专题二 [重点突破] 第7练 不同植物固定二氧化碳方式的比较-【步步高·考前三个月】2025年高考生物学复习讲义课件（鲁湘辽吉黑）（课件PPT+word教案）

专题二　 [重点突破]　第7练 不同植物固定二氧化碳方式的比较 真题演练 模拟预测 内容索引 1.(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CO2的Km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CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。 真题演练 PART ONE 1 2 3 4 5 与水稻相比，玉米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CO2的Km为 7 μmol·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题： 1 2 3 4 5 (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。 1 2 3 4 5 3－磷酸甘油醛 蔗糖 维管组织 玉米的光合作用过程与水稻相比，虽然CO2的固定过程不同，但其卡尔文循环的过程是相同的，结合水稻的卡尔文循环图解，可以看出CO2固定的直接产物是3－磷酸甘油酸，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，蔗糖在长距离运输时是通过维管组织进行的。 1 2 3 4 5 (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)。 1 2 3 4 5 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酶比水稻的Rubisco酶对CO2的亲和力更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸 1 2 3 4 5 干旱、高光照强度时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶比水稻的Rubisco酶对CO2的亲和力更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2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)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，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)。 1 2 3 4 5 酶的活性达到最大，对CO2 的利用率不再提高；受到ATP以及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 1 2 3 4 5 将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞，只是提高了叶肉细胞内的CO2浓度，而植物的光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CO2的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物质含量的限制，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。 2.(2021·辽宁，22)早期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约390 μmol·mol－1，是限制植物光合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CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，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。回答下列问题： (1)真核细胞叶绿体中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成____________，进而被还原生成糖类，此过程发生在____________中。 1 2 3 4 5 三碳化合物 叶绿体基质 1 2 3 4 5 光合作用的暗反应中，CO2被固定形成三碳化合物，进而被还原生成糖类，此过程发生在叶绿体基质中。 (2)海水中的无机碳主要以CO2和两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有如图1所示的无机碳浓缩过程，图中浓度最高的场所是________(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____________________。 1 2 3 4 5 叶绿体 细胞呼吸和光合作用 1 2 3 4 5 由题图1可知，运输需要消耗ATP，说明是通过主动运输进入叶绿体的，主动运输一般是逆浓度梯度运输，由此推断图中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)某些植物还有另一种CO2浓缩机制，部分过程如图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将转化为有机物，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CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度。 1 2 3 4 5 ①由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力_____(填“高于”“低于”或“等于”) Rubisco。 高于 1 2 3 4 5 PEPC参与催化＋PEP过程，说明PEPC与无机碳的亲和力高于Rubisco。 1 2 3 4 5 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”)。 NADPH和ATP 吸能反应 1 2 3 4 5 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ATP水解提供能量，说明图中由Pyr转变为PEP的过程属于吸能反应。 1 2 3 4 5 ③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用____________技术。 