第三单元　第十三课时　光合作用的原理-2027年高考生物一轮复习课件（含讲义及答案）

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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。2.光合作用的反应式：CO2＋H2O (CH2O)＋O2。
ATP和NADPH中的化学能
(1)叶绿体中光合色素吸收的光能，一方面用于H2O的分解和NADPH的合成；一方面用于ATP的合成。(2)水分解为氧和H＋的同时，被叶绿素夺去两个电子，电子经传递可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH，NADPH既可作还原剂，又可为暗反应提供能量。
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，16)
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，11)
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，7)
(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，7)(5)光合作用的解析促进花期控制技术的成熟(2024·广东，4)
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、Cytb6f、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)根据以上情境素材中的信息，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)。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)磷酸丙糖转运器能够协同进行磷酸的运入和磷酸丙糖的运出，这种转运严格遵循比例为1∶1的反向转运原则，即每运入1分子磷酸，就会有1分子磷酸丙糖被运出叶绿体。因此，磷酸丙糖的运出与否取决于细胞质基质和叶绿体中Pi的浓度，细胞质基质Pi浓度 ，促进磷酸丙糖的 ，利于 的合成，细胞质基质Pi浓度 ，磷酸丙糖滞留在叶绿体，利于 的合成。
(2)和葡萄糖、淀粉相比，蔗糖具有高稳定性和高水溶性的特点，成了光合产物长距离 的主要形式。蔗糖分子从叶肉细胞进入到叶脉维管束后，经 运输至其他部位或利用或贮存。
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 。
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.(2023·湖北，8)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PS Ⅰ和PS Ⅱ光复合体，PS Ⅱ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PS Ⅱ光复合体上的蛋白质LHC Ⅱ，通过与PS Ⅱ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHC Ⅱ与PS Ⅱ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，PS Ⅱ光复合体对光能的捕获增强B.Mg2＋含量减少会导致PS Ⅱ光复合体对光能的捕获减弱C.弱光下LHC Ⅱ与PS Ⅱ结合，不利于对光能的捕获D.PS Ⅱ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2
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)。
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·遂宁一模)如图是生物兴趣小组绘制的桑叶光合作用过程的示意图，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用过程的两个阶段，①～④表示物质。下列叙述正确的是
A.Ⅰ只在有光照下进行，Ⅱ有无光照都能持续进行B.①、②均可参与Ⅱ过程，②、ATP均可为④的合成提供能量C.与光合作用有关的色素、酶分别位于类囊体薄膜、基质中D.适宜光照条件下突然提高③的浓度，短时间内叶绿体中C5/C3的比值会 降低
一、基础排查判断下列关于光合作用原理的叙述(1)没有叶绿体的生物不能进行光合作用(　　)
提示　蓝细菌含有叶绿素和藻蓝素，也能进行光合作用，但没有叶绿体。
(2)光反应在叶绿体的类囊体薄膜上进行，暗反应在叶绿体的基质中进行(　　)
(3)水分解为氧和H＋，H＋可用于与NAD＋(氧化型辅酶Ⅰ)结合形成NADPH(　　)
提示　水分解为氧和H＋，H＋可用于与NADP＋(氧化型辅酶Ⅱ)结合形成NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。
(4)CO2和C5结合的过程需要消耗储存在ATP和NADPH中的化学能(　　)
提示　C3的还原需要消耗储存在ATP和NADPH中的化学能，而CO2和C5结合的过程即CO2的固定不需要。
(5)光合作用的暗反应能为光反应提供Pi、ADP和NADP＋等(　　)(6)光反应将光能转化为储存在ATP和NADPH中的化学能，暗反应将ATP和NADPH中的化学能转化为储存在有机物中的化学能(　　)(7)在自然界中，只有光合作用可以将CO2和H2O合成糖类(　　)
