資源簡介

熱點針對練19　不同的二氧化碳固定方式
一、選擇題
1．光合作用過程中，CO2在特定酶的作用下被固定后形成C3，C3會先被還原成中間產物磷酸丙糖(TP)，再經過一系列反應轉化為蔗糖或淀粉。如圖為葉肉細胞中該過程的部分代謝途徑示意圖，下列說法正確的是(　　)
A．CO2轉化為TP的場所為類囊體薄膜
B．淀粉需水解成TP等物質，通過載體運出葉綠體
C．TP運出過多，也不會影響CO2的固定
D．推測TR、GR和運出蔗糖的載體空間結構相同
2．生長于熱帶干旱地區的景天科植物白天氣孔開放程度小，夜間開放程度大，經過長期適應和進化形成獨特的固定CO2的方式，如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A．景天科植物白天氣孔開放程度小，防止蒸騰作用過度
B．景天科植物夜間CO2凈吸收速率可能大于0
C．景天科植物白天pH小于夜間，利于暗反應進行
D．景天科植物在夜間不能將CO2轉化為糖類等光合產物
3．(2024·梅州虎山中學高三開學考)景天科植物有一個很特殊的CO2同化方式：夜間氣孔開放，吸收的CO2先形成蘋果酸儲存在液泡中，當白天氣孔關閉時，液泡中的蘋果酸經脫羧作用，釋放出CO2用于光合作用，如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A．該代謝途徑可防止景天科植物在白天大量散失水分，有利于適應干旱環境
B．景天科植物白天進行光合作用，暗反應固定的CO2來自蘋果酸脫羧作用
C．與常見的C3途徑植物相比，夜間將景天科植物放置于室內更有益于人體健康
D．白天，突然降低外界CO2濃度，景天科植物葉肉細胞中C3的含量無明顯變化
4．(2023·宜春高三模擬)在干旱、高溫條件下，玉米(C4植物)由于含有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)，其利用 CO2的能力遠遠高于水稻(C3植物)，具有明顯的生長及產量優勢。育種專家從玉米的基因組中分離出 PEPC 基因，培育出高光合效率的轉基因水稻。下列敘述正確的是(　　)
A．鑒定時須測定并比較轉基因水稻與非轉基因水稻同化 CO2的速率
B．DNA聚合酶與PEPC基因上的啟動子結合后能驅動該基因轉錄
C．可使用PCR技術檢驗PEPC基因是否在轉基因水稻中成功表達
D．基于轉基因水稻的科學研究，體現了生物多樣性的間接價值
5．(2024·安慶二中高三月考)玉米葉肉細胞中有一種酶，通過系列反應將CO2泵入維管束鞘細胞，使維管束鞘細胞積累較高濃度的CO2，保證卡爾文循環順利進行，這種酶被形象地稱為“CO2泵”(如圖)。下列相關敘述正確的是(　　)
A．a→b的過程還需要光反應提供的 NADH、ATP等物質的參與
B．抑制“CO2泵”的活性，短時間內維管束鞘細胞中b的含量減少
C．晴朗的夏季11：00時，溫度升高，玉米維管束鞘細胞光合作用速率會明顯下降
D．可用紙層析法分別分離玉米葉肉細胞、維管束鞘細胞中的色素并比較色素的含量和種類差別
6．Rubisco是一種能催化CO2固定的酶，在低濃度CO2條件下，催化效率低。海水中的無機碳主要以CO2和HCO兩種形式存在，水體中CO2濃度低，擴散速度慢，某些藻類具有如圖所示的無機碳濃縮過程，極大地提高了Rubisco所在局部空間位置的CO2濃度，促進了CO2的固定。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．真核細胞葉綠體中，Rubisco催化CO2固定的過程發生在葉綠體基質中
B．由圖可知，相比于細胞質基質，葉綠體中的HCO濃度更高
C．圖示HCO跨膜運輸及卡爾文循環過程所需的ATP僅來源于細胞呼吸
D．可以利用同位素示蹤法驗證上述CO2濃縮機制中碳的轉變過程及相應場所