同位素示踪 1 2 3 4 5 (4)(多选)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________(填字母)。 A.改造植物的转运蛋白基因， 　增强的运输能力 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 　CO2固定能力 D.将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物 ACD 1 2 3 4 5 改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成，不利于最终CO2的生成，不能提高植物光合作用的效率，B不符合题意。 1 2 3 4 5 3.(2022·全国甲，29节选)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。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题： (1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是____________________(答出3点即可)。 O2、NADPH和ATP 光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体薄膜，光反应发生的物质变化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有O2、NADPH和ATP。 1 2 3 4 5 (2)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是___________________________________________________________。 C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2 干旱会导致气孔开度减小，CO2吸收减少，由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生长得好。 1 2 3 4 5 4.(2021·天津，15)Rubisco是光合作用过程中催化CO2固定的酶，但其也能催化O2与C5结合，形成C3和C2，导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisco的同一活性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合效率。 (1)蓝细菌具有CO2浓缩机制，如图所示。 注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。 1 2 3 4 5 据图分析，CO2依次以__________和_________方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度，从而通过促进_________和抑制____________提高光合效率。 自由扩散 主动运输 CO2固定 O2与C5结合 1 2 3 4 5 (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。 叶绿体 1 2 3 4 5 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细胞的叶绿体中观察到羧化体。 1 2 3 4 5 (3)研究发现，转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，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。 提高 提高 1 2 3 4 5 若转入和CO2转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CO2的浓度，使转基因植株暗反应水平提高，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 2 3 4 5 5.(2021·全国乙，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题： (1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有_________________________________ ________________________________，光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和__________释放的CO2。 细胞质基质、线粒体(或线粒体基质 和线粒体内膜)、叶绿体类囊体薄膜 细胞呼吸 白天有光照，叶肉细胞能利用液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2进行光合作用，也能利用光合作用产生的O2和有机物进行有氧呼吸，光合作用光反应阶段能将光能转化为化学能储存在ATP中，有氧呼吸三个阶段都能产生能量合成ATP，因此叶肉细胞能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体(或线粒体基质和线粒体内膜)、叶绿体类囊体薄膜。光合作用为有氧呼吸提供有机物和O2，反之，细胞呼吸产生的CO2也能用于光合作用暗反应，故光合作用所需的CO2可来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸释放的CO2。 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 (2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止______________________________，又能保证_________正常进行。 蒸腾作用过强导致水分散失过多 光合作用 由于环境干旱，植物吸收的水分较少，为了适应这一环境，气孔白天关闭能防止白天因温度较高，蒸腾作用较强导致植物体水分散失过多，晚上气孔打开吸收CO2储存固定，以保证光合作用等生命活动的正常进行。 1 2 3 4 5 (3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果) 答案　实验思路：取生长状态相同的植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。 该实验自变量是植物甲所处的生存环境是否干旱，由于夜间气孔打开吸收CO2，生成苹果酸储存在液泡中，液泡pH降低，故可通过检测液泡的pH验证植物甲存在该特殊方式，即因变量检测指标是液泡中的pH。 