5.4.2 光合作用的原理 （Word学生用书）-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中生物必修一（人教版）

本讲义聚焦光合作用的原理这一核心知识点，先通过希尔实验、鲁宾和卡门实验等科学史梳理探究历程，再系统讲解光反应（场所、物质能量变化）和暗反应（卡尔文循环）的过程及联系，构建从科学发现到原理理解的学习支架。 该资料以“微思考”“探究活动”引导学生分析实验设计与结果，培养科学思维，通过元素去向分析、中间产物变化模型等归纳总结，强化生命观念中的物质与能量观。课中助力教师引导学生深度探究，课后练习题帮助学生巩固知识、查漏补缺。

第2课时　光合作用的原理 知识点一 主干梳理 1.（1）叶绿体　光能　（2）CO2＋H2O（CH2O）＋O2 2.􀀁水的光解　􀀂H2O　􀀃CO2　􀀄ATP　􀀅水的光解　 􀀆14CO2 微思考　提示：同位素示踪法。 概念辨析 （1）×　（2）√　（3）√ 重难探究 1.（1）作为氧化剂，结合H2O光解产生的2H＋、1/2O2和2e－ （2）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，也并没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——CO2，说明水的光解并非必须与糖的合成相关联。 2.提示：用同位素示踪法来研究光合作用中氧气的来源。光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自水。 3.水光解的同时ADP和Pi合成ATP 4.CO2合成糖类需要ATP和NADPH 即学即练 1.C　鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，证明光合作用释放的氧气来自水，C错误。 2.C　希尔的实验中将叶绿体离体进行实验，可排除呼吸作用对实验的干扰，A正确；碳酸氢盐的作用是为小球藻提供二氧化碳，B正确；希尔的实验说明光合作用释放的氧气中的氧原子不来自二氧化碳，但不能证明仅来自水，C错误；三组释放的O2中18O所占比例均与本组供给的H2O中18O所占比例相同，而与本组供给的碳酸氢盐中18O所占比例不同，所以实验结果证明光合作用释放的氧气来自水，而不是二氧化碳，D正确。 知识点二 主干梳理 1.①NADPH　②NADP＋　③ADP和Pi　④2C3　⑤C5 2.（1）光、色素、酶等　（2）类囊体薄膜　（3）①2H2O4H＋＋O2＋4e－　②NADP＋＋H＋＋2e－NADPH　③ADP＋Pi＋能量ATP　（4）ATP和NADPH 3.（1）CO2、C5、多种酶、NADPH和ATP、不直接依赖光 （2）叶绿体基质　（3）①2C3　（4）有机物中稳定的化学能 4.NADPH和ATP　ADP和Pi、NADP＋　光合作用 微思考　提示：ATP从类囊体薄膜转移到叶绿体基质，ADP从叶绿体基质转移到类囊体薄膜。 边角叩问 1.RuBP 2.淀粉　蔗糖　蔗糖　韧皮部 概念辨析 （1）× （2）√　提示：光反应阶段实现了光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能。 （3）×　提示：光合作用过程产生的ATP只能用于暗反应，不能用于其他各项生命活动。 （4）×　提示：暗反应需要光反应提供的NADPH和ATP，没有光，暗反应不能长时间进行。 重难探究 1.（1）水分解为氧、H＋和e－　（2）NADP＋与H＋结合形成NADPH 2.（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：14CO214C3（14CH2O）＋14C5。 （3）提示：C3下降，C5上升。 即学即练 1.C　水在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上，所以图中的①是植物吸收的水分子，A正确；结构②表示叶绿体的类囊体薄膜，光合作用的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，B正确；NADPH和ATP都用于暗反应中的C3的还原，O2不用于暗反应，直接释放出去，C错误；在叶绿体的类囊体薄膜上，色素将吸收的光能转变为ATP和NADPH中的化学能，D正确。 2.D　物质①是氧气，当光合作用强度大于呼吸作用强度时，氧气可以提供给线粒体进行有氧呼吸，剩余部分释放到细胞外，A正确；物质②为ATP，其中可储存活跃的化学能，B正确；物质③是NADPH，是活泼的还原剂，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用，C正确；在物质④二氧化碳供应充足时，突然停止光照，则ATP和NADPH的含量减少，C3的还原受阻，而短时间内C3的生成几乎不变，因此C3的含量将升高，D错误。 