2025年人教版高考生物一轮复习：光合作用的原理

第16课时光合作用的原理

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

课标要求

变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。

2023•湖北-T82023•江苏-T192022・重庆―T23

1.光合作用的原理2021•广东-T122021•湖南-T182021•河北-T19

考情分析2021•重庆-T62020・天津-T5

2.光合作用和细胞2023・天津-T92022・天津-T162021•江苏-T20

呼吸的关系2021•山东-T16

考点一光合作用的原理

■整合必备知识

i.光合作用的概念：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。

2.光合作用的反应式：C02+H20^|^(CH20)+02O

3.光合作用的过程

项目光反应暗反应

H2O*

光下的

NADPH

多种酶谛

光/ATP》参加催化)

过程模型能XAAT-、

ADP+Pi

NADP*

—^*(CH2O)

光反应阶段暗反应阶段

实质光能转化为化学能，并放出02同化C02形成有机物

与光的关系必须在光下进行有光、没有光都能进行

场所在叶绿体内的类囊体薄膜上讲行在叶绿体基质中进行

①水的光解：①CO2的固定：

,酶

H2O-O2+2eCO2+C5*2c3

色素2

②C3的还原：

②NADPH的合成：

物质转化

2c3ATP、NADPH-C5+（CH2。）

NADP++H++2——NADPH

③ATP的合成：③ATP的水解：

ATP一蟹fADP+Pi+能量

ADP+Pi+能量一里一ATP

④NADPH的分解：

NADPH---NADP++H++21

光能fATP和NADPH中活跃的化ATP和NADPH中活跃的化学能一

能量转化

学能有机物中稳定的化学能

H20CO2

关系光能T光乌应暗号应）

K、ADP+Pi/（CfU）

4.化能合成作用与光合作用的对比

项目光合作用化能合成作用

条件光、色素、酶酶

原料C02和H2。等无机物

产物糖类等有机物

能量来源光能某些无机物氧化时释放的能量

生物种类绿色植物、蓝细菌等硝化细菌、硫细菌等

【归纳总结】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C02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：

光

反

应

一I变弱

光NADPHkATPl

变消耗减少，合成暂不变

弱C3

减弱：*Cf

一DI3

TT暂不变|C5消耗暂不变，合成减少、

C5I

C3合成减少，消耗暂不变小.

con减弱--------------------->c3l

供2

ID暂不变C5消耗减少，合成暂不％Cst

应

减心?后减弱》NADPH卜ATPf

少I暂不变

（2）“模型法”表示C3和C5等物质含量变化

*

光C.5、NADPH、

盘光照，光照弱

照

眼ATP.(CHO)

强2

强

会合成量

____C5、NADPH、

N一ATP、(CHO)

2'X

:合成量

时间时间

图1图2

CC)2无足

CO21co2C0

2、(

充足环足G、NADPH、不足,,——CCH2O)

''合成量

ATP

C3>(CH2O)KG、NADPH、

合成量ATP

O时间o时间

图3图4

【判断正误】

(1)光反应将光能转化为稳定的化学能储存在ATP中(X)

提示光反应将光能转化为储存在ATP和NADPH中活跃的化学能。

(2)暗反应中CO2可接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原(X)

提示暗反应中，CCh不能直接被NADPH还原，必须经过C02的固定形成C3,再在有关酶

的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。

141414

(3)暗反应中14c的转移途径是14co2---C3---C5-->(CH2O)(X)

提示在暗反应阶段中14c的转移途径是14co2-14c3一(1久e0)。

■提升关键能力

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、维持大气的碳一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CF。和CFi两部分组成，贝!|：

3H+

ADP+Pi*ATP+H,O

NADP++H+NADPHV'

(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,失去屋的叶绿素分子，能够

从水分子中夺取e\使水分解为氧和H+；电子七一)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NADPH和ATP中。

