第13講 光合作用的原理【知識精研】高考生物一輪復(fù)習(xí)課件

能量轉(zhuǎn)變需經(jīng)過哪些生理過程？光能糖類等有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能ATP中活躍的化學(xué)能直接用于各種生命活動①②③光合作用呼吸作用ATP水解光合作用是唯一能夠捕獲和轉(zhuǎn)化光能的生物學(xué)途徑，是生物圈得以維持運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。

因此，有人稱光合作用是“地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)”必修一第13講光合作用的原理第二單元細(xì)胞代謝目標(biāo)要求說明植物細(xì)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)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(xué)能。01光合作用原理的探究02光合作用的原理考點(diǎn)光合作用原理的探究01光合作用原理的探究一、光合作用指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將

轉(zhuǎn)化成儲存著能量的

，并且釋放出

的過程。CO2+H2O（CH2O）+O2

光能葉綠體2.過程1.概念(CH2O)表示糖類3.實(shí)質(zhì)合成有機(jī)物，儲存能量。將無機(jī)物合成有機(jī)物，光能轉(zhuǎn)換為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能。二氧化碳和水有機(jī)物氧氣光合作用原理的探究二、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)1.19世紀(jì)，60年代科學(xué)家總結(jié)出光合作用的反應(yīng)式。CO2+H2O（CH2O）+O2

光能葉綠體CO2O2C+H2O甲醛多個(gè)縮合糖類很多年來，人們一直以為：甲醛→糖

1928年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖類。2.1931年，尼爾二、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

1931年，微生物學(xué)家尼爾（C.B.VanNiel）將細(xì)菌光合作用與綠色植物的光合作用加以比較，提出了以下光合作用的通式∶CO2+2H2A→（CH2O）+2A+H2O。

光合細(xì)菌在光下同化CO2而沒有O2的釋放，O2不是來自二氧化碳而是水。因此他第一次提出光在光合作用中的作用是將水光解。3.1937年，希爾二、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

1937年，英國植物學(xué)家希爾(R.Hill)發(fā)現(xiàn)，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O，沒有CO2)，在光照下可以釋放出氧氣。3.希爾反應(yīng)4Fe3+

（或其他氧化劑）+2H2O4Fe2++4H++O2

光能葉綠體（1）希爾的實(shí)驗(yàn)是否說明水的光解與糖類的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)？能。因?yàn)閼腋∫褐袥]有CO2，糖類合成時(shí)需要CO2中的碳元素。（2）希爾反應(yīng)是否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部都來自水？不能，反應(yīng)體系中還可以存在其他氧元素供體。希爾進(jìn)一步研究證實(shí)，植物光合作用的光反應(yīng)是氧分子的產(chǎn)生，而不是二氧化碳的還原，氧的產(chǎn)生是由于葉綠體以草酸鐵作受氫體所致，其機(jī)理與完整細(xì)胞光合放氧過程相一致。4.1941年，魯賓和卡門二、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)O2全部來自于H2O嗎？

相互對照，自變量為標(biāo)記物質(zhì)(H218O與C18O2)，因變量為O2的相對分子質(zhì)量不同。（同位素標(biāo)記方法）（對比實(shí)驗(yàn)的方法）魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)說明光合作用釋放的氧來自于水。5.1954年，阿爾農(nóng)二、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

1954年，美國阿爾農(nóng)等用離體的葉綠體做實(shí)驗(yàn)：在給葉綠體光照時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向反應(yīng)體系中供給ADP、Pi等物質(zhì)時(shí)，體系中就會有ATP出現(xiàn)。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。H2OO2+2H+

+能量光照葉綠體ADP+Pi

ATPATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系6.1964年，卡爾文二、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

1964年以后，美國科學(xué)家卡爾文用14C標(biāo)記14CO2，供小球藻進(jìn)行光合作用，探明了CO2中的C的去向，稱為卡爾文循環(huán)。同位素標(biāo)記法、顯微自顯影技術(shù)。結(jié)論：光合產(chǎn)物中有機(jī)物的碳來自CO2

