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
2
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
2 5 3
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
2 2
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
4 3 4
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
2 4 3 2
固定的植物叫作C 植物，将其固定CO 的途径叫作C 途径。
3 2 3
若用14C标记大气中的CO，则小麦植株中14C的转移途径为________________________；
2
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。
3 4细胞类别 C 植物 C 植物
3 4
形态 小 ①________
维管束鞘细胞
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
3 2 4 2
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，
2 2
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
2
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
2 4 4 2
化酶被形象地称为“CO 泵”。
2
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。
4 4
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
2
——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
2
____________________________________________________________________________。
答案 (1)温度过高，植物蒸腾作用失水过多导致气孔导度下降，CO 吸收减少 (2)不是
2
(3)14CO→14C →(14CHO) 14CO→14C →14CO→14C →(14CHO) (4)①大 ②有 (5)①叶肉
2 3 2 2 4 2 3 2
细胞中的PEP羧化酶对CO 有很高的亲和力，能浓缩低浓度的CO，从而增加细胞中CO 的
2 2 2
浓度 (6)不能 苹果酸的分解和细胞呼吸
归纳总结 C 植物、C 植物和CAM植物固定CO 方式的比较
3 4 2(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；
2
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。
4 2 2
(2)比较C 、C 、CAM途径
3 4
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
3 4 2 3
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
答案 A
解析 光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜，基粒是由类囊体堆叠而成的，维管束鞘细胞的叶绿体没有基粒，所以维管束鞘细胞的叶绿体不能进行正常的光反应，A错误。
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
2
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
2 2 2
( )
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 2
C．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
答案 D
解析 图中植物无机碳的固定场所为叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体基质，
D错误。
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
2 2 5
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
3 2 2 2
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
2 2
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
2
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。
答案 (1)自由扩散 主动运输 CO 固定 O 与C 结合 (2)叶绿体 (3)提高 提高
2 2 5
解析 (1)据图分析，CO 进入细胞膜的方式为自由扩散，进入光合片层膜时需要膜上的CO
2 2
转运蛋白协助并消耗能量，为主动运输过程。蓝细菌通过CO 浓缩机制使羧化体中Rubisco
2
周围的CO 浓度升高，从而通过促进CO 固定进行光合作用，同时抑制光呼吸，最终提高光
2 2
合效率。(2)若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，暗反应的场所为叶绿体基