(2)据图分析，使类囊体膜两侧H+浓度差增加的过程有水的光解产生H+；P。运输H+；合成

NADPH消耗H*。

(3)由图可知，图中ATP合成酶的作用有运输H+和催化ATP的合成。合成ATP依赖于类囊体

膜两侧的H+浓度差形成的电化学势能o

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。

〃^能人。叶绿体:二叶肉细胞

磷酸丙糖

一NAD*淀粉

-NADPH转运器

-ADP+Piy二^循环,5Pid

fATP一磷酸丙糖二*磷酸1

2'了就加丙糖

I0।ii________।

光反应暗反应

,蔗糖

图1

(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维持叶绿体内磷酸丙糖和Pi的总含量不变的原因是Pi与磷酸丙糖通过

磷酸丙糖转运器严格按照1:1反向交换进行转运。

(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C02的固定速率会减慢，请结合

上述(1)中信息推测原因为外界磷酸浓度低的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C02的固定。

(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

是非还原糖较稳定。

(4)如图2中To〜冗表示的是适宜条件下生长的番茄叶绿体(NADPH、ADP、C3或C5)中某两

种化合物的含量，刀〜心则表示改变其生长条件后两种化合物的含量变化。若不时刻降低了

培养液中NaHCCh的浓度，则物质甲、乙分别指的是C5、NADPH。若Ti时刻降低了光照强

度，则物质甲、乙分别指的是ADP、C3。

**

如

领

玄

玄

箕

箕

旺7

To八T2T3

图2

(5)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

的光合作用效率大于(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”处理时能充分利用光合作用光反应产生的NADPH和ATP。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更快(填“更快”或“更慢”)。图3中两条曲线

所围成的面积Si等于（填“大于”“等于”或“小于”）S2。

(

T

s0s，

•8・

ZIZ

U—6U

II

•4,

II

02O

UU

I

TI

I

)o-2

光照黑暗光照黑暗光照黑暗

开始开始开始开始开始开始

图3

■评价迁移应用

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Ch若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜

B.NADP+与电子仁一）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（1）的有序传递是完成光能转换的重要环节

答案A

解析水光解产生。2的场所是叶绿体的类囊体薄膜的内侧，若被有氧呼吸利用，则。2在线

粒体内膜上被利用，02从叶绿体类囊体薄膜开始，穿过叶绿体2层膜，然后进入同一细胞中

的线粒体，再穿过线粒体的2层膜，所以至少要穿过5层膜，A错误；光反应中NADP+与电

子（1）和质子（H+）结合形成NADPH,然后在暗反应过程中被消耗，B正确；由图可知，产生

的ATP可用于暗反应以及核酸代谢、色素合成等其他消耗能量的反应，C正确；电子（1）在

类囊体薄膜上的有序传递是完成光能转换的重要环节，D正确。

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。

加入ADP平衡后的类囊体力口人ADP

光照条件黑暗条件光照条件光照条件黑暗条件

In

pHtBf

-A/

“光%

丽

光/暗处理时悬液pH变化

m

⑴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”）。

（2）在图I实验基础上进行图n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。

（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o

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

（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o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）。

答案（1）保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂低温（2）实验H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）类囊体膜外H+

被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高水（4）NADPH、ATP和C02增加C02浓度和适

当提高环境温度

考点二光合作用与细胞呼吸的关系

■整合必备知识

rn光合作用QHg有氧呼吸

co2

,各项

ATP

NADPHNADP+ATPADP+Pi生命

ADP+Pi活动

光TT

能fOH0

释放吸收2

在叶绿体中主要在线粒体中

（1）物质方面

c

呼吸-

c有氧

吸「s

有氧呼

应c

暗反

C-c

2

c

3Hd

°

r

物i

质

氧呼吸

应c有

c光反

方o

HO

TI

2

"

三阶段

-5第

0

面-4

一

吸

有氧呼

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U暗

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反应ZA

uc光

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一

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L21

HO

氧呼吸

「印有

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回第

量万面

(2)能

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X)

程(

作用过

和光合

氧呼吸

完成有

以独立

，可

浮液

体悬

叶绿

体和

线粒

整的

取完

(1)提

的，

进行

质中

质基

细胞

是在

一阶段

吸的第

有氧呼

其中

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氧呼吸

体是有

线粒

提示