2024届高三生物一轮复习课件光合作用的原理

第三单元细胞的能量供应和利用第6课时光合作用的原理课标要求

1.通过对探索光合作用原理的希尔实验、鲁宾和卡门实验、阿尔农实验资料的分析，尝试归纳光合作用的过程和基本原理。

2.通过分析、讨论教材光合作用过程示意图，从物质与能量观的视角，说明光合作用过程中的物质变化和能量变化，阐明光合作用的原理。

3.通过对光合作用光反应和暗反应过程的比较，厘清光反应和暗反应的区别和联系，说明光合作用的意义。

知识梳理知识点01光合作用的概念光合作用的概念：光合作用是指绿色植物通过

叶绿体，利用光能，将

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。其化学式为：CO2+H2O（CH2O)+O2

光能叶绿体

叶绿体是如何将光能转化为化学能？

又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？知识梳理知识点02探索光合作用的部分实验

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，且甲醛不能通过光合作用转化成糖1937年希尔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1941年鲁宾、卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，HO＋CO2→植物→18O2，H2O＋C18O2→植物→O2，得出光合作用释放的氧全部来自水1954年阿尔农在光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是与水的光解相伴随20世纪40年代卡尔文用小球藻通过同位素研究光合作用的暗反应。发现了C3等一系列中间产物，阐明了暗反应阶段的反应过程——卡尔文循环。资料1：1937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。资料2：1941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。资料3：1954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。同位素标记方法对比实验的方法鲁宾和卡门的实验说明？植物光合作用产生的氧气中全部都来自水。资料4：20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，使用双相纸电泳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。注意：C3是指3-磷酸甘油酸；C5是指RuBP14CO2→14C3→（14CH2O）光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。

光照时间0分离出的放射性化合物无①①②①②③①②③④⑤①②③④⑤⑥

C

图解光合作用的过程知识梳理拓展1、光系统Ⅱ（PSⅡ）进行水的光解，产生氧气和H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ（PSⅠ）主要是介导NADPH的产生。2、光系统Ⅱ和Ⅰ中的电子传递由于光能的作用。3、质子浓度(电化学)梯度的建立：拓展①一些质子(H＋)逆浓度从叶绿体的基质侧泵入到囊腔侧；另一些质子(H＋)在叶绿体的基质侧和NADP＋形成NADPH。②光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)。4、类囊体内的高浓度质子通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。项目光反应暗反应反应条件光照、色素、酶多种酶、NADPH、ATP外界原料水CO2产物O2、NADPH、ATP有机物场所类囊体的薄膜叶绿体基质能量变化光能→ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能→（CH2O）中稳定的化学能1.光反应和暗反应的区别：2.光反应和暗反应的联系：

①光反应为暗反应提供

[H]和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi，NADP+.两个反应阶段相辅相成、密切联系。

②没有光反应，暗反应缺乏

[H]和ATP，无法进行；暗反应受阻，光反应因产物积累也不能正常进行。可见，二者相互制约。光合作用反应式及元素去向分析6CO2+12H2O光能叶绿体C6H12O6+6H2O+6O2产物是葡萄糖产物是有机物知识点01光合作用的概念【典例1】下图是光合作用示意图，下列说法错误的是（）A．物质②和物质③均可为C3的还原供能B．当物质④供应停止时，物质①的生成速率将下降C．当温度适当升高时，暗反应速率可能升高，而光反应不受影响D．为叶肉细胞提供H2l8O，一段时间后在（CH2O）中能检测到18OC【解析】②为ATP，③为[H]，都可以为C3的还原提供能量A正确；当物质④CO2供应停止时，暗反应速率降低，从而影响光反应，导致物质①O2的生成速率将下降，B正确；当温度适当升高时，暗反应速率可能升高，而光反应随之升高，C错误；H2l8O参与有氧呼吸第二阶段的反应生成C18O2，

知识点01光合作用的概念【变式1】(不定项）下列关于光合作用的叙述，正确的是(

)A．光反应阶段不需要酶的参与B．暗反应阶段既有C5的生成又有C5的消耗C．光合作用过程中既有[H]的产生又有[H]的消耗D．光合作用过程将光能转换成有机物中的化学能BCD

【解析】光反应阶段光的吸收不需要酶的参与，ATP的生成需要酶的参与，A符合题意；暗反应阶段既有C3的还原生成C5，又有CO2与C5的结合(CO2固定)消耗C5，B不符合题意；光合作用过程中光反应阶段产生NADPH，暗反应阶段又有C3的还原消耗NADPH，C不符合题意；光合作用过程将光能转换成暗反应能利用的化学能，储存在有机物中，D不符合题意。环境改变时光合作用各物质含量的变化(1)“来源－去路”法方法技巧

[H]ATPC3C5C6H12O6停止（减弱）光照↓↓↑↓↓突然增强光照↑↑↓↑↑停止（减少）CO2供应↑↑↓↑↓突然增加CO2供应↓↓↑↓↑

当外界因素中光照强弱、CO2浓度骤然变化时，短时间内将直接影响光合作用过程中C3、C5、[H]、ATP及C6H12O6生成量，进而影响叶肉细胞中这些物质的含量，它们的关系归纳如下表：