质，故能利用电子显微镜在转基因烟草的叶绿体中观察到羧化体。(3)若转入HCO和CO 转
2
运蛋白基因并成功表达和发挥作用，理论上可以增大羧化体中CO 的浓度，使转基因植株暗
2
反应水平提高，进而消耗更多的NADPH和ATP，使光反应水平也随之提高，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。
2
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，
2 2
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
2
来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO 固定方式。实验思路：取生长状态相同的植
2
物甲若干株随机均分为 A 、 B 两组； A 组在 ( 湿度适宜的 ) 正常环境中培养， B 组在干旱环境
中培养，其他条件相同且适宜，一段时间后，分别检测两组植株夜晚同一时间液泡中的
pH ，并求平均值。预期结果： A 组 pH 平均值高于 B 组 。(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
2
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
2 2 2
制，由此推断玉米抵抗干旱的能力强于(填“强于”或“弱于”)水稻，判断的依据是干旱环
境中植物气孔会部分关闭， CO 供应不足，光合速率明显下降，但玉米具有特殊的 CO 浓缩
2 2
机制，能利用较低浓度的 CO ，故其抵抗干旱环境的能力更强。已知PEPC与无机碳的结合
2
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PEPC
与无机碳的亲合力远大于 Rubisc o ，能利用胞间浓度较低的 CO 。
2
3．玉米的叶肉细胞和维管束鞘细胞间具有大量胞间连丝，意义是提高物质运输效率。
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
2 2
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
2 2 5 2
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
3 2
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
2 2
在Rubisco周围，该机制的意义是可以减少光呼吸，增加光合作用有机物的产量。课时精练
一、选择题
1．(2024·重庆江北区高三联考)景天酸代谢(CAM)途径属于某些植物特有的CO 固定方式，
2
下列关于这类植物的叙述，错误的是( )
A．在上午某一时刻，突然降低外界的CO 浓度，叶肉细胞中C 的含量短时间内不变
2 3
B．景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
C．给植物提供14C标记的14CO,14C可以出现在OAA、苹果酸、C 和有机物中
2 3
D．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体
答案 D
解析 在夜晚，叶肉细胞只能通过细胞呼吸产生 ATP，即产生ATP的细胞器是线粒体，D
错误。
2．(2024·江苏南京第九中学高三期中)景天科植物(如景天、落地生根)的叶子有一个很特殊
的CO 固定方式：夜间气孔开放，吸收的CO 生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液
2 2
泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO 用于光合作用，其部分代谢途径如图所示。下列分析正确
2
的是( )
A．如果白天适当提高CO 浓度，景天科植物的光合作用速率将随之提高
2
B．由景天科植物特殊的CO 固定方式推测其可能生活在高温干旱地区
2
C．白天景天科植物叶肉细胞内苹果酸的含量和葡萄糖的含量可能呈正相关
D．景天科植物参与卡尔文循环的CO 就是来源于苹果酸的分解
2答案 B
解析 白天适当提高CO 浓度，景天科植物的光合作用速率不会提高，因为此时叶肉细胞的
2
气孔是关闭的，A错误；白天，景天科植物叶肉细胞内苹果酸会通过脱羧作用形成CO 参与
2
暗反应，进而合成葡萄糖，即白天苹果酸的含量和葡萄糖的含量呈负相关，C错误；景天科
植物中参与卡尔文循环的CO 除了来源于苹果酸的分解外，还来源于细胞呼吸，D错误。
2
3．下列有关C 植物和C 植物代谢和结构特点的描述，正确的是( )
3 4
A．C 植物多为阴生植物，C 植物多为阳生植物
3 4
B．在进行光合作用时，C 植物和C 植物分别将CO 中的C首先转移到C 和C 中
3 4 2 3 4
C．C 植物的叶肉细胞具有正常叶绿体，C 植物的叶肉细胞具有无基粒的叶绿体
3 4
D．C 植物的维管束鞘外有“花环型”的两圈细胞
4
答案 B
解析 C 植物既有阳生植物也有阴生植物，A错误；C 植物的维管束鞘细胞具有无基粒的
3 4
叶绿体，而叶肉细胞具有有基粒的叶绿体，C错误；C 植物的叶片中，围绕着维管束的是呈
4
“花环型”的两圈细胞：里面一圈是维管束鞘细胞，外面一圈是一部分叶肉细胞，D错误。
4．C 植物是指生长过程中从空气中吸收CO 后，首先合成含四个碳原子化合物的植物，其
4 2
能浓缩空气中低浓度的CO 用于光合作用。玉米属于C 植物，较C 植物具有生长能力强、
2 4 3
需水量少等优点。如图为C 植物光合作用固定CO 过程的简图。下列相关叙述错误的是(
4 2
)
