第4单元 第12课时 探究光合作用的经典实验及光合作用的原理(课时作业Word)-【高考领航】2027年高考生物大一轮复习学案

**基本信息** 聚焦光合作用经典实验与原理，以实验证据为线索构建“实验历程-反应机制-结构功能”逻辑链，强化生命观念与科学思维 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |经典实验探究|3题（1-3题）|依托科学家实验设计，考查变量控制与结论推导|从希尔反应到卡尔文循环，呈现光合作用发现的证据链| |反应原理分析|3题（4-6题）|结合物质运输（H⁺、ATP）与酶功能，考查光反应与暗反应关联|以物质与能量观串联光反应能量转化及暗反应物质变化| |结构功能关系|2题（7-8题）|通过类囊体膜蛋白（PSBS、NTT）调节机制，考查结构与功能统一性|从类囊体堆叠扩展受光面积到载体蛋白维持ATP平衡，体现结构决定功能| |拓展应用|2题（9-10题）|结合源库关系与环境适应（弱光、低CO₂），考查原理迁移|从基础原理延伸至植物对环境的适应策略，培养探究实践能力|

限时规范训练(12)　探究光合作用的经典实验及光合作用的原理 (建议用时：25分钟　满分：45分) (选择题1～8题每题3分，共24分) 1．(2026·重庆渝中模拟)科学发现的过程蕴含严谨的逻辑与方法。下列关于光合作用探索历程的叙述，正确的是(　　) A．希尔发现在含水和CO2的离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，光照下可释放O2 B．阿尔农发现光照下ATP合成总是与水的光解相伴随 C．鲁宾和卡门用放射性同位素示踪法，证明光合作用释放的O2来自水 D．恩格尔曼用水绵和乳酸菌进行实验，证明叶绿体释放O2 解析：B　希尔反应使用的悬浮液中未加入CO2，A错误；阿尔农的研究发现，在光照条件下，叶绿体类囊体膜上既能发生水的光解，也能合成ATP，且ATP的合成总是与水的光解相伴随，这一发现揭示了光反应中能量转化与物质变化的关联，B正确；鲁宾和卡门的实验采用的是稳定同位素而非放射性同位素，他们通过实验证明了光合作用释放的O2来自水，比较的是O2和18O2的质量不同，C错误；恩格尔曼的实验选用的是水绵和好氧细菌，而非乳酸菌，水绵的叶绿体呈带状，便于观察，好氧细菌会聚集在O2释放的部位，从而证明叶绿体是光合作用释放O2的场所，D错误。 2．(2026·广西来宾模拟)20世纪40年代，卡尔文等人在小球藻培养液中通入14CO2，再给予不同的光照时间，然后用甲醇(可杀死小球藻)分别处理并取样，最后根据标记化合物出现情况，确定生成物质的先后次序。下列有关说法正确的是(　　) A．在卡尔文的实验过程中，不产生氧气，也不消耗氧气 B．该实验过程应该在无氧环境中进行，以排除干扰 C．若要确定第一个生成的物质，光照时间应延长 D．含有14C的物质，主要存在于叶绿体基质中 解析：D　小球藻进行光合作用的过程中，可以通过水的光解产生氧气，线粒体进行有氧呼吸的过程也会消耗氧气，A错误；卡尔文探究的是暗反应的过程，氧气对该实验没有明显干扰，不需要设置无氧环境，B错误；若要确定第一个生成的物质，应不断缩短光照时间，直到产物不再发生改变，可确定该产物是第一个生成的物质，C错误；暗反应的场所在叶绿体基质，以14CO2为原料生成的含有14C的物质主要存在于叶绿体基质中，D正确。 3．(2026·江苏苏州模拟)叶绿体是植物进行光合作用的场所，下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是(　　) A．叶绿体中的色素的合成都需要Mg2+和光照 B．H2O在光下分解为H＋和O2的过程发生在基质中 C．CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上 D．光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的 解析：D　叶绿体中的色素包括叶绿素和类胡萝卜素，类胡萝卜素的形成不需要Mg2+，A错误；H2O在光下分解为H＋和O2的过程属于光反应，发生在类囊体薄膜上，B错误；CO2的固定过程发生在叶绿体基质中，C错误；淀粉是光合作用暗反应的产物，是在叶绿体基质中合成的，D正确。 4．(2026·江苏苏州模拟)20世纪60年代，米切尔的化学渗透假说提出：光反应中ATP的合成是由叶绿体类囊体内外H＋浓度差引起的(如下图所示)。下列叙述错误的是(　　) A．类囊体内侧的H＋经协助扩散运至类囊体外侧 B．类囊体腔中积累的H＋为ATP合成提供能量 C．植物在黑暗条件下能进行此过程合成(CH2O) D．