2024屆高三生物一輪復(fù)習(xí)課件光合作用的原理

第三單元細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第6課時(shí)光合作用的原理課標(biāo)要求

1.通過(guò)對(duì)探索光合作用原理的希爾實(shí)驗(yàn)、魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)、阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)資料的分析，嘗試歸納光合作用的過(guò)程和基本原理。

2.通過(guò)分析、討論教材光合作用過(guò)程示意圖，從物質(zhì)與能量觀的視角，說(shuō)明光合作用過(guò)程中的物質(zhì)變化和能量變化，闡明光合作用的原理。

3.通過(guò)對(duì)光合作用光反應(yīng)和暗反應(yīng)過(guò)程的比較，厘清光反應(yīng)和暗反應(yīng)的區(qū)別和聯(lián)系，說(shuō)明光合作用的意義。

知識(shí)梳理知識(shí)點(diǎn)01光合作用的概念光合作用的概念：光合作用是指綠色植物通過(guò)

葉綠體，利用光能，將

二氧化碳和水

轉(zhuǎn)化成

儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且

釋放出氧氣

的過(guò)程。其化學(xué)式為：CO2+H2O（CH2O)+O2

光能葉綠體

葉綠體是如何將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能？

又是如何將化學(xué)能儲(chǔ)存在糖類等有機(jī)物中的？光合作用釋放的氧氣，是來(lái)自原料中的水還是二氧化碳呢？知識(shí)梳理知識(shí)點(diǎn)02探索光合作用的部分實(shí)驗(yàn)

19世紀(jì)末科學(xué)界普遍認(rèn)為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖1928年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對(duì)植物有毒害作用，且甲醛不能通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化成糖1937年希爾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1941年魯賓、卡門用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來(lái)源，HO＋CO2→植物→18O2，H2O＋C18O2→植物→O2，得出光合作用釋放的氧全部來(lái)自水1954年阿爾農(nóng)在光照下，葉綠體可合成ATP，這一過(guò)程總是與水的光解相伴隨20世紀(jì)40年代卡爾文用小球藻通過(guò)同位素研究光合作用的暗反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)了C3等一系列中間產(chǎn)物，闡明了暗反應(yīng)階段的反應(yīng)過(guò)程——卡爾文循環(huán)。資料1：1937年，英國(guó)植物學(xué)家希爾將植物細(xì)胞破碎，獲得離體葉綠體。發(fā)現(xiàn)，在光照下，在離體葉綠體的懸浮液中加入足量的鐵鹽或其他氧化劑（懸浮液中有H2O，沒有CO2），離體葉綠體雖然不能合成有機(jī)物，但Fe3+被還原為Fe2+，同時(shí)離體的葉綠體釋放出O2。像這樣，離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)稱作希爾反應(yīng)。希爾的實(shí)驗(yàn)是否說(shuō)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。希爾反應(yīng)是否說(shuō)明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全都來(lái)自水？不能，反應(yīng)體系中可以還存在其他氧元素供體。資料2：1941年，為了確定光合作用釋放的O2的來(lái)源，美國(guó)科學(xué)家魯賓和卡門用18O作為標(biāo)記物，制備出H218O和C18O2。資料3：1954年，美國(guó)科學(xué)家阿爾農(nóng)（D.Arnon）發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成ATP。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過(guò)程總是與水的光解相伴隨。同位素標(biāo)記方法對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明？植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中全部都來(lái)自水。資料4：20世紀(jì)50年代，美國(guó)生物化學(xué)家卡爾文開始用小球藻懸液研究光合作用的暗反應(yīng)?？栁慕o小球藻提供持續(xù)的光照和CO2，一段時(shí)間后，加入放射性同位素標(biāo)記的14CO2，在不同時(shí)段（間隔3s、5s、10s等）內(nèi)將細(xì)胞懸液迅速傾入煮沸的乙醇中以殺死細(xì)胞，使酶失活。最后，使用雙相紙電泳和放射自顯影分離等方法分析產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)了C3等一系列中間產(chǎn)物，最終闡明了暗反應(yīng)階段的反應(yīng)過(guò)程——卡爾文循環(huán)。注意：C3是指3-磷酸甘油酸；C5是指RuBP14CO2→14C3→（14CH2O）光合作用的產(chǎn)物有一部分是淀粉，還有一部分是蔗糖。蔗糖可以進(jìn)入篩管，再通過(guò)韌皮部運(yùn)輸?shù)街仓旮魈帯?/p>