A．C 植物叶肉细胞固定CO 时不产生C ，而是形成苹果酸或天冬氨酸
4 2 3
B．据图推测暗反应的场所在叶肉细胞中
C．由CO 浓缩机制可推测，PEP羧化酶对CO 的亲和力高于Rubisco
2 2
D．图中丙酮酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸(C )的过程属于吸能反应
3
答案 B
5．根据光合作用中 CO 固定方式的不同，植物可分为多种类型，其中 C 和 C 植物的光合
2 3 4
速率随外界 CO 浓度的变化如图所示(CO 饱和点是指植物光合速率开始达到最大值时的
2 2外界 CO 浓度)。据图分析，下列说法错误的是( )
2
A．在低 CO 浓度下，C 植物光合速率更易受 CO 浓度变化的影响
2 4 2
B．在 C 植物 CO 饱和点时，C 植物的光合速率要比 C 植物的低
4 2 4 3
C．适当扩大 C 植物的种植面积，可能更有利于实现碳中和的目标
3
D．在干旱条件下，气孔开度减小，C 植物生长效果要优于 C 植物
4 3
答案 B
解析 分析题图可知，在低 CO 浓度下，CO 浓度稍微提高，C 植物光合速率快速提高，
2 2 4
C 植物在CO 浓度很低时不进行光合作用，故C 植物光合速率更易受 CO 浓度变化的影响，
3 2 4 2
A正确；根据图示，在 C 植物 CO 饱和点(外界CO 体积分数为300×10－6左右)时，C 植
4 2 2 4
物的光合速率要比 C 植物的高，B错误；C 植物的CO 饱和点更高，能利用更多的CO ，
3 3 2 2
故适当扩大 C 植物的种植面积，可能更有利于实现碳中和的目标，C正确；在干旱条件下，
3
气孔开度减小，C 植物能利用更低浓度的CO，生长效果要优于 C 植物，D正确。
4 2 3
6．在干旱、高温条件下，玉米(C 植物)由于含有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)，其利用
4
CO 的能力远远高于水稻(C 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
2 3
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 CO 的速率
2
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技术检测 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 RNA聚合酶识别并结合启动子，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，但不能检测翻译是否成功，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。
7．蓝细菌能通过产生的一组特殊蛋白质将CO 浓缩在Rubisco(固定CO 的关键酶)周围。科
2 2
学家们在蓝细菌这一CO 浓缩机制的研究中又有新发现。下列有关叙述错误的是( )
2
A．Rubisco是在蓝细菌的核糖体上合成的
B．蓝细菌中含有DNA和RNA，其DNA主要位于拟核中
C．蓝细菌的CO 浓缩机制可能是自然选择的结果
2D．蓝细菌中催化HO光解的酶与Rubisco相同
2
答案 D
解析 酶具有专一性，蓝细菌中催化HO光解的酶与Rubisco不同，后者用于CO 的固定，
2 2
D错误。
8．科学家研究出二氧化碳到淀粉的人工合成途径，这是基础研究领域的重大突破，技术路
径如图所示，图中①～⑥表示相关过程，下列分析不正确的是( )
A．该系统与叶肉细胞相比，不进行细胞呼吸消耗糖类，能积累更多的有机物
B．该过程④⑤⑥类似于固定二氧化碳产生糖类的过程
C．该过程实现了“光能→活跃的化学能→有机物中稳定的化学能”的能量转化
D．该过程能更大幅度地缓解粮食短缺，同时能节约耕地和淡水资源
答案 C
解析 该系统与叶肉细胞相比，不进行细胞呼吸，即不消耗糖类，该系统与叶肉细胞相比，
在相同条件下能积累更多的有机物，A正确；该过程④⑤⑥形成有机物，类似于固定二氧化
碳产生糖类的过程，B正确；该过程实现了“光能→有机物中稳定的化学能”的能量转化，
C错误；该研究成果的意义在于有助于实现碳中和、缓解人类粮食短缺问题，同时可以节约
耕地和淡水资源，D正确。
9．图甲是将玉米的PEPC酶(与CO 的固定有关)基因与PPDK酶(催化CO 初级受体“PEP”
2 2
的生成)基因导入水稻后，在某一温度下测得光照强度对转双基因水稻和原种水稻的净光合
速率影响如图甲；图乙是在光照为1 000 Lux下测得温度影响净光合速率的变化曲线(净光合
速率是指植物光合作用积累的有机物，是总光合速率减去呼吸速率的值)。下列相关叙述错
误的是( )
A．PEPC酶在转双基因水稻叶肉细胞的叶绿体基质中发挥作用B．将温度调整为35 ℃，重复图甲相关实验，A点会向左下方移动
C．与原种水稻相比，转双基因水稻更适宜栽种在强光照环境中
D．图甲温度条件下，转双基因水稻与原种水稻的细胞呼吸强度相等
答案 B
解析 PEPC酶与CO 的固定有关，CO 固定的场所是叶绿体基质，故转基因成功后，正常
2 2
情况下，PEPC酶在水稻叶肉细胞的叶绿体基质中发挥作用，A正确；由图甲可知，a点表
示在1 000 Lux光照强度下转双基因水稻的净光合速率是25 CO μmol·m－2·s－1，对应图乙的
2
温度是30 ℃，据图乙可知，在30 ℃、1 000 Lux光照强度条件下，水稻的光合速率小于35
℃时，故将温度调整为35 ℃重复图甲相关实验，则净光合速率增大，a点向右上方移动，
B错误；由图甲可知，转双基因水稻的光饱和点要高于原种水稻，所以更适合栽种在强光照