3.D　分析题图，在Ⅰ阶段内甲的含量少于乙的含量，可推测物质甲是C5，物质乙是C3，物质甲转变成乙不需要消耗光反应提供的ATP；Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度。Ⅱ阶段改变的条件影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低。 4.C　图中a为光合色素，包括叶绿素和类胡萝卜素，分布在叶绿体的类囊体薄膜上，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，A正确；①表示水分的吸收，③表示水的光解，可产生O2释放出去，B正确；绿色植物通过光合作用将光能转变为活跃的化学能，并储存在c（ATP）和e（NADPH）中，C错误；突然停止光照，光反应停止，NADPH和ATP的含量下降，故在g物质CO2供应充足时，C3被还原的量减少，C3含量会迅速上升，D正确。 【随堂热练】 1.C　卡尔文等用小球藻进行同位素示踪的实验，最终探明了CO2中的碳到三碳化合物再到有机物的过程，A正确。希尔制取叶绿体悬浮液并加入草酸铁（铁盐），光照后发现存在还原性物质将Fe3＋还原成Fe2＋，离体的叶绿体释放出氧气，B正确。希尔在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可释放氧气，说明离体叶绿体在适当条件下能进行水的光解；阿尔农发现光合作用中叶绿体合成ATP总是与水的光解相伴随，未确定场所为叶绿体类囊体的薄膜上，C错误。恩格尔曼用水绵进行实验，以需氧细菌为指示生物证明了叶绿体能吸收光能（红光和蓝紫光）用于光合作用放出氧气，D正确。 2.C　光合作用产生的氧气全部来自于水，葡萄糖是暗反应中的产物，其中的氧元素来自CO2，C正确，A、B、D错误。 3.D　植物在暗处，由于没有光照，产生的ATP和NADPH不足，导致暗反应产生的（CH2O）减少，D错误。 4.（1）类囊体薄膜　暗反应　叶绿体基质　　（2）CO2的固定　NADPH　ATP　（3）增加 解析：（1）图中阶段Ⅰ为光反应，进行的场所是叶绿体的类囊体薄膜；图中阶段Ⅱ消耗二氧化碳，表示暗反应阶段，进行的场所是叶绿体基质。（2）过程③是二氧化碳和C5反应生成C3的过程，称为CO2的固定。②是由ADP和Pi合成的，②是ATP，光反应产物除了ATP，还有①NADPH，ATP和NADPH均可以为暗反应C3的还原提供能量，同时C3被①NADPH还原。（3）如果突然停止光照，则光反应产生的NADPH及ATP减少，则C3的还原减少，而短时间C3合成基本不变，因此短时间内C3的含量将会增加。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2课时　光合作用的原理 1.运用物质和能量观说出光合作用过程中物质和能量的变化，关注生物圈的碳氧平衡。 2.利用分析与综合的方法，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。 3.通过分析光合作用发现历程，认同科学研究的基本思路和方法。 知识点一　光合作用的探究历程 1.光合作用 （1）概念（绿色植物） （2）化学反应式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2.探索光合作用原理的部分实验 【微思考】　鲁宾、卡门和卡尔文实验运用的共同的科学方法是什么？ （1）光合作用的场所是叶绿体。（　　） （2）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。（　　） （3）鲁宾和卡门利用同位素18O分别标记CO2和H2O，证明了光合作用产物O2来源于H2O。（　　） 探究一　光合作用中O2产生的探索 1.希尔实验 （1）希尔反应中在离体叶绿体悬浮液中加入了铁盐的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （2）希尔的实验说明水的光解产生氧气，能否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？能否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？ 2.鲁宾和卡门实验 如图是鲁宾和卡门利用小球藻进行光合作用实验的示意图： 鲁宾、卡门实验的实验思路是什么？本实验说明了什么问题？ 