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第16 课时 光合作用的原理
课标要求
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。
考情分析
1.光合作用的原理
2023·湖北·T8 2023·江苏·T19 2022·重庆·T23
2021·广东·T12 2021·湖南·T18 2021·河北·T19
2021·重庆·T6 2020·天津·T5
2.光合作用和细胞
呼吸的关系
2023·天津·T9 2022·天津·T16 2021·江苏·T20
2021·山东·T16
考点一 光合作用的原理
1 ．光合作用的概念：绿色植物通过________________ ，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。
3．光合作用的过程
项目
光反应
暗反应
过程模型
实质
光能转化为化学能，并放出O2
同化CO2形成有机物
与光的关系
必须在______下进行
有光、没有光都能进行
场所
在叶绿体内的
____________________上进行
在叶绿体________中进行
物质转化
①水的光解：
H2O――→2H＋＋O2＋2e－
②NADPH 的合成：
NADP＋＋H＋＋2e－――→NADPH
③ATP 的合成：
①CO2的固定：
CO2＋C5――→2C3
②C3的还原：
2C3――→C5＋(CH2O)
③ATP 的水解：
1
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ADP＋Pi＋能量――→ATP
ATP――→ADP＋Pi＋能量
④NADPH 的分解：
NADPH――→NADP＋＋H＋＋2e－
能量转化
光能
→_________________________
___________________________
ATP 和NADPH 中活跃的化学能
→______________________________
________________________________
关系
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
CO2和H2O 等无机物
产物
________等有机物
能量来源
生物种类
绿色植物、蓝细菌等
________________、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
2
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(1)光反应将光能转化为稳定的化学能储存在ATP 中( )
(2)暗反应中CO2可接受ATP 和NADPH 释放的能量，并且被NADPH 还原( )
(3)暗反应中14C 的转移途径是14CO2―→14C3―→14C5―→(14CH2O)( )
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。
3
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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维持叶绿体内磷酸丙糖和Pi 的总含量不变的原因是
________________。
(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__________________。
(4)如图2 中T0～T1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，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____________。
(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________(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。
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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
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”)。
(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________________________
___________________________________________________________________________。
(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
______________。
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(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)。
考点二 光合作用与细胞呼吸的关系
(1)物质方面
(2)能量方面
(1)提取完整的线粒体和叶绿体悬浮液，可以独立完成有氧呼吸和光合作用过程( )
(2)用HO 浇灌植物，周围空气中的H2O、O2、CO2都能检测到18O( )
(3)植物细胞都能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)( )
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考向二 光合作用与细胞呼吸的关系
3．(2023·天津，9)如图是某种植物光合作用及呼吸作用部分过程的图，关于此图说法错误的
是( )
A．HCO 经主动运输进入细胞质基质
B．HCO 通过通道蛋白进入叶绿体基质
C．光反应生成的H＋促进了HCO 进入类囊体
D．光反应生成的物质X 保障了暗反应的CO2供应
4．(2022·天津，16)利用蓝细菌将CO2转化为工业原料，有助于实现“双碳”目标。
(1)蓝细菌是原核生物，细胞质中同时含有ATP、NADPH、NADH(呼吸过程中产生的[H])和
丙酮酸等中间代谢物。ATP 来源于__________和__________等生理过程，为各项生命活动提
供能量。
(2)蓝细菌可通过D－乳酸脱氢酶(Ldh)，利用NADH 将丙酮酸还原为D－乳酸这种重要的工
业原料。研究者构建了大量表达外源Ldh 基因的工程蓝细菌，以期提高D－乳酸产量，但结
果并不理想。分析发现，是由于细胞质中的NADH 被大量用于_______________产生ATP，
无法为Ldh 提供充足的NADH。
(3)蓝细菌还存在一种只产生ATP 不参与水光解的光合作用途径。研究者构建了该途径被强
化的工程菌K，以补充ATP 产量，使更多NADH 用于生成D－乳酸。测定初始蓝细菌、工
程菌K 中细胞质ATP、NADH 和NADPH 含量，结果如表。
注：数据单位为pmol/OD730。
菌株
ATP
NADH
NADPH
初始蓝细菌
626
32
49
工程菌K
829
62
49
由表可知，与初始蓝细菌相比，工程菌K 的ATP 含量升高，且有氧呼吸第三阶段
________(填“被抑制”“被促进”或“不受影响”)，光反应中的水光解__________(填“被
抑制”“被促进”或“不受影响”)。
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(4)研究人员进一步把Ldh 基因引入工程菌K 中，构建工程菌L。与初始蓝细菌相比，工程
菌L 能积累更多D－乳酸，是因为其________(双选)。
A．光合作用产生了更多ATP
B．光合作用产生了更多NADPH
C．有氧呼吸第三阶段产生了更多ATP
D．有氧呼吸第三阶段节省了更多NADH
1．(必修1 P103)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
NADPH
。
NADPH
的
作
用
是
______________________________________。
2．(必修1 P104)光合作用的产物有一部分是____________，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进
入______________，再通过韧皮部运输到植株各处。
3．(必修1 P106)请根据光合作用的基本过程，填充如图：
4．请写出光合作用的反应式(产物为C6H12O6)：___________________________________。
5．(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)。
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