文档内容
专题突破 2 不同生物固定二氧化碳的方式比较
说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转
课标要求
变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。
2023·湖南·T17 2021·辽宁·T22
考情分析 不同生物固定二氧化碳的方式比较
2021·天津·T15 2021·全国乙·T29
典例示范
某研究小组在研究小麦、玉米和芦荟的光合作用时，分别测得三种植物一昼夜CO 吸收速率
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的变化量，结果如图1：
(1)图1中小麦在10～12 h光合作用速率下降的原因是_____________________________。
(2)据图1判断芦荟在10～16 h光合作用速率________(填“是”或“不是”)0。
(3)小麦进行暗反应时，CO 被C 固定后，形成C ，但科学家在研究玉米等原产在热带地区
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绿色植物的光合作用时发现，这类植物固定CO 时，CO 中的碳首先转移到含有四个碳原子
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的有机物(C )中，然后才转移到C 中，科学家将这类植物叫作 C 植物，将其特有的固定
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CO 的途径叫作C 途径；此类作物没有“光合午休”的现象。而像小麦等仅有C 参与CO
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固定的植物叫作C 植物，将其固定CO 的途径叫作C 途径。
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若用14C标记大气中的CO，则小麦植株中14C的转移途径为________________________；
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玉米植株中14C的转移途径为____________________________________________________。
(4)请据图2比较C 、C 植物的结构并完善表格。
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细胞类别 C 植物 C 植物
3 4维管束 形态 小 ①________
鞘细胞 叶绿体 无 有，但无基粒或基粒发育不良
部分叶肉细胞与维管束鞘细胞形
排列 栅栏组织、海绵组织
叶肉细胞 成“花环型”结构
叶绿体 ②________ 有，但不能进行暗反应
(5)C 途径的CO 固定是通过Rubisco来实现的；C 途径的CO 固定是通过PEP羧化酶催化
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完成的，PEP羧化酶催化CO 连接到PEP上，形成四碳酸。这两种酶对 CO 的亲和力不同，
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PEP羧化酶对CO 的亲和力比Rubisco高出60多倍，有利于玉米等植物在叶肉细胞中把大气
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中含量很低的CO 以C 的形式固定下来，形成C 后进入维管束鞘细胞并释放CO ，PEP羧
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化酶被形象地称为“CO 泵”。
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①请解释玉米在10～12 h光合作用速率不降反升的原因：___________________________。
②强光下，可产生更多的NADPH和ATP，以满足C 植物C 途径对ATP的额外需求。
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③维管束鞘细胞中的光合产物可就近运入维管束，从而避免了光合产物累积对光合作用可能
产生的抑制作用。
(6)生长在干旱地区的植物如芦荟、仙人掌等多肉植物，具有一种光合固定 CO 的附加途径
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——CAM 途径，具有 CAM 途径的植物被称为 CAM 植物。据图 3 判断：夜晚，植物
______(填“能”或“不能”)进行卡尔文循环。白天，植物进行光合作用的 CO 来源是
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___________。
归纳总结 C 植物、C 植物和CAM植物固定CO 方式的比较
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(1)比较C 植物、CAM植物固定CO 的方式
4 2相同点：都对CO 进行了两次固定；
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不同点：C 植物两次固定CO 在空间上错开；CAM植物两次固定CO 在时间上错开。
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(2)比较C 、C 、CAM途径
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C 途径是碳同化的基本途径，C 途径和CAM途径都只起固定CO 的作用，最终还是通过C
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途径合成有机物。
对点精练
1．(2024·合肥高三期末)玉米叶片具有特殊的结构，其维管束鞘细胞周围的叶肉细胞可以利
用PEP羧化酶固定较低浓度的CO，并转移到维管束鞘细胞中释放，参与光合作用的暗反应。
2
据图分析，下列说法不正确的是( )
A．维管束鞘细胞的叶绿体能进行正常的光反应
B．维管束鞘细胞中暗反应过程仍需要ATP和NADPH
C．PEP羧化酶对环境中较低浓度的CO 具有富集作用
2
D．玉米特殊的结构和功能，使其更适应高温干旱环境
2．(2024·盐城高三模拟)某些植物有如图所示CO 浓缩机制。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙
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酮酸羧化酶(PEPC)可将HCO转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的
维管束鞘细胞释放CO，提高了Rubisco(固定CO 的酶)附近的CO 浓度。下列叙述错误的是
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( )
A．推测PEPC对无机碳的亲和力高于Rubisco
B．具有图示CO 浓缩机制的植物具有较低的CO 补偿点
2 2C．为卡尔文循环提供能量的是腺苷三磷酸
D．图中植物无机碳的固定场所为叶肉细胞的叶绿体和维管束鞘细胞的叶绿体
3．(2021·天津，15)Rubisco是光合作用过程中催化CO 固定的酶。但其也能催化O 与C 结
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合，形成C 和C ，导致光合效率下降。CO 与O 竞争性结合Rubisco的同一活性位点，因
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此提高CO 浓度可以提高光合效率。
2
(1)蓝细菌具有CO 浓缩机制，如下图所示。
2
注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。
据图分析，CO 依次以________和________方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO 浓
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缩机制可提高羧化体中 Rubisco 周围的 CO 浓度，从而通过促进__________和抑制
2
____________提高光合效率。
(2)向烟草内转入蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌羧化体
可在烟草中发挥作用并参与暗反应，应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的______中观察
到羧化体。
(3)研究发现，转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入HCO和CO 转运蛋白基因并成功
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表达和发挥作用，理论上该转基因植株暗反应水平应________，光反应水平应________，从
而提高光合速率。
1．(2021·全国乙，29节选)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO 固定方式。
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这类植物晚上气孔打开吸收CO，吸收的CO 通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，
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液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO 可用于光合作用。若以pH作为检测指标，请设计实验
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来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO 固定方式。_____________________
2
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(简要写出实验思路和预期结果)
2．玉米具有特殊的CO 浓缩机制，在叶肉细胞中磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)可在PEPC的作用
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下和CO 结合生成草酰乙酸(OAA)，OAA经过一系列转化最后进入相邻维管束鞘细胞释放
2
出CO ，提高了叶肉细胞内Rubisco周围的CO 浓度。研究表明，水稻没有上述CO 浓缩机
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制，由此推断玉米抵抗干旱的能力________(填“强于”或“弱于”)水稻，判断
的依据是________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。已知PEPC与无机碳的结合力远大于Rubisco，据此可以推测，夏天玉米可能不存在“光合
午休”现象，原因是_________________________________________________________
________________________________________________________________________。
3．玉米的叶肉细胞和维管束鞘细胞间具有大量胞间连丝，意义是________________。
4．光合细胞可在光照下吸收O 释放CO ，称为光呼吸。存在光呼吸现象的根本原因在于
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Rubisco是一个双功能的酶，当CO 浓度高而O 浓度低时，RuBP(C )与CO 结合，经此酶催
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化生成2分子的PGA(C )，进行光合作用；反之，RuBP与O 结合，进行光呼吸。科学研究
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发现在某植物中存在CO 浓缩机制：叶肉细胞中产生一种特殊的蛋白质微室，能将CO 浓缩
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在Rubisco周围，该机制的意义是______________________________。