探究二　光合作用中能量的转化 3.阿尔农实验1 实验过程：离体叶绿体，加入ADP、Pi，给予光照。发现叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气。 实验结论：光照下，　　　　　　　　　　　　　　　　。 4.阿尔农实验2 实验过程：离体叶绿体，在黑暗条件下，供给ATP、NADPH和CO2，发现离体叶绿体中有糖类生成。但在没有ATP、NADPH供给的情况下则不能合成糖类。 实验结论：黑暗条件下，　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 1.（2025·山西太原期末）下列关于科学家对光合作用的探索历程的叙述，错误的是（　　） A.恩格尔曼以水绵为实验材料，证明光合作用发生在叶绿体的受光部位 B.希尔以离体叶绿体为实验材料，发现其在适当条件下可以发生水的光解并产生氧气 C.鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，证明光合作用释放的氧气来自二氧化碳 D.阿尔农发现光合作用中叶绿体合成ATP总是与水的光解相伴随 2.（2025·河南郑州检测）1939年，英国科学家希尔将植物细胞破碎，获得离体叶绿体。他发现即使不提供CO2，只要在光照条件下给离体叶绿体提供足量铁盐溶液（作氧化剂），离体叶绿体虽然不能合成有机物，但能够放出O2。1941年，几名美国科学家制备了少量的含18O的水和碳酸氢盐。在适宜光照条件下，他们将3组小球藻进行相应处理，一段时间后检测光合产物氧气中18O的比例，实验结果如图所示。下列相关叙述错误的是（　　） A.希尔的实验中，将叶绿体离体可排除呼吸作用对实验的干扰 B.美国科学家的实验中碳酸氢盐的作用是为小球藻提供二氧化碳 C.两个实验的结果都能确定光合作用释放的氧气中的氧原子仅来自水 D.美国科学家的实验中，O2中18O的比例不受光合作用反应时间影响 知识点二　光合作用的过程 1.光合作用过程图解 ①　　　　　　；②　　　　　　； ③　　　　　　；④　　　　；⑤　　　　。 2.光反应阶段 （1）条件：　　　　　　　　。 （2）场所：　　　　　　。 （3）物质变化 ①水的光解：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②形成NADPH：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ③ATP的形成：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 提醒：水分解为氧和H＋的同时，被叶绿素夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋形成NADPH。 （4）能量变化：将光能转化为储存在　　　　　　　　中活跃的化学能。 3.暗反应阶段 （1）条件：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　等。 （2）场所：　　　　　　　　。 （3）过程（卡尔文循环） ①CO2的固定：C5＋CO2　　　　。 ②C3的还原：2C3（CH2O）＋C5。 （4）能量变化：NADPH、ATP中活跃的化学能变为　　　　　　　　　　　　。 4.光反应与暗反应之间的联系 光反应为暗反应提供　　　　　　　　，暗反应为光反应提供　　　　　　　　　　。光能通过驱动　　　　　　而驱动生命世界的运转。 【微思考】　ATP、ADP分别从哪里转移到哪里？ 1.（教材P104“相关信息”）C3是一种三碳化合物——3-磷酸甘油酸，C5是五碳化合物——核酮糖-1，5-二磷酸，简称为　　　　。 2.（教材P104“相关信息”）光合作用的产物有一部分是　　　　，还有一部分是　　　　。　　　　可以进入筛管，再通过　　　　运输到植株各处。 （1）光反应阶段发生在叶绿体内膜和类囊体薄膜上。（　　） （2）光合作用的光反应阶段完成了光能到活跃化学能的转化。（　　） （3）光合作用过程产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量。（　　） （4）光合作用中光反应必须有光才可进行，暗反应没有光也可长时间进行。（　　） 探究一　光能的吸收、传递和转化 1.如图为放大的类囊体薄膜结构的模式图。PSⅡ和PSⅠ是色素和一些蛋白形成的色素复合体，上面的色素可以吸收光能，分解水产生O2、H＋和e－。 （1）叶绿体中光合色素吸收的光能，有两个用途：一是将　　　　　　　　　　，二是提供能量促使ADP和Pi反应形成ATP。 （2）水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去e－。