【备考2026】高考生物一轮复习资源：第3单元 第13课时 光合作用的原理（课件）

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说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。
1.光合作用的概念：绿色植物通过叶绿体，利用 ，将_____________转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。
ATP和NADPH中的化学能
4.化能合成作用与光合作用的对比
某些无机物氧化时释放的能量
(1)植物细胞产生的O2只能来自光合作用(2021·山东，16C)(　　)
提示　光合作用通过H2O的光解可以产生O2，另外，植物细胞中具有过氧化氢酶，可以催化H2O2水解为H2O和O2。
(2)高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少(2023·湖北，11D)(　　)
提示　光反应中生成NADPH。
(3)在暗反应阶段，CO2不能直接被还原(2021·湖南，7B)(　　)(4)在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降(2021·湖南，7C)(　　)(5)光合作用的解析促进花期控制技术的成熟(2024·广东，4C)(　　)
提示　光合作用的解析主要是对植物的光合作用机制进行研究，而花期控制技术更多地涉及植物激素、环境因素等方面的知识，光合作用的解析与花期控制技术的成熟关系不大。
光合作用原理的拓展光合作用涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳—氧平衡具有重要意义，请结合以下信息深度认知光合作用相关原理。
1.如图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，其中PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递。其中PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，PQ在传递电子的同时能将H＋运输到类囊体腔中，图中实线为电子的传递过程，虚线为H＋的运输过程，ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，则：
(1)少数处于特殊状态的叶绿素分子在光能激发下失去高能e－，失去e－的叶绿素分子，能够从水分子中夺取e－，使水分解为 ；电子(e－)由水释放出来后，经过一系列的传递体形成电子流，最终传递给_______(电子的最终受体)合成NADPH。PSⅠ和PSⅡ吸收的光能储存在________ 中。
(2)据图分析，使类囊体膜两侧H＋浓度差增加的过程有________________ 。(3)由图可知，图中ATP合成酶的作用有 。合成ATP依赖于 形成的电化学势能。
PQ运输H＋；合成NADPH消耗H＋
运输H＋和催化ATP的合成
类囊体膜两侧的H＋浓度差
2.如图1为番茄叶肉细胞进行光合作用的过程及磷酸丙糖的转化和运输情况。(1)其中磷酸丙糖转运器发挥作用时，并不会直接改变叶绿体内磷酸丙糖和Pi的
总含量，由此推测磷酸丙糖转运器对这两类物质的转运比例为 。(2)将离体的叶绿体置于磷酸浓度低的外界悬浮液中，叶绿体CO2的固定速率会减慢，请结合上述(1)中信息推测原因为______________________________________________________________________________________________________。(3)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是 。
外界磷酸浓度低，不利于磷酸丙糖的输
出，叶绿体中淀粉等光合产物积累，导致暗反应过程受阻，从而影响CO2的固定
3.如图2中T0～T1表示的是适宜条件下生长的番茄叶绿体中某两种化合物(NADPH、ADP、C3或C5)的含量，T1～T3则表示改变其生长条件后两种化合物的含量变化。若T1时刻降低了培养液中NaHCO3的浓度，则物质甲、乙分别指的是 。若T1时刻降低了光照强度，则物质甲、乙分别指的是 。
4.科研人员利用“间隙光”来测定番茄的光合作用，每次光照20秒，黑暗20秒，交替进行12小时，并用灵敏传感器记录环境中氧气和二氧化碳的变化，实验结果部分记录如图3所示。据
实验结果部分记录图分析，与连续光照6小时，再连续黑暗6小时相比，“间隙光”处理的光合作用效率 (填“大于”“等于”或“小于”)连续光照下的光合作用效率，原因是“间隙光”处理时能 。图3中曲线出现的原因是光合作用光反应的速率比暗反应的速率 (填“更快”或“更慢”)。图3中两条曲线所围成的面积S1 (填“大于”“等于”或“小于”)S2。
充分利用光合作用光反应产生的NADPH和ATP
提示　S1面积相当于光照时光反应积累的NADPH和ATP，而这些NADPH和ATP在后续的黑暗处理时被暗反应所消耗，所以S1与S2大致相等。
环境改变时光合作用各物质含量的变化分析(1)“过程法”分析各物质变化如图中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等物质含量变化
