2025年高三生物高考人工光合作用模拟试题

2025年高三生物高考人工光合作用模拟试题一、选择题（每题6分，共36分）人工光合作用系统的核心组件模拟了叶绿体的结构与功能。某研究团队设计的人工光合装置包含光捕获模块（类囊体替代物）和催化模块（基质替代物），下列关于该装置的叙述错误的是（）A.光捕获模块需嵌入能吸收蓝紫光的人工色素，以模拟叶绿素a的功能B.催化模块中应含有固定CO₂的酶，其最适温度可能与Rubisco酶不同C.装置运行时，光捕获模块产生的ATP和NADPH需通过“类囊体膜”进入催化模块D.若增加光捕获模块的表面积，单位时间内催化模块产生的有机物量一定增加在人工光合作用研究中，科学家利用人工囊泡模拟类囊体结构，在囊泡内加入水光解酶和ATP合成酶，囊泡外加入NADP⁺和ADP。光照条件下，下列说法正确的是（）A.囊泡内生成的O₂可直接扩散至囊泡外参与呼吸作用B.囊泡内H⁺浓度升高会驱动ATP合成酶向囊泡外运输H⁺C.若囊泡外NADP⁺供应不足，会导致囊泡内ATP合成速率下降D.水光解产生的电子最终传递给囊泡外的NADP⁺生成NADPHCO₂固定是人工光合作用的关键步骤。某实验室采用“两步法”固定CO₂：第一步用金属催化剂将CO₂转化为甲酸（HCOOH），第二步通过酶催化将甲酸转化为葡萄糖。下列叙述正确的是（）A.第一步反应模拟了暗反应中CO₂的固定过程，不需要能量输入B.第二步反应所需的[H]和ATP可由人工光反应系统提供C.若第一步转化率为80%，第二步转化率为50%，则1molCO₂可生成0.4mol葡萄糖D.该方法的优势是不受光照限制，可在黑暗条件下持续固定CO₂为优化人工光合作用系统的效率，研究人员测定了不同光照强度下系统中C₃和C₅的含量变化，结果如图1。下列分析错误的是（）（注：图1显示，光照强度从1000lux升至2000lux时，C₃含量下降，C₅含量上升；继续升至3000lux时，两者含量趋于稳定）A.光照强度为1000~2000lux时，光反应产生的ATP和NADPH增多，加速C₃还原B.光照强度超过2000lux后，C₃和C₅含量稳定，可能受CO₂固定速率限制C.若在2000lux条件下突然停止光照，短时间内C₃含量会上升，C₅含量会下降D.该系统的光饱和点为2000lux，此时限制光合作用的主要因素是光照强度人工叶绿体是将天然叶绿体与人工材料结合的复合系统。研究发现，将菠菜叶绿体嵌入琼脂糖凝胶中，可在光照下持续合成有机物。下列关于该系统的说法错误的是（）A.琼脂糖凝胶的作用是维持叶绿体的结构稳定，防止其破裂B.该系统需要持续提供CO₂和水，以保证暗反应的持续进行C.若加入呼吸抑制剂，会直接影响叶绿体基质中ATP的再生D.与天然叶片相比，该系统去除了气孔限制，CO₂利用率更高化能合成作用与人工光合作用的能量来源差异显著。下列关于两者的比较，正确的是（）|选项|能量来源|电子供体|碳源|产物稳定性||------|----------------|----------------|----------------|----------------||A|光能（人工）|H₂O|CO₂|高于化能合成||B|无机物氧化能|H₂S|CO₂|受环境影响小||C|光能（人工）|甲酸|CO₂|依赖光照时间||D|有机物分解能|H₂O|葡萄糖|需持续供能|二、非选择题（共64分）（14分）人工光合作用系统中，光反应模块的效率直接影响整体性能。某团队设计了一种基于半导体材料的光催化剂，可模拟水光解和电子传递过程。（1）该催化剂在光照下将H₂O分解为O₂、H⁺和e⁻，其中O₂的氧原子来自于______（填“H₂O”或“CO₂”），该过程对应天然光合作用的______阶段。（2）若将该催化剂与NADP⁺还原酶偶联，可生成NADPH。写出NADP⁺转化为NADPH的反应式：。（3）为提高电子传递效率，研究人员在催化剂表面修饰了一层金属纳米颗粒，结果如图2。由图可知，修饰后电子传递速率提高的原因可能是。（18分）某实验小组利用人工叶绿体研究CO₂浓度对暗反应的影响，实验分组及结果如下表：组别CO₂浓度（μmol/mol）光照强度（lux）温度（℃）葡萄糖生成速率（μmol·mg⁻¹·h⁻¹）甲35020002512.5乙70020002521.3丙105020002522.1丁70010002515.8（1）该实验的自变量是______，甲组与乙组的结果表明，CO₂浓度倍增可显著提高______速率。