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尖子生突破03 C3、C4、景天科植物在光合作用上的区别
应用一：C3 途径
也称卡尔文循环，整个循环由RuBP(C5)与CO2 的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中
进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见C3 植物有大麦、菜豆、水稻、马铃薯等。
应用二：C4 途径
研究玉米的叶片结构发现，玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如图1)。叶肉细胞中的叶
绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2 被整合到C4 化合物中，随后C4 化合物进入维管束鞘细胞，
维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，C4 化合物释放出的CO2 参与卡尔文循环，
进而生成有机物(如图2)。PEP 羧化酶被形象地称为“CO2 泵”，它提高了C4 植物固定CO2 的能力，
使C4 植物比C3 植物具有较强光合作用(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力，并且无光
合午休现象。常见C4 植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。
应用三：CAM 途径
CAM 植物夜间吸进CO2，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶
催化下，CO2 与PEP 结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。从而表现出夜间
淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH 下降。而白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出
CO2，进入C3 途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP 再还原成三碳糖，最后合成淀粉或者转
移到线粒体，进一步氧化释放CO2，又可进入C3 途径。从而表现出白天淀粉增加，苹果酸减少，
细胞液pH 上升。常见的CAM 植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。
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一、单选题
1．光合作用的碳反应（暗反应）是卡尔文应用14C 示踪的方法发现的，也叫卡尔文循环，主要包
括三个阶段：羧化（CO2 固定），还原和RuBP（五碳化合物）再生。下列相关叙述错误的是（
）
A．羧化阶段参与固定CO2 的是RuBP，产物是1 分子3-磷酸甘油酸
B．还原阶段需要消耗光反应阶段产生的ATP 和NADPH，并储存能量
C．再生阶段产生RuBP，能够保证卡尔文循环的持续进行
D．在还原阶段产生的一部分储能物质经过一系列反应生成（CH2O）
【答案】A
【详解】A、在羧化阶段，RuBP 与CO2 结合，1 分子RuBP（五碳化合物）能与1 分子的CO2 结合
生成2 分子三碳化合物，即3-磷酸甘油酸，A 错误；
B、还原阶段（C3 的还原）需要消耗光反应阶段产生的ATP 和NADPH，并储存能量，B 正确；
C、RuBP（五碳化合物）再生可以保证RuBP 含量的相对稳定，以保证卡尔文循环（羧化-还原-再
生）持续稳定地进行，C 正确；
D、在还原阶段接受能量并被还原的C3 有两种代谢途径：一部分在酶的作用下经过一系列的反应
转化为（CH2O），另一部分 被还原为五碳化合物，D 正确。
2．叶绿体是卡尔文循环的场所，CO2 经过固定可产生三碳糖，三碳糖一部分在叶绿体基质经过一
系列变化转变成淀粉，另一部分通过转运器转运到细胞质基质，在细胞质基质中转变成蔗糖，同
时释放出Pi，转运器每运出一个三碳糖需运进一个Pi 作为交换。下列相关叙述错误的是（
）
2
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A．卡尔文循环需光反应提供ATP 和NADPH
