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课时跟踪检测（十三） 光合作用的原理
一、选择题
1.(2025·常德模拟)下列关于探索光合作用原理的部分实验，描述错误的是(　 )
A.卡尔文用14C标记CO2，探明了CO2中的碳转化为有机物中的碳的途径
B.希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
C.阿尔农发现水的光解过程伴随着ATP的合成
D.鲁宾和卡门利用同位素18O同时标记CO2和H2O，证明光合作用释放的O2来自水
2.(2025·武汉模拟)CO2是制约水生植物光合作用的重要因素。蓝细菌中有特殊的CO2浓缩机制，如图所示。其中光合片层膜上含有与光合作用有关的色素，羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。下列叙述错误的是(　 )
A.蓝细菌光合片层膜上含有的色素和绿色植物绿叶中的色素不完全相同
B.蓝细菌的细胞膜和光合片层膜上发生光反应，暗反应则发生在羧化体中
C.CO2不仅可以自由扩散通过细胞膜，还可以主动运输通过光合片层膜
D.蓝细菌的CO2浓缩机制与HC转运蛋白和CO2转运蛋白有关
3.(2025·大庆模拟)科研人员将菠菜叶肉细胞的类囊体用软骨细胞膜封装的方法进行“伪装”，植入实验小鼠软骨受损部位，再通过外部光源刺激类囊体在小鼠体内工作。实验发现，在光照的刺激下，实验小鼠衰老细胞的合成代谢得到恢复，小鼠的关节状况也得到一定的改善。进一步研究发现，类囊体中的部分关键光合蛋白在光照下约8~16小时后就被完全降解。下列相关说法错误的是(　 )
A.“伪装”的目的主要是使类囊体与实验小鼠细胞进行融合
B.ATP和NADPH可能是实验小鼠衰老细胞合成代谢中的重要“原材料”
C.植入类囊体的实验小鼠细胞内自由基的含量可能会下降
D.关键光合蛋白的寿命是限制该实验成果推广的因素之一
4.科研人员分离出某植物叶肉细胞的叶绿体，让叶绿体接受5 s光照、5 s黑暗交替(间歇光)处理，持续进行20 min，并用灵敏传感器记录密闭环境中O2和CO2的变化，结果如图(S1、S2、S3分别表示相邻的曲线围成的图形面积)。下列叙述错误的是(　 )
A.ac段，叶绿体的光反应速率明显大于暗反应速率
B.de段，CO2吸收速率变慢的原因是C3还原速率减慢
C.S1+S2的数值可表示光反应速率，S1的数值大于S3
D.总光照时间相同时，间歇光处理有助于有机物积累
5.(2025·衡水模拟)淀粉和蔗糖是叶肉细胞光合作用的两种主要终产物，Pi在二者分配过程中起到了重要调节作用，其过程如图。下列叙述正确的是(　 )
A.磷脂是生物膜的重要组分，中心体和核糖体不含磷
B.CO2形成三碳糖磷酸的过程中，NADPH不供能，只作为还原剂
C.若光照骤减，短时间内核酮糖-1，5-二磷酸的含量减少
D.若抑制磷酸转运器的功能，卡尔文循环会马上停止
二、非选择题
6.(11分)(2025·池州模拟)中国科学家在人工合成淀粉方面取得重大突破——在国际上首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成。其相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，回答下列问题。
(1)该系统中模块　　　　执行的功能相当于光合作用的光反应阶段，模块2中转化的能量主要贮存于　　　　　　(物质)中，模块3中的乙是　　　　　　　　。(3分)
(2)若运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将　　　　(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率会　　　　，原因是　。(4分)
(3)在实验室利用CO2人工合成淀粉，类似于光合作用过程的　　　　阶段。人工合成淀粉源于光合作用过程中碳原子转移途径的研究，若利用小球藻研究光合作用过程中碳原子转移途径，实验设计思路是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。(4分)
