2025版高考生物一轮总复习教案必修1第三单元细胞的能量供应和利用第三讲捕获光能的色素和结构光合作用的原理考点二光合作用的基本过程

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知|识|巩|固
1．探究光合作用原理的部分实验
提醒：同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性，不能检测其放射性；而14C有放射性，可被追踪检测。
2．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。
3．光合作用的过程图解
提醒：(1)暗反应有光、无光都能进行，若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长。
(2)C3和C5并不是只含有3个或5个碳原子，还有H、O等原子，如丙酮酸(C3H4O3)就是一种三碳化合物。
4．反应式
(1)若有机物为(CH2O)：CO2＋H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))(CH2O)＋O2。
(2)若有机物为C6H12O6：6CO2＋12H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))C6H12O6＋6O2＋6H2O。
助学巧记：光合作用过程的“一、二、三、四”
5．光合作用和化能合成作用的比较
提醒：绿色植物和化能合成菌及光合细菌为自养生物，人、动物、真菌以及大多数细菌属于异养生物。
思|维|辨|析
易错整合，判断正误。
(1)光反应必须在光照下进行，暗反应必须在暗处进行。( × )
(2)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，在合适的条件下可完成暗反应过程。( √ )
(3)光合作用的产物有淀粉和蔗糖，淀粉和蔗糖可以进入筛管，通过韧皮部运输到植株各处。( × )
(4)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)。( √ )
(5)光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。( √ )
延|伸|探|究
1．如图是光合作用探究历程中恩格尔曼的实验示意图，请分析：
(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？
提示：选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位。
(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是什么？
提示：排除氧气和极细光束外的其他光的干扰。
2．模拟鲁宾、卡门的实验时，能对同一实验中的CO2和H2O同时进行标记吗？为什么？
提示：不能，若CO2和H2O中的氧均标记，则无法分辨氧气的来源。
3．给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，其最可能的转化途径是什么？
提示：有氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了Heq \\al(18,2)O，有氧呼吸第二阶段利用Heq \\al(18,2)O生成C18O2，C18O2再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物。
4．光照停止后暗反应短时间仍然能够持续，但无法长时间正常进行，原因是什么？CO2不足暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是什么？
提示：暗反应中C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH，停止光照使光反应停止，叶绿体中仍有少量ATP和NADPH能使暗反应持续进行一段时间，但是这段时间后，暗反应因缺少ATP和NADPH而无法进行。光反应需要暗反应提供的ADP、Pi和NADP＋，CO2不足使暗反应减弱后，光反应在缺少原料的情况下无法正常进行。
剖析难点·考点突破
重|难|精|讲
1．光合作用过程中元素的去向分析
2．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
下图中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
精|准|命|题
考向一 光合作用的探究历程和光合作用的过程
》例1 (2021·重庆卷)下图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列叙述错误的是( A )
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NADPH
C．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
解析：O2在叶绿体的类囊体薄膜产生，在线粒体内膜被利用，故叶绿体产生的O2被线粒体利用至少需要穿过叶绿体的3层膜(包括类囊体膜1层膜和叶绿体的内外膜)和线粒体的2层膜，共5层生物膜，A错误；据图分析，NADP＋与e－和H＋结合形成NADPH，B正确；根据图中的信息，光反应产生的ATP可用于暗反应、色素合成和核酸代谢等一些消耗能量的反应，C正确；电子传递释放的能量用于H＋的逆浓度梯度运输，使类囊体腔内维持高浓度的H＋，H＋由类囊体腔顺浓度梯度运输至叶绿体基质，驱动ATP的合成，电子有序传递保证了ATP和NADPH的合成，是完成光能转换的重要环节，D正确。
〔变式训练1〕 (2024·江西九江检测)科学家向小球藻培养液中通入14CO2，给予实验装置不同时间光照，结果如表所示。根据上述实验结果分析，下列叙述正确的是( A )
A．暗反应最初形成的很可能是3－磷酸甘油酸(三碳化合物)
B．本实验利用小球藻研究的是光合作用的光反应阶段
C．3－磷酸甘油酸可直接转化成氨基酸、有机酸等
D．实验结果说明光合作用产物是各种糖类
解析：由表格可知，CO2进入叶绿体后，最初形成的物质是3－磷酸甘油酸(三碳化合物)，A正确；由题意可知，用同位素标记法探究二氧化碳中的碳元素的去向，故本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段，B错误；根据时间分析，3－磷酸甘油酸要先转化成12种磷酸化糖类，然后才转化成氨基酸、有机酸等，C错误；表格中的数据说明光合作用除了产生糖类外，还有氨基酸、有机酸等其他有机物，D错误。
考向二 围绕不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析，考查科学思维
》例2 (2024·中原名校联盟)如图是某学校生物兴趣小组研究菠菜光合速率相对值与叶龄关系的结果图示。下列说法错误的是( D )
A．A点光合速率较低是由于幼叶光合色素含量少
B．随着叶片不断地展开，AB段光合速率上升
C．由于叶片的衰老，CD段光合速率下降
D．若光照突然增强，则短时间内叶绿体中C3的含量增加
解析：A点叶龄小，光合色素含量少，吸收光能也少，导致光合速率较低，A正确；AB段随着叶龄增加，光合色素含量增多，叶片面积增大，光合速率增大，B正确；CD段随叶龄增大，叶片细胞逐渐衰老，叶片中的光合色素减少，光合速率下降，C正确；光照突然增强，光反应产生的ATP和NADPH增加，C3的还原增加，短时间内叶绿体中C3的含量减少，D错误。
判断C3、C5等物质含量变化的分析思路
叶绿体内相关物质含量变化可通过对物质的来路和去路是否平衡进行分析：
(1)来路eq \(,\s\up7(动态平衡))去路，则物质含量相对稳定。
(2)来路不变，去路增加，或来路减少，去路不变，则物质含量减少。
(3)来路不变，去路减少，或来路增加，去路不变，则物质含量增加。
〔变式训练2〕 将正常生长的绿萝盆栽，由夏季中午炎热环境转移到温度适宜但光照强度相同的环境中培养，短时间内叶绿体会发生的变化是( D )
A．H2O在光下分解速率减弱
B．卡尔文循环减弱
C．eq \f(ADP,ATP)的值下降
D．eq \f(C3,C5)的值上升
解析：结合题意可知，环境变化中光照强度不变，故H2O在光下分解速率不变，A不符合题意；绿萝盆栽由夏季中午炎热环境转移至温度适宜但光照强度相同的环境中，叶肉细胞的气孔打开，导致进入细胞的CO2增多，则卡尔文循环增强，B不符合题意；环境变化中光照强度不变，虽然温度变化酶的活性发生了改变，但是细胞内ATP和ADP的相互转化是时刻不停且动态平衡的，eq \f(ADP,ATP)的值几乎不变，C不符合题意；进入细胞的CO2增多，CO2＋C5→C3的过程加快，C3的合成量增加，而还原量不变，短时间内eq \f(C3,C5)的值上升，D符合题意。实验组别
光照时间/s
放射性物质分布
1
2
大量3－磷酸甘油酸(三碳化合物)
2
20
12种磷酸化糖类
3
60
除上述12种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等