B．若光照突然停止，则短时间内三碳糖含量增加
C．叶绿体中淀粉的积累会导致卡尔文循环速率变慢
D．若合成三碳糖的速率超过Pi 运进叶绿体的速率，则淀粉合成量减少
【答案】D
【详解】A、光反应为卡尔文循环提供ATP 和NADPH，A 正确；
B、若光照突然停止，短时间内CO2 固定速率不变，C3 还原受阻，故短时间内三碳糖含量增加，B
正确；
C、淀粉是卡尔文循环的产物，若其积累过多，会导致卡尔文循环速率变慢，C 正确；
D、若合成三碳糖的速率超过Pi 转运进叶绿体的速率，即三碳糖运出叶绿体减少，用于合成淀粉
的三碳糖增多；从而使淀粉合成量增加，D 错误。
3．淀粉和蔗糖均为小麦光合作用的产物，两者合成过程中均需利用磷酸丙糖作为原料，磷酸转运
器（TPT）能将卡尔文循环中产生的磷酸丙糖不断运出叶绿体，同时将等分子数的磷酸（Pi）反向
运回叶绿体基质，具体过程如下图所示。下列说法正确的是（ ）
A．CO2 的供应量不变，突然降低光照强度，磷酸丙糖含量减少，C3 含量增加
B．NADPH 和ATP 分别为C3 还原提供还原剂和能量
C．若使用TPT 专一抑制剂处理小麦叶片，则叶绿体中淀粉合成量持续增加
D．若将离体叶绿体悬浮于Pi 浓度较低的培养液中，则细胞质基质中蔗糖合成量增加
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【答案】A
【详解】A、突然降低光照强度，光反应提供的ATP 和NADPH 减少，C3 还原减少，进而导致磷酸丙
糖含量减少，而由于CO2 的供应量不变，故C3 生成量不变，C3 含量增加，A 正确；
B、ATP 和NADPH 均可以为C3 还原提供能量，B 错误；
C、TPT 可以将能将卡尔文循环中产生的磷酸丙糖不断运出叶绿体，若使用TPT 专一抑制剂处理小
麦叶片，则磷酸丙糖被留在叶绿体内，合成淀粉，由于淀粉增加，大量积累在叶绿体中不能及时
运出，抑制了光合作用的进行，所以叶绿体中淀粉含量会增加，但是不会持续增加，C 错误；
D、当细胞质基质中的Pi 浓度低时，就限制磷酸丙糖从叶绿体运出，这就促使淀粉在叶绿体基质
中形成，导致细胞质基质中蔗糖合成量减少，D 错误。
4．如图为某种植物相关细胞代谢途径示意图，下列叙述正确的是（ ）
A．CO2 与叶绿体基质中的C5 结合形成C3，属于卡尔文循环的C3 还原过程
B．图示中三羧酸循环过程可能与有氧呼吸第二阶段的物质和能量转变有关
C．图示中所有C3 接受ATP 释放的能量，在酶作用下结合NADPH 转变成为糖类
D．光合色素捕获光能后，将水分解为氧气和氢气，并转变为ATP 和NADPH
【答案】B
【详解】A．CO2 与叶绿体基质中的C5 结合形成C3，属于卡尔文循环的CO2 固定过程，A 错误；
B．图中三羧酸循环涉及的起始物质是在丙酮酸基础上发生，终末物质涉及NADH，可能涉及有氧
呼吸第二阶段的物质和能量转变过程，B 正确；
C．只有一部分C3 接受ATP 释放的能量，在酶作用下结合NADPH 转变成为糖类，C 错误；
D．光合色素捕获光能后，将水分解为氧气和氢离子（不是氢气），并转变为ATP 和NADPH，D 错
误。
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5．光合作用的卡尔文循环可分为羧化、还原和再生3 个阶段，如下图所示。下列有关说法错误的
是（ ）
A．RuBP 是一种五碳化合物
B．图中羧化表示CO2 的固定过程
C．CO2 浓度突然降低，PGA/RuBP 的值减小
D．卡尔文循环的3 个阶段均直接受光反应影响
【答案】D
【详解】A、在羧化阶段，RuBP 与CO2 结合，而光合作用过程中二氧化碳与五碳化合物结合生成
三碳化合物，故RuBP 为一种五碳化合物，A 正确；
B、在羧化阶段，RuBP 与CO2 结合，表示CO2 的固定过程，B 正确；
C、当CO2 浓度突然降低，二氧化碳的固定过程受阻，RuBP 的量会增加，PGA 的量会减少，故
PGA/RuBP 的值减小，C 正确；
D、光反应产生NADPH 和ATP 应用于暗反应，即卡尔文循环中的还原和再生2 个阶段受光反应的影
响，而羧化不受光反应的影响，D 错误。
6．根据光合作用中CO2 的固定方式不同，可将植物分为C3 植物和C4 植物等类型。在适宜温度、
水分和一定的光照强度下，测得两类植物CO2 的吸收速率随大气CO2 浓度变化的情况，绘制成如
