资源简介

热点针对练19　不同的二氧化碳固定方式
一、选择题
1．光合作用过程中，CO2在特定酶的作用下被固定后形成C3，C3会先被还原成中间产物磷酸丙糖(TP)，再经过一系列反应转化为蔗糖或淀粉。如图为叶肉细胞中该过程的部分代谢途径示意图，下列说法正确的是(　　)
A．CO2转化为TP的场所为类囊体薄膜
B．淀粉需水解成TP等物质，通过载体运出叶绿体
C．TP运出过多，也不会影响CO2的固定
D．推测TR、GR和运出蔗糖的载体空间结构相同
2．生长于热带干旱地区的景天科植物白天气孔开放程度小，夜间开放程度大，经过长期适应和进化形成独特的固定CO2的方式，如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．景天科植物白天气孔开放程度小，防止蒸腾作用过度
B．景天科植物夜间CO2净吸收速率可能大于0
C．景天科植物白天pH小于夜间，利于暗反应进行
D．景天科植物在夜间不能将CO2转化为糖类等光合产物
3．(2024·梅州虎山中学高三开学考)景天科植物有一个很特殊的CO2同化方式：夜间气孔开放，吸收的CO2先形成苹果酸储存在液泡中，当白天气孔关闭时，液泡中的苹果酸经脱羧作用，释放出CO2用于光合作用，如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．该代谢途径可防止景天科植物在白天大量散失水分，有利于适应干旱环境
B．景天科植物白天进行光合作用，暗反应固定的CO2来自苹果酸脱羧作用
C．与常见的C3途径植物相比，夜间将景天科植物放置于室内更有益于人体健康
D．白天，突然降低外界CO2浓度，景天科植物叶肉细胞中C3的含量无明显变化
4．(2023·宜春高三模拟)在干旱、高温条件下，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的能力远远高于水稻(C3植物)，具有明显的生长及产量优势。育种专家从玉米的基因组中分离出 PEPC 基因，培育出高光合效率的转基因水稻。下列叙述正确的是(　　)
A．鉴定时须测定并比较转基因水稻与非转基因水稻同化 CO2的速率
B．DNA聚合酶与PEPC基因上的启动子结合后能驱动该基因转录
C．可使用PCR技术检验PEPC基因是否在转基因水稻中成功表达
D．基于转基因水稻的科学研究，体现了生物多样性的间接价值
5．(2024·安庆二中高三月考)玉米叶肉细胞中有一种酶，通过系列反应将CO2泵入维管束鞘细胞，使维管束鞘细胞积累较高浓度的CO2，保证卡尔文循环顺利进行，这种酶被形象地称为“CO2泵”(如图)。下列相关叙述正确的是(　　)
A．a→b的过程还需要光反应提供的 NADH、ATP等物质的参与
B．抑制“CO2泵”的活性，短时间内维管束鞘细胞中b的含量减少
C．晴朗的夏季11：00时，温度升高，玉米维管束鞘细胞光合作用速率会明显下降
D．可用纸层析法分别分离玉米叶肉细胞、维管束鞘细胞中的色素并比较色素的含量和种类差别
6．Rubisco是一种能催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。海水中的无机碳主要以CO2和HCO两种形式存在，水体中CO2浓度低，扩散速度慢，某些藻类具有如图所示的无机碳浓缩过程，极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。下列相关叙述错误的是(　　)
A．真核细胞叶绿体中，Rubisco催化CO2固定的过程发生在叶绿体基质中
B．由图可知，相比于细胞质基质，叶绿体中的HCO浓度更高
C．图示HCO跨膜运输及卡尔文循环过程所需的ATP仅来源于细胞呼吸
D．可以利用同位素示踪法验证上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所
7．(2024·重庆江北区高三期中)原产热带地区的玉米等C4植物的叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)催化二氧化碳与磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)结合形成草酰乙酸(C4)，草酰乙酸被NADPH还原成苹果酸，苹果酸通过胞间连丝从叶肉细胞转移到维管束鞘细胞，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)羧化酶固定进入C3途径(卡尔文循环)；丙酮酸再次进入叶肉细胞叶绿体，转化为PEP继续固定CO2。上述途径可以保证在较低CO2浓度下植物对CO2的利用。下列相关说法错误的是(　　)
A．玉米等C4植物的维管束鞘细胞中能进行光合作用的暗反应
B．上述途径中RuBP羧化酶固定CO2的能力比PEPC更强
