2026高考一輪復(fù)習(xí)第13講

光合作用的原理1光合作用的過程及探索探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響

條件變化時(shí)光合作用各物質(zhì)含量的變化

2光合作用的過程及探索考點(diǎn)1考點(diǎn)1光合作用的過程及探索

1、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)（1）19世紀(jì)末甲醛→糖1928年甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖，甲醛對(duì)植物有毒。CO2O2C+H2O甲醛普遍認(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。（2）1937年，英國希爾離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑，在光照無CO2條件下可釋放出氧氣，說明離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)。①證明水的光解與糖的合成是不同的化學(xué)反應(yīng)；②不能說明植物光合作用產(chǎn)生O2中的O元素全部來自H2O，因?yàn)闆]有排除葉綠體中可能存在其他氧元素供體的干擾。加入鐵鹽或其他氧化劑考點(diǎn)1光合作用的過程及探索

（3）1941年，美國魯賓和卡門考點(diǎn)1光合作用的過程及探索

O218O2CO2H218OC18O2第一組H2O光照下的小球藻懸浮液第二組光照下的小球藻懸浮液同位素標(biāo)記法光合作用釋放的O2中的O元素全部來自水，并不來源于CO2同位素：質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的同一元素。用同位素標(biāo)記的化合物，化學(xué)性質(zhì)不變，也可以參與生物體內(nèi)的生化反應(yīng)。12C、14C1H、3H31P、32P32S、35S14N、15N16O、18O穩(wěn)定性同位素標(biāo)記法原子核穩(wěn)定，不發(fā)出射線?？茖W(xué)家也可通過測(cè)量分子質(zhì)量或離心技術(shù)來區(qū)別同位素。放射性同位素標(biāo)記法原子核不穩(wěn)定，能發(fā)出射線，科學(xué)家通過特殊的放射性顯影儀器追蹤放射性同位素標(biāo)記的化合物，可以弄清化學(xué)反應(yīng)的過程?？键c(diǎn)1光合作用的過程及探索

考點(diǎn)1光合作用的過程及探索

（4）1954年,美國阿爾農(nóng)在光照下，葉綠體可合成ATP，這一過程總是與水的光解相伴隨。（5）20世紀(jì)40年代，美國卡爾文用14C標(biāo)記的14CO2供小球藻進(jìn)行光合作用，追蹤檢測(cè)其放射性，發(fā)現(xiàn)卡爾文循環(huán)：CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中的碳。證明光合產(chǎn)物中有機(jī)物的碳來自CO2。H2OO2+2H++能量光照葉綠體ADP+PiATP考點(diǎn)1光合作用的過程及探索

2、光合作用的原理（1）概念光合作用是指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(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過程。（2）反應(yīng)式

6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2光能葉綠體CO2+H2O（CH2O）+O2光能葉綠體以這個(gè)為主，填空題寫這個(gè)（3）實(shí)質(zhì)（4）光合作用的過程考點(diǎn)1光合作用的過程及探索

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)兩個(gè)階段。必須有光才能反應(yīng)有光、無光都能反應(yīng)光反應(yīng)（光合作用第一階段）暗反應(yīng)（光合作用第二階段）又稱碳反應(yīng)、卡爾文循環(huán)物質(zhì)轉(zhuǎn)化：無機(jī)物有機(jī)物能量轉(zhuǎn)化：光能化學(xué)能光解類囊體薄膜上的色素分子可見光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收H+NADPH酶氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ（2）條件：光、色素、酶、H2O、ADP、Pi、NADP+（1）場所：葉綠體類囊體薄膜上（3）主要產(chǎn)物：O2、ATP、NADPH光反應(yīng)階段考點(diǎn)1光合作用的過程及探索

（4）過程：①水的光解：2H2OO2+4H++2e-

光色素③ATP的形成：ADP+Pi+能量

ATP酶（5）能量轉(zhuǎn)化：光能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP和NADPH中活躍的化學(xué)能②NADPH的形成：NADP＋＋H++2e-

NADPH酶光反應(yīng)階段考點(diǎn)1光合作用的過程及探索

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Ⅱ只能用于暗反應(yīng)或葉綠體內(nèi)其他反應(yīng)ADP+PiATPNADP+能量C52C3多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶NADPH酶能量暗反應(yīng)階段（2）條件：（1）場所：（3）主要產(chǎn)物：有沒有光都可以，需多種酶、CO2、ATP、NADPH葉綠體基質(zhì)中（CH2O）、ADP、Pi、NADP+考點(diǎn)1光合作用的過程及探索