图所示的曲线（CO2 补偿点时的光合速率与呼吸速率相等）。下列有关叙述正确的是（
）
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A．在大气CO2 浓度达到补偿点后，C3 植物和C4 植物开始进行光合作用
B．在大气CO2 浓度达到饱和点后，限制C4 植物光合速率的主要环境因素是光照强度
C．图中两条曲线的交叉点代表此时C3 植物和C4 植物光合作用制造的有机物一样多
D．干旱会导致气孔开度减小，在同等程度干旱条件下，C3 植物比C4 植物生长得会更好
【答案】B
【详解】A、在大气CO2 浓度达到补偿点前，C3 植物和C4 植物已经开始了光合作用，A 错误；
B、图中曲线是在最适温度测得，则在大气CO2 浓度达到饱和点后，限制C4 植物光合速率的主要
环境因素是光照强度，B 正确；
C、图中两条曲线的交叉点代表此时C3 植物和C4 植物光合作用积累的有机物一样多，C 错误；
D、由图可知，在低CO2 浓度的情况下，C4 植物净光合速率大于C3 植物，则在同等程度干旱条件
下，C4 植物比C3 植物生长的好，D 错误。
7．玉米叶肉细胞中的叶绿体较小数目也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
如下图。研究发现，C4 植物中PEP 羧化酶对CO2 的亲和力约是Rubisco 酶的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．若叶肉细胞中光合作用速率大于细胞呼吸速率，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 途径植物光合速率比C4 途径植物小
【答案】A
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【详解】A、在玉米的维管束鞘细胞中光合作用所利用的CO2 来源有C4 分解释放的和细胞呼吸产
生的，A 错误
B、若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
作用的细胞也要通过呼吸作用消耗有机物，故植物的干重不一定增加，B 正确；
C、玉米的维管束鞘细胞能进行光合作用暗反应，故玉米的有机物是在维管束鞘细胞通过C3 途径
合成的，C 正确；
D、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 减小，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
途径植物光合速率比C4 途径植物小，D 正确。
8．落地生根、仙人掌等景天酸代谢植物的叶片，晚上气孔开放，在细胞质基质中的PEP 羧化酶作
用下，CO2 与PEP 结合形成OAA（草酰乙酸），进一步还原为苹果酸积累在液泡中；白天气孔关闭，
苹果酸转运出液泡后在NADP-苹果酸酶作用下氧化脱羧放出CO2 进行光合作用。下列相关分析正
确的是（ ）
A．景天酸代谢植物主要在夜间进行光合作用的暗反应阶段
B．景天酸代谢植物固定CO2 的场所有细胞质基质和叶绿体基质
C．景天酸代谢植物细胞液的pH 在夜间逐渐升高、白天逐渐降低
D．景天酸代谢途径是植物定向变异的结果，是植物适应干旱的特征之一
【答案】B
【详解】A、暗反应过程需要光反应阶段提供的NADPH 和ATP 等，夜间无光照，不能进行暗反应阶
段，A 错误；
B、分析题意可知，景天酸植物可通过暗反应过程在叶绿体基质中完成二氧化碳的固定，也可在细
胞质基质中可完成CO2 与PEP 结合形成OAA 的过程，B 正确；
C、景天酸植物在夜间不能进行光合作用，有二氧化碳的积累，pH 降低，白天进行光合作用，有
二氧化碳的消耗，pH 升高，C 错误；
D、变异是不定向的，D 错误。
9．研究表明石斛多糖是石斛的主要药效成分之一，具有抗炎、抗氧化和增强免疫功能的作用，而
多糖的合成离不开光合作用。石斛夜晚打开气孔吸收CO2，并将其转化为苹果酸储存于液泡，白
天气孔关闭无法与外界进行气体交换，但可利用苹果酸分解产生的CO2 进行光合作用合成多糖，
这种光合作用途径被称为景天酸代谢。以下说法错误的是（ ）
A．夜晚石斛液泡中的pH 将下降
B．从CO2 的固定到糖类的生成还需经历C3 的还原
C．白天石斛进行光合作用时，参与卡尔文循环的CO2 均来自苹果酸分解