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 模拟预测 PART TWO 1.(2024·长沙高三二模)菠萝、仙人掌以及其他一些多肉植物通过CAM代谢途径(气孔夜间开启，白天关闭)来适应干旱环境。如图为菠萝叶肉细胞的CAM代谢途径示意图，图中苹果酸是一种酸性较强的有机酸。回答下列问题： 1 2 3 4 5 (1)在叶绿体中，吸收光能的色素分布在____________上，提取光合色素时加入CaCO3的目的是______________________。 类囊体薄膜 防止研磨时色素被破坏 在叶绿体中，吸收光能的色素分布在类囊体薄膜上；研磨时，加入CaCO3可以防止研磨时色素被破坏，加入SiO2可以使研磨更充分。 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 (2)菠萝叶肉细胞中参与固定CO2的物质有__________。夜晚，菠萝细胞内消耗NADH的场所可能有________________________。 PEP和C5 细胞质基质和线粒体内膜 1 2 3 4 5 (3)中午12点，若降低环境中的CO2浓度，其他条件不变，在短时间内菠萝细胞内C3合成速率______(填“会”或“不会”)发生明显变化，请说明理由：_______________________________________________________ __________________________________________。 不会 菠萝细胞白天气孔关闭，环境中的CO2浓度变化不会影响胞间CO2浓度，因而不会影响叶肉细胞内C3合成速率 1 2 3 4 5 中午12点，降低环境中的CO2浓度，其他条件不变，由于菠萝细胞白天气孔关闭，环境中的CO2浓度变化不会影响胞间CO2浓度，不会影响叶肉细胞内C3合成速率，故在短时间内菠萝细胞内C3合成速率不会发生变化。 1 2 3 4 5 (4)图中通过过程a将苹果酸运输到液泡内，也会通过过程b运出液泡进入细胞质。推测过程b发生在_____(填“白天”或“夜晚”)。过程a的生理意义是_________________________________________________________ ___________________________________(写出一点)。 白天 促进CO2与PEP生成OAA进而生成苹果酸；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 分析题图可知，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，产生的CO2用于暗反应。 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，其生理意义包括两方面：一方面促进CO2与PEP生成OAA进而生成苹果酸；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。 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 2.(2024·朝阳高三二模)夏日正午的阳光强烈，沉水植物海菜花光合作用旺盛，产生大量的O2使水体的溶解氧处于饱和状态。此时水体中的CO2被大量消耗，会诱导海菜花启动C4代谢途径，过程如图所示。在低CO2和高O2情况下，Rubisco催化加氧反应，即吸收O2产生CO2，该反应过程称为光呼吸。回答下列问题： 1 2 3 4 5 (1)海菜花光反应发生的场所是_______ _____，图中为光合作用提供原料的无机物有水分和____________(答出两种)等。海菜花叶肉细胞中丙酮酸的产生场所有________________________。 类囊体 薄膜 CO2、 叶绿体基质和细胞质基质 1 2 3 4 5 (2)在高O2低CO2条件下，C5发生氧化并产生光呼吸的中间产物________；在强光下，光反应转换的能量超过暗反应的需要时，会对细胞造成伤害，此时光呼吸可对细胞起到保护作用，原因是___________________________ ________。光呼吸是一种_____(填“吸 能”或“放能”)反应。 乙醇酸 光呼吸可消耗过剩的ATP和 NADPH 吸能 1 2 3 4 5 (3)图中催化CO2固定的两种酶(PEPC、Rubisco)中，与CO2()亲和力较高的是PEPC，原因是________________ _______________________________。 与Rubisco相比， PEPC能固定和利用较低浓度的CO2 1 2 3 4 5 3.(2024·岳阳高三二模)根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同，可以将自然界中的绿色植物分为C3、C4、和CAM三种类型。玉米、甘蔗等属于C4植物，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，其过程如图1所示。 1 2 3 4 5 而景天科等CAM植物(芦荟、仙人掌)固定CO2的方式比较特殊，其过程如图2所示；图3表示不同地区A、B、C三类植物在晴朗夏季的光合作用日变化曲线。请据图分析回答下列问题： 1 2 3 4 5 (1)在显微镜下观察玉米叶片结构时发现，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”)。由图1 可知，C4植物与CAM植物固定CO2不同之处 主要体现在：__________________________ ______________________________________ ______________________________________ ____________________________。 基粒 低 C4植物捕获和固定CO2在空间 上分离(或在不同的细胞内捕获和固定CO2)，CAM植物捕获和固定CO2在时间上分离(或在夜晚捕获CO2，白天固定CO2) 1 2 3 4 5 由图1可知，维管束鞘细胞中能进行卡尔文循环，由于该过程发生在叶绿体基质中，因此推测其可能缺少基粒。结合图2可知，CAM植物在晚上气孔张开，吸收CO2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CO2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。 1 2 3 4 5 由图1、2可知，C4植物与CAM植物在捕获和固定大气中的CO2的方式上最明显的区别表现在：C4植物捕获和固定CO2的反应在空间上分离(或在不同的细胞内捕获和固定CO2)，CAM植物捕获和固定CO2的反应在时间上分离(或在夜晚捕获CO2，白天固定CO2)，这些特性都是长期适应环境的结果。 