7.(11分)番茄植株在高CO2环境与高O2环境下C5的代谢途径不同，图甲表示番茄叶肉细胞内CO2和O2与C5的竞争结合途径。图乙表示将番茄叶片置于密闭小室内，分别在CO2浓度为0与0.03%的条件下测得小室内的CO2浓度变化。
回答下列问题：
(1)番茄叶肉细胞中光合作用产生O2的场所是　　　　　　。当番茄植株大量失水时，叶片中　　　　　(填激素名称)的浓度会升高引起气孔关闭，短期内C3含量将　　　　　(填“上升”“不变”或“下降”)。高CO2环境下，若卡尔文循环合成的糖是葡萄糖，则生成1分子葡萄糖需要消耗　　　　　分子CO2。(4分)
(2)光呼吸需要在　　　(填“有光”或“无光”)条件下进行。图甲中参与光呼吸的细胞器是　　　　　，CO2和O2与C5竞争结合的场所是　。(3分)
(3)图乙中，曲线a的0~t1时段番茄叶片释放的CO2来源于　　　　　(填生理过程)，t1~t2时段，CO2的释放速率有所增加，此阶段的CO2来源于　　　　　　　　　　　(填生理过程)。曲线b，当时间到达t2点后，小室内CO2浓度不再改变，其原因是　。(4分) 课时跟踪检测（十三） 光合作用的原理
一、选择题
1.(2025·常德模拟)下列关于探索光合作用原理的部分实验，描述错误的是(　 )
A.卡尔文用14C标记CO2，探明了CO2中的碳转化为有机物中的碳的途径
B.希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
C.阿尔农发现水的光解过程伴随着ATP的合成
D.鲁宾和卡门利用同位素18O同时标记CO2和H2O，证明光合作用释放的O2来自水
解析：选D　卡尔文通过追踪检测14C标记的CO2，探明了CO2中的碳在光合作用过程中转化为有机物中的碳的途径，A正确；希尔的实验说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应，B正确；阿尔农发现，在光照下，叶绿体可以合成ATP，并且叶绿体合成ATP的过程总是与水的光解相伴随，C正确；鲁宾和卡门利用同位素18O分别标记CO2和H2O，证明光合作用释放的O2来自水，D错误。
2.(2025·武汉模拟)CO2是制约水生植物光合作用的重要因素。蓝细菌中有特殊的CO2浓缩机制，如图所示。其中光合片层膜上含有与光合作用有关的色素，羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。下列叙述错误的是(　 )
A.蓝细菌光合片层膜上含有的色素和绿色植物绿叶中的色素不完全相同
B.蓝细菌的细胞膜和光合片层膜上发生光反应，暗反应则发生在羧化体中
C.CO2不仅可以自由扩散通过细胞膜，还可以主动运输通过光合片层膜
D.蓝细菌的CO2浓缩机制与HC转运蛋白和CO2转运蛋白有关
解析：选B　蓝细菌中存在与光合作用有关的叶绿素和藻蓝素，依题干可知，这些色素应该位于光合片层膜上，而绿色植物绿叶中的色素主要是叶绿素和类胡萝卜素，与蓝细菌不完全相同，A正确。蓝细菌中的色素位于光合片层膜上，故光反应发生在光合片层膜上；由图可知，暗反应(CO2的固定和还原)发生在羧化体中，B错误。由题图可知，CO2通过细胞膜不需要转运蛋白，也不需要能量，为自由扩散；CO2通过光合片层膜经过CO2转运蛋白，需要能量，为主动运输，C正确。由图可知，蓝细菌通过CO2转运蛋白主动吸收的CO2在光合片层膜内转化为HC后，与通过HC转运蛋白主动吸收的HC一同进入羧化体，转化为CO2后供蓝细菌暗反应利用，故蓝细菌的CO2浓缩机制与HC转运蛋白和CO2转运蛋白有关，D正确。
3.(2025·大庆模拟)科研人员将菠菜叶肉细胞的类囊体用软骨细胞膜封装的方法进行“伪装”，植入实验小鼠软骨受损部位，再通过外部光源刺激类囊体在小鼠体内工作。实验发现，在光照的刺激下，实验小鼠衰老细胞的合成代谢得到恢复，小鼠的关节状况也得到一定的改善。进一步研究发现，类囊体中的部分关键光合蛋白在光照下约8~16小时后就被完全降解。下列相关说法错误的是(　 )
A.“伪装”的目的主要是使类囊体与实验小鼠细胞进行融合
B.ATP和NADPH可能是实验小鼠衰老细胞合成代谢中的重要“原材料”