（2）乙组与丙组相比，葡萄糖生成速率增加不显著，可能的原因是______（答出2点）。（3）若将丁组的温度升高至35℃，葡萄糖生成速率可能______（填“升高”“降低”或“不变”），理由是______。（4）在农业生产中，可通过______措施提高CO₂浓度，以达到增产目的。（16分）人工光合作用的终极目标是实现“太阳能→化学能”的高效转化。某团队设计的“人工叶片”装置在光照下可将CO₂和H₂O转化为甲醇（CH₃OH），其反应式为：6CO₂+6H₂O→2CH₃OH+6O₂（1）该反应中，每生成1molCH₃OH需要消耗______molCO₂，转移______mol电子（提示：C元素化合价从+4→-2）。（2）若该装置的光能转化效率为15%，在标准光照强度（1000W/m²）下，1m²叶片每天（光照12小时）可生成CH₃OH______g（计算结果保留整数，已知1W=1J/s，CH₃OH摩尔质量为32g/mol）。（3）与天然光合作用相比，该装置的优势是______（答出2点），但目前存在的主要问题是______。（16分）研究发现，蓝细菌的光合膜可作为人工光合作用的天然模板。科研人员将蓝细菌的光合膜与人工ATP合成酶重组，构建了“光合膜-ATP合成系统”，并测定了不同pH条件下ATP的生成速率（图3）。（1）蓝细菌光合膜上的______（填色素名称）可吸收光能，其光合产物是______（填“淀粉”或“glycogen”）。（2）图3显示，该系统的最适pH为7.5，当pH低于6.5时，ATP生成速率显著下降，原因可能是______（答出2点）。（3）若在该系统中加入解偶联剂（破坏H⁺梯度），ATP生成速率会______，但光反应产生的O₂速率______（填“增加”“减少”或“不变”）。三、实验设计题（共20分）（20分）某生物兴趣小组欲探究“人工色素对光合作用效率的影响”，现有菠菜叶圆片、不同浓度的人工色素溶液（A：0.1mmol/L，B：0.5mmol/L，C：1.0mmol/L）、CO₂缓冲液等材料。（1）实验目的：。（2）实验原理：叶圆片在光照下进行光合作用产生O₂，使叶圆片上浮，上浮速率可反映。（3）实验步骤：①制备叶圆片：用打孔器取菠菜叶圆片若干，去除叶脉，放入蒸馏水中避光处理24小时，目的是______。②分组处理：取4个烧杯，分别加入等量CO₂缓冲液，编号为对照组、A组、B组、C组，其中对照组加入______，A、B、C组分别加入等量的A、B、C色素溶液。③测定上浮速率：每组放入10片叶圆片，置于相同光照和温度下，记录______，计算每组叶圆片的平均上浮时间。（4）预期结果：若人工色素能促进光合作用，则______；若高浓度抑制，则______。（5）讨论：该实验的无关变量有______（答出2点），若要进一步探究色素的最适浓度，应在______范围内设置更小浓度梯度。参考答案及解析（部分）选择题：D（解析：若CO₂供应不足，增加光捕获模块表面积也无法提高有机物生成量）C（解析：NADP⁺不足会导致电子传递受阻，H⁺积累抑制ATP合成）B（解析：A项第一步需能量；C项1molCO₂生成1/6mol葡萄糖，0.8×0.5×1/6≈0.067mol；D项第二步依赖酶催化，可能受温度影响）D（解析：光饱和点后限制因素为CO₂浓度或酶活性）C（解析：叶绿体基质中ATP来自光反应，与呼吸作用无关）A非选择题：7.（1）H₂O；光反应（2）NADP⁺+H⁺+2e⁻→NADPH（3）金属纳米颗粒增加了催化剂表面积，促进电子传递（1）CO₂浓度和光照强度；葡萄糖生成（2）酶活性有限、C₅再生速率不足（3）降低；温度超过最适值，酶活性下降（4）增施有机肥、使用CO₂发生器（1）3；18（2）109（计算过程：1000W/m²×12h×3600s/h×15%×(32/192)÷(4.18×10³)≈109g）（3）产物易分离、不受植物生长周期限制；催化剂稳定性差（1）藻蓝素和叶绿素；glycogen（2）酶活性下降、H⁺梯度被破坏（3）下降；不变（1）探究不同浓度人工色素对菠菜叶圆片光合作用效率的影响（2）光合作用速率（3）①消耗叶片原有淀粉②等量蒸馏水③每个叶圆片上浮至液面的时间（4）A、B、C组平