C．玉米进行光合作用的过程中，丙酮酸的运输方向是从维管束鞘细胞到叶肉细胞
D．上述CO2的固定途径是植物对高温环境中水分过度蒸发的适应
8．(2023·福建龙岩一中高三月考)玉米叶肉细胞中的叶绿体较小、数目较少，但叶绿体内有基粒；相邻的维管束鞘细胞中叶绿体较大、数目较多，但叶绿体内没有基粒。玉米细胞除C3途径外还有另一条固定CO2的途径，简称C4途径(如图)。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍。下列有关叙述错误的是(　　)
A．维管束鞘细胞中光合作用所利用的CO2都是C4分解释放的
B．叶肉细胞中光合作用速率大于细胞呼吸速率时，植物的干重不一定增加
C．玉米的有机物是在维管束鞘细胞通过C3途径合成的
D．干旱条件下C3途径植物的光合作用速率比C4途径植物的慢
二、非选择题
9．(2023·东莞实验中学高三开学考)光合作用中，有一种特殊的固定CO2和节水的类型。菠萝、仙人掌和许多肉质植物都进行这类光合作用，统称为CAM(景天科)植物，其特别适应干旱地区，特点是气孔夜间打开、白天关闭。如图为菠萝叶肉细胞内的部分代谢途径(CAM途径)示意图，图中苹果酸是一种酸性较强的有机酸。请据图分析回答下列问题：
(1)据图分析，推测图中叶肉细胞右侧过程a的活动发生在________(填“白天”或“夜间”)，理由是________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(2)图中苹果酸通过过程a运输到液泡内，又会通过过程b运出液泡进入细胞质，推测过程b发生在______(填“白天”或“夜间”)。过程a的生理意义有_________________________
______________________________________________________________________________
________________________(写出两个方面即可)。
(3)长期在强光照、高温、缺水等逆境胁迫下，以菠萝为代表的CAM植物形成了适应性机制：夜晚气孔开放，有利于从外界吸收CO2，白天气孔关闭，有利于________________________
______________________________，且可以通过______________________________获得光合作用暗反应所需的CO2。
10．浒苔是一种常见的绿藻，如图1表示浒苔细胞部分代谢过程，C4循环是植物进化中形成的一种二氧化碳浓缩机制。请回答下列问题：
(1)浒苔细胞光反应的场所是________________。与蓝细菌相比，其结构上最主要的区别是具有__________________________。
(2)图1中过程②需要光反应产生的__________________参与。浒苔细胞固定CO2的场所有____________________________________。
(3)从代谢过程分析，浒苔通过____________方式从低浓度CO2的海水中吸收HCO，还能通过______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________提高光合效率，实现快速生长。
(4)Rubisco的活化需要一定的光照条件，科研人员研究了某种浒苔的Rubisco活性与环境条件的关系，部分结果如图2。已知该浒苔细胞中Rubisco活性的最适温度约为25～29 ℃。
①从采样到酶活性测定，需对藻体进行低温处理，原因是__________________________，研磨前在样品中加入液氮(－196 ℃)能使浒苔细胞快速冷冻并脆化，有利于______________________________________________________________________________。
②结合图2分析，Rubisco活性在14：00、18：00明显下降的主要原因分别是________________________________、_______________________________。
热点针对练19　不同的二氧化碳固定方式（解析版）
一、选择题
1．光合作用过程中，CO2在特定酶的作用下被固定后形成C3，C3会先被还原成中间产物磷酸丙糖(TP)，再经过一系列反应转化为蔗糖或淀粉。如图为叶肉细胞中该过程的部分代谢途径示意图，下列说法正确的是(　　)
A．CO2转化为TP的场所为类囊体薄膜
B．淀粉需水解成TP等物质，通过载体运出叶绿体
C．TP运出过多，也不会影响CO2的固定
D．推测TR、GR和运出蔗糖的载体空间结构相同
答案　B
