第3章 专题突破2 不同生物固定二氧化碳的方式比较(教用Word)-【金榜题名】2026年高考生物一轮总复习

专题突破2　不同生物固定二氧化碳的方式比较 高考目标定位 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变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。 【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CO2吸收速率的变化量，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，CO2被C5固定后，形成C3，但科学家在研究玉米等原产在热带地区绿色植物的光合作用时发现，这类植物固定CO2时，CO2中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物(C4)中，然后才转移到C3中，科学家将这类植物叫作C4植物，将其特有的固定CO2的途径叫作C4途径；此类作物没有“光合午休”的现象。而像小麦等仅有C3参与CO2固定的植物叫作C3植物，将其固定CO2的途径叫作C3途径。 若用14C标记大气中的CO2，则小麦植株中14C的转移途径为__________________；玉米植株中14C的转移途径为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)请据图2比较C3、C4植物的结构并完善表格。 细胞类别 C3植物 C4植物 维管束 鞘细胞 形态 小 ①________ 叶绿体 无 有，但无基粒或基粒发育不良 叶肉 细胞 排列 栅栏组织、海绵组织 部分叶肉细胞与维管束鞘细胞形成“花环型”结构 叶绿体 ②________ 有，但不能进行暗反应 (5)C3途径的CO2固定是通过Rubisco来实现的；C4途径的CO2固定是通过PEP羧化酶催化完成的，PEP羧化酶催化CO2连接到PEP上，形成四碳酸。这两种酶对CO2的亲和力不同，PEP羧化酶对CO2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中含量很低的CO2以C4的形式固定下来，形成C4后进入维管束鞘细胞并释放CO2，PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”。 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C4植物C4途径对ATP的额外需求。 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CO2的附加途径——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CO2来源是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 【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，CO2吸收减少　(2)不是　(3)14CO2→14C3→(14CH2O)　14CO2→14C4→14CO2→14C3→(14CH2O)　(4)①大　②有　(5)①叶肉细胞中的PEP羧化酶对CO2有很高的亲和力，能浓缩低浓度的CO2，从而增加细胞中CO2的浓度　(6)不能　苹果酸的分解和细胞呼吸 【归纳总结】　 C3植物、C4植物和CAM植物固定CO2方式的比较 (1)比较C4植物、CAM植物固定CO2的方式 相同点：都对CO2进行了两次固定； 不同点：C4植物两次固定CO2在空间上错开；CAM植物两次固定CO2在时间上错开。 (2)比较C3、C4、CAM途径 C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 【对点精练】 1．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CO2，并转移到维管束鞘细胞中释放，参与光合作用的暗反应。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CO2具有富集作用 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．(2025·盐城模拟)某些植物有如图所示CO2浓缩机制。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(固定CO2的酶)附近的CO2浓度。下列叙述错误的是(　　 ) A．推测PEPC对无机碳的亲和力高于Rubisco B．具有图示CO2浓缩机制的植物具有较低的CO2补偿点 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·天津高考)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，如下图所示。 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】　(1)据图分析，CO2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CO2转运蛋白协助并消耗能量，为主动运输过程。蓝细菌通过CO2浓缩机制使羧化体中Rubisco周围的CO2浓度升高，从而通过促进CO2固定进行光合作用，同时抑制光呼吸，最终提高光合效率。(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．(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。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。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。(简要写出实验思路和预期结果) 2．玉米具有特殊的CO2浓缩机制，在叶肉细胞中磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)可在PEPC的作用下和CO2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出CO2，提高了叶肉细胞内Rubisco周围的CO2浓度。研究表明，水稻没有上述CO2浓缩机制，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，CO2供应不足，光合速率明显下降，但玉米具有特殊的CO2浓缩机制，能利用较低浓度的CO2，故其抵抗干旱环境的能力更强。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PEPC与无机碳的亲和力远大于Rubisco，能利用胞间浓度较低的CO2。 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O2释放CO2，称为光呼吸。存在光呼吸现象的根本原因在于Rubisco是一个双功能的酶，当CO2浓度高而O2浓度低时，RuBP(C5)与CO2结合，经此酶催化生成2分子的PGA(C3)，进行光合作用；反之，RuBP与O2结合，进行光呼吸。科学研究发现在某植物中存在CO2浓缩机制：叶肉细胞中产生一种特殊的蛋白质微室，能将CO2浓缩在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。 学科网（北京）股份有限公司 $$