《2025年创新设计高考总复习生物》

1. (2021·广东卷，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化$CO_{2}$固定形成$C_{3}$的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是 ( )
A.Rubisco存在于细胞质基质中
B.激活Rubisco需要黑暗条件
C.Rubisco催化$CO_{2}$固定需要ATP
D.Rubisco催化$C_{5}$和$CO_{2}$结合

答案： D [由“唯一催化$CO_{2}$固定形成$C_{3}$的酶被称为Rubisco”可知，Rubisco是与暗反应有关的酶，暗反应阶段的化学反应是在叶绿体基质中进行的，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误，D正确；暗反应在有光、无光条件下都可以进行，故激活Rubisco不一定需要黑暗条件，B错误；在暗反应阶段，$CO_{2}$的固定不消耗NADPH和ATP，C错误。]

2. (2020·天津卷，5)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的$CO_{2}$固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是 ( )
A.产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质
B.该反应体系不断消耗的物质仅是$CO_{2}$
C.类囊体产生的ATP和$O_{2}$参与$CO_{2}$固定与还原
D.与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素

答案： A [题干信息“该反应体系在光照条件下可实现连续的$CO_{2}$固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸”说明，乙醇酸是在暗反应中合成的，合成场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系既能在类囊体上进行光反应，又能利用16种酶等物质进行暗反应，因此该反应体系不断消耗的物质有$CO_{2}$、$H_{2}O$等，B错误；类囊体上进行的光反应为暗反应中$C_{3}$的还原提供了NADPH和ATP，光反应产生的$O_{2}$不参与暗反应，C错误；该反应体系中有类囊体，在光照条件下还可实现连续的$CO_{2}$固定与还原，说明该反应体系中有吸收、传递和转化光能的光合作用色素，D错误。]

3. (2022·湖北卷，12)某植物的2种黄叶突变体表型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量(单位：$\mu g\cdot g^{-1}$)，结果如表。下列有关叙述正确的是 ( )
|植株类型|叶绿素a|叶绿素b|类胡萝卜素|叶绿素/类胡萝卜素|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|野生型|1 235|519|419|4.19|
|突变体1|512|75|370|1.59|
|突变体2|115|20|379|0.35|

A.两种突变体的出现增加了物种多样性
B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
C.两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致
D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色

答案： D [两种突变体及野生型植株之间并无生殖隔离，仍属同一物种，只能体现遗传多样性，A错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1少，故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱，B错误；两种突变体的光合色素含量差异，可能是同一个基因突变方向不同导致的，C错误；野生型的叶绿素与类胡萝卜素的比值为4.19，叶绿素含量较高，叶片呈绿色，突变体的叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降，叶绿素含量少，不能掩盖类胡萝卜素的颜色，此时叶片呈黄色，D正确。]

4. (2022·重庆卷，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D)。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________。

(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)。

答案： 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于光能还是来自膜内外氢离子浓度差
(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$CO_{2}$ 增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度
解析
(1)制备类囊体时，其提取液中需要添加适宜浓度的蔗糖，保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂，以保证其结构完整。提取液应该保持低温降低蛋白酶的活性，避免膜蛋白被降解。
(2)从图Ⅱ实验中可知，在光照条件下，将处于pH = 4的类囊体转移到pH = 8的锥形瓶中，再在遮光的条件下加入ADP和Pi，也产生了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，因为实验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于光能还是来自膜内外氢离子浓度差。
(3)对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，悬液的pH在光照处理时升高，推测可能是类囊体膜外$H^{+}$被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高。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，光反应过程中，水的光解伴随着电子的传递，故电子的最终来源物质是水。
(4)人工叶绿体能在光下生产目标多碳化合物，若要在黑暗条件下持续生产，则需要提供光反应产生的物质NADPH和ATP，以及暗反应的原料$CO_{2}$。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，说明暗反应已经达到最大速率，增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度增加酶的活性，可有效提高光合效率。