考向一　光合作用的原理1.(2021·重庆，6)类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图如下。据图分析，下列叙述错误的是A.水光解产生的O2若被有氧呼吸 利用，最少要穿过4层膜B.NADP＋与电子(e－)和质子(H＋) 结合形成NADPHC.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应D.电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节
2.(2022·重庆，23)科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。
(1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是________________________________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持_____(填“低温”或“常温”)。
保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂
(2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，原因是_________________________________________________________________________________________。
实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外H＋浓度差
(3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H＋浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是_______________________________________________。类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，电子的最终来源物质是_____。
类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高
(4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有____________________。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有______________________________ (答两点)。
NADPH、ATP和CO2
增加CO2浓度和适当提高环境温度
考向二　光合作用中光反应和暗反应的关系3.(2023·天津，9)如图是某绿藻适应水生环境，提高光合效率的机制图。光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合成。下列叙述错误的是
C.水光解产生的H＋提高类囊体腔CO2水平，促进CO2进入叶绿体基质D.光反应通过确保暗反应的CO2的供应帮助该绿藻适应水环境
4.(2025·黑龙江省实验中学检测)如图是黑农5号大豆叶肉细胞光合作用过程示意图(字母代表物质)，PSBS是一种类囊体膜蛋白，它能感应类囊体腔内H＋的浓度而被激活，从而抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，防止强光对叶肉细胞造成损伤，下列相关说法错误的是A.H＋经过Z蛋白外流的同时，细胞利用 C物质来合成B物质B.叶绿素分子中被光激发的e－，经传递 到达D结合H＋后生成NADPHC.提高Z蛋白的活性不利于PSBS发挥功能D.物质F浓度降低至原浓度一半时，短时间内C5化合物的含量将升高
一、过教材下列关于光合作用的叙述，错误的是A.能进行光合作用的生物都含有叶绿体B.光反应在叶绿体的类囊体上进行，暗反应在叶绿体的基质中进行C.水分解为氧和H＋ 的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋ 结合形成NADPHD.光反应吸收光能形成ATP和NADPH，暗反应将ATP和NADPH中的化学能储存在有机物中E.小麦CO2的固定需要消耗能量F.光合作用的暗反应能为光反应提供Pi、ADP和NADP＋G.生产者都通过光合作用固定CO2H.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
1.(2022·全国甲，29节选)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是 (答出1点即可)。2.(2023·全国甲，29节选)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后糖产生。回答下列问题：(1)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖，原因是_________________________________ 。(2)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。_____________________ 。
自身呼吸消耗或建造植物体结构
黑暗条件下不能进行光反应，不能产
生暗反应所需要的NADPH和ATP
碘液进行显色反应。结果：反应结果显蓝色