光照時(shí)間0分離出的放射性化合物無(wú)①①②①②③①②③④⑤①②③④⑤⑥

C

圖解光合作用的過(guò)程知識(shí)梳理拓展1、光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）進(jìn)行水的光解，產(chǎn)生氧氣和H＋和自由電子(e－)，光系統(tǒng)Ⅰ（PSⅠ）主要是介導(dǎo)NADPH的產(chǎn)生。2、光系統(tǒng)Ⅱ和Ⅰ中的電子傳遞由于光能的作用。3、質(zhì)子濃度(電化學(xué))梯度的建立：拓展①一些質(zhì)子(H＋)逆濃度從葉綠體的基質(zhì)側(cè)泵入到囊腔側(cè)；另一些質(zhì)子(H＋)在葉綠體的基質(zhì)側(cè)和NADP＋形成NADPH。②光系統(tǒng)Ⅱ在類囊體的囊腔側(cè)進(jìn)行的水的光解產(chǎn)生質(zhì)子(H＋)。4、類囊體內(nèi)的高濃度質(zhì)子通過(guò)ATP合成酶順濃度梯度流出，而ATP合成酶利用質(zhì)子順濃度流出的能量來(lái)合成ATP。項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)反應(yīng)條件光照、色素、酶多種酶、NADPH、ATP外界原料水CO2產(chǎn)物O2、NADPH、ATP有機(jī)物場(chǎng)所類囊體的薄膜葉綠體基質(zhì)能量變化光能→ATP中活躍的化學(xué)能ATP中活躍的化學(xué)能→（CH2O）中穩(wěn)定的化學(xué)能1.光反應(yīng)和暗反應(yīng)的區(qū)別：2.光反應(yīng)和暗反應(yīng)的聯(lián)系：

①光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供

[H]和ATP；暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi，NADP+.兩個(gè)反應(yīng)階段相輔相成、密切聯(lián)系。

②沒有光反應(yīng)，暗反應(yīng)缺乏

[H]和ATP，無(wú)法進(jìn)行；暗反應(yīng)受阻，光反應(yīng)因產(chǎn)物積累也不能正常進(jìn)行?？梢?，二者相互制約。光合作用反應(yīng)式及元素去向分析6CO2+12H2O光能葉綠體C6H12O6+6H2O+6O2產(chǎn)物是葡萄糖產(chǎn)物是有機(jī)物知識(shí)點(diǎn)01光合作用的概念【典例1】下圖是光合作用示意圖，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．物質(zhì)②和物質(zhì)③均可為C3的還原供能B．當(dāng)物質(zhì)④供應(yīng)停止時(shí)，物質(zhì)①的生成速率將下降C．當(dāng)溫度適當(dāng)升高時(shí)，暗反應(yīng)速率可能升高，而光反應(yīng)不受影響D．為葉肉細(xì)胞提供H2l8O，一段時(shí)間后在（CH2O）中能檢測(cè)到18OC【解析】②為ATP，③為[H]，都可以為C3的還原提供能量A正確；當(dāng)物質(zhì)④CO2供應(yīng)停止時(shí)，暗反應(yīng)速率降低，從而影響光反應(yīng)，導(dǎo)致物質(zhì)①O2的生成速率將下降，B正確；當(dāng)溫度適當(dāng)升高時(shí)，暗反應(yīng)速率可能升高，而光反應(yīng)隨之升高，C錯(cuò)誤；H2l8O參與有氧呼吸第二階段的反應(yīng)生成C18O2，

知識(shí)點(diǎn)01光合作用的概念【變式1】(不定項(xiàng)）下列關(guān)于光合作用的敘述，正確的是(

)A．光反應(yīng)階段不需要酶的參與B．暗反應(yīng)階段既有C5的生成又有C5的消耗C．光合作用過(guò)程中既有[H]的產(chǎn)生又有[H]的消耗D．光合作用過(guò)程將光能轉(zhuǎn)換成有機(jī)物中的化學(xué)能BCD

【解析】光反應(yīng)階段光的吸收不需要酶的參與，ATP的生成需要酶的參與，A符合題意；暗反應(yīng)階段既有C3的還原生成C5，又有CO2與C5的結(jié)合(CO2固定)消耗C5，B不符合題意；光合作用過(guò)程中光反應(yīng)階段產(chǎn)生NADPH，暗反應(yīng)階段又有C3的還原消耗NADPH，C不符合題意；光合作用過(guò)程將光能轉(zhuǎn)換成暗反應(yīng)能利用的化學(xué)能，儲(chǔ)存在有機(jī)物中，D不符合題意。環(huán)境改變時(shí)光合作用各物質(zhì)含量的變化(1)“來(lái)源－去路”法方法技巧