环境中，C正确；由图甲可知，当光照强度为0时，两条曲线的起点相同，故该温度条件下，
两者细胞呼吸强度相等，D正确。
二、非选择题
10．(2023·湖南，17)如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶
对CO 的K 为450 μmol·L－1(K越小，酶对底物的亲和力越大)，该酶既可催化RuBP与CO
2 m 2
反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O 反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O
2 2
并释放CO 的反应)。该酶的酶促反应方向受CO 和O 相对浓度的影响。与水稻相比，玉米
2 2 2
叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶
绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC对CO 的K
2 m
为7 μmol·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO 反应生成C ，固定产物C 转运到维管束鞘
2 4 4
细胞后释放CO，再进行卡尔文循环。回答下列问题：
2(1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是________________(填具体名称)，该产物跨叶
绿体膜转运到细胞质基质合成________(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通过
____________长距离运输到其他组织器官。
(2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度________(填“高于”或“低于”)水稻。
从光合作用机制及其调控分析，原因是______________________________(答出三点即可)。
(3)某研究将蓝细菌的CO 浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO 浓度大幅提升，其他生理
2 2
代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是
________________________________________________________________(答出三点即可)。
答案 (1) 3－磷酸甘油醛 蔗糖 维管组织
(2)高于 高光照条件下玉米可以将光合产物及时转移；玉米的PEPC酶对CO 的亲和力比水
2
稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C ，使维管束鞘内的CO 浓度高于外界环境，
4 2
抑制玉米的光呼吸 (3)酶的活性达到最大，对 CO 的利用率不再提高；受到 ATP以及
2
NADPH等物质含量的限制；原核生物和真核生物光合作用机制有所不同
解析 (1)玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然 CO 的固定过程不同，但其卡尔文循环的
2
过程是相同的，结合水稻的卡尔文循环图解，可以看出 CO 固定的直接产物是3－磷酸甘油
2
酸，然后直接被还原成3－磷酸甘油醛。3－磷酸甘油醛在叶绿体中被转化成淀粉，在叶绿
体外被转化成蔗糖，蔗糖是植物长距离运输的主要糖类，蔗糖是通过维管组织进行长距离运
输的。(2)干旱、高光照强度时会导致植物部分气孔关闭，吸收的CO 减少，而玉米的PEPC
2
酶对CO 的亲和力比水稻的Rubisco酶更高；玉米能通过PEPC酶生成C ，使维管束鞘内的
2 4CO 浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸；且玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织
2
及时转移出细胞。因此在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度高于水稻。(3)将
蓝细菌的CO 浓缩机制导入水稻叶肉细胞，只是提高了叶肉细胞内的CO 浓度，而植物的光
2 2
合作用强度受到很多因素的影响，在光饱和条件下如果光合作用强度没有明显提高，可能是
水稻的酶活性达到最大，对CO 的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物质含量
2
的限制，也可能是因为蓝细菌是原核生物，水稻是真核生物，二者的光合作用机制有所不同。
11．同一地区种植玉米(C 植物)和水稻(C 植物)两种作物，夏季晴朗白天，水稻出现“光合
4 3
午休”现象，而玉米没有此现象。研究发现：玉米叶肉细胞含有典型叶绿体，维管束鞘细胞
含有的叶绿体只能进行暗反应。请结合图表回答问题：
(1)玉米维管束鞘细胞含有的叶绿体只能进行暗反应，因此玉米叶片光反应发生在
_______________________________________________________________(填具体场所)。
由图1可知，CO 先后与____________(物质)结合。玉米叶肉细胞和维管束鞘细胞结构和功
2
能不同的根本原因是__________________________________________________________。
(2)玉米维管束鞘细胞与相邻叶肉细胞通过胞间连丝相连，其作用是__________________。
与水稻相比，玉米的CO 的补偿点较____________。高温、干旱时玉米还能保持高效光合作