上述實(shí)驗(yàn)表明，光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水，氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，而是分階段進(jìn)行的。P103

習(xí)題鞏固1.離體葉綠體在有鐵鹽或其他氧化劑的水溶液中，

經(jīng)光照可產(chǎn)生氧氣。

(

)2.魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)和卡爾文實(shí)驗(yàn)都采用了放射性同位素標(biāo)記法。

（）3.葉綠體中合成ATP和水光解是獨(dú)立進(jìn)行的。

(

)4.光合作用一定在葉綠體中進(jìn)行。

（

）√×××放射性同位素3H、14C、35S、32P光合作用的原理02光合作用的原理一、光合作用的過程根據(jù)是否需要光能，將光合作用分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)（碳反應(yīng)）兩個(gè)階段。光反應(yīng)

類囊體薄膜上的色素分子可見光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解H+NADPH酶氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ1.條件光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+2.場所類囊體薄膜上3.主要產(chǎn)物O2、ATP、NADPH一、光合作用的過程光反應(yīng)

光合作用第一階段的化學(xué)反應(yīng)，必須有光才能進(jìn)行，這個(gè)階段叫作光反應(yīng)階段。4.物質(zhì)轉(zhuǎn)化水的光解：ATP的合成：2H2OO2+4H++4e-

光色素NADPH的合成：光能5.能量轉(zhuǎn)變ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能ADP+Pi+能量ATP+H2O酶NADP++H++2e-

NADPH酶一、光合作用的過程暗反應(yīng)

ADP+PiATPNADP+能量C52C3多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶NADPH酶能量1.條件有沒有光都可以，需多種酶、CO2、ATP、NADPH2.場所葉綠體基質(zhì)中3.產(chǎn)物（CH2O）、ADP、Pi、NADP+卡爾文循環(huán)(同位素標(biāo)記法)一、光合作用的過程暗反應(yīng)

4.物質(zhì)轉(zhuǎn)化CO2的固定C3的還原2C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPH5.能量轉(zhuǎn)變光合作用第二階段的化學(xué)反應(yīng)，有沒有光都能進(jìn)行，這個(gè)階段叫作暗反應(yīng)階段。CO2＋C5

2C3酶ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能一、光合作用的過程葉綠體中的色素可見光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原光反應(yīng)暗反應(yīng)NADP+NADPH光能→ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能酶一、光合作用的過程葉綠體中的色素可見光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原光反應(yīng)暗反應(yīng)NADP+NADPH酶一、光合作用的過程物質(zhì)聯(lián)系光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供NADPH和ATP，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi和NADP+。

反應(yīng)階段光反應(yīng)暗反應(yīng)反應(yīng)部位反應(yīng)條件物質(zhì)變化能量變化產(chǎn)物相同點(diǎn)實(shí)質(zhì)類囊體的薄膜上葉綠體基質(zhì)葉綠體色素、酶、光能酶2H2O

O2+4H++4e+酶ADP+Pi+能量ATP酶光能→活躍的化學(xué)能活躍的化學(xué)能→穩(wěn)定的化學(xué)能NADPH、ATP、O2ADP、Pi、（CH2O）、C5都包括物質(zhì)變化和能量變化把無機(jī)物轉(zhuǎn)變成有機(jī)物，把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能貯存起來NADP++H++2e+NADPH酶CO2+C52C3酶2C3(CH2O)+C5酶ATP、NADPH并不是所有過程都需要酶的催化，色素吸收光能不需要酶的催化。1.NADPH和ATP的移動途徑是什么？從類囊體薄膜到葉綠體基質(zhì)。2.NADP+和ADP的移動途徑呢？從葉綠體基質(zhì)到類囊體薄膜。3.