解析　CO2转化为TP属于暗反应过程，其场所为叶绿体基质，A错误；淀粉需水解成TP等物质，通过TR等载体运出叶绿体，B正确；若TP运出过多，叶绿体基质中的TP含量下降，会影响CO2的固定，C错误；TR、GR和运出蔗糖的载体功能不同，空间结构也不同，D错误。
2．生长于热带干旱地区的景天科植物白天气孔开放程度小，夜间开放程度大，经过长期适应和进化形成独特的固定CO2的方式，如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．景天科植物白天气孔开放程度小，防止蒸腾作用过度
B．景天科植物夜间CO2净吸收速率可能大于0
C．景天科植物白天pH小于夜间，利于暗反应进行
D．景天科植物在夜间不能将CO2转化为糖类等光合产物
答案　C
解析　景天科植物采用苹果酸代谢途径，白天气孔开放程度小，可减少水分的流失，防止其在白天蒸腾作用过度，A正确；景天科植物白天气孔开放程度小，夜间气孔开放程度大，吸收的CO2可以合成苹果酸，故其夜间CO2净吸收速率可能大于0，B正确；景天科植物CO2固定后能够在夜间转化为酸性物质储存起来，而白天苹果酸分解形成CO2用于暗反应，故其白天pH大于夜间，C错误；由于景天科植物在夜间没有光反应提供的ATP和NADPH，所以不能将CO2转化为糖类等光合产物，D正确。
3．(2024·梅州虎山中学高三开学考)景天科植物有一个很特殊的CO2同化方式：夜间气孔开放，吸收的CO2先形成苹果酸储存在液泡中，当白天气孔关闭时，液泡中的苹果酸经脱羧作用，释放出CO2用于光合作用，如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．该代谢途径可防止景天科植物在白天大量散失水分，有利于适应干旱环境
B．景天科植物白天进行光合作用，暗反应固定的CO2来自苹果酸脱羧作用
C．与常见的C3途径植物相比，夜间将景天科植物放置于室内更有益于人体健康
D．白天，突然降低外界CO2浓度，景天科植物叶肉细胞中C3的含量无明显变化
答案　B
解析　该代谢途径即白天关闭气孔，可防止景天科植物在白天大量散失水分，有利于适应干旱环境，A正确；景天科植物白天进行光合作用，暗反应固定的CO2来自苹果酸脱羧作用和细胞呼吸，B错误；景天科植物夜间打开气孔吸收CO2，故夜间将景天科植物放置于室内，可以降低室内的CO2浓度，更有益于人体健康，C正确；景天科植物白天不从外界吸收CO2，故突然降低外界CO2浓度，其叶肉细胞中C3的含量无明显变化，D正确。
4．(2023·宜春高三模拟)在干旱、高温条件下，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的能力远远高于水稻(C3植物)，具有明显的生长及产量优势。育种专家从玉米的基因组中分离出 PEPC 基因，培育出高光合效率的转基因水稻。下列叙述正确的是(　　)
A．鉴定时须测定并比较转基因水稻与非转基因水稻同化 CO2的速率
B．DNA聚合酶与PEPC基因上的启动子结合后能驱动该基因转录
C．可使用PCR技术检验PEPC基因是否在转基因水稻中成功表达
D．基于转基因水稻的科学研究，体现了生物多样性的间接价值
答案　A
解析　启动子是RNA聚合酶识别并结合的部位，驱动转录，DNA聚合酶催化合成DNA，B错误；PCR技术可检测目的基因及其转录出的RNA，但不能检测蛋白质，C错误；基于转基因水稻的科学研究，体现了生物多样性的直接价值，D错误。
5．(2024·安庆二中高三月考)玉米叶肉细胞中有一种酶，通过系列反应将CO2泵入维管束鞘细胞，使维管束鞘细胞积累较高浓度的CO2，保证卡尔文循环顺利进行，这种酶被形象地称为“CO2泵”(如图)。下列相关叙述正确的是(　　)
A．a→b的过程还需要光反应提供的 NADH、ATP等物质的参与
B．抑制“CO2泵”的活性，短时间内维管束鞘细胞中b的含量减少
C．晴朗的夏季11：00时，温度升高，玉米维管束鞘细胞光合作用速率会明显下降
D．可用纸层析法分别分离玉米叶肉细胞、维管束鞘细胞中的色素并比较色素的含量和种类差别
答案　D
解析　a表示三碳化合物，b表示五碳化合物，a→b的过程表示三碳化合物的还原，需要光反应提供的NADPH、ATP等物质的参与，A错误；抑制“CO2泵”的活性，维管束鞘细胞中CO2含量会降低，导致CO2的固定受阻，消耗的五碳化合物减少，而三碳化合物还原生成五碳化合物仍正常进行，所以在短时间内，维管束鞘细胞中b(五碳化合物)的含量增加，B错误；晴朗的夏季11：00时，玉米光合作用速率不仅没有下降，反而有所上升，原因是玉米叶肉细胞内有“CO2泵”，仍可以维持细胞内较高的CO2浓度，此时光照强度增强，光合作用速率增加，C错误；不同色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸条上的扩散速度不同，故可用纸层析法分别分离玉米叶肉细胞、维管束鞘细胞中的色素，并比较色素的含量和种类差别，D正确。