[H]ATPC3C5C6H12O6停止（減弱）光照↓↓↑↓↓突然增強(qiáng)光照↑↑↓↑↑停止（減少）CO2供應(yīng)↑↑↓↑↓突然增加CO2供應(yīng)↓↓↑↓↑

當(dāng)外界因素中光照強(qiáng)弱、CO2濃度驟然變化時(shí)，短時(shí)間內(nèi)將直接影響光合作用過(guò)程中C3、C5、[H]、ATP及C6H12O6生成量，進(jìn)而影響葉肉細(xì)胞中這些物質(zhì)的含量，它們的關(guān)系歸納如下表：

ⅠⅡⅢ(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、ATP圖甲表示光合作用部分過(guò)程的圖解，圖乙表示改變光照后與光合作用有關(guān)的C5和C3在細(xì)胞內(nèi)的變化曲線。據(jù)圖回答下列問(wèn)題：

(1)圖甲中A表示的物質(zhì)是________，它由____________產(chǎn)生，其作用主要是_____________。(2)圖甲中ATP形成所需的能量最終來(lái)自于________。若用放射性同位素標(biāo)記14CO2，則14C最終進(jìn)入的物質(zhì)是________。(3)圖乙中曲線a表示的化合物是________，在無(wú)光照時(shí)，其含量迅速上升的原因是________________________________________________________________。(4)圖乙中曲線b表示的化合物是________，在無(wú)光照時(shí)，其含量迅速下降的原因是________________________________________。

用于C3的還原[H]水在光下分解

(14CH2O)太陽(yáng)光能CO2與C5結(jié)合形成C3，而C3不能被還原C3

C5與CO2結(jié)合形成C3且C3不能被還原為C5C5鞏固知識(shí)點(diǎn)01光合作用的概念課堂檢測(cè)1

(不定項(xiàng)）如圖表示光合作用過(guò)程，a、b、c表示物質(zhì)，甲、乙表示場(chǎng)所，下列有關(guān)分析正確的是(

)A．物質(zhì)b可能是ADP和PiB．物質(zhì)c直接被還原生成(CH2O)和C5C．甲中色素不溶于水，能溶于有機(jī)溶劑D．乙中生理過(guò)程在有光、無(wú)光條件下都可進(jìn)行ACD

【解析】根據(jù)圖示可看出，甲是葉綠體的類囊體薄膜，其上可發(fā)生光合作用的光反應(yīng)，乙為葉綠體基質(zhì)，是暗反應(yīng)的場(chǎng)所，物質(zhì)b可能是暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供的ADP和Pi，A正確；物質(zhì)c為CO2，不可以直接被還原生成(CH2O)和C5，B錯(cuò)誤；類囊體薄膜上的色素不溶于水，能溶于有機(jī)溶劑，C正確；暗反應(yīng)在有光、無(wú)光條件下均可進(jìn)行，但需要光反應(yīng)提供的NADPH和ATP，D正確。知識(shí)點(diǎn)02探索光合作用的部分實(shí)驗(yàn)

【典例2】

卡爾文用同位素標(biāo)記法追蹤碳元素在光合作用過(guò)程中的運(yùn)行：在供給小球藻14CO2后的60s內(nèi)，相隔不同時(shí)間取樣，殺死細(xì)胞并以層析法分析細(xì)胞代謝產(chǎn)物。發(fā)現(xiàn)7s后的代謝產(chǎn)物中有多達(dá)12種產(chǎn)物含有放射性，而5s內(nèi)的代謝產(chǎn)物大多集中在一種物質(zhì)上，該物質(zhì)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：光照下卡爾文給小球藻懸浮液通入CO2，一定時(shí)間后殺死小球藻，同時(shí)提取產(chǎn)物并分析。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，僅僅30s的時(shí)間，放射性代謝產(chǎn)物多達(dá)幾十種。縮短時(shí)間到7s，發(fā)現(xiàn)放射性代謝產(chǎn)物減少到12種，想要探究CO2轉(zhuǎn)化成的第一個(gè)產(chǎn)物是什么，可能的實(shí)驗(yàn)思路是?不斷縮短光照時(shí)間后殺死小球藻，同時(shí)提取產(chǎn)物并分析，直到最終提取物中只有一種放射性代謝產(chǎn)物，該物質(zhì)即為CO2轉(zhuǎn)化成的第一個(gè)產(chǎn)物。知識(shí)點(diǎn)02探索光合作用的部分實(shí)驗(yàn)