ADP+PiATPNADP+能量C52C3多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶NADPH酶能量暗反應(yīng)階段考點(diǎn)1光合作用的過程及探索

（4）過程：（5）能量轉(zhuǎn)化：①CO2的固定：CO2＋C52C3酶②C3的還原：2C3(CH2O)+C5酶ATP、NADPHATP、NADPH中活躍的化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能P104相關(guān)信息不消耗能量考點(diǎn)1光合作用的過程及探索

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（5）光合作用總過程項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)過程模型

實(shí)質(zhì)時(shí)間

，以微秒計(jì)較_____短促緩慢光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，并放出O2同化CO2形成有機(jī)物（6）光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較條件場所在葉綠體內(nèi)的

上進(jìn)行在葉綠體

中進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化①水的光解：__________________；②ATP的合成：_____________________________；③NADPH的合成：①CO2的固定：__________________；②C3的還原：注：NADPH為C3還原提供還原劑和能量。（6）光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較類囊體薄膜基質(zhì)ADP＋Pi＋能量色素、光、酶、水、ADP、NADP＋、Pi，必須有光多種酶、ATP、NADPH、CO2、C5，有無光均可光色素2H2OO2+4H++2e-

ATP酶NADP++

H++2e-

NADPH酶CO2+C5

2C3酶（6）光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較能量轉(zhuǎn)化光能→___________________________ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能→_______________________關(guān)系在光反應(yīng)階段，光能被葉綠體內(nèi)類囊體薄膜上的色素捕獲后，將水分解為________等，形成

，于是光能轉(zhuǎn)化成________________________；______________驅(qū)動(dòng)在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行的暗反應(yīng)，將CO2轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存化學(xué)能的糖類?？梢姽夥磻?yīng)和暗反應(yīng)緊密聯(lián)系，能量轉(zhuǎn)化與物質(zhì)變化密不可分ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能O2和H＋ATP和NADPHATP和NADPH中的化學(xué)能ATP和NADPH考點(diǎn)1光合作用的過程及探索

（7）光反應(yīng)與暗反應(yīng)的聯(lián)系：①光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供NADPH、ATP；

暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供NADP+、ADP和Pi；②沒有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無法進(jìn)行；若光反應(yīng)突然停止，暗反應(yīng)可持續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間，但時(shí)間不長。

沒有暗反應(yīng)，有機(jī)物無法合成?？键c(diǎn)1光合作用的過程及探索

CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O2（8）光合作用中元素的轉(zhuǎn)移（1）H的轉(zhuǎn)移：（2）C的轉(zhuǎn)移：（3）O的轉(zhuǎn)移：H2O→NADPH→(CH2O)CO2→C3→（CH2O）CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

O2中的O全部來自H2O，有機(jī)物中的O全部來自CO2。考點(diǎn)1光合作用的過程及探索

【注意】(1)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。(2)光反應(yīng)中由光能轉(zhuǎn)化的化學(xué)能并非只儲(chǔ)存于ATP中，其部分能量儲(chǔ)存于NADPH中。NADPH的作用：可作為暗反應(yīng)的還原劑；儲(chǔ)備部分能量供暗反應(yīng)利用(3)光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP只用于葉綠體中C3的還原等葉綠體內(nèi)的生命活動(dòng)，不用于葉綠體外的其他生命活動(dòng)。3、化能合成作用（1）概念能夠利用體外環(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+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細(xì)菌CO2+H2O（CH2O）+O2能量酶考點(diǎn)1光合作用的過程及探索

（2）光合作用和化能合成作用的比較

[易錯(cuò)提醒]綠色植物和化能合成菌為自養(yǎng)生物，人、動(dòng)物、真菌以及大多數(shù)細(xì)菌屬于異養(yǎng)生物。無機(jī)物氧化所釋放的能量CO2和H2O考點(diǎn)1光合作用的過程及探索

1．(2024·江西上饒高三模擬)下圖為綠色植物光合作用過程示意圖(物質(zhì)轉(zhuǎn)換用實(shí)線表示，能量傳遞用虛線表示，圖中a～g為物質(zhì)，①～⑥為反應(yīng)過程)，下列判斷錯(cuò)誤的是(