7．(2024·重慶江北區高三期中)原產熱帶地區的玉米等C4植物的葉肉細胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)催化二氧化碳與磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)結合形成草酰乙酸(C4)，草酰乙酸被NADPH還原成蘋果酸，蘋果酸通過胞間連絲從葉肉細胞轉移到維管束鞘細胞，在酶的催化下生成丙酮酸和二氧化碳，二氧化碳被核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP，C5)羧化酶固定進入C3途徑(卡爾文循環)；丙酮酸再次進入葉肉細胞葉綠體，轉化為PEP繼續固定CO2。上述途徑可以保證在較低CO2濃度下植物對CO2的利用。下列相關說法錯誤的是(　　)
A．玉米等C4植物的維管束鞘細胞中能進行光合作用的暗反應
B．上述途徑中RuBP羧化酶固定CO2的能力比PEPC更強
C．玉米進行光合作用的過程中，丙酮酸的運輸方向是從維管束鞘細胞到葉肉細胞
D．上述CO2的固定途徑是植物對高溫環境中水分過度蒸發的適應
8．(2023·福建龍巖一中高三月考)玉米葉肉細胞中的葉綠體較小、數目較少，但葉綠體內有基粒；相鄰的維管束鞘細胞中葉綠體較大、數目較多，但葉綠體內沒有基粒。玉米細胞除C3途徑外還有另一條固定CO2的途徑，簡稱C4途徑(如圖)。研究發現，C4植物中PEP羧化酶對CO2的親和力約是Rubisco的60倍。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．維管束鞘細胞中光合作用所利用的CO2都是C4分解釋放的
B．葉肉細胞中光合作用速率大于細胞呼吸速率時，植物的干重不一定增加
C．玉米的有機物是在維管束鞘細胞通過C3途徑合成的
D．干旱條件下C3途徑植物的光合作用速率比C4途徑植物的慢
二、非選擇題
9．(2023·東莞實驗中學高三開學考)光合作用中，有一種特殊的固定CO2和節水的類型。菠蘿、仙人掌和許多肉質植物都進行這類光合作用，統稱為CAM(景天科)植物，其特別適應干旱地區，特點是氣孔夜間打開、白天關閉。如圖為菠蘿葉肉細胞內的部分代謝途徑(CAM途徑)示意圖，圖中蘋果酸是一種酸性較強的有機酸。請據圖分析回答下列問題：
(1)據圖分析，推測圖中葉肉細胞右側過程a的活動發生在________(填“白天”或“夜間”)，理由是________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(2)圖中蘋果酸通過過程a運輸到液泡內，又會通過過程b運出液泡進入細胞質，推測過程b發生在______(填“白天”或“夜間”)。過程a的生理意義有_________________________
______________________________________________________________________________
________________________(寫出兩個方面即可)。
(3)長期在強光照、高溫、缺水等逆境脅迫下，以菠蘿為代表的CAM植物形成了適應性機制：夜晚氣孔開放，有利于從外界吸收CO2，白天氣孔關閉，有利于________________________
______________________________，且可以通過______________________________獲得光合作用暗反應所需的CO2。
10．滸苔是一種常見的綠藻，如圖1表示滸苔細胞部分代謝過程，C4循環是植物進化中形成的一種二氧化碳濃縮機制。請回答下列問題：
(1)滸苔細胞光反應的場所是________________。與藍細菌相比，其結構上最主要的區別是具有__________________________。
(2)圖1中過程②需要光反應產生的__________________參與。滸苔細胞固定CO2的場所有____________________________________。