1 2 3 4 5 (2)C4植物和CAM植物分别对应图3中的____________________类植物(用字母A、B、C表示)，判断依据是__________________________________ ________________________________________________________________________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ _______________。 C、A(顺序不能颠倒) C4植物的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，即当外界干旱或蒸腾作用较强导致气孔部分关闭时，C4植物就能利用 细胞间隙里的含量低的CO2，无光合 午休；而CAM植物夜间吸收的CO2生 成苹果酸储存在液泡中，白天苹果酸 经脱羧作用释放的CO2用于光合作用， 白天不吸收CO2 1 2 3 4 5 C4植物的特点是可以利用低浓度CO2，即在晴朗夏季的中午，由于温度过高气孔关闭，CO2吸收量下降，但曲线C在夏季中午仍然能维持较高的光合速率，表明C是C4植物； CAM植物在夜间吸收CO2生成的苹 果酸储存在液泡中，白天不吸收 CO2，白天利用苹果酸经脱羧作用 释放CO2，对应曲线A。 1 2 3 4 5 (3)在上午10点时，突然降低环境中CO2浓度后的一小段时间内，图3中植物A、B细胞中C3含量的变化分别是___________________，分析其变化原因是_________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________。 A基本不变，B下降 A植物10点时气孔关闭，CO2吸收速率为0，苹果酸脱羧释放的CO2可供给卡尔文循环正常进行，使C3含量基本不变；B植物为C3植物，10点时突然降低环境中的CO2浓度，C3的固定减慢，同时C3的还原不变，所以C3含量降低 1 2 3 4 5 在上午10点时，突然降低环境中CO2浓度后的一小段时间内，由于A植物利用的是夜间吸收的CO2生成的苹果酸经脱羧作用释放的CO2，故卡尔文循环正常进行，C3含量基 本不变。B植物为C3植物，突然降 低环境中CO2浓度后的一小段时间 内，C3的固定减慢，同时C3的还原 不变，所以C3含量降低。 1 2 3 4 5 4.(2024·济南高三模拟)在叶肉细胞中，固定CO2形成C3的植物称为C3植物，而玉米等植物的叶肉细胞中，PEP在PEP羧化酶的作用下固定CO2进行C4循环，这样的植物称为C4植物。C4植物的维管束鞘细胞含无基粒的叶绿体，光反应发生在叶肉细胞，暗反应发生 在维管束鞘细胞。在C4循环中PEP羧化酶 对CO2的高亲和力可将周围较低浓度的CO2 高效运往维管束鞘细胞形成高浓度CO2， 如图所示。 1 2 3 4 5 暗反应中RuBP羧化酶(对CO2的亲和力约为PEP 羧化酶的1/60)在CO2浓度高时催化RuBP固定 CO2合成有机物，在CO2浓度低时催化RuBP与 O2进行光呼吸，分解有机物。回答下列问题： (1)C4植物中固定CO2的酶是________________ ____________，最初固定CO2的物质是______。 PEP羧化酶和 RuBP羧化酶 PEP 1 2 3 4 5 由题意可知，PEP在PEP羧化酶的作用下固定CO2进行C4循环，在C4循环中PEP羧化酶对CO2的高亲和力，可将周围较低浓度的CO2高效运往维管束鞘细胞形成高浓度CO2，即C4植物中固定CO2的酶是PEP羧化酶和RuBP羧化酶，最初固定CO2的物质是PEP。 1 2 3 4 5 (2)C3植物与C4植物相比较，CO2补偿点较高的是____________；干旱时，对光合速率影响较小的是____________。 C3植物(C3) C4植物(C4) 1 2 3 4 5 与C3植物相比，C4植物叶肉细胞中固定CO2的酶与CO2的亲和力更强，因而能利用更低浓度的CO2，因此C4植物的CO2补偿点比C3植物低，故C4植物的有机物积累量往往较高，因此当干旱时气孔关闭，对光合速率影响较小的是C4植物。 1 2 3 4 5 (3)C4循环中，苹果酸和丙酮酸能穿过在叶肉细胞和维管束鞘细胞之间形成的特殊结构，该结构使两细胞原生质相通，还能进行信息交流，该结构是_________。据题意分析，C4植物叶肉细胞不发生暗反应的原因是________________________________________________________________________。 胞间连丝 PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于RuBP羧化酶，使暗反应因缺少CO2而无法进行 1 2 3 4 5 高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接也有信息交流的作用，C4植物叶肉细胞不发生暗反应的原因是PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于RuBP羧化酶，使暗反应因缺少CO2而无法进行。 1 2 3 4 5 (4)环境条件相同的情况下，分别测量单位时间内C3植物和C4植物干物质的积累量，发现C4植物干物质积累量近乎是C3植物的两倍，据题意推测原因是_________________________________________________________ __________________________________________________________(至少答出两点，不考虑呼吸作用的影响)。 C4循环使维管束鞘细胞内有高浓度CO2，促进了光合作用，增加了有机物的合成；高浓度CO2抑制了光呼吸，减少了有机物的消耗 1 2 3 4 5 C4植物干物质积累量近乎是C3植物的两倍，据题意推测原因是C4循环使维管束鞘细胞内有高浓度CO2，促进了光合作用，增加了有机物的合成；高浓度CO2抑制了光呼吸，减少了有机物的消耗。 1 2 3 4 5 5.(2024·锦州高三模拟)富营养化引发的水华已严重威胁到了水体生态系统和人类的健康，蓝细菌因具有CO2浓缩机制、悬浮机制等特殊生理特征，使其在竞争中占据优势地位。如图为蓝细菌CO2浓缩机制作用示意图，请回答问题： 1 2 3 4 5 (1)蓝细菌中因含有________________而能吸收光能进行光合作用，测定水体中蓝细菌数量时，可用__________提取这些物质间接反映蓝细菌数量。 叶绿素和藻蓝素 无水乙醇 蓝细菌能进行光合作用的原因是其光合片层膜上含有叶绿素和藻蓝素等色素及相关的酶，色素主要参与光反应过程，可用无水乙醇提取这些物质间接反映蓝细菌数量。 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 (2)蓝细菌光反应的场所为光合片层，该结构类似叶绿体中的___________，图中过程②的发生需要光反应为其提供_______________。 