e－经传递，可用于　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 探究二　光反应和暗反应的关系 2.光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应。如图是光合作用的图解，结合该图和教材内容分析： （1）暗反应不直接依赖光，那么暗反应能较长时间在黑暗条件下进行吗？ （2）若标记CO2中的14C，请写出光合作用过程中14C的转化途径。 （3）夏季中午，气孔关闭后，会导致CO2供应不足，短时间内叶绿体中C3和C5会发生怎样的变化？ 归纳总结 1.光合作用反应式中元素去向分析 （1）反应式 （2）同位素：标记元素转移途径 ①H：3H2ONADP3H（C3H2O） ②C：14CO214C3（14CH2O） ③O：O18O2； C18O2C3（CO） 2.环境条件骤变对光合作用中间代谢产物含量瞬间影响的分析 （1）过程分析法 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： （2）“模型法”表示C3和C5的含量变化 C3起始值高于C5（约是其2倍） 1.叶绿体中的某种结构及其上发生的物质和能量变化如图所示，下列叙述错误的是（　　） A.图中的①是植物吸收的水分子 B.光合作用的色素都分布在结构②上 C.NADPH、O2和ATP都能用于暗反应 D.光能转变为NADPH和ATP中的化学能 2.（教材P103“图5－14”）如图表示光合作用示意图。下列说法错误的是（　　） A.当光照强度较大时，物质①可提供给线粒体利用和释放到细胞外 B.物质②中可储存活跃的化学能 C.物质③可作为活泼的还原剂，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用 D.在物质④供应充足时，突然停止光照，C3的含量将迅速下降 3.如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是（　　） A.图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP B.图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度 C.Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累 D.Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低 4.如图为绿色植物光合作用过程示意图（物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示，图中a～g为物质，①～⑥为过程），下列判断错误的是（　　） A.a物质主要吸收红光和蓝紫色，分布在叶绿体的类囊体薄膜上 B.图中①表示水分的吸收，③表示水的光解 C.绿色植物能将光能转换成活跃的化学能储存在d中 D.在g物质供应充足时，突然停止光照，短时间C3的含量上升 1.（2025·河北邢台检测）下列有关科学史和科学研究方法的说法，错误的是（　　） A.卡尔文等用小球藻进行实验，最终探明了CO2→C3→（CH2O） B.希尔制取叶绿体悬浮液并加入草酸铁，光照后发现存在还原性物质将Fe3＋还原成Fe2＋ C.希尔和阿尔农发现，ATP和NADPH的形成发生在叶绿体类囊体的薄膜上 D.恩格尔曼用水绵进行实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放出氧气 2.光合作用中产生的氧气和生成的葡萄糖中的氧元素分别来自于（　　） A.CO2和H2O B.H2O和H2O C.H2O和CO2 D.CO2和CO2 3.光合作用过程包括光反应和暗反应，下图表示光反应与暗反应的关系，据图判断下列叙述不正确的是（　　） A.光反应为暗反应提供ATP和NADPH B.停止光照，叶绿体中ATP和NADPH含量下降 C.ATP的移动方向是由类囊体薄膜到叶绿体基质 D.植物在暗处可大量合成（CH2O） 4.如图表示光合作用过程示意图。请据图回答： （1）图中阶段Ⅰ进行的场所是　　　　　，图中阶段Ⅱ表示　　　　阶段，进行的场所是　　　　　　。 （2）过程③称为　　　　　　　　。在有关酶的催化作用下，C3接受[①]　　　　和[②]　　　　释放的能量，并且被①还原。 （3）若突然停止光照，其他条件不变，则短时间内C3的含量将会　　　　（填“增加”“减少”或“不变”）。 完成课后作业　第5章　第4节　第2课时 8 / 8 学科网（北京）股份有限公司 $