(3)從代謝過程分析，滸苔通過____________方式從低濃度CO2的海水中吸收HCO，還能通過______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________提高光合效率，實現快速生長。
(4)Rubisco的活化需要一定的光照條件，科研人員研究了某種滸苔的Rubisco活性與環境條件的關系，部分結果如圖2。已知該滸苔細胞中Rubisco活性的最適溫度約為25～29 ℃。
①從采樣到酶活性測定，需對藻體進行低溫處理，原因是__________________________，研磨前在樣品中加入液氮(－196 ℃)能使滸苔細胞快速冷凍并脆化，有利于______________________________________________________________________________。
②結合圖2分析，Rubisco活性在14：00、18：00明顯下降的主要原因分別是________________________________、_______________________________。
熱點針對練19　不同的二氧化碳固定方式（解析版）
一、選擇題
1．光合作用過程中，CO2在特定酶的作用下被固定后形成C3，C3會先被還原成中間產物磷酸丙糖(TP)，再經過一系列反應轉化為蔗糖或淀粉。如圖為葉肉細胞中該過程的部分代謝途徑示意圖，下列說法正確的是(　　)
A．CO2轉化為TP的場所為類囊體薄膜
B．淀粉需水解成TP等物質，通過載體運出葉綠體
C．TP運出過多，也不會影響CO2的固定
D．推測TR、GR和運出蔗糖的載體空間結構相同
答案　B
解析　CO2轉化為TP屬于暗反應過程，其場所為葉綠體基質，A錯誤；淀粉需水解成TP等物質，通過TR等載體運出葉綠體，B正確；若TP運出過多，葉綠體基質中的TP含量下降，會影響CO2的固定，C錯誤；TR、GR和運出蔗糖的載體功能不同，空間結構也不同，D錯誤。
2．生長于熱帶干旱地區的景天科植物白天氣孔開放程度小，夜間開放程度大，經過長期適應和進化形成獨特的固定CO2的方式，如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A．景天科植物白天氣孔開放程度小，防止蒸騰作用過度
B．景天科植物夜間CO2凈吸收速率可能大于0
C．景天科植物白天pH小于夜間，利于暗反應進行
D．景天科植物在夜間不能將CO2轉化為糖類等光合產物
答案　C
解析　景天科植物采用蘋果酸代謝途徑，白天氣孔開放程度小，可減少水分的流失，防止其在白天蒸騰作用過度，A正確；景天科植物白天氣孔開放程度小，夜間氣孔開放程度大，吸收的CO2可以合成蘋果酸，故其夜間CO2凈吸收速率可能大于0，B正確；景天科植物CO2固定后能夠在夜間轉化為酸性物質儲存起來，而白天蘋果酸分解形成CO2用于暗反應，故其白天pH大于夜間，C錯誤；由于景天科植物在夜間沒有光反應提供的ATP和NADPH，所以不能將CO2轉化為糖類等光合產物，D正確。
3．(2024·梅州虎山中學高三開學考)景天科植物有一個很特殊的CO2同化方式：夜間氣孔開放，吸收的CO2先形成蘋果酸儲存在液泡中，當白天氣孔關閉時，液泡中的蘋果酸經脫羧作用，釋放出CO2用于光合作用，如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A．該代謝途徑可防止景天科植物在白天大量散失水分，有利于適應干旱環境
B．景天科植物白天進行光合作用，暗反應固定的CO2來自蘋果酸脫羧作用
C．與常見的C3途徑植物相比，夜間將景天科植物放置于室內更有益于人體健康
D．白天，突然降低外界CO2濃度，景天科植物葉肉細胞中C3的含量無明顯變化
答案　B
解析　該代謝途徑即白天關閉氣孔，可防止景天科植物在白天大量散失水分，有利于適應干旱環境，A正確；景天科植物白天進行光合作用，暗反應固定的CO2來自蘋果酸脫羧作用和細胞呼吸，B錯誤；景天科植物夜間打開氣孔吸收CO2，故夜間將景天科植物放置于室內，可以降低室內的CO2濃度，更有益于人體健康，C正確；景天科植物白天不從外界吸收CO2，故突然降低外界CO2濃度，其葉肉細胞中C3的含量無明顯變化，D正確。