类囊体薄膜 ATP和NADPH 1 2 3 4 5 蓝细菌光反应的场所为光合片层，该结构类似于叶绿体中的类囊体薄膜，图中过程②光合作用暗反应阶段的发生需要光反应为其提供ATP和NADPH。 1 2 3 4 5 (3)据图分析，进入蓝细菌细胞内累积的方式______(填“需要”或“不需要”)消耗能量。细胞中的经碳酸酐酶催化脱水形成高CO2浓度微环境，可促进图中[①]___________和过程②的进行，以避免光能的浪费；该过程还可消耗胞内多余的_____，有利于维持细胞内部环境的相对稳定。 需要 CO2的固定 H＋ 1 2 3 4 5 逆浓度梯度进入蓝细菌细胞内累 积的方式为主动运输，该过程需要消 耗能量。细胞中的经碳酸酐酶催 化脱水形成高CO2浓度微环境，可促 进图中过程①CO2的固定和过程②C3 的还原的进行，以避免光能的浪费；该过程还可消耗胞内多余的H＋，有利于维持细胞内部环境的相对稳定。 1 2 3 4 5 (4)研究人员推测，当脱水速率大于过程①速率时，会有部分胞内CO2扩散出细胞，造成CO2泄漏。但实际实验过程中，胞外CO2浓度始终维持在较低水平，其原因可能有___________________________________ _____________________________(答出一点即可)。 泄漏的CO2可转化为，再被细胞 吸收；CO2可直接扩散进入细胞 $$ [重点突破]　第7练　不同植物固定二氧化碳方式的比较　[分值：100分] 1．(10分)(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CO2的Km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CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米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CO2的Km为7 μmol·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题： (1)(3分)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)(4分)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)(3分)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，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酶比水稻的Rubisco酶对CO2的亲和力更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸　(3)酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高；受到ATP以及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CO2的固定过程不同，但其卡尔文循环的过程是相同的，结合水稻的卡尔文循环图解，可以看出CO2固定的直接产物是3－磷酸甘油酸，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，蔗糖在长距离运输时是通过维管组织进行的。(2)干旱、高光照强度时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶比水稻的Rubisco酶对CO2的亲和力更高；玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2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CO2浓缩机制导入水稻叶肉细胞，只是提高了叶肉细胞内的CO2浓度，而植物的光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CO2的利用率不再提高，或是受到ATP和NADPH等物质含量的限制，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。 2．(每空1分，共9分)(2021·辽宁，22)早期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约390 μmol·mol－1，是限制植物光合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CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，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。回答下列问题： (1)真核细胞叶绿体中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成______________，进而被还原生成糖类，此过程发生在__________________中。 (2)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，有些藻类具有如图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CO2浓缩机制，部分过程如图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(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CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度。 ①由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力________(填“高于”“低于”或“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CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用________________技术。 (4)(多选)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________(填字母)。 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CO2固定能力 D．