2025年人教版高考生物一輪復習：光合作用的原理

第16課時光合作用的原理

說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)

課標要求

變?yōu)樘桥c氧氣的過程中，轉(zhuǎn)換并儲存為糖分子中的化學能。

2023?湖北-T82023?江蘇-T192022?重慶―T23

1.光合作用的原理2021?廣東-T122021?湖南-T182021?河北-T19

考情分析2021?重慶-T62020?天津-T5

2.光合作用和細胞2023?天津-T92022?天津-T162021?江蘇-T20

呼吸的關(guān)系2021?山東-T16

考點一光合作用的原理

■整合必備知識

i.光合作用的概念：綠色植物通過葉綠體,利用光能,將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的

有機物,并且釋放出氧氣的過程。

2.光合作用的反應式：C02+H20^|^(CH20)+02O

3.光合作用的過程

項目光反應暗反應

H2O*

光下的

NADPH

多種酶諦

光/ATP》參加催化)

過程模型能XAAT-、

ADP+Pi

NADP*

—^*(CH2O)

光反應階段暗反應階段

實質(zhì)光能轉(zhuǎn)化為化學能，并放出02同化C02形成有機物

與光的關(guān)系必須在光下進行有光、沒有光都能進行

場所在葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜上講行在葉綠體基質(zhì)中進行

①水的光解：①CO2的固定：

,酶

H2O-O2+2eCO2+C5*2c3

色素2

②C3的還原：

②NADPH的合成：

物質(zhì)轉(zhuǎn)化

2c3ATP、NADPH-C5+（CH2。）

NADP++H++2——NADPH

③ATP的合成：③ATP的水解：

ATP一蟹fADP+Pi+能量

ADP+Pi+能量一里一ATP

④NADPH的分解：

NADPH---NADP++H++21

光能fATP和NADPH中活躍的化ATP和NADPH中活躍的化學能一

能量轉(zhuǎn)化

學能有機物中穩(wěn)定的化學能

H20CO2

關(guān)系光能T光烏應暗號應）

K、ADP+Pi/（CfU）

4.化能合成作用與光合作用的對比

項目光合作用化能合成作用

條件光、色素、酶酶

原料C02和H2。等無機物

產(chǎn)物糖類等有機物

能量來源光能某些無機物氧化時釋放的能量

生物種類綠色植物、藍細菌等硝化細菌、硫細菌等

【歸納總結(jié)】環(huán)境改變時光合作用各物質(zhì)含量的變化分析

（1）“過程法”分析各物質(zhì)變化

如圖中I表示光反應，II表示C02的固定，III表示C3的還原，當外界條件（如光照、CO2）突

然發(fā)生變化時，分析相關(guān)物質(zhì)含量在短時間內(nèi)的變化：

光

反

應

一I變?nèi)?/p>

光NADPHkATPl

變消耗減少，合成暫不變

弱C3

減弱：*Cf

一DI3

TT暫不變|C5消耗暫不變，合成減少、

C5I

C3合成減少，消耗暫不變小.

con減弱--------------------->c3l

供2

ID暫不變C5消耗減少，合成暫不％Cst

應

減心?后減弱》NADPH卜ATPf

少I暫不變

（2）“模型法”表示C3和C5等物質(zhì)含量變化

*

光C.5、NADPH、

盤光照，光照弱

照

眼ATP.(CHO)

強2

強

會合成量

____C5、NADPH、

N一ATP、(CHO)

2'X

:合成量

時間時間

圖1圖2

CC)2無足

CO21co2C0

2、(

充足環(huán)足G、NADPH、不足,,——CCH2O)

''合成量

ATP

C3>(CH2O)KG、NADPH、

合成量ATP

O時間o時間

圖3圖4

【判斷正誤】

(1)光反應將光能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的化學能儲存在ATP中(X)

提示光反應將光能轉(zhuǎn)化為儲存在ATP和NADPH中活躍的化學能。

(2)暗反應中CO2可接受ATP和NADPH釋放的能量，并且被NADPH還原(X)

提示暗反應中，CCh不能直接被NADPH還原，必須經(jīng)過C02的固定形成C3,再在有關(guān)酶

的催化作用下，C3接受ATP和NADPH釋放的能量，并且被NADPH還原。

141414

(3)暗反應中14c的轉(zhuǎn)移途徑是14co2---C3---C5-->(CH2O)(X)

提示在暗反應階段中14c的轉(zhuǎn)移途徑是14co2-14c3一(1久e0)。

■提升關(guān)鍵能力

光合作用涉及光吸收、電子傳遞、光合磷酸化、碳同化等重要反應步驟，對實現(xiàn)自然界

的能量轉(zhuǎn)換、維持大氣的碳一氧平衡具有重要意義，請結(jié)合以下信息深度認知光合作用相關(guān)