2
用的原因是__________________________________________________________________。
据此推测，图2中________(填“A”或“B”)植物为C 植物。
4
(3)为了让水稻获得C 途径中固定CO 的酶，提高对CO 的亲和力，利用所学的生物技术与
4 2 2
工程相关知识，提出你的设计思路：___________________________________________。
答案 (1)叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜 PEP、C 基因的选择性表达 (2)实现细胞间的物
5
质交换和信息交流 低 玉米叶肉细胞中固定CO 的酶对CO 的亲和力更高，可利用较低浓
2 2
度CO 进行光合作用 A (3)获取C 途径固定CO 的酶的基因(PEP羧化酶基因)，将其导入
2 4 2
水稻细胞
12．(2021·辽宁，22)早期地球大气中的O 浓度很低，到了大约3.5亿年前，大气中O 浓度
2 2
显著增加，CO 浓度明显下降。现在大气中的CO 浓度约390 μmol·mol－1，是限制植物光合
2 2
作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一种催化CO 固定的酶，在
2低浓度CO 条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO 浓缩机制，极大地提高
2 2
了Rubisco所在局部空间位置的CO 浓度，促进了CO 的固定。回答下列问题：
2 2
(1)真核细胞叶绿体中，在Rubisco的催化下，CO 被固定形成________________，进而被还
2
原生成糖类，此过程发生在________________中。
(2)海水中的无机碳主要以CO 和HCO两种形式存在，水体中CO 浓度低、扩散速度慢，有
2 2
些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程，图中HCO浓度最高的场所是________________(填
“细胞外”“细胞质基质”或“叶绿体”)，可为图示过程提供 ATP 的生理过程有
________________。
(3)某些植物还有另一种CO 浓缩机制，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸
2
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附近的CO 浓度。
2 2
①由这种CO 浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力________(填“高于”“低于”或
2
“等于”)Rubisco。
②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是________________。图中由Pyr转变为
PEP的过程属于________________(填“吸能反应”或“放能反应”)。
③若要通过实验验证某植物在上述 CO 浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用
2
________________技术。
(4)通过转基因技术或蛋白质工程技术，可能进一步提高植物光合作用的效率，以下研究思
路合理的有________。
A．改造植物的HCO转运蛋白基因，增强HCO的运输能力
B．改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成
C．改造植物的Rubisco基因，增强CO 固定能力
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D．将CO 浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物
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答案 (1)三碳化合物(C ) 叶绿体基质 (2)叶绿体 细胞呼吸和光合作用 (3)①高于
3②NADPH和ATP 吸能反应 ③同位素示踪 (4)ACD
解析 (1)光合作用的暗反应中，CO 被固定形成三碳化合物(C )，进而被还原生成糖类，此
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过程发生在叶绿体基质中。(2)由题图1可知，HCO运输需要消耗ATP，说明HCO的运输是
主动运输，主动运输一般是逆浓度运输，由此推断图中 HCO浓度最高的场所是叶绿体。该
过程中细胞质中需要的ATP由细胞呼吸提供，叶绿体中的ATP由光合作用提供。(3)①PEPC
参与催化HCO＋PEP过程，说明PEPC与无机碳的亲和力高于Rubisco。②图2所示的物质
中，可由光合作用光反应提供的是ATP和NADPH，图中由Pyr转变为PEP的过程需要消耗
ATP，说明图中由Pyr转变为PEP的过程属于吸能反应。③若要通过实验验证某植物在上述
CO 浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用同位素示踪技术。(4)改造植物的PEPC
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基因，抑制OAA的合成，不利于最终CO 的生成，不能提高植物光合作用的效率，B不符
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合题意。