将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物 答案　(1)三碳化合物　叶绿体基质　(2)叶绿体　细胞呼吸和光合作用　(3)①高于　②NADPH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，CO2被固定形成三碳化合物，进而被还原生成糖类，此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是通过主动运输进入叶绿体的，主动运输一般是逆浓度梯度运输，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ATP水解提供能量，说明图中由Pyr转变为PEP的过程属于吸能反应。(4)改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成，不利于最终CO2的生成，不能提高植物光合作用的效率，B不符合题意。 3．(5分)(2022·全国甲，29节选)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。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题： (1)(3分)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是____________________(答出3点即可)。 (2)(2分)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)O2、NADPH和ATP　(2)C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2 解析　(1)光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体薄膜，光反应发生的物质变化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有O2、NADPH和ATP。(2)干旱会导致气孔开度减小，CO2吸收减少，由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生长得好。 4．(每空2分，共14分)(2021·天津，15)Rubisco是光合作用过程中催化CO2固定的酶，但其也能催化O2与C5结合，形成C3和C2，导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisco的同一活性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合效率。 (1)蓝细菌具有CO2浓缩机制，如图所示。 注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。 据图分析，CO2依次以________和__________方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度，从而通过促进________和抑制__________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CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，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　CO2固定　O2与C5结合　(2)叶绿体　(3)提高　提高 解析　(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细胞的叶绿体中观察到羧化体。(3)若转入HCO和CO2转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CO2的浓度，使转基因植株暗反应水平提高，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。 5．(13分)(2021·全国乙，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题： (1)(4分)白天叶肉细胞产生ATP的场所有________________________，光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和____________释放的CO2。 (2)(4分)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止________________________________________________，又能保证____________正常进行。 (3)(5分)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果) 答案　(1)细胞质基质、线粒体(或线粒体基质和线粒体内膜)、叶绿体类囊体薄膜　细胞呼吸　(2)蒸腾作用过强导致水分散失过多　光合作用　(3)实验思路：取生长状态相同的植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。 解析　(1)白天有光照，叶肉细胞能利用液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2进行光合作用，也能利用光合作用产生的O2和有机物进行有氧呼吸，光合作用光反应阶段能将光能转化为化学能储存在ATP中，有氧呼吸三个阶段都能产生能量合成ATP，因此叶肉细胞能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体(或线粒体基质和线粒体内膜)、叶绿体类囊体薄膜。光合作用为有氧呼吸提供有机物和O2，反之，细胞呼吸产生的CO2也能用于光合作用暗反应，故光合作用所需的CO2可来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸释放的CO2。(2)由于环境干旱，植物吸收的水分较少，为了适应这一环境，气孔白天关闭能防止白天因温度较高，蒸腾作用较强导致植物体水分散失过多，晚上气孔打开吸收CO2储存固定，以保证光合作用等生命活动的正常进行。(3)该实验自变量是植物甲所处的生存环境是否干旱，由于夜间气孔打开吸收CO2，生成苹果酸储存在液泡中，液泡pH降低，故可通过检测液泡的pH验证植物甲存在该特殊方式，即因变量检测指标是液泡中的pH。 1．(13分)(2024·长沙高三二模)菠萝、仙人掌以及其他一些多肉植物通过CAM代谢途径(气孔夜间开启，白天关闭)来适应干旱环境。如图为菠萝叶肉细胞的CAM代谢途径示意图，图中苹果酸是一种酸性较强的有机酸。