原理。

1.如圖為類囊體薄膜上發(fā)生的光反應示意圖，其中PSI和PSII分別是光系統(tǒng)I和光系統(tǒng)II,

是葉綠素和蛋白質(zhì)構(gòu)成的復合體，能吸收利用光能進行電子的傳遞。其中PQ、Cytbf、PC是

傳遞電子的蛋白質(zhì)，PQ在傳遞電子的同時能將H+運輸?shù)筋惸殷w腔中，圖中實線為電子的傳

遞過程，虛線為H+的運輸過程，ATP合成酶由CF。和CFi兩部分組成，貝!|：

3H+

ADP+Pi*ATP+H,O

NADP++H+NADPHV'

(1)少數(shù)處于特殊狀態(tài)的葉綠素分子在光能激發(fā)下失去高能e,失去屋的葉綠素分子，能夠

從水分子中奪取e\使水分解為氧和H+；電子七一)由水釋放出來后，經(jīng)過一系列的傳遞體形

成電子流，最終傳遞給(電子的最終受體)合成NADPH。PSI和PSII吸收的光能儲存

在NADPH和ATP中。

(2)據(jù)圖分析，使類囊體膜兩側(cè)H+濃度差增加的過程有水的光解產(chǎn)生H+；P。運輸H+；合成

NADPH消耗H*。

(3)由圖可知，圖中ATP合成酶的作用有運輸H+和催化ATP的合成。合成ATP依賴于類囊體

膜兩側(cè)的H+濃度差形成的電化學勢能o

2.如圖1為番茄葉肉細胞進行光合作用的過程及磷酸丙糖的轉(zhuǎn)化和運輸情況。

〃^能人。葉綠體:二葉肉細胞

磷酸丙糖

一NAD*淀粉

-NADPH轉(zhuǎn)運器

-ADP+Piy二^循環(huán),5Pid

fATP一磷酸丙糖二*磷酸1

2'了就加丙糖

I0?ii________?

光反應暗反應

,蔗糖

圖1

(1)其中磷酸丙糖轉(zhuǎn)運器發(fā)揮作用時，并不會直接改變?nèi)~綠體內(nèi)磷酸丙糖和Pi的總含量，由此

推測磷酸丙糖轉(zhuǎn)運器維持葉綠體內(nèi)磷酸丙糖和Pi的總含量不變的原因是Pi與磷酸丙糖通過

磷酸丙糖轉(zhuǎn)運器嚴格按照1:1反向交換進行轉(zhuǎn)運。

(2)將離體的葉綠體置于磷酸濃度低的外界懸浮液中，葉綠體C02的固定速率會減慢，請結(jié)合

上述(1)中信息推測原因為外界磷酸濃度低的不利于磷酸丙糖的輸出，葉綠體中淀粉等光合產(chǎn)

物積累，導致暗反應過程受阻，從而影響C02的固定。

(3)蔗糖是大多數(shù)植物長距離運輸?shù)闹饕袡C物，與葡萄糖相比，以蔗糖作為運輸物質(zhì)的優(yōu)點

是非還原糖較穩(wěn)定。

(4)如圖2中To?冗表示的是適宜條件下生長的番茄葉綠體(NADPH、ADP、C3或C5)中某兩

種化合物的含量，刀?心則表示改變其生長條件后兩種化合物的含量變化。若不時刻降低了

培養(yǎng)液中NaHCCh的濃度，則物質(zhì)甲、乙分別指的是C5、NADPH。若Ti時刻降低了光照強

度，則物質(zhì)甲、乙分別指的是ADP、C3。

**

如

領(lǐng)

玄

玄

箕

箕

旺7

To八T2T3

圖2

(5)科研人員利用“間隙光”來測定番茄的光合作用，每次光照20秒，黑暗20秒，交替進行

12小時，并用靈敏傳感器記錄環(huán)境中氧氣和二氧化碳的變化，實驗結(jié)果部分記錄如圖3所示。

據(jù)實驗結(jié)果部分記錄圖分析，與連續(xù)光照6小時，再連續(xù)黑暗6小時相比，“間隙光”處理

的光合作用效率大于(填“大于”“等于”或“小于”)連續(xù)光照下的光合作用效率，原因是

"間隙光”處理時能充分利用光合作用光反應產(chǎn)生的NADPH和ATP。圖3中曲線出現(xiàn)的原

因是光合作用光反應的速率比暗反應的速率更快(填“更快”或“更慢”)。圖3中兩條曲線

所圍成的面積Si等于（填“大于”“等于”或“小于”）S2。

(

T

s0s，

?8?