3.(2021·河北，19节选)参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与 离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于驱动 两种物质的合成以及 的分解；RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到______ 分子上，反应形成的产物被还原为糖类。
(1)卡尔文　蓝细菌、硝化细菌(硫细菌、铁细菌等)(2)核酮糖-1,5-二磷酸　CO2的固定　②③⑤　③④⑥(3)3和2　3和5(4)提高CO2的浓度、适当提高温度从而提高酶的活性、补充矿质元素促进酶的合成、提高光照强度、提高ATP和NADPH的含量　给该过程提供14C标记的CO2，追踪14C的去向，从而弄清14C在有机物中出现的先后顺序
(1)类囊体膜　NADPH　减慢(2)①Fecy　实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异；结合所给信息：“Fecy具有亲水性，而DICP具有亲脂性”，可推知叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用　②类囊体上的色素吸收光能、转化光能　③ATP合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过类囊体薄膜上的ATP合成酶，叶绿体A、B、C、D类囊体薄膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低
(1)①NADP＋　降低　较小　②BD(2)取等量强光照射相同时间的野生型和C37缺失突变体叶片，提取、分离色素，比较色素带上叶绿素条带的颜色的深浅(宽度)
一、选择题1.(2021·广东，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisc，下列叙述正确的是A.Rubisc存在于细胞质基质中B.激活Rubisc需要黑暗条件C.Rubisc催化CO2固定需要ATPD.Rubisc催化C5和CO2结合
2.(2024·扬州期中)如图所示生理过程中，PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质， CF0、CF1构成ATP合成酶。下列说法错误的是A.PS Ⅱ、PS Ⅰ内含易溶于有机溶剂 的色素B.PQ转运H＋的过程需要消耗电子中 的能量C.线粒体中存在类似于ATP合酶的膜是线粒体内膜D.小麦光合作用产生的O2被细胞呼吸利用至少需要经过4层磷脂双分子层
3.(2020·天津，5)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是A.产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质B.该反应体系不断消耗的物质仅是CO2C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原D.与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素
4.(2024·武汉联考)如图为光合作用暗反应的产物磷酸丙糖的代谢途径，其中磷酸丙糖转运体(TPT) 的活性是限制光合速率大小的重要因素。已知：CO2充足时，TPT活性降低；磷酸丙糖与Pi通过TPT的运输严格按1∶1的比例进行转运。据图分析，下列有关叙述正确的是A.叶肉细胞的光合产物主要是以淀 粉形式运出细胞的B.暗反应中磷酸丙糖的合成需要消 耗光反应产生的ATPC.若磷酸丙糖的合成速率超过Pi转运进叶绿体的速率，则有利于蔗糖的合成D.农业生产上可以通过增加CO2来提高作物中淀粉和蔗糖的含量
5.(2023·湖北，8)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强B.Mg2＋含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2
6.(2024·武汉期中)如图为真核细胞中两种传递电子并产生ATP的生物膜结构示意图。据图分析，下列有关叙述正确的是
A.图甲为叶绿体内膜，图乙为线粒体内膜B.两种膜产生 ATP 的能量直接来源均为 H＋的跨膜运输C.自养需氧型生物的细胞中都既有图甲结构又有图乙结构D.图甲中NADPH为电子最终受体，图乙中O2为电子最终受体
7.(2024·菏泽期末)科研人员对绿色植物光暗转换过程中的适应机制进行研究。测定绿色植物由黑暗到光照的过程中CO2吸收速率(μml·m－2·s－1)和光反应相对速率(μml·m－2·s－1)的变化，结果如图。下列叙述正确的是A.黑暗时植株的CO2吸收速率为 －0.1 μml·m－2·s－1，与线粒 体内膜产生CO2有关B.由黑暗转变为光照条件后，叶 肉细胞中NADPH和ATP的量会一直增加C.光照0～0.5 min光反应相对速率下降，与暗反应激活延迟造成NADPH和ATP 积累有关D.光照2 min后，光反应和暗反应速率均稳定，暗反应速率大于光反应速率
8.(2025·江西部分高中联考)为了研究淀粉合成与细胞质中ATP的关系，实验人员对拟南芥野生型WT和突变体ntt1(叶绿体失去运入ATP的能力)保卫细胞的淀粉粒面积进行了研究，结果如图所示，其中黑暗结束是指将WT和ntt1置于黑暗中培养一段时间后，黑暗结束时检测淀粉粒面积。下列相关叙述不合理的是A.黑暗状态下，WT和ntt1的叶绿体均 不能通过进行光合作用来合成淀粉B.长时间光照有利于ntt1积累大量淀粉C.叶绿体中淀粉的合成依赖于细胞质中 ATP的供应D.根据图中信息不能推测nttl在光照条件下光合作用情况