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D．景天酸代谢途径有利于提高植物对干旱环境的适应性
【答案】C
【详解】A、石斛夜晚打开气孔吸收CO2，并将其转化为苹果酸储存于液泡，因此，夜晚石斛液泡
中的pH 将下降，A 正确；
B、从CO2 的固定到糖类的生成属于暗反应过程，该过程还包括C3 的还原过程，B 正确；
C、景天酸代谢过程中，白天气孔关闭无法与外界进行气体交换，但可利用苹果酸分解产生的CO2
进行光合作用合成多糖，另外白天石斛进行光合作用时，固定的CO2 除来自苹果酸分解外，还有
线粒体产生的二氧化碳，C 错误；
D、景天酸代谢途径中表现为白天气孔关闭，起到了保水的作用，另外晚上气孔打开进行气体交换，
为光合作用提供二氧化碳，可见该途径是对干旱环境的适应，即景天酸代谢途径有利于提高植物
对干旱环境的适应性，D 正确。
10．光照条件下，给C3 植物和C4 植物叶片提供14CO2，然后检测叶片中的14C。下列有关检测结
果的叙述，错误的是
A．从C3 植物的淀粉和C4 植物的葡萄糖中可检测到14C
B．在C3 植物和C4 植物呼吸过程产生的中间产物中可检测到14C
C．随光照强度增加，从C4 植物叶片中可检测到含14C 的C4 大量积累
D．在C3 植物叶肉组织和C4 植物维管束鞘的C3 中可检测到14C
【答案】C
【详解】A、在光照条件下，无论C3 植物，还是C4 植物，都能利用14CO2 通过光合作用形成含
14C 的淀粉和葡萄糖等有机物，A 正确；
B、由于14C 的淀粉和葡萄糖等有机物，可以作为呼吸作用的底物，所以这些有机物细胞呼吸的中
间产物含有14C，B 正确；
C、随光照强度的增大，C4 植物叶片对含14C 的C4 的消耗加快，积累减少，C 错误；
D、在C3 植物光合作用的暗反应发生在叶肉组织和C4 植物的暗反应发生在叶维管束鞘，所以其中
的C3 中可检测到14C，D 正确。
二、多选题
11．关于C4 植物和CAM 植物光合特征的描述，下列错误的是：（ ）
A．都能进行卡尔文循环
B．叶肉细胞中Rubisco 活性高
C．羧化酶相同D．都在叶肉细胞中还原CO2
【答案】BD
【详解】A、C4 植物和CAM 植物都能进行卡尔文循环，A 正确；
B、CAM 植物的Rubisco 活性不高，B 错误；
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C、C4 植物和CAM 植物的羧化酶都是PEP 羧化酶，C 正确；
D、C4 植物还原CO2 的场所在维管束鞘细胞，D 错误。
12．景天酸代谢（CAM）途径属于某些植物特有的CO2 固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应
将CO2 固定于苹果酸，并储存在液泡中（甲）；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供
叶绿体的暗反应（乙）。下列关于这类植物的叙述正确的是（ ）
A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP 的细胞器只
有线粒体
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14CO2，14C 可以出
现在OAA、苹果酸、C3 和有机物中
D．在上午某一时刻，突然降低外界的CO2 浓
度，叶肉细胞中C3 的含量短时间内不变
【答案】ABCD
【详解】A、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，A 正
确；
B、具有景天酸代谢途径的植物，气孔白天关闭，可以减少蒸腾作用，夜晚气孔张开吸收二氧化碳，
因此可以适应干旱的环境条件，B 正确；
C、晚上气孔开放，14CO2 进入细胞后在细胞质基质中与PEP 结合生成OAA，然后再转化为苹果酸
而被固定。白天苹果酸运出液泡后放出14CO2，14CO2 首先与五碳化合物结合生成三碳化合物，随
后三碳化合物被还原生成有机物，即14CO2→14C3→（14CH2O），C 正确；
D、由于该植物白天气孔关闭，所以在上午某一时刻，突然降低外界的CO2 浓度，对于该叶肉细胞
来说，其暗反应不受影响，即C3 的含量不受影响，D 正确。
三、综合题
13．光合作用的暗反应过程被称为碳同化。植物在长期进化过程中逐渐形成了多种碳同化途径。