回答下列问题： (1)(2分)在叶绿体中，吸收光能的色素分布在__________上，提取光合色素时加入CaCO3的目的是__________________________。 (2)(3分)菠萝叶肉细胞中参与固定CO2的物质有__________。夜晚，菠萝细胞内消耗NADH的场所可能有_____________________________________________________________。 (3)(4分)中午12点，若降低环境中的CO2浓度，其他条件不变，在短时间内菠萝细胞内C3合成速率__________(填“会”或“不会”)发生明显变化，请说明理由：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)(4分)图中通过过程a将苹果酸运输到液泡内，也会通过过程b运出液泡进入细胞质。推测过程b发生在__________(填“白天”或“夜晚”)。过程a的生理意义是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(写出一点)。 答案　(1)类囊体薄膜　防止研磨时色素被破坏　(2)PEP和C5　细胞质基质和线粒体内膜　(3)不会　菠萝细胞白天气孔关闭，环境中的CO2浓度变化不会影响胞间CO2浓度，因而不会影响叶肉细胞内C3合成速率　(4)白天　促进CO2与PEP生成OAA进而生成苹果酸；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 解析　(1)在叶绿体中，吸收光能的色素分布在类囊体薄膜上；研磨时，加入CaCO3可以防止研磨时色素被破坏，加入SiO2可以使研磨更充分。(3)中午12点，降低环境中的CO2浓度，其他条件不变，由于菠萝细胞白天气孔关闭，环境中的CO2浓度变化不会影响胞间CO2浓度，不会影响叶肉细胞内C3合成速率，故在短时间内菠萝细胞内C3合成速率不会发生变化。(4)分析题图可知，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，产生的CO2用于暗反应。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，其生理意义包括两方面：一方面促进CO2与PEP生成OAA进而生成苹果酸；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。 2．(每空1分，共7分)(2024·朝阳高三二模)夏日正午的阳光强烈，沉水植物海菜花光合作用旺盛，产生大量的O2使水体的溶解氧处于饱和状态。此时水体中的CO2被大量消耗，会诱导海菜花启动C4代谢途径，过程如图所示。在低CO2和高O2情况下，Rubisco催化加氧反应，即吸收O2产生CO2，该反应过程称为光呼吸。回答下列问题： (1)海菜花光反应发生的场所是________，图中为光合作用提供原料的无机物有水分和________________________(答出两种)等。海菜花叶肉细胞中丙酮酸的产生场所有______________。 (2)在高O2低CO2条件下，C5发生氧化并产生光呼吸的中间产物________；在强光下，光反应转换的能量超过暗反应的需要时，会对细胞造成伤害，此时光呼吸可对细胞起到保护作用，原因是________________________________________________________________________。 光呼吸是一种________(填“吸能”或“放能”)反应。 (3)图中催化CO2固定的两种酶(PEPC、Rubisco)中，与CO2(HCO)亲和力较高的是PEPC，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)类囊体薄膜　CO2、HCO　叶绿体基质和细胞质基质　(2)乙醇酸　光呼吸可消耗过剩的ATP和NADPH　吸能　(3)与Rubisco相比，PEPC能固定和利用较低浓度的CO2 3．(每空1分，共7分)(2024·岳阳高三二模)根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同，可以将自然界中的绿色植物分为C3、C4、和CAM三种类型。玉米、甘蔗等属于C4植物，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，其过程如图1所示。而景天科等CAM植物(芦荟、仙人掌)固定CO2的方式比较特殊，其过程如图2所示；图3表示不同地区A、B、C三类植物在晴朗夏季的光合作用日变化曲线。请据图分析回答下列问题： (1)在显微镜下观察玉米叶片结构时发现，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”)。由图1可知，C4植物与CAM植物固定CO2不同之处主要体现在：________________________ ________________________________________________________________________。 (2)C4植物和CAM植物分别对应图3中的____________类植物(用字母A、B、C表示)，判断依据是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)在上午10点时，突然降低环境中CO2浓度后的一小段时间内，图3中植物A、B细胞中C3含量的变化分别是___________________________________________________，分析其变化原因是__________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)基粒　低　C4植物捕获和固定CO2在空间上分离(或在不同的细胞内捕获和固定CO2)，CAM植物捕获和固定CO2在时间上分离(或在夜晚捕获CO2，白天固定CO2)　(2)C、A(顺序不能颠倒)　C4植物的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，即当外界干旱或蒸腾作用较强导致气孔部分关闭时，C4植物就能利用细胞间隙里的含量低的CO2，无光合午休；而CAM植物夜间吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中，白天苹果酸经脱羧作用释放的CO2用于光合作用，白天不吸收CO2　(3)A基本不变，B下降　A植物10点时气孔关闭，CO2吸收速率为0，苹果酸脱羧释放的CO2可供给卡尔文循环正常进行，使C3含量基本不变；B植物为C3植物，10点时突然降低环境中的CO2浓度，C3的固定减慢，同时C3的还原不变，所以C3含量降低 解析　(1)由图1可知，维管束鞘细胞中能进行卡尔文循环，由于该过程发生在叶绿体基质中，因此推测其可能缺少基粒。