C.植入类囊体的实验小鼠细胞内自由基的含量可能会下降
D.关键光合蛋白的寿命是限制该实验成果推广的因素之一
解析：选A　“伪装”的目的主要是防止实验小鼠出现免疫排斥，A错误；通过外部光源刺激类囊体在小鼠体内工作，衰老细胞的合成代谢得到恢复，类囊体中进行的是光合作用中的光反应阶段，会产生ATP和NADPH，所以ATP和NADPH可能是实验小鼠衰老细胞合成代谢中的重要“原材料”，B正确；自由基会攻击蛋白质、磷脂等生物分子，导致细胞衰老，植入类囊体后实验小鼠衰老细胞的合成代谢得到恢复，可见其自由基含量可能会下降，C正确；类囊体中的部分关键光合蛋白在光照下约8~16小时后就会被完全降解，所以关键光合蛋白的寿命是限制该实验成果推广的因素之一，D正确。
4.科研人员分离出某植物叶肉细胞的叶绿体，让叶绿体接受5 s光照、5 s黑暗交替(间歇光)处理，持续进行20 min，并用灵敏传感器记录密闭环境中O2和CO2的变化，结果如图(S1、S2、S3分别表示相邻的曲线围成的图形面积)。下列叙述错误的是(　 )
A.ac段，叶绿体的光反应速率明显大于暗反应速率
B.de段，CO2吸收速率变慢的原因是C3还原速率减慢
C.S1+S2的数值可表示光反应速率，S1的数值大于S3
D.总光照时间相同时，间歇光处理有助于有机物积累
解析：选C　由题图信息分析，虚线表示O2释放速率的变化，实线表示CO2吸收速率的变化，ac段O2释放速率大于CO2吸收速率，说明叶绿体的光反应速率明显大于暗反应速率，A正确；de段在黑暗条件下进行，导致光反应产生的ATP和NADPH受阻，C3还原速率减慢，CO2固定减慢，所以导致CO2吸收速率变慢，B正确；在一个光周期内，O2释放速率和CO2吸收速率均从0开始经过一段时间的反应以后又变为0，结合光合作用的总反应式来看，S1+S2表示光反应释放的O2总量，S2+S3表示暗反应吸收的CO2总量，在一个光周期内释放的O2总量与暗反应吸收的CO2总量是相等的，即S1+S2=S2+S3，所以S1=S3，C错误；光照总时间相同的情况下，与连续光照处理相比，间歇光处理能充分利用光反应产生的NADPH和ATP，故间歇光处理合成的有机物更多，光合作用效率更高，D正确。
5.(2025·衡水模拟)淀粉和蔗糖是叶肉细胞光合作用的两种主要终产物，Pi在二者分配过程中起到了重要调节作用，其过程如图。下列叙述正确的是(　 )
A.磷脂是生物膜的重要组分，中心体和核糖体不含磷
B.CO2形成三碳糖磷酸的过程中，NADPH不供能，只作为还原剂
C.若光照骤减，短时间内核酮糖-1，5-二磷酸的含量减少
D.若抑制磷酸转运器的功能，卡尔文循环会马上停止
解析：选C　磷脂参与构成生物膜的基本支架，中心体由蛋白质纤维组成，不含磷元素，核糖体由蛋白质和RNA组成，含磷元素，A错误；CO2形成三碳糖磷酸的过程中，NADPH既作还原剂，也提供能量，B错误；若光照骤减，光反应产生的ATP和NADPH会减少，C3还原过程减慢(即C5的生成减少)，而C5的消耗暂时不变，导致短时间内核酮糖-1，5-二磷酸(C5)的含量减少，C正确；若抑制磷酸转运器的功能，会导致叶绿体内Pi含量下降，进而影响卡尔文循环，但卡尔文循环不会马上停止，D错误。
二、非选择题
6.(11分)(2025·池州模拟)中国科学家在人工合成淀粉方面取得重大突破——在国际上首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成。其相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，回答下列问题。
(1)该系统中模块　　　　执行的功能相当于光合作用的光反应阶段，模块2中转化的能量主要贮存于　　　　　　(物质)中，模块3中的乙是　　　　　　　　。(3分)
(2)若运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将　　　　(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率会　　　　，原因是　。(4分)