)

A．綠色植物能利用a物質(zhì)將光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲(chǔ)存在c中B．e物質(zhì)中不儲(chǔ)存化學(xué)能，所以e物質(zhì)只能充當(dāng)還原劑C．圖中①表示水分的吸收，③表示水的光解

D．在g物質(zhì)供應(yīng)充足時(shí)，突然停止光照，C3的含量將會(huì)上升B條件變化時(shí)光合作用各物質(zhì)含量的變化及關(guān)鍵點(diǎn)的移動(dòng)考點(diǎn)2考點(diǎn)2條件變化時(shí)光合作用各物質(zhì)含量的變化

下圖中Ⅰ表示光反應(yīng)，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的還原。當(dāng)外界條件(如光照、CO2)突然發(fā)生變化時(shí)，分析相關(guān)物質(zhì)含量在短時(shí)間內(nèi)的變化：(1)“過程法”分析各物質(zhì)變化考點(diǎn)2條件變化時(shí)光合作用各物質(zhì)含量的變化

④圖4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

。②圖2中曲線甲表示

，

，曲線乙表示

。①圖1中曲線甲表示

，曲線乙表示

。C3C5、NADPH、ATP、(CH2O)C5、NADPH、ATPC3C5、NADPH、ATPC3C3C5、NADPH、ATP、(CH2O)

和(CH2O)和(CH2O)(2)“模型法”表示C3和C5含量的變化(條件改變后短時(shí)間內(nèi)各物質(zhì)相對(duì)含量的變化)考點(diǎn)2條件變化時(shí)光合作用各物質(zhì)含量的變化

3．(2024·山東濟(jì)寧高三檢測(cè))光合作用通過密切關(guān)聯(lián)的兩大階段——光反應(yīng)和暗反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。下列對(duì)于改變反應(yīng)條件而引起的變化的說法，正確的是(

)A．突然中斷CO2供應(yīng)，會(huì)暫時(shí)引起葉綠體基質(zhì)中C5/C3

的值減小B．突然中斷CO2供應(yīng)，會(huì)暫時(shí)引起葉綠體基質(zhì)中ATP/ADP的值增大C．突然將紅光改變?yōu)榫G光，會(huì)暫時(shí)引起葉綠體基質(zhì)中C3/C5的值減小D．突然將綠光改變?yōu)榧t光，會(huì)暫時(shí)引起葉綠體基質(zhì)中ATP/ADP的值減小B4．(2024·孝感高三質(zhì)檢)下圖為某植物葉肉細(xì)胞光合作用示意圖，圖中①②③④表示相關(guān)物質(zhì)?，F(xiàn)有甲、乙兩植株，甲葉色正常，乙為葉色黃化的突變植株，葉綠素含量明顯少于甲。將甲、乙植株置于正常光照、溫度、CO2濃度等條件相同的環(huán)境中，下列相關(guān)分析正確的是(

)

A．被色素吸收的光能全部用于③合成ATPB．只有接受ATP釋放的能量，C3才可被NADPH還原C．如果突然增加光照強(qiáng)度，則短時(shí)間內(nèi)②含量減少，③的含量增加D．如果突然增加光照強(qiáng)度，甲的葉肉細(xì)胞C3含量減少，乙的葉肉細(xì)胞④含量減少B（3）連續(xù)光照和間隔光照下的有機(jī)物合成量分析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。②在總光照時(shí)間相同的條件下，光照和黑暗間隔處理比一直連續(xù)光照處理有機(jī)物積累量要多。A、B、C組依次加大光照一黑暗的交替頻率，每組處理的總時(shí)間均相同。單位光照時(shí)間內(nèi)光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量：C＞B＞A。③應(yīng)用：人工補(bǔ)光時(shí)，可適當(dāng)采用“光暗交替”策略，這樣，在提高光合產(chǎn)量的情況下，可大量節(jié)省能源成本。考點(diǎn)2條件變化時(shí)光合作用各物質(zhì)含量的變化