结合图2可知，CAM植物在晚上气孔张开，吸收CO2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CO2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。由图1、2可知，C4植物与CAM植物在捕获和固定大气中的CO2的方式上最明显的区别表现在：C4植物捕获和固定CO2的反应在空间上分离(或在不同的细胞内捕获和固定CO2)，CAM植物捕获和固定CO2的反应在时间上分离(或在夜晚捕获CO2，白天固定CO2)，这些特性都是长期适应环境的结果。(2)C4植物的特点是可以利用低浓度CO2，即在晴朗夏季的中午，由于温度过高气孔关闭，CO2吸收量下降，但曲线C在夏季中午仍然能维持较高的光合速率，表明C是C4植物；CAM植物在夜间吸收CO2生成的苹果酸储存在液泡中，白天不吸收CO2，白天利用苹果酸经脱羧作用释放CO2，对应曲线A。(3)在上午10点时，突然降低环境中CO2浓度后的一小段时间内，由于A植物利用的是夜间吸收的CO2生成的苹果酸经脱羧作用释放的CO2，故卡尔文循环正常进行，C3含量基本不变。B植物为C3植物，突然降低环境中CO2浓度后的一小段时间内，C3的固定减慢，同时C3的还原不变，所以C3含量降低。 4．(每空2分，共14分)(2024·济南高三模拟)在叶肉细胞中，固定CO2形成C3的植物称为C3植物，而玉米等植物的叶肉细胞中，PEP在PEP羧化酶的作用下固定CO2进行C4循环，这样的植物称为C4植物。C4植物的维管束鞘细胞含无基粒的叶绿体，光反应发生在叶肉细胞，暗反应发生在维管束鞘细胞。在C4循环中PEP羧化酶对CO2的高亲和力可将周围较低浓度的CO2高效运往维管束鞘细胞形成高浓度CO2，如图所示。暗反应中RuBP羧化酶(对CO2的亲和力约为PEP羧化酶的1/60)在CO2浓度高时催化RuBP固定CO2合成有机物，在CO2浓度低时催化RuBP与O2进行光呼吸，分解有机物。回答下列问题： (1)C4植物中固定CO2的酶是____________________________________________，最初固定CO2的物质是________。 (2)C3植物与C4植物相比较，CO2补偿点较高的是____________；干旱时，对光合速率影响较小的是____________。 (3)C4循环中，苹果酸和丙酮酸能穿过在叶肉细胞和维管束鞘细胞之间形成的特殊结构，该结构使两细胞原生质相通，还能进行信息交流，该结构是________。据题意分析，C4植物叶肉细胞不发生暗反应的原因是__________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)环境条件相同的情况下，分别测量单位时间内C3植物和C4植物干物质的积累量，发现C4植物干物质积累量近乎是C3植物的两倍，据题意推测原因是___________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(至少答出两点，不考虑呼吸作用的影响)。 答案　(1)PEP羧化酶和RuBP羧化酶　PEP　(2)C3植物(C3)　C4植物(C4)　(3)胞间连丝　PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于RuBP羧化酶，使暗反应因缺少CO2而无法进行　(4)C4循环使维管束鞘细胞内有高浓度CO2，促进了光合作用，增加了有机物的合成；高浓度CO2抑制了光呼吸，减少了有机物的消耗 解析　(1)由题意可知，PEP在PEP羧化酶的作用下固定CO2进行C4循环，在C4循环中PEP羧化酶对CO2的高亲和力，可将周围较低浓度的CO2高效运往维管束鞘细胞形成高浓度CO2，即C4植物中固定CO2的酶是PEP羧化酶和RuBP羧化酶，最初固定CO2的物质是PEP。(2)与C3植物相比，C4植物叶肉细胞中固定CO2的酶与CO2的亲和力更强，因而能利用更低浓度的CO2，因此C4植物的CO2补偿点比C3植物低，故C4植物的有机物积累量往往较高，因此当干旱时气孔关闭，对光合速率影响较小的是C4植物。(3)高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接也有信息交流的作用，C4植物叶肉细胞不发生暗反应的原因是PEP羧化酶对CO2的亲和力远大于RuBP羧化酶，使暗反应因缺少CO2而无法进行。(4)C4植物干物质积累量近乎是C3植物的两倍，据题意推测原因是C4循环使维管束鞘细胞内有高浓度CO2，促进了光合作用，增加了有机物的合成；高浓度CO2抑制了光呼吸，减少了有机物的消耗。 5．(每空1分，共8分)(2024·锦州高三模拟)富营养化引发的水华已严重威胁到了水体生态系统和人类的健康，蓝细菌因具有CO2浓缩机制、悬浮机制等特殊生理特征，使其在竞争中占据优势地位。如图为蓝细菌CO2浓缩机制作用示意图，请回答问题： (1)蓝细菌中因含有____________________而能吸收光能进行光合作用，测定水体中蓝细菌数量时，可用______________提取这些物质间接反映蓝细菌数量。 (2)蓝细菌光反应的场所为光合片层，该结构类似叶绿体中的______________，图中过程②的发生需要光反应为其提供____________________________________________________。 (3)据图分析，HCO进入蓝细菌细胞内累积的方式____________(填“需要”或“不需要”)消耗能量。细胞中的HCO经碳酸酐酶催化脱水形成高CO2浓度微环境，可促进图中[①]______________和过程②的进行，以避免光能的浪费；该过程还可消耗胞内多余的____________，有利于维持细胞内部环境的相对稳定。 (4)研究人员推测，当HCO脱水速率大于过程①速率时，会有部分胞内CO2扩散出细胞，造成CO2泄漏。但实际实验过程中，胞外CO2浓度始终维持在较低水平，其原因可能有________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(答出一点即可)。 答案　(1)叶绿素和藻蓝素　无水乙醇　(2)类囊体薄膜　ATP和NADPH　(3)需要　CO2的固定　H＋　(4)泄漏的CO2可转化为HCO，再被细胞吸收；CO2可直接扩散进入细胞 解析　(1)蓝细菌能进行光合作用的原因是其光合片层膜上含有叶绿素和藻蓝素等色素及相关的酶，色素主要参与光反应过程，可用无水乙醇提取这些物质间接反映蓝细菌数量。(2)蓝细菌光反应的场所为光合片层，该结构类似于叶绿体中的类囊体薄膜，图中过程②光合作用暗反应阶段的发生需要光反应为其提供ATP和NADPH。(3)HCO逆浓度梯度进入蓝细菌细胞内累积的方式为主动运输，该过程需要消耗能量。细胞中的HCO经碳酸酐酶催化脱水形成高CO2浓度微环境，可促进图中过程①CO2的固定和过程②C3的还原的进行，以避免光能的浪费；该过程还可消耗胞内多余的H＋，有利于维持细胞内部环境的相对稳定。 学科网（北京）股份有限公司 $$