【變式1】

給光下正常進(jìn)行光合作用的葉肉細(xì)胞增加14CO2，一段時(shí)間后，關(guān)閉光源，含放射性C3濃度的變化情況如圖所示，下列相關(guān)敘述正確的是(

)A．葉肉細(xì)胞利用14CO2的場(chǎng)所是葉綠體基粒B．a(chǎn)b段葉肉細(xì)胞中C3濃度大量增加C．bc段C3濃度不變的原因是14CO2消耗殆盡D．c點(diǎn)后曲線上升是因?yàn)楹诎禇l件下，葉肉細(xì)胞內(nèi)無(wú)[H]和ATP的供應(yīng)D

【解析】CO2直接參與暗反應(yīng)中CO2的固定過(guò)程，其場(chǎng)所是葉綠體基質(zhì)，A錯(cuò)誤；ab段含放射性的C3濃度升高，說(shuō)明以14CO2為原料生成的C3增加，但由于暗反應(yīng)增強(qiáng)會(huì)促進(jìn)光反應(yīng)，因此C3濃度略有增加，但不會(huì)大量增加，B錯(cuò)誤；bc段C3濃度不變是因?yàn)?4C3的生成速率和消耗速率相等，c點(diǎn)后放射性C3濃度繼續(xù)升高，說(shuō)明c點(diǎn)時(shí)CO2并未消耗殆盡，C錯(cuò)誤；c點(diǎn)后曲線上升是因?yàn)楹诎禇l件下，葉肉細(xì)胞內(nèi)無(wú)[H]和ATP的供應(yīng)，從而導(dǎo)致C3的消耗減少所致，D正確。知識(shí)點(diǎn)03光合作用的原理

【典例3】下圖為高等綠色植物的光合作用圖解。下列相關(guān)說(shuō)法正確的是(

)A．①是光合色素，可用層析液提取B．②是O2，全部用于該植物有氧呼吸的第三階段C．③是C3，能被氧化為(CH2O)D．④是ATP，在葉綠體基質(zhì)中被消耗D【解析】①是光合色素，可用無(wú)水乙醇提取，A錯(cuò)誤；②是O2，當(dāng)光合作用大于呼吸作用時(shí)，一部分氧氣釋放到細(xì)胞外，B錯(cuò)誤；三碳化合物被還原氫還原形成有機(jī)物，不是被氧化形成有機(jī)物，C錯(cuò)誤；④是ATP，是光反應(yīng)的產(chǎn)物，用于暗反應(yīng)的三碳化合物的還原階段，其消耗場(chǎng)所是葉綠體基質(zhì)，D正確。

知識(shí)點(diǎn)03光合作用的原理

【變式3】

(不定項(xiàng)）下圖為葉綠體結(jié)構(gòu)與功能示意圖，A、B、C、D表示葉綠體的結(jié)構(gòu)，①②③④⑤表示有關(guān)物質(zhì)。下列敘述正確的是(

)A．參與光合作用的色素位于圖中的A部位B．CO2進(jìn)入葉綠體后，通過(guò)固定形成⑤物質(zhì)C．若突然停止光照，C3的含量會(huì)升高D．用14C標(biāo)記CO2進(jìn)行光合作用，可在④⑤中測(cè)到較高放射性ACD

【解析】參與光合作用的色素位于葉綠體類囊體薄膜，圖中的A部位為葉綠體類囊體薄膜，A正確；圖中④物質(zhì)和⑤物質(zhì)分別為C3、（CH2O），CO2通過(guò)固定形成④物質(zhì)，B錯(cuò)誤；突然停止光照時(shí)，NADPH和ATP減少，C3被消耗的量減少，故其含量增多，C正確；用14C標(biāo)記CO2進(jìn)行光合作用，放射性先出現(xiàn)在④物質(zhì)，再出現(xiàn)在⑤物質(zhì)，D正確。

右圖表示綠色植物光合作用的部分過(guò)程，圖中a～c表示相關(guān)物質(zhì)，甲、乙為結(jié)構(gòu)。(1)圖中所示的過(guò)程屬于光合作用的

階段，甲為

。(2)圖中a為

，b為