ATP合酶同时具有催化功能和物质运输功能 解析：C　类囊体中的H＋通过H＋通道运至类囊体外侧，借助离子通道从高浓度到低浓度的运输属于协助扩散，A正确；类囊体腔中积累的H＋形成的势能为ATP合成提供能量，B正确；图示过程需要光照才可以发生，因此植物不能在黑暗条件下进行此过程合成(CH2O)，C错误；由图可知，ATP合酶既能催化形成ATP，也能运输H＋，D正确。 5．(2025·河南信阳一模)Rubisco催化CO2的固定，其活性易受低CO2浓度的抑制。为了适应水中低CO2环境，地球上几乎所有水生藻类都进化出一种称为蛋白核的特殊结构，为Rubisco提供浓缩的CO2，而陆地农作物细胞中通常不含这种蛋白核，下列推断不合理的是(　　) A．低CO2浓度抑制Rubisco的活性进而抑制光合速率 B．高等植物的Rubisco最可能主要分布在细胞的叶绿体基质中 C．光合作用过程中Rubisco催化CO2的固定需要ATP和NADPH D．导入蛋白核合成基因的农作物可能不存在光合“午休”现象 解析：C　Rubisco催化CO2的固定，低CO2浓度抑制Rubisco的活性进而抑制光合速率，A正确；Rubisco催化CO2的固定，即暗反应的过程，故高等植物的Rubisco最可能主要分布在细胞的叶绿体基质中，B正确；光反应产生的ATP和NADPH参与暗反应过程C3的还原，光合作用过程中Rubisco催化CO2的固定不需要ATP和NADPH，C错误；光合“午休”现象是由于气孔关闭导致CO2不足造成的，导入蛋白核合成基因的农作物为Rubisco提供浓缩的CO2，可能不存在光合“午休”现象，D正确。 6．(2026·河南开封模拟)硝化细菌通过化能合成作用形成有机物，有关叙述正确的是(　　) A．硝化细菌是原核生物，也是自养生物，所以细胞内有类似叶绿体的结构 B．硝化细菌合成有机物过程中的能量来源与光合作用相同 C．该过程需要在具有NH3和O2存在的条件下才可以进行 D．与植物光合作用不同的是该过程是将NH3和O2直接转化成有机物 解析：C　硝化细菌是原核生物，能够进行化能合成作用，所以是自养生物，但细胞内不具有类似叶绿体的结构，A错误；光合作用能量来源于光能，化能合成过程不需要色素吸收光能，而是利用化学反应释放出的化学能，所以硝化细菌合成有机物过程中的能量来源与光合作用不同，B错误；硝化细菌是需氧自养型细菌，其能将土壤中的NH3氧化成HNO2，进而将HNO2氧化成HNO3，可见该过程需要在具有NH3和O2存在条件下才可以进行，C正确；硝化细菌和光合作用一样，也是将CO2、H2O合成糖类，D错误。 7．(2026·黑龙江哈尔滨检测)如图是黑农5号大豆叶肉细胞光合作用过程示意图(字母代表物质)，PSBS是一种类囊体膜蛋白，它能感应类囊体腔内H＋的浓度而被激活，从而抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，防止强光对叶肉细胞造成损伤，下列相关说法错误的是(　　) A．H＋经过Z蛋白外流的同时，细胞利用C物质来合成B物质 B．叶绿素分子中被光激发的e－，经传递到达D结合H＋后生成NADPH C．提高Z蛋白的活性不利于PSBS发挥功能 D．物质F浓度降低至原浓度一半时，短时间内C5的含量将升高 解析：A　由图可知，C、E可用于C3的还原，故E是NADPH，B是ADP和Pi，C是ATP，当H＋顺浓度梯度经过Z蛋白运输时，利用化学势能将ADP和Pi转化为ATP，即B物质被用来合成了C物质，A错误；叶绿素分子中被光激发的电子e－，经传递到达D(NADP＋)同时结合H＋合成NADPH，B正确；提高Z蛋白的活性会增加H＋向外运输，导致类囊体腔H＋浓度下降，PSBS能感应类囊体腔内H＋的浓度而被激活，因此提高Z蛋白的活性不利于PSBS发挥功能，C正确；物质F是CO2，浓度降低至原浓度一半时，短时间内CO2的固定速率降低，但C3的还原速率基本不变，故C5的含量将升高，D正确。 8．(2025·辽宁大连一模)研究发现，植物细胞叶绿体内膜上的载体蛋白NTT负责将细胞质基质中的ATP转运进叶绿体，同时将叶绿体基质内的ADP等量交换至细胞质基质，以维持叶绿体内ATP/ADP的动态平衡。叶绿体内ATP/ADP的动态平衡对类囊体薄膜的完整性和功能至关重要。下列推测不合理的是(　　) A．载体蛋白NTT存在ATP和ADP的结合位点 B．NTT缺失型叶绿体的光合作用性能可能会降低 C．NTT的存在建立了叶绿体和线粒体中能量代谢的联系 D．黑暗条件下光反应受阻导致NTT无法正常工作 解析：D　载体蛋白NTT负责将细胞质基质中的ATP转运至叶绿体基质，同时将叶绿体基质中等量的ADP转出到细胞质基质，说明载体蛋白NTT存在ATP和ADP的结合位点，A合理；NTT缺失型叶绿体中ATP/ADP的动态平衡被破坏，光合作用性能可能会降低，B合理；植物细胞叶绿体内膜上的载体蛋白NTT负责将细胞质基质中的ATP转运进叶绿体，同时将叶绿体基质内的ADP等量交换至细胞质基质，NTT的存在建立了叶绿体和线粒体中能量代谢的联系，C合理；黑暗条件下细胞中存在呼吸作用，细胞质中能产生ATP，NTT能正常工作，D不合理。 