如图1 所示，玉米、甘蔗等C4 植物，长期生活在热带地区，其PEP 羧化酶与CO2 有强亲和力，可
以将环境中低浓度的CO2 固定下来，集中到维管束鞘细胞。而景天科等CAM（景天酸代谢）植物，
长期生活在干旱或半干旱环境中，它们在夜晚捕获CO2，然后转变成苹果酸储存在液泡中，白天
气孔关闭，苹果酸脱羧释放CO2 用于卡尔文循环。
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(1)在显微镜下观察玉米叶片结构发现，叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构。维
管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，推测其可能缺少______（填“基粒”或“基质”）结构。CAM
植物叶肉细胞液泡的pH 夜晚比白天要______（填“高”或“低”）。
(2)蝴蝶兰因其花姿优美、花色艳丽成为国际花卉市场最受欢迎的兰花之一，被誉为“兰花皇后”。
图2 为蝴蝶兰叶片净CO2 吸收速率和有机酸含量的昼夜变化。据图2 推测，蝴蝶兰______（填
“存在”或“不存在”）CAM 途径，判断依据是______。
(3)Rubisco 酶是卡尔文循环中催化CO2 固定的酶。Rubisco 酶对CO2 和O2 都有亲和力，在光照条
件下，当CO2/O2 比值高时，Rubisco 酶可催化C5 固定CO2 合成有机物，当CO2/O2 比值低时，
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Rubisco 酶可催化C5 结合O2 发生氧化分解，消耗有机物，此过程称为光呼吸，它会导致光合效率
下降。有人认为，景天酸代谢（CAM）途径是景天科植物长期进化得到的一种可以抑制光呼吸的碳
浓缩机制。你认为这种说法______（填“合理”或“不合理”），理由是______。
(4)科学研究发现：Rubisco 酶是一种双功能酶，在较强光照下，它既催化C5 与CO2 的羧化反应进
行光合作用，同时又催化C5 的加氧反应进行光呼吸，羧化和加氧反应的相对速率完全取决于CO2
与O2 的相对浓度。
为探究光呼吸的产物与场所，某研究团队利用同位素标记法设计了如下实验，验证上述图示过程
光呼吸的终产物和场所，请简要补全实验思路和预期实验结果。
①甲组：将小麦叶肉细胞置于光照较强和C18O2 浓度较高的环境中培养一段时间后，检测18O 出
现的场所及物质；
乙组：______。
②预期实验结果：
甲组中的______；
乙组中的______。
【答案】(1) 基粒 低
(2) 存在 由图可知蝴蝶兰叶片吸收CO2 主要发生在夜间，白天吸收CO2 较少（或白天的
净CO2 吸收速率较低，夜晚的净CO2 吸收速率较高）；蝴蝶兰叶片中白天有机酸的含量下降，夜
晚有机酸的含量升高，符合CAM 植物的光合特性
(3) 合理 CAM 植物的叶肉细胞可以在夜晚吸收大量的CO2，转变为苹果酸储存在液泡中，
在白天苹果酸脱羧释放CO2，使得叶绿体中Rubisco 酶周围的CO2 浓度升高，在与O2 竞争
Rubisco 酶时有优势，抑制了光呼吸
(4) 将小麦叶肉细胞置于光照较强和18O2 浓度较高的环境中培养一段时间后，检测18O 出现
的场所及物质。 18O 出现在叶绿体基质中，在糖类中可以检测到18O 18O 出现在线粒体
和叶绿体基质中，在二氧化碳和糖类中可以检测到18O
【详解】（1）在显微镜下观察玉米叶片结构发现，叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环
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状结构。维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，推测其可能缺少“基粒”结构，因为其中只进行的
是卡尔文循环，该过程发生在叶绿体基质中。结合图示可知，CAM 植物在晚上气孔张开，吸收二
氧化碳变成苹果酸，苹果酸进入液泡储存起来，白天苹果酸分解释放出二氧化碳用于卡尔文循环，
因此CAM 植物叶肉细胞液泡的pH 夜晚比白天要“低”。
（2）由图可知，蝴蝶兰在夜间叶片吸收CO2 出现高峰，而白天吸收CO2 较少，同时蝴蝶兰叶片中
白天有机酸的含量下降，夜晚有机酸的含量升高，这些都是CAM 植物的光合特性，据此可判断蝴