9.研究者发现植物根系能够从环境中吸收葡萄糖。为提高苹果果实含糖量，研究者利用同位素标记技术进行实验，处理及结果如表。依据实验结果，下列说法错误的是
A.根系从环境中吸收葡萄糖，可减少叶片中的糖类向根系运输，从而提 高果实含糖量B.该培养条件下，抑制X基因表达，会降低苹果果实含糖量C.若阻断叶片通向根系的筛管，叶片CO2固定速率会上升D.推测X基因表达出的X蛋白能促进根系吸收葡萄糖
二、非选择题10.(2024·济南期末)如图为某细胞内发生的生理过程，3-磷酸甘油酸、甘油酸-1,3-二磷酸、甘油醛-3-磷酸、核酮糖-5-磷酸、核酮糖-1,5-二磷酸是该过程中依次生成的重要化合物。请据图分析回答下列问题：
(1)该生理过程被称为_______循环。能进行该过程的原核生物有__________________________________。(2)RuBP(五碳化合物)是图中物质_________________的简称。过程①称作____________。题述过程中，消耗前一阶段提供的能量的过程有_______。脱磷酸化的过程有______。
硝化细菌(硫细菌、铁细菌等)
核酮糖-1,5-二磷酸
(3)通过对该过程分析发现，固定一分子CO2平均会消耗ATP和NADPH的分子数目分别是_______。甘油酸-1,3-二磷酸和核酮糖-5-磷酸分别含有的碳原子数目是_________。
___________________________________________________________________________。
(4)据图分析，能提高葡萄糖含量的措施有______________________________________________________________________________________________________________(答两条)。若想验证图中各种有机物依次出现的先后顺序，实验设计思路是_____
提高CO2的浓度、适当提高温度从而提高酶的活性、补充矿质元素促进酶的合成、提高光照强度、提高ATP和NADPH的含量
过程提供14C标记的CO2，追踪14C的去向，从而弄清14C在有机物中出现的先后顺序
11.(2021·湖南，18)图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。请回答下列问题：
(1)图b表示图a中的___________结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，最终转化为________和ATP中的化学能。若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中电子传递速率会______(填“加快”或“减慢”)。
(2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP＋为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。
注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。
据此分析：①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以________(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异；结合所给信息：“Fecy具有亲水性，而DICP具有亲脂性”，可推知叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用
②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于___________________________________，从而提高光反应速率。
类囊体上的色素吸收光能、转化光能
③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
ATP合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过类囊体薄膜上的ATP合成酶，叶绿体A、B、C、D类囊体薄膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低
12.(2024·鄂州二模)光系统Ⅱ(PSⅡ)、Cb6/f和光系统Ⅰ(PSⅠ)等结构形成线性电子传递和环式电子传递两条途径，两条途径在光反应过程中均产生ATP。亲环素蛋白C37调控电子传递效率，提高植物对强光的适应性(如图)。在强光下，C37缺失会导致电子传递受阻产生大量活性氧，活性氧积累使叶绿素降解增加，活性氧积累到一定量使细胞凋亡。回答下列问题：
(1)①光合色素吸收光能后，将水分解为O2和H＋，同时产生电子；电子经过电子传递链，最终与________结合形成NADPH。强光环境会导致气孔关闭，CO2供应不足，短时间内暗反应中C3含量______。环式电子传递与线性电子传递相比，NADPH/ATP的比值______(填“较大”“较小”或“相等”)。
②根据题干信息，下列对强光下植物光合电子传递链调控机制的理解，说法正确的有______(多选)。A.强光下，C37仅调控光合电子传递链中的 线性电子传递过程B.强光下，C37通过与Cb6/f结合，提高Cb6/f 到PSⅠ的电子传递效率C.C37缺失使电子传递受阻，进而降低活性 氧的含量，可导致植物叶片变黄D.C37缺失突变体转入高表达的C37基因， 可降低强光下的细胞凋亡率