(3)在实验室利用CO2人工合成淀粉，类似于光合作用过程的　　　　阶段。人工合成淀粉源于光合作用过程中碳原子转移途径的研究，若利用小球藻研究光合作用过程中碳原子转移途径，实验设计思路是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。(4分)
解析：(1)该系统中的模块1和模块2的功能相当于光合作用光反应阶段的光合色素对光能的吸收和水的光解，同时通过模块1和模块2将光能转化为电能再转化为化学能储存在ATP和NADPH中。模块3的功能相当于光合作用的暗反应，甲与CO2结合完成CO2的固定，则甲为五碳化合物(或C5)，乙为三碳化合物(或C3)。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则CO2浓度突然降低，CO2的固定受阻，而三碳化合物(C3)的还原短时间内仍正常进行，因此短时间内会导致三碳化合物(C3)含量减少。暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+，若该系统气泵停转时间较长，则模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足，从而导致模块2中的能量转换效率也会下降。(3)在实验室利用CO2人工合成淀粉，类似于光合作用过程的暗反应阶段。若利用小球藻研究光合作用过程中碳原子转移途径，可以用14C标记CO2供给小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性。
答案：(1)1、2　ATP、NADPH　C3　(2)减少　下降　ADP、Pi、NADP+供应不足　(3)暗反应　用14C标记CO2供给小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性
7.(11分)番茄植株在高CO2环境与高O2环境下C5的代谢途径不同，图甲表示番茄叶肉细胞内CO2和O2与C5的竞争结合途径。图乙表示将番茄叶片置于密闭小室内，分别在CO2浓度为0与0.03%的条件下测得小室内的CO2浓度变化。
回答下列问题：
(1)番茄叶肉细胞中光合作用产生O2的场所是　　　　　　。当番茄植株大量失水时，叶片中　　　　　(填激素名称)的浓度会升高引起气孔关闭，短期内C3含量将　　　　　(填“上升”“不变”或“下降”)。高CO2环境下，若卡尔文循环合成的糖是葡萄糖，则生成1分子葡萄糖需要消耗　　　　　分子CO2。(4分)
(2)光呼吸需要在　　　(填“有光”或“无光”)条件下进行。图甲中参与光呼吸的细胞器是　　　　　，CO2和O2与C5竞争结合的场所是　。(3分)
(3)图乙中，曲线a的0~t1时段番茄叶片释放的CO2来源于　　　　　(填生理过程)，t1~t2时段，CO2的释放速率有所增加，此阶段的CO2来源于　　　　　　　　　　　(填生理过程)。曲线b，当时间到达t2点后，小室内CO2浓度不再改变，其原因是　。(4分)
解析：(1)番茄叶肉细胞进行光合作用时，在光反应阶段产生O2，场所是叶绿体类囊体薄膜。当番茄植株大量失水时，叶片中脱落酸的浓度会升高引起气孔关闭，导致CO2供应减少，短期内C3含量将下降。高CO2环境下，若卡尔文循环合成的糖是葡萄糖，则生成1分子葡萄糖需要消耗6分子CO2。(2)光呼吸是进行光合作用的细胞在光照和高O2情况下发生的一个生化过程，所以光呼吸需要在有光条件下进行。根据图甲可知，参与光呼吸的细胞器是叶绿体和线粒体。暗反应中CO2与C5的结合发生在叶绿体基质中，所以CO2和O2与C5竞争结合的场所是叶绿体基质。(3)图乙中，曲线a的0~t1时段没有光照，释放的CO2源于细胞呼吸；t1~t2时段，CO2的释放速率有所增加，此阶段的CO2来源于细胞呼吸和光呼吸。曲线b，当时间到达t2点后，小室内CO2浓度不再改变，其原因是光合作用强度等于呼吸作用和光呼吸强度。
答案：(1)(叶绿体)类囊体薄膜　脱落酸　下降　6　(2)有光　叶绿体、线粒体　叶绿体基质　(3)细胞呼吸　细胞呼吸和光呼吸　光合作用强度等于呼吸作用和光呼吸强度

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