ZIZ

U—6U

II

?4,

II

02O

UU

I

TI

I

)o-2

光照黑暗光照黑暗光照黑暗

開始開始開始開始開始開始

圖3

■評價遷移應用

考向一光合作用的原理

1.（2021?重慶，6）類囊體膜蛋白排列和光反應產(chǎn)物形成的示意圖如下。據(jù)圖分析，下列敘述

錯誤的是（）

A.水光解產(chǎn)生的Ch若被有氧呼吸利用，最少要穿過4層膜

B.NADP+與電子仁一）和質(zhì)子（H+）結(jié)合形成NADPH

C.產(chǎn)生的ATP可用于暗反應及其他消耗能量的反應

D.電子（1）的有序傳遞是完成光能轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)

答案A

解析水光解產(chǎn)生。2的場所是葉綠體的類囊體薄膜的內(nèi)側(cè)，若被有氧呼吸利用，則。2在線

粒體內(nèi)膜上被利用，02從葉綠體類囊體薄膜開始，穿過葉綠體2層膜，然后進入同一細胞中

的線粒體，再穿過線粒體的2層膜，所以至少要穿過5層膜，A錯誤；光反應中NADP+與電

子（1）和質(zhì)子（H+）結(jié)合形成NADPH,然后在暗反應過程中被消耗，B正確；由圖可知，產(chǎn)生

的ATP可用于暗反應以及核酸代謝、色素合成等其他消耗能量的反應，C正確；電子（1）在

類囊體薄膜上的有序傳遞是完成光能轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)，D正確。

2.（2022?重慶，23）科學家發(fā)現(xiàn)，光能會被類囊體轉(zhuǎn)化為“某種能量形式”,并用于驅(qū)動產(chǎn)生

ATP（如圖I）。為探尋這種能量形式，他們開展了后續(xù)實驗。

加入ADP平衡后的類囊體力口人ADP

光照條件黑暗條件光照條件光照條件黑暗條件

In

pHtBf

-A/

“光%

麗

光/暗處理時懸液pH變化

m

⑴制備類囊體時，提取液中應含有適宜濃度的蔗糖，以保證其結(jié)構(gòu)完整，原因是

；為避免膜蛋白被降解，提取液應保持（填“低

溫”或“常溫”）。

（2）在圖I實驗基礎上進行圖n實驗，發(fā)現(xiàn)該實驗條件下，也能產(chǎn)生ATP。但該實驗不能充分

證明“某種能量形式”是類囊體膜內(nèi)外的H+濃度差，原因是。

（3）為探究自然條件下類囊體膜內(nèi)外產(chǎn)生H+濃度差的原因，對無緩沖液的類囊體懸液進行光、

暗交替處理，結(jié)果如圖III所示，懸液的pH在光照處理時升高，原因是o

類囊體膜內(nèi)外的H+濃度差是通過光合電子傳遞和H+轉(zhuǎn)運形成的，電子的最終來源物質(zhì)是

（4）用菠菜類囊體和人工酶系統(tǒng)組裝的人工葉綠體，能在光下生產(chǎn)目標多碳化合物。若要實現(xiàn)

黑暗條件下持續(xù)生產(chǎn)，需穩(wěn)定提供的物質(zhì)有o生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)即使增

加光照強度，產(chǎn)量也不再增加，若要增產(chǎn)，可采取的有效措施有

_________________________________________________________________________（答兩點）。

答案（1）保持類囊體內(nèi)外的滲透壓，避免類囊體破裂低溫（2）實驗H是在光照條件下對類

囊體進行培養(yǎng)，無法證明某種能量是來自光能還是來自膜內(nèi)外H+濃度差（3）類囊體膜外H+

被轉(zhuǎn)移到類囊體膜內(nèi)，造成溶液pH升高水（4）NADPH、ATP和C02增加C02濃度和適

當提高環(huán)境溫度

考點二光合作用與細胞呼吸的關(guān)系

■整合必備知識

rn光合作用QHg有氧呼吸

co2

,各項

ATP

NADPHNADP+ATPADP+Pi生命

ADP+Pi活動

光TT

能fOH0

釋放吸收2

在葉綠體中主要在線粒體中

（1）物質(zhì)方面

c

呼吸-

c有氧

吸「s

有氧呼

應c

暗反

C-c

2

c

3Hd

°

r

物i

質(zhì)

氧呼吸

應c有

c光反

方o

HO

TI

2

"

三階段

-5第

0

面-4

一

吸

有氧呼

uC

反應c

U暗

CD

反應ZA

uc光

鏟

曲

一

產(chǎn)

L21

HO

氧呼吸

「印有

段珥°

三階

回第

量萬面

(2)能

正誤】

【判斷

X)

程(

作用過

和光合

氧呼吸

完成有

以獨立

，可

浮液

體懸

葉綠

體和

線粒

整的

取完

(1)提

的，

進行

質(zhì)中

質(zhì)基

細胞

是在

一階段

吸的第

有氧呼

其中

場所，

的主要

氧呼吸

體是有

線粒

提示