提示　少数种类的细菌如硝化细菌通过化能合成作用将CO2和H2O合成糖类。
2.光合作用分为光反应和暗反应两个阶段。光反应阶段必须有光才能进行，场所在类囊体的薄膜。暗反应阶段不直接依赖光，场所在叶绿体基质。3.光合色素吸收的光能，有两方面用途。一是将水分解为氧和H＋，同时被叶绿素夺去两个电子，氧直接以氧分子的形式释放出去，电子经传递，用于H＋与氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)结合，形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP与Pi反应形成ATP。
4.NADPH作为活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用。ATP为暗反应阶段提供能量。5.暗反应阶段：(1)CO2的固定：CO2在特定酶的作用下与C5结合形成C3。(2)C3的还原：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。随后，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类，另一些形成C5。6.光合作用中的能量转化：光能转化成ATP和NADPH中的化学能，再转化成糖类中的化学能。
7.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。8.(必修1P106)硝化细菌能将土壤中的氨(NH3)氧化成亚硝酸(HNO2)，进而将亚硝酸氧化成硝酸(HNO3)。这两个化学反应中释放出的化学能，就被硝化细菌用来将CO2和H2O合成糖类。
精练高频考点提升关键能力
(1)类囊体薄膜　叶绿体基质　ATP、NADPH　(2)协助扩散　减少　减慢　(3)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DCIP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　②ATP的合成依赖水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过囊体薄膜上的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的产生效率相对值依次降低
(1)类囊体薄膜　光合色素　(2)强光　MV会导致植物光合色素含量降低，MV浓度越高，作用越明显，且C37蛋白缺失突变体中叶绿素含量下降更明显　(3)水　氧气
(1)叶绿体基质　(2)升高　降低　(3)①马铃薯的不同品种，不同光周期处理和处理的天数　②NB1品种的中日照组，在处理45～60 d期间　③长日照抑制了SUT1对蔗糖的转运能力，蔗糖在韧皮部的装载和长距离运输中受阻，因此没有形成马铃薯块茎
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.(2026·河南青桐鸣联考)光照和温度等条件适宜时，棉花叶片光合作用强度大于呼吸作用强度。如图为棉花叶片光合作用过程示意图，图中A～G代表相关物质，酶a、酶b分别为暗反应及光合产物转化的关键酶。下列叙述错误的是A.若光照和温度等条件适宜，物质G来 自细胞呼吸和外界环境B.酶a催化的反应属于暗反应，可将物质G固定为物质FC.物质D为类囊体膜上合成的ATP，能为F到E的过程提供能量D.酶b可催化三碳糖转化为淀粉和蔗糖，蔗糖可被运往棉铃等器官
3.(2026·安徽江淮十校联考)如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，下列叙述正确的是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.类囊体腔中的H＋仅来自水的光解C.光反应产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应D.光反应合成ATP的能量直接来源于光能
4.(2026·新乡大联考)卡尔文与同事以小球藻探明了光合作用中的碳固定途径，为了进一步探究14CO2和哪种物质结合生成C3，卡尔文在反应中将14CO2的浓度由1%突然降至0.003%，检测部分物质的含量变化，结果如图所示。下列有关推测错误的是A.物质a可能为NADPH和ATPB.物质b可能为C5C.物质c可能为C3D.若300s后停止光照，短时间内物质b的 相对含量将增多
5.(2026·安徽百师联盟联考)亚硝酸细菌和硝酸细菌是土壤中普遍存在的化能自养型细菌，前者将氨氧化为亚硝酸，后者将亚硝酸氧化为硝酸，其过程如图所示。下列叙述错误的是A.能否利用光能是光合作用和化能合 成作用的本质区别B.氧化氨和亚硝酸的过程都能释放出化学能，这两种细菌都能利用相应的 能量合成有机物C.细菌的化能合成作用可降低土壤中硝酸盐含量，有利于植物渗透吸水D.亚硝酸细菌化能合成作用与植物光合作用的能量来源和发生场所均不相同
6.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.(2025·淮北模拟)PHO蛋白是植物体内重要的磷转运蛋白，其在叶片中的作用过程如图所示。有研究发现：PHO突变植株的种子中Pi浓度增加，而叶片中Pi浓度降低。下列叙述正确的是
A.磷元素是ATP和NADPH、叶绿素等物质的重要组成部分B.当PHO被抑制时，植物的光反应被抑制，暗反应不受影响C.据图分析，磷酸丙糖转运蛋白转运磷酸丙糖对Pi转运的影响属于负反馈D.根据信息可推断PHO蛋白还可能参与植物体不同器官中Pi的重新分配
