图中a~g分别代表光合色素、O、ATP、ADP NADPH,ADP+、CO2,①~⑥分别代表水分的吸收、ATP的合 成、水的光解、C()2的固定、C3的还原、有机物的合成，A正确，B 有氧呼吸 错误；80：第三阶 有氧呼吸 暗反应，C正确； H0第二度C0.CH 光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用，D正确。 L答案]B 跟踪训练 3.B「F为C,若光照突然停止，光反应停止，ATP和NADPH减 少，C3的还原减弱，形成的C减少，C()2量不变，固定过程消耗的 C不变，短时间内叶绿体中C的含量会减少，B错误。] 4.B[黑暗处理后，光反应停止，)，的产生停止。ATP和NADPH 是光反应的产物，同时也是暗反应的原料，黑暗处理后，ATP和 NADPH的产生减少，且仍被暗反应所消耗，产生的ADP和 NADP增多。光反应产生的ATP和NADPH减少，使得暗反应 产生的C减少，CO),的固定减慢。 素养演练·提升技能 1.D[光反应和暗反应均需要酶的催化，A错误：光反应必须有光， 暗反应有光无光均可，B错误；二氧化碳的固定和C;的还原均发 生在暗反应阶段，C错误；光反应中，光能转化为ATP中活跃的化 学能，暗反应阶段，ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的 化学能，D正确。 2.D「光合作用的光反应阶段需要酶的参与，温度会通过影响酶的 活性，从而影响光合作用的光反应阶段。门 3.A[适当提高环境温度可以提高酶活性，加快光合作用速率；增 施农家肥既能增加矿质元素又能提高农作物周围二氧化碳的浓 度，加快光合作用速率：适当增加光照强度，可以加快光反应速 率。以上三者都可以提高农作物的产量，而增加氧气浓度对光合 作用没有影响，反而加快细胞呼吸，不利于提高农作物的产量。] 4.B[自来水中也有少量C),,因此使用自来水时，会对C)2浓度 造成影响，A合理：在进行探究实验的过程中，叶圆片数、自来水 的量等无关变量应保持相同且适宜，B不合理；由于叶圆片来自 甲、乙、丙、丁四株小白菜，因此实验材料本身存在的差异会影响 实验结果，C合理：制备的叶圆片在投入三角瓶之前应黑暗处理， 目的是消耗掉叶圆片中的氧气，能够使叶圆片沉在烧杯中，D 合理。] 第3课时光合作用原理的应用 必备知识·自主梳理 一、1.糖类2.下沉氧气上浮多生长旺盛强，中，弱数 量多不断增强 二、1.光照C()水2.无机物有机物氨 判断正误 (1)×(2)×(3)×(4)、/(5)× 教材深挖 (1)固定的C)2量制造的有机物量(2)光照强度光ATP NADPH(3)气孔部分关闭，C()吸收量减少C()2固定 (4)减少 3