6．Rubisco是一种能催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。海水中的无机碳主要以CO2和HCO两种形式存在，水体中CO2浓度低，扩散速度慢，某些藻类具有如图所示的无机碳浓缩过程，极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。下列相关叙述错误的是(　　)
A．真核细胞叶绿体中，Rubisco催化CO2固定的过程发生在叶绿体基质中
B．由图可知，相比于细胞质基质，叶绿体中的HCO浓度更高
C．图示HCO跨膜运输及卡尔文循环过程所需的ATP仅来源于细胞呼吸
D．可以利用同位素示踪法验证上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所
答案　C
解析　卡尔文循环过程中所需的ATP来源于光反应，C错误。
7．(2024·重庆江北区高三期中)原产热带地区的玉米等C4植物的叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)催化二氧化碳与磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)结合形成草酰乙酸(C4)，草酰乙酸被NADPH还原成苹果酸，苹果酸通过胞间连丝从叶肉细胞转移到维管束鞘细胞，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)羧化酶固定进入C3途径(卡尔文循环)；丙酮酸再次进入叶肉细胞叶绿体，转化为PEP继续固定CO2。上述途径可以保证在较低CO2浓度下植物对CO2的利用。下列相关说法错误的是(　　)
A．玉米等C4植物的维管束鞘细胞中能进行光合作用的暗反应
B．上述途径中RuBP羧化酶固定CO2的能力比PEPC更强
C．玉米进行光合作用的过程中，丙酮酸的运输方向是从维管束鞘细胞到叶肉细胞
D．上述CO2的固定途径是植物对高温环境中水分过度蒸发的适应
答案　B
解析　PEPC固定CO2的能力要强于RuBP羧化酶，B错误。
8．(2023·福建龙岩一中高三月考)玉米叶肉细胞中的叶绿体较小、数目较少，但叶绿体内有基粒；相邻的维管束鞘细胞中叶绿体较大、数目较多，但叶绿体内没有基粒。玉米细胞除C3途径外还有另一条固定CO2的途径，简称C4途径(如图)。研究发现，C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍。下列有关叙述错误的是(　　)
A．维管束鞘细胞中光合作用所利用的CO2都是C4分解释放的
B．叶肉细胞中光合作用速率大于细胞呼吸速率时，植物的干重不一定增加
C．玉米的有机物是在维管束鞘细胞通过C3途径合成的
D．干旱条件下C3途径植物的光合作用速率比C4途径植物的慢
答案　A
解析　在玉米的维管束鞘细胞中光合作用所利用的CO2来源有C4分解释放和细胞呼吸产生，A错误；叶肉细胞中光合作用速率大于细胞呼吸速率，但对于整个植株来说，还有部分不能进行光合作用的细胞也会通过细胞呼吸消耗有机物，故植物的干重不一定增加，B正确；玉米的维管束鞘细胞能进行光合作用的暗反应，故玉米的有机物是在维管束鞘细胞中通过C3途径合成的，C正确；在干旱条件下，植物叶片中的气孔部分关闭，导致植物吸收的CO2减少，相比于C3途径，C4途径中的PEP羧化酶对CO2的亲和力很高，C4进入维管束鞘细胞的叶绿体中分解产生CO2，故C3途径植物的光合作用速率比C4途径植物的慢，D正确。
二、非选择题
9．(2023·东莞实验中学高三开学考)光合作用中，有一种特殊的固定CO2和节水的类型。菠萝、仙人掌和许多肉质植物都进行这类光合作用，统称为CAM(景天科)植物，其特别适应干旱地区，特点是气孔夜间打开、白天关闭。如图为菠萝叶肉细胞内的部分代谢途径(CAM途径)示意图，图中苹果酸是一种酸性较强的有机酸。请据图分析回答下列问题：
(1)据图分析，推测图中叶肉细胞右侧过程a的活动发生在________(填“白天”或“夜间”)，理由是________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(2)图中苹果酸通过过程a运输到液泡内，又会通过过程b运出液泡进入细胞质，推测过程b发生在______(填“白天”或“夜间”)。过程a的生理意义有_________________________