NADPH的作用是什么？①活潑的還原劑；②儲存部分能量供暗反應(yīng)階段利用。總之，光反應(yīng)是暗反應(yīng)所需物質(zhì)和能量的準(zhǔn)備階段，暗反應(yīng)是光反應(yīng)的繼續(xù)，是物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的完成階段。習(xí)題鞏固光合作用的原理二、光合作用的意義1.制造有機(jī)物，為自身及異養(yǎng)生物提供營養(yǎng)物質(zhì)。2.轉(zhuǎn)化并儲存太陽的光能，為生命活動提供能量。3.為有氧呼吸的生物提供氧氣；維持大氣中O2和CO2的平衡，從而緩解溫室效應(yīng)。光能通過驅(qū)動光合作用而驅(qū)動生命世界的運(yùn)轉(zhuǎn)。4.形成臭氧（O3），吸收紫外線，保護(hù)地球生物。5.對生物的進(jìn)化有重要的作用。（為好氧生物的出現(xiàn)提供了氧氣）光合作用的原理三、光合作用中元素的轉(zhuǎn)移1.若有機(jī)物為(CH2O)2.若有機(jī)物為C6H12O6CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O26CO2+12H2O光能葉綠體C6H12O6+6O2+6H2ONADPH三、光合作用中元素的轉(zhuǎn)移1.3H的轉(zhuǎn)移2.14C的轉(zhuǎn)移3.18O的轉(zhuǎn)移：3H2O(C3H2O)光反應(yīng)暗反應(yīng)（14CH2O）14CO2

CO2的固定14C3

C3的還原（CH218O）18O2

H218O光反應(yīng)C18O2

C3CO2的固定C3的還原必修1P104“相關(guān)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)。光合作用的原理四、環(huán)境改變時(shí)光合作用各物質(zhì)含量的變化分析1.“來源－去路”法CO2濃度不變NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照減弱光照增強(qiáng)減少減少減少減少增加增加增加增加1.“來源－去路”法光照不變C3C5

（CH2O）NADPH、ATPCO2濃度減少CO2濃度增加增加增加增加增加減少減少減少減少四、環(huán)境改變時(shí)光合作用各物質(zhì)含量的變化分析2.模型法①圖1中曲線甲表示

，曲線乙表示

。②圖2中曲線甲表示

，曲線乙表示

。③圖3中曲線甲表示

，曲線乙表示

。④圖4中曲線甲表示

，曲線乙表示

。C5、NADPH、ATPC3C5、NADPH、ATPC3C5、NADPH、ATPC3C3C5、NADPH、ATP1.判斷常考語句，澄清易混易錯(1)細(xì)胞中不能合成ATP的部位是葉綠體中進(jìn)行光反應(yīng)的

膜結(jié)構(gòu)(

)(2)H2O在光下分解為[H]和O2的過程發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中(

)(3)離體的葉綠體基質(zhì)中添加ATP、NADPH和CO2后，

可完成暗反應(yīng)過程(

)(4)番茄幼苗在缺鎂的培養(yǎng)液中培養(yǎng)一段時(shí)間后，與對照組相比，

其葉片光合作用強(qiáng)度下降的原因是光反應(yīng)強(qiáng)度和暗反應(yīng)強(qiáng)度

都降低(

)××√√習(xí)題鞏固2.下圖為光合作用暗反應(yīng)的產(chǎn)物磷酸丙糖的代謝途徑，研究表明，磷酸丙糖轉(zhuǎn)移蛋白(TPT)的活性是限制光合速率大小的重要因素，CO2充足時(shí)，TPT活性降低。下列有關(guān)敘述錯誤的是（

）A.Pi輸入葉綠體減少時(shí)，磷酸丙糖

從葉綠體輸出減少B.暗反應(yīng)中磷酸丙糖的合成需要

消耗光反應(yīng)產(chǎn)生的ATPC.葉肉細(xì)胞的光合產(chǎn)物主要是以蔗糖形式運(yùn)出細(xì)胞的D.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可通過增加CO2濃度來提高作物中蔗糖的含量D習(xí)題鞏固3.(2021·廣東，12)在高等植物光合作用的卡爾文循環(huán)中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被稱為Rubisco，下列敘述正確的是（