8.(2025·宜宾二模)德国科学家瓦尔堡设法把光合作用的光反应、暗反应分开研究，他的方法是在人工光源“间歇光”下测定光合作用。科研人员重新设计瓦尔堡的实验：分离出某植物的叶绿体，让叶绿体交替接
受5秒光照、5秒黑暗处理，持续进行20分钟，并用灵敏传感器记录环境中O2和CO2的变化，部分实验记录如图所示，图中S代表面积。下列叙述错误的是A.据实验结果推测，与连续光照相比，间歇光照能够提高光能利用率B.据图所知a～e段中，光反应阶段为a～d段，暗反应阶段为d～e段C.S1＋S2、S2＋S3可分别表示光反应释放的O2总量与暗反应吸收的CO2总量D.黑暗开始后CO2吸收速率稳定一段时间后迅速下降，该段时间内C5的含量减少
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，下列叙述错误的是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环境中的葡萄糖
二、非选择题10.(2026·安徽名校联考)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。回答下列问题。
(1)叶绿体中，光合色素附着在____________上，这是光反应的关键结构基础；暗反应的关键酶分布于____________，催化反应时，会把_____________中的化学能转化为(CH2O)中的化学能。
(2)图b中H＋进入叶绿体基质侧的跨膜运输方式是__________。若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋含量______，图b中电子传递速率会_____(填“加快”或“减慢”)。
(3)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。
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DCIP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的合成依赖水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过囊体薄膜上的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的产生效率相对值依次降低
11.(2025·鄂州三模)某些植物在强光下产生电子过多导致活性氧积累，而细胞内活性氧积累会加快细胞凋亡引发萎黄病。为研究植物对强光的适应性，科研人员进行了一系列探究。回答下列问题：
(1)光合作用的光反应发生在___________上，某些膜上蛋白与_________形成的复合体可吸收、传递、转化光能。
(2)用不同浓度的MV(一种可产生活性氧的物质)对野生型和C37蛋白缺失突变体叶片进行处理，检测叶绿素含量，结果如图1。MV模拟的是______环境，从实验结果可以得出_______________________________________________________________________________________________________。
MV会导致植物光合色素含量降低，
MV浓度越高，作用越明显，且C37蛋白缺失突变体中叶绿素含量下降更明显
(3)光系统Ⅰ和Ⅱ是完成光反应必需的，请据图2回答：在光照条件下，光系统Ⅱ(PS Ⅱ)吸收光能产生高势能电子，PS Ⅱ中部分叶绿素a失去电子转化为强氧化剂，从____中夺取电子引起______释放。
12.(2025·成都二模)马铃薯植株下侧叶片合成的有机物通过筛管主要运向块茎贮藏。图1是马铃薯光合作用产物的形成及运输示意图，蔗糖从叶肉细胞转运至韧皮部细胞需要蔗糖转运蛋白(SUT1)。据图回答下列问题：(1)图1所示的①②过程进行的场所是叶肉细胞的______________。
(2)在成功导入蔗糖转运蛋白反义基因的马铃薯植株中，叶片中可溶性糖和淀粉总量________，最终导致块茎产量________。
(3)科研人员以Q9、NB1、G2三个品种的马铃薯为材料，研究不同光周期处理对马铃薯块茎产量的影响，在24 h昼夜周期中对马铃薯幼苗分别进行16 h(长日照)、12 h(中日照)、8 h(短日照)三种光照时间处理，保持其他条件相同且适宜，研究人员在培养至45 d、60 d、75 d时测量每组平均单株产量，只有中日照和短日照处理组有块茎生成，结果如图2所示。
①分析上述信息可知，该实验的自变量是______________________________________________。
马铃薯的不同品种，不同光周
②图2实验结果表明，单位时间内平均单株产量增加量最大的实验组和时间段为________________________________________。③进一步研究表明，SUT1对蔗糖在韧皮部的装载和长距离运输中起关键作用，光周期调节马铃薯块茎的形成与光合产物的运输有关。请结合以上信息推测：16 h光照下没有生成马铃薯块茎的原因可能是__________________________________________________________________________________________________(答出1点即可)。
NB1品种的中日照组，在处理45～60 d期间
了SUT1对蔗糖的转运能力，蔗糖在韧皮部的装载和长距离运输中受阻，因此没有形成马铃薯块茎