4．(2023·宜春高三模擬)在干旱、高溫條件下，玉米(C4植物)由于含有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)，其利用 CO2的能力遠遠高于水稻(C3植物)，具有明顯的生長及產量優勢。育種專家從玉米的基因組中分離出 PEPC 基因，培育出高光合效率的轉基因水稻。下列敘述正確的是(　　)
A．鑒定時須測定并比較轉基因水稻與非轉基因水稻同化 CO2的速率
B．DNA聚合酶與PEPC基因上的啟動子結合后能驅動該基因轉錄
C．可使用PCR技術檢驗PEPC基因是否在轉基因水稻中成功表達
D．基于轉基因水稻的科學研究，體現了生物多樣性的間接價值
答案　A
解析　啟動子是RNA聚合酶識別并結合的部位，驅動轉錄，DNA聚合酶催化合成DNA，B錯誤；PCR技術可檢測目的基因及其轉錄出的RNA，但不能檢測蛋白質，C錯誤；基于轉基因水稻的科學研究，體現了生物多樣性的直接價值，D錯誤。
5．(2024·安慶二中高三月考)玉米葉肉細胞中有一種酶，通過系列反應將CO2泵入維管束鞘細胞，使維管束鞘細胞積累較高濃度的CO2，保證卡爾文循環順利進行，這種酶被形象地稱為“CO2泵”(如圖)。下列相關敘述正確的是(　　)
A．a→b的過程還需要光反應提供的 NADH、ATP等物質的參與
B．抑制“CO2泵”的活性，短時間內維管束鞘細胞中b的含量減少
C．晴朗的夏季11：00時，溫度升高，玉米維管束鞘細胞光合作用速率會明顯下降
D．可用紙層析法分別分離玉米葉肉細胞、維管束鞘細胞中的色素并比較色素的含量和種類差別
答案　D
解析　a表示三碳化合物，b表示五碳化合物，a→b的過程表示三碳化合物的還原，需要光反應提供的NADPH、ATP等物質的參與，A錯誤；抑制“CO2泵”的活性，維管束鞘細胞中CO2含量會降低，導致CO2的固定受阻，消耗的五碳化合物減少，而三碳化合物還原生成五碳化合物仍正常進行，所以在短時間內，維管束鞘細胞中b(五碳化合物)的含量增加，B錯誤；晴朗的夏季11：00時，玉米光合作用速率不僅沒有下降，反而有所上升，原因是玉米葉肉細胞內有“CO2泵”，仍可以維持細胞內較高的CO2濃度，此時光照強度增強，光合作用速率增加，C錯誤；不同色素在層析液中的溶解度不同，隨層析液在濾紙條上的擴散速度不同，故可用紙層析法分別分離玉米葉肉細胞、維管束鞘細胞中的色素，并比較色素的含量和種類差別，D正確。
6．Rubisco是一種能催化CO2固定的酶，在低濃度CO2條件下，催化效率低。海水中的無機碳主要以CO2和HCO兩種形式存在，水體中CO2濃度低，擴散速度慢，某些藻類具有如圖所示的無機碳濃縮過程，極大地提高了Rubisco所在局部空間位置的CO2濃度，促進了CO2的固定。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．真核細胞葉綠體中，Rubisco催化CO2固定的過程發生在葉綠體基質中
B．由圖可知，相比于細胞質基質，葉綠體中的HCO濃度更高
C．圖示HCO跨膜運輸及卡爾文循環過程所需的ATP僅來源于細胞呼吸
D．可以利用同位素示蹤法驗證上述CO2濃縮機制中碳的轉變過程及相應場所
答案　C
解析　卡爾文循環過程中所需的ATP來源于光反應，C錯誤。
7．(2024·重慶江北區高三期中)原產熱帶地區的玉米等C4植物的葉肉細胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)催化二氧化碳與磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)結合形成草酰乙酸(C4)，草酰乙酸被NADPH還原成蘋果酸，蘋果酸通過胞間連絲從葉肉細胞轉移到維管束鞘細胞，在酶的催化下生成丙酮酸和二氧化碳，二氧化碳被核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP，C5)羧化酶固定進入C3途徑(卡爾文循環)；丙酮酸再次進入葉肉細胞葉綠體，轉化為PEP繼續固定CO2。上述途徑可以保證在較低CO2濃度下植物對CO2的利用。下列相關說法錯誤的是(　　)