______________________________________________________________________________
________________________(写出两个方面即可)。
(3)长期在强光照、高温、缺水等逆境胁迫下，以菠萝为代表的CAM植物形成了适应性机制：夜晚气孔开放，有利于从外界吸收CO2，白天气孔关闭，有利于________________________
______________________________，且可以通过______________________________获得光合作用暗反应所需的CO2。
答案　(1)夜间　夜间气孔打开，CO2才能进入细胞并转变成苹果酸储存在液泡中　(2)白天　一方面促进CO2与PEP生成OAA进而生成苹果酸(CO2的吸收)，另一方面避免苹果酸降低细胞质基质的pH，影响细胞质基质内的反应　(3)降低蒸腾作用，减少水分散失　苹果酸的分解和有氧呼吸
解析　(1)叶肉细胞右侧过程a显示CO2进入细胞并转变成苹果酸储存在液泡中，夜间气孔打开，细胞才能完成此项活动，据此可推测图中叶肉细胞右侧过程a的活动发生在夜间。(2)白天时，植物光合作用需要消耗CO2，苹果酸通过过程b运出液泡，在细胞质中分解产生CO2进行暗反应。夜间气孔开放，从外界吸收的CO2与PEP发生系列反应生成苹果酸，及时通过过程a将苹果酸运进液泡中，其生理意义见答案。(3)干旱、光照充足的环境中，菠萝光合作用强度大于细胞呼吸强度，光合作用所需的CO2由两种途径提供：一是苹果酸的分解，二是植物细胞有氧呼吸(细胞呼吸)产生。
10．浒苔是一种常见的绿藻，如图1表示浒苔细胞部分代谢过程，C4循环是植物进化中形成的一种二氧化碳浓缩机制。请回答下列问题：
(1)浒苔细胞光反应的场所是________________。与蓝细菌相比，其结构上最主要的区别是具有__________________________。
(2)图1中过程②需要光反应产生的__________________参与。浒苔细胞固定CO2的场所有____________________________________。
(3)从代谢过程分析，浒苔通过____________方式从低浓度CO2的海水中吸收HCO，还能通过______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________提高光合效率，实现快速生长。
(4)Rubisco的活化需要一定的光照条件，科研人员研究了某种浒苔的Rubisco活性与环境条件的关系，部分结果如图2。已知该浒苔细胞中Rubisco活性的最适温度约为25～29 ℃。
①从采样到酶活性测定，需对藻体进行低温处理，原因是__________________________，研磨前在样品中加入液氮(－196 ℃)能使浒苔细胞快速冷冻并脆化，有利于______________________________________________________________________________。
②结合图2分析，Rubisco活性在14：00、18：00明显下降的主要原因分别是________________________________、_______________________________。
答案　(1)(叶绿体)类囊体薄膜　以核膜为界限的细胞核　(2)NADPH和ATP　细胞质基质和叶绿体基质　(3)主动运输　C4循环富集CO2
(4)①低温有利于保持酶的活性　细胞破碎，充分释放酶②温度升高，Rubisco的空间结构改变　光照强度下降，Rubisco活化的比例下降
解析　(1)浒苔是一种常见的绿藻，属于真核生物，浒苔细胞光反应的场所是(叶绿体)类囊体薄膜。蓝细菌属于原核生物，与蓝细菌相比，浒苔结构上最主要的区别是具有以核膜为界限的细胞核。(2)过程②为C3的还原，需要光反应产生的NADPH和ATP参与。由图1可知，在细胞质基质中CO2会被PEPC固定成C4，在暗反应过程中CO2会被C5固定成C3，其场所为叶绿体基质。(3)从代谢过程分析，浒苔通过主动运输方式从低浓度CO2的海水中吸收 HCO，且消耗ATP。由图1可知，在细胞质基质中低浓度的CO2会被PEPC固定成C4，并储存在液泡中，C4又能分解成CO2为光合作用提供原料，故浒苔还能通过C4循环富集CO2，提高光合效率，实现快速生长。(4)①从采样到酶活性测定，需对藻体进行低温处理，原因是低温有利于保持酶的活性，而高温会破坏酶的空间结构，使酶失活。研磨前在样品中加入液氮(－196 ℃)能使浒苔细胞快速冷冻并脆化，细胞破碎，充分释放酶，有利于酶促反应的进行。②由图2分析可知，在14：00时，温度升高，Rubisco的空间结构改变，使Rubisco活性明显下降；Rubisco的活化需要一定的光照条件，在18：00时，光照强度下降，Rubisco活化的比例下降。

展开更多......

收起↑