ⅠⅡⅢ(2)“模型法”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、ATPC3C5、NADPH、ATPC3C5、NADPH、ATPC3C3C5、NADPH、ATP图甲表示光合作用部分过程的图解，图乙表示改变光照后与光合作用有关的C5和C3在细胞内的变化曲线。据图回答下列问题：

(1)图甲中A表示的物质是________，它由____________产生，其作用主要是_____________。(2)图甲中ATP形成所需的能量最终来自于________。若用放射性同位素标记14CO2，则14C最终进入的物质是________。(3)图乙中曲线a表示的化合物是________，在无光照时，其含量迅速上升的原因是________________________________________________________________。(4)图乙中曲线b表示的化合物是________，在无光照时，其含量迅速下降的原因是________________________________________。

用于C3的还原[H]水在光下分解

(14CH2O)太阳光能CO2与C5结合形成C3，而C3不能被还原C3

C5与CO2结合形成C3且C3不能被还原为C5C5巩固知识点01光合作用的概念课堂检测1

(不定项）如图表示光合作用过程，a、b、c表示物质，甲、乙表示场所，下列有关分析正确的是(

)A．物质b可能是ADP和PiB．物质c直接被还原生成(CH2O)和C5C．甲中色素不溶于水，能溶于有机溶剂D．乙中生理过程在有光、无光条件下都可进行ACD

【解析】根据图示可看出，甲是叶绿体的类囊体薄膜，其上可发生光合作用的光反应，乙为叶绿体基质，是暗反应的场所，物质b可能是暗反应为光反应提供的ADP和Pi，A正确；物质c为CO2，不可以直接被还原生成(CH2O)和C5，B错误；类囊体薄膜上的色素不溶于水，能溶于有机溶剂，C正确；暗反应在有光、无光条件下均可进行，但需要光反应提供的NADPH和ATP，D正确。知识点02探索光合作用的部分实验

【典例2】

卡尔文用同位素标记法追踪碳元素在光合作用过程中的运行：在供给小球藻14CO2后的60s内，相隔不同时间取样，杀死细胞并以层析法分析细胞代谢产物。发现7s后的代谢产物中有多达12种产物含有放射性，而5s内的代谢产物大多集中在一种物质上，该物质是（）

A．1,5—二磷酸核酮糖（五碳化合物）B．ATP

C．3—磷酸甘油酸（三碳化合物）D．葡萄糖C思考：光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30s的时间，放射性代谢产物多达几十种。缩短时间到7s，发现放射性代谢产物减少到12种，想要探究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。知识点02探索光合作用的部分实验

【变式1】

给光下正常进行光合作用的叶肉细胞增加14CO2，一段时间后，关闭光源，含放射性C3浓度的变化情况如图所示，下列相关叙述正确的是(

)A．叶肉细胞利用14CO2的场所是叶绿体基粒B．ab段叶肉细胞中C3浓度大量增加C．bc段C3浓度不变的原因是14CO2消耗殆尽D．c点后曲线上升是因为黑暗条件下，叶肉细胞内无[H]和ATP的供应D

【解析】CO2直接参与暗反应中CO2的固定过程，其场所是叶绿体基质，A错误；ab段含放射性的C3浓度升高，说明以14CO2为原料生成的C3增加，但由于暗反应增强会促进光反应，因此C3浓度略有增加，但不会大量增加，B错误；bc段C3浓度不变是因为14C3的生成速率和消耗速率相等，c点后放射性C3浓度继续升高，说明c点时CO2并未消耗殆尽，C错误；c点后曲线上升是因为黑暗条件下，叶肉细胞内无[H]和ATP的供应，从而导致C3的消耗减少所致，D正确。知识点03光合作用的原理

【典例3】下图为高等绿色植物的光合作用图解。下列相关说法正确的是(

)A．①是光合色素，可用层析液提取B．②是O2，全部用于该植物有氧呼吸的第三阶段C．③是C3，能被氧化为(CH2O)D．④是ATP，在叶绿体基质中被消耗D【解析】①是光合色素，可用无水乙醇提取，A错误；②是O2，当光合作用大于呼吸作用时，一部分氧气释放到细胞外，B错误；三碳化合物被还原氢还原形成有机物，不是被氧化形成有机物，C错误；④是ATP，是光反应的产物，用于暗反应的三碳化合物的还原阶段，其消耗场所是叶绿体基质，D正确。

知识点03光合作用的原理

【变式3】

(不定项）下图为叶绿体结构与功能示意图，A、B、C、D表示叶绿体的结构，①②③④⑤表示有关物质。下列叙述正确的是(

)A．参与光合作用的色素位于图中的A部位B．CO2进入叶绿体后，通过固定形成⑤物质C．若突然停止光照，C3的含量会升高D．用14C标记CO2进行光合作用，可在④⑤中测到较高放射性ACD

【解析】参与光合作用的色素位于叶绿体类囊体薄膜，图中的A部位为叶绿体类囊体薄膜，A正确；图中④物质和⑤物质分别为C3、（CH2O），CO2通过固定形成④物质，B错误；突然停止光照时，NADPH和ATP减少，C3被消耗的量减少，故其含量增多，C正确；用14C标记CO2进行光合作用，放射性先出现在④物质，再出现在⑤物质，D正确。

右图表示绿色植物光合作用的部分过程，图中a～c表示相关物质，甲、乙为结构。(1)图中所示的过程属于光合作用的

阶段，甲为

。(2)图中a为

，b为