A．玉米等C4植物的維管束鞘細胞中能進行光合作用的暗反應
B．上述途徑中RuBP羧化酶固定CO2的能力比PEPC更強
C．玉米進行光合作用的過程中，丙酮酸的運輸方向是從維管束鞘細胞到葉肉細胞
D．上述CO2的固定途徑是植物對高溫環境中水分過度蒸發的適應
答案　B
解析　PEPC固定CO2的能力要強于RuBP羧化酶，B錯誤。
8．(2023·福建龍巖一中高三月考)玉米葉肉細胞中的葉綠體較小、數目較少，但葉綠體內有基粒；相鄰的維管束鞘細胞中葉綠體較大、數目較多，但葉綠體內沒有基粒。玉米細胞除C3途徑外還有另一條固定CO2的途徑，簡稱C4途徑(如圖)。研究發現，C4植物中PEP羧化酶對CO2的親和力約是Rubisco的60倍。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．維管束鞘細胞中光合作用所利用的CO2都是C4分解釋放的
B．葉肉細胞中光合作用速率大于細胞呼吸速率時，植物的干重不一定增加
C．玉米的有機物是在維管束鞘細胞通過C3途徑合成的
D．干旱條件下C3途徑植物的光合作用速率比C4途徑植物的慢
答案　A
解析　在玉米的維管束鞘細胞中光合作用所利用的CO2來源有C4分解釋放和細胞呼吸產生，A錯誤；葉肉細胞中光合作用速率大于細胞呼吸速率，但對于整個植株來說，還有部分不能進行光合作用的細胞也會通過細胞呼吸消耗有機物，故植物的干重不一定增加，B正確；玉米的維管束鞘細胞能進行光合作用的暗反應，故玉米的有機物是在維管束鞘細胞中通過C3途徑合成的，C正確；在干旱條件下，植物葉片中的氣孔部分關閉，導致植物吸收的CO2減少，相比于C3途徑，C4途徑中的PEP羧化酶對CO2的親和力很高，C4進入維管束鞘細胞的葉綠體中分解產生CO2，故C3途徑植物的光合作用速率比C4途徑植物的慢，D正確。
二、非選擇題
9．(2023·東莞實驗中學高三開學考)光合作用中，有一種特殊的固定CO2和節水的類型。菠蘿、仙人掌和許多肉質植物都進行這類光合作用，統稱為CAM(景天科)植物，其特別適應干旱地區，特點是氣孔夜間打開、白天關閉。如圖為菠蘿葉肉細胞內的部分代謝途徑(CAM途徑)示意圖，圖中蘋果酸是一種酸性較強的有機酸。請據圖分析回答下列問題：
(1)據圖分析，推測圖中葉肉細胞右側過程a的活動發生在________(填“白天”或“夜間”)，理由是________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(2)圖中蘋果酸通過過程a運輸到液泡內，又會通過過程b運出液泡進入細胞質，推測過程b發生在______(填“白天”或“夜間”)。過程a的生理意義有_________________________
______________________________________________________________________________
________________________(寫出兩個方面即可)。
(3)長期在強光照、高溫、缺水等逆境脅迫下，以菠蘿為代表的CAM植物形成了適應性機制：夜晚氣孔開放，有利于從外界吸收CO2，白天氣孔關閉，有利于________________________
______________________________，且可以通過______________________________獲得光合作用暗反應所需的CO2。
答案　(1)夜間　夜間氣孔打開，CO2才能進入細胞并轉變成蘋果酸儲存在液泡中　(2)白天　一方面促進CO2與PEP生成OAA進而生成蘋果酸(CO2的吸收)，另一方面避免蘋果酸降低細胞質基質的pH，影響細胞質基質內的反應　(3)降低蒸騰作用，減少水分散失　蘋果酸的分解和有氧呼吸