9．(11分)(2026·江西南昌统考)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如下图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。分析回答下列问题： (1)PSⅡ光复合体将水分解为________________。光反应过程中，光能将转化为储存在__________________中的化学能。之后再经过____________循环，能量转化为储存在糖类等有机物中的化学能。 (2)土壤中Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获能力____________，理由是______________________。 (3)若叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性升高，PSⅡ光复合体对光能捕获能力将____________。PSⅠ和PSⅡ光复合体所在的类囊体堆叠形成叶绿体的基粒，这样的结构____________________，从而有利于捕获更多的光能。 (4)弱光下，植物除了上述调节机制以外，还会通过改变叶绿体的分布来捕获更多的光能。同时，植物体会以叶绿体的____________(填“正面”或“侧面”)朝向光源。 解析：(1)PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并将水分解为氧和H＋。光反应过程中，光能将转化为储存在ATP和NADPH中的化学能；ATP和NADPH参与暗反应阶段合成有机物的化学反应，暗反应过程也称作卡尔文循环。(2)PSⅡ光复合体含有光合色素。Mg2+参与构成叶绿素，土壤中Mg2+含量减少，将导致叶绿素合成减少，从而使PSⅡ光复合体对光能捕获能力减弱。(3)LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。若叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性升高，则LHCⅡ与PSⅡ分离增多，PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱。PSⅠ和PSⅡ光复合体所在的类囊体堆叠形成叶绿体的基粒，这样的结构极大地扩展了受光面积，从而有利于捕获更多的光能。(4)弱光下，植物体会以叶绿体的正面朝向光源，使叶绿体能接受较多的光照，利于光合作用的进行。 答案：(1)氧和H＋　ATP和NADPH　卡尔文　(2)减弱　Mg2+参与构成叶绿素，土壤中Mg2+含量降低，将导致叶绿素合成减少，从而使PSⅡ光复合体对光能捕获能力减弱　(3)减弱　极大地扩展了受光面积　(4)正面 10．(10分)(2026·江苏淮安调研)植物光合产物产生器官称为“源”，光合产物卸出和储存部位称为“库”。下图为桃树光合产物合成及向“库”运输的过程示意图。A、B、C表示相关物质，Ⅰ、Ⅱ表示相关生理过程。请回答下列问题： (1)图中物质A是__________，过程Ⅰ的名称是__________________。 (2)过程Ⅱ需要光反应提供__________________将物质C还原成磷酸丙糖。磷酸丙糖可在________________(填写场所)转变为蔗糖运出叶肉细胞。 (3)科研人员研究了去除部分桃树上的果实对其光合作用的影响，结果如下表。 组别 净光合速率 /(μmol· m-2·s-1) 气孔开放程度 /(mmol· m-2·s-1) 叶片淀粉 含量/(mg· g-1FW) 去果组 2.53 51.02 51.89 留果组 5.05 92.96 31.51 叶绿体中淀粉积累会导致类囊体结构被破坏，据表中数据分析，去果后桃树净光合速率降低的原因：_________________。 解析：(1)分析题图可知，物质A是CO2，参与暗反应阶段，该阶段发生在叶绿体基质中，主要包括CO2的固定和C3的还原两个过程，图中过程Ⅰ的名称是CO2的固定。(2)图中过程Ⅱ的名称是C3的还原，物质C表示C3，过程Ⅱ需要光反应提供NADPH和ATP，将物质C还原成磷酸丙糖。磷酸丙糖在叶绿体基质中生成，在细胞质基质中转化为蔗糖。(3)分析表中数据可知，去果组的叶片淀粉含量高于留果组，而气孔开放程度和净光合速率都低于留果组，推测去果后，叶片中淀粉含量增加，破坏了类囊体的结构，光反应速率降低，同时去果组气孔开放程度降低，进入叶片组织的CO2量减少，暗反应受到限制。 答案：(1)CO2　CO2的固定　(2)NADPH和ATP　细胞质基质　(3)叶片中淀粉含量增加，破坏了类囊体的结构，光反应速率降低，同时去果组气孔开放程度降低，进入叶片组织的CO2量减少，暗反应受到限制 学科网（北京）股份有限公司 $