）A.Rubisco存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中B.激活Rubisco需要黑暗條件C.Rubisco催化CO2固定需要ATPD.Rubisco催化C5和CO2結(jié)合D習(xí)題鞏固4.對3株大小，長勢相同的植株分別進(jìn)行如下處理：甲連續(xù)光照5h，再在黑暗中5h；乙先光照1h，再在黑暗中1h，連續(xù)交替共10h；丙先光照5s，再在黑暗中5s，連續(xù)交替共10h。在其他條件相同的情況下，它們體內(nèi)有機(jī)物含量是（）A.丙=乙>甲B.甲=乙=丙

C.丙>乙>甲D.甲>乙>丙C光反應(yīng)停止后，暗反應(yīng)還會繼續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間，設(shè)光反應(yīng)停止后，暗反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行3s。暗反應(yīng)時(shí)間越長，（CH2O）含量越多。習(xí)題鞏固2.在總光照時(shí)間、總黑暗時(shí)間均相同的條件下，

光照和黑暗間隔處理比一直連續(xù)光照處理有機(jī)物的積累量要多。隨著光照和黑暗的交替進(jìn)行，光照和黑暗間隔處理處理組在光下產(chǎn)生的NADPH和ATP能夠及時(shí)的利用和再生，從而促進(jìn)了暗反應(yīng)的進(jìn)行。1.光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的NADPH和ATP在葉綠體基質(zhì)中有少量

的積累，在光反應(yīng)停止時(shí)，暗反應(yīng)仍可持續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間，

有機(jī)物還能繼續(xù)合成。連續(xù)光照和間隔光照下的有機(jī)物合成量分析化能合成作用能夠利用體外環(huán)境中的某些無機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來制造有機(jī)物的合成作用。例如：硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等少數(shù)種類的細(xì)菌。2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量2HNO2+O22HNO3+能量6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量硝化細(xì)菌項(xiàng)目光合作用化能合成作用區(qū)別能量來源代表生物綠色植物相同點(diǎn)光能無機(jī)物氧化釋放的能量硝化細(xì)菌都能將CO2和H2O等無機(jī)物合成有機(jī)物

教材隱性知識：①源于必修1P104“相關(guān)信息”：光合作用的產(chǎn)物有一部分是_____，還有一部分是蔗糖。蔗糖可以進(jìn)入

，再通過韌皮部運(yùn)輸?shù)街仓旮魈?。淀粉篩管光合作用與化能合成作用習(xí)題鞏固1.(2021·重慶選擇性考試)下圖為類囊體膜蛋白排列和光反應(yīng)產(chǎn)物形成的示意圖。據(jù)圖分析，下列敘述錯誤的是(

)A.水光解產(chǎn)生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿過4層膜B.NADP＋與電子(e－)和質(zhì)子(H＋)結(jié)合形成NADPHC.產(chǎn)生的ATP可用于暗反應(yīng)及其他消耗能量的反應(yīng)D.電子(e－)的有序傳遞是完成

光能轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)A葉綠體的3層膜和線粒體的2層膜光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP可用于暗反應(yīng)、色素合成和核酸代謝等一些消耗能量的反應(yīng)2.下圖是番茄植株的葉肉細(xì)胞中進(jìn)行光合作用的示意圖，PSⅡ和PSⅠ是由蛋白質(zhì)和光合色素組成的復(fù)合物，是吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能的光系統(tǒng)。下列敘述錯誤的是()A.自然界中能發(fā)生光合作用的生物，

不一定具備PSⅡ和PSⅠ系統(tǒng)B.光反應(yīng)過程將吸收的光能轉(zhuǎn)換為活

躍的化學(xué)能全部儲存在ATP中C.在ATP合成酶的作用下，H＋順

濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)提供分子勢能，促進(jìn)ADP和Pi合成ATPD.PSⅡ中的色素吸收光能后，