解析　(1)葉肉細胞右側過程a顯示CO2進入細胞并轉變成蘋果酸儲存在液泡中，夜間氣孔打開，細胞才能完成此項活動，據此可推測圖中葉肉細胞右側過程a的活動發生在夜間。(2)白天時，植物光合作用需要消耗CO2，蘋果酸通過過程b運出液泡，在細胞質中分解產生CO2進行暗反應。夜間氣孔開放，從外界吸收的CO2與PEP發生系列反應生成蘋果酸，及時通過過程a將蘋果酸運進液泡中，其生理意義見答案。(3)干旱、光照充足的環境中，菠蘿光合作用強度大于細胞呼吸強度，光合作用所需的CO2由兩種途徑提供：一是蘋果酸的分解，二是植物細胞有氧呼吸(細胞呼吸)產生。
10．滸苔是一種常見的綠藻，如圖1表示滸苔細胞部分代謝過程，C4循環是植物進化中形成的一種二氧化碳濃縮機制。請回答下列問題：
(1)滸苔細胞光反應的場所是________________。與藍細菌相比，其結構上最主要的區別是具有__________________________。
(2)圖1中過程②需要光反應產生的__________________參與。滸苔細胞固定CO2的場所有____________________________________。
(3)從代謝過程分析，滸苔通過____________方式從低濃度CO2的海水中吸收HCO，還能通過______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________提高光合效率，實現快速生長。
(4)Rubisco的活化需要一定的光照條件，科研人員研究了某種滸苔的Rubisco活性與環境條件的關系，部分結果如圖2。已知該滸苔細胞中Rubisco活性的最適溫度約為25～29 ℃。
①從采樣到酶活性測定，需對藻體進行低溫處理，原因是__________________________，研磨前在樣品中加入液氮(－196 ℃)能使滸苔細胞快速冷凍并脆化，有利于______________________________________________________________________________。
②結合圖2分析，Rubisco活性在14：00、18：00明顯下降的主要原因分別是________________________________、_______________________________。
答案　(1)(葉綠體)類囊體薄膜　以核膜為界限的細胞核　(2)NADPH和ATP　細胞質基質和葉綠體基質　(3)主動運輸　C4循環富集CO2
(4)①低溫有利于保持酶的活性　細胞破碎，充分釋放酶②溫度升高，Rubisco的空間結構改變　光照強度下降，Rubisco活化的比例下降
解析　(1)滸苔是一種常見的綠藻，屬于真核生物，滸苔細胞光反應的場所是(葉綠體)類囊體薄膜。藍細菌屬于原核生物，與藍細菌相比，滸苔結構上最主要的區別是具有以核膜為界限的細胞核。(2)過程②為C3的還原，需要光反應產生的NADPH和ATP參與。由圖1可知，在細胞質基質中CO2會被PEPC固定成C4，在暗反應過程中CO2會被C5固定成C3，其場所為葉綠體基質。(3)從代謝過程分析，滸苔通過主動運輸方式從低濃度CO2的海水中吸收 HCO，且消耗ATP。由圖1可知，在細胞質基質中低濃度的CO2會被PEPC固定成C4，并儲存在液泡中，C4又能分解成CO2為光合作用提供原料，故滸苔還能通過C4循環富集CO2，提高光合效率，實現快速生長。(4)①從采樣到酶活性測定，需對藻體進行低溫處理，原因是低溫有利于保持酶的活性，而高溫會破壞酶的空間結構，使酶失活。研磨前在樣品中加入液氮(－196 ℃)能使滸苔細胞快速冷凍并脆化，細胞破碎，充分釋放酶，有利于酶促反應的進行。②由圖2分析可知，在14：00時，溫度升高，Rubisco的空間結構改變，使Rubisco活性明顯下降；Rubisco的活化需要一定的光照條件，在18：00時，光照強度下降，Rubisco活化的比例下降。

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