蝶兰存在CAM 途径。
（3）CAM 植物的叶肉细胞可以在夜晚吸收大量的CO2，转变为苹果酸储存在液泡中，在白天苹果
酸脱羧释放CO2，使得叶绿体中Rubisco 酶周围的CO2 浓度升高，从而使二氧化碳在与O2 竞争
Rubisco 酶时有优势，抑制了光呼吸，因此，景天酸代谢（CAM）途径是景天科植物长期进化得到
的一种可以抑制光呼吸的碳浓缩机制，即景天酸代谢（CAM）途径是景天科植物长期进化得到的一
种可以抑制光呼吸的碳浓缩机制的说法是合理的。
（4）该实验是探究CO2 与O2 的相对浓度不同时，光呼吸的产物与场所，因此自变量为CO2 与O2
的相对浓度不同，故实验思路：甲组：将小麦叶肉细胞置于光照较强和C18O2 浓度较高的环境中
培养一段时间后检测18O 出现的场所及物质；乙组：将小麦叶肉细胞置于光照较强和18O2 浓度较
高的环境中培养一段时间后检测18O 出现的场所及物质。预期实验结果：甲组中的18O 出现在叶
绿体基质中，在糖类中可以检测到18O；乙组中的18O 出现在线粒体和叶绿体基质中，在二氧化
碳和糖类中可以检测到18O。
14．植物在进化过程中形成了下列几种常见的光合作用模式。请回答下列相关问题：
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（1） 据图分析，C3 途径、C4 途径和景天酸代谢途径反应过程既有共同点，也有差异。三者都能
在暗反应过程中将CO2 固定为________化合物，并利用____________（场所）产生____________
中的化学能，合成糖类等有机物。
（2） 比较模式二和模式三途径，CO2 的固定次数分别为________次，其中模式三途径CO2 固定
的场所是____________________。
（3） RUBP 羧化酶和PEP 羧化酶分别是C3 途径和C4 途径固定CO2 的两种关键酶。RUBP 羧化酶是
一种双功能酶，既能固定CO2，又能催化C5 与O2 结合发生氧化分解。催化方向取决于CO2 和O2
的浓度，推测当O2 与CO2 的比值________（填“高”或“低”）时有利于光合作用而降低光呼吸。
玉米作为C4 植物，中午不会出现光合作用“午休”现象，其原因是________。
（4） 仙人掌以其特有的光合作用模式适应沙漠环境，是长期________的结果，根据仙人掌生活
的环境特点推断其光合作用的模式为模式________（填“一”“二”或“三”）。判断理由是
______________________________。
【答案】 C3 类囊体薄膜 ATP、NADPH（[H]） 2，2 细胞质基质，叶绿体
基质 低 PEP 羧化酶活性高，能固定较低浓度的CO2 自然选择 三 沙漠中
水分少，白天温度高，仙人掌白天气孔关闭，夜晚气孔开放吸收CO2 并形成苹果酸，白天利用苹
果酸脱羧产生的CO2 进行光合作用合成有机物
【详解】（1）据图可知，C3 途径、C4 途径和景天酸代谢途径反应过程既有共同点是，都能在暗
反应阶段都要将CO2 固定为C3 化合物，将C3 转变为糖类，暗反应过程都需要光反应提供能量，
并利用光反应阶段的ATP、还原型辅酶Ⅱ（NADPH）中的化学能。
（2）模式二和模式三途径CO2 的固定都经过PEP，苹果酸，产生二氧化碳到卡尔文循环中，二氧
化碳都固定了2 次，模式三途径第一次CO2 固定的场所是细胞质基质，第二次CO2 固定的场所是
叶绿体基质。
（3）氧气增多时，会发生光呼吸现象，降低光呼吸的途径之一是降低氧气的浓度，因此O2 与
CO2 的比值比较低。光照强烈的正午，叶片气孔开度减小会导致叶肉细胞间的 CO2 浓度降低抑制
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光合作用，又称植物午休现象。玉米却几乎没有午休现象，据图分析可知，可能的原因是玉米
PEP 羧化酶活性高，通过模式二能固定较低浓度的二氧化碳固定形成 C4，气孔关闭时，C4 分解产
生二氧化碳，用于光合作用。
（4） 仙人掌以其特有的光合作用模式适应沙漠环境，是长期自然选择进化的结果，沙漠中水分
少，白天温度高，仙人掌白天气孔关闭，夜晚气孔开放吸收CO2 并形成苹果酸，白天利用苹果酸
脱羧产生的CO2 进行光合作用合成有机物，以适应沙漠干旱高温的环境，根据分析，应该是模式
三途径。
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