微專題5（1）光系統(tǒng)Ⅱ進(jìn)行水的光解，產(chǎn)生O2、H＋和自由電子(e-)，光系統(tǒng)Ⅰ主要是介導(dǎo)NADPH的產(chǎn)生。（2）電子(e-)經(jīng)過電子傳遞鏈：質(zhì)體醌→細(xì)胞色素b6f復(fù)合體→質(zhì)體藍(lán)素→光系統(tǒng)Ⅰ→鐵氧還蛋白→NADPH。1、光系統(tǒng)及電子傳遞鏈光系統(tǒng)是由蛋白質(zhì)和葉綠素等光合色素組成的復(fù)合物，具有吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的作用，包括光系統(tǒng)Ⅰ(PSⅠ)和光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)。(3)質(zhì)子濃度(電化學(xué))梯度的建立：①一些質(zhì)子(H＋)逆濃度從類囊體的基質(zhì)側(cè)泵入到囊腔側(cè)；另一些質(zhì)子(H＋)在類囊體的基質(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）類囊體膜對(duì)質(zhì)子高度不通透，類囊體內(nèi)的高濃度質(zhì)子只能通過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合成ATP。微專題5微專題52、C3植物和C4植物不同的植物，暗反應(yīng)的過程不一樣，而且葉片的解剖結(jié)構(gòu)也不相同。這是植物對(duì)環(huán)境適應(yīng)的結(jié)果。以下3種類型是因CO2的固定這一過程的不同而劃分的。(1)C3途徑：C3途徑是碳同化的基本途徑，也稱為卡爾文循環(huán)，可合成糖類、淀粉等多種有機(jī)物。C4途徑和CAM途徑都只起固定CO2的作用，最終還是通過C3途徑合成光合產(chǎn)物等。微專題5通過C3途徑固定CO2的植物稱為C3植物，C3植物屬于高光呼吸植物類型，光合速率較低，其種類多，分布廣，多生長于暖濕條件下，如大多數(shù)樹木、糧食類植物、煙草等。例：水稻、小麥、大豆、馬鈴薯等。(2)C4植物：通過C4途徑固定CO2的植物稱為C4植物，它們主要是那些生活在干旱熱帶地區(qū)的植物。在這種環(huán)境中，植物若長時(shí)間開放氣孔吸收CO2，會(huì)導(dǎo)致水分通過蒸騰作用過快散失。所以，植物只能短時(shí)間開放氣孔，CO2的攝入量必然少。植物必須利用這少量的CO2進(jìn)行光合作用，合成自身生長所需的物質(zhì)。無光合午休現(xiàn)象微專題5C4植物的兩次固定在空間上分開：在葉肉細(xì)胞內(nèi)固定CO2，在維管束鞘細(xì)胞中同化CO2。例：玉米、甘蔗、高粱、莧菜等。因?yàn)镻EP羧化酶與CO2的親和力大，低CO2濃度下也能固定，維持細(xì)胞內(nèi)高CO2濃度。3、景天酸代謝：CAM途徑(1)指生長在熱帶或亞熱帶干旱及半干旱地區(qū)的一些肉質(zhì)植物所具有的一種光合固定CO2的附加途徑。具有這種途徑的植物稱為CAM植物。微專題5(2)該途徑的特點(diǎn)是CAM植物氣孔只有晚上開放，將CO2生成蘋果酸等進(jìn)行固定，白天氣孔關(guān)閉，蘋果酸等則由液泡轉(zhuǎn)入葉綠體中再釋放CO2，再通過卡爾文循環(huán)轉(zhuǎn)變成糖。這是植物對(duì)干旱環(huán)境的適應(yīng)。(3)CAM植物兩次固定在時(shí)間上分開：在晚上固定CO2，在白天同化CO2。在暗反應(yīng)中，Rubisco能夠以CO2為底物實(shí)現(xiàn)CO2的固定；在光下，當(dāng)O2濃度高、CO2濃度低時(shí)，O2會(huì)競爭Rubisco，光的驅(qū)動(dòng)下將碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一個(gè)高耗能的反應(yīng)，正常生長條件下光呼吸就可損耗光合產(chǎn)物的25%～30%。過程如下圖所示：微專題54、光呼吸光呼吸現(xiàn)象產(chǎn)生的分子機(jī)制是O2和CO2競爭Rubisco。光呼吸對(duì)生物體有一定的危害。如果在較強(qiáng)光下，光呼吸加強(qiáng)，使C5氧化分解加強(qiáng)，一部分碳以CO2的形式散失，從而減少了光合產(chǎn)物