2027届高考生物一轮复习重点强化练23　不同的二氧化碳固定方式

**基本信息** 聚焦不同生物CO₂固定机制，通过多样化情境整合光合作用核心知识，体现结构与功能观及物质能量观。 **综合设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |选择题（6题）|涵盖CAM植物、蓝细菌羧酶体、人工合成淀粉等|以具体生物/实验情境为背景，考查结构与功能及过程分析|串联光反应与暗反应，构建原核与真核生物CO₂固定途径的比较框架| |非选择题（2题）|植物细胞代谢过程、玉米叶片结构与功能|结合图解考查物质能量转移及适应性机制|整合叶绿体与线粒体协作，揭示C₄植物无“午休”现象的分子逻辑|

重点强化练23　不同的二氧化碳固定方式 (分值∶65分) (第1～6题，每题5分，共30分。) 一、选择题 1．(2025·长沙教育集团月考)CAM植物白天气孔关闭，夜晚打开，以适应干旱环境。如图为其部分代谢途径，下列叙述错误的是(　　) A．催化过程①和过程②所需的酶不同 B．卡尔文循环的场所是叶绿体类囊体薄膜 C．白天气孔关闭可减少水分散失 D．夜晚气孔开放以便储存更多CO2 2．(2026·银川开学考)羧酶体是一种类似细胞器的结构，广泛存在于蓝细菌中。它的外壳是由蛋白质组成的正面体结构，内部主要含有Rubisco(羧化酶)、碳酸酐酶。位于光合片层(具有吸收光能的作用)内部的羧酶体结构与功能如图所示(注：→表示促进，表示抑制；3-PGA表示三碳化合物)。下列叙述正确的是(　　) A．蓝细菌的光合片层上仅分布有捕获光能的叶绿素 B．羧酶体壳蛋白允许碳酸盐透过，也可有效阻止CO2溢出 C．羧酶体中主要发生的生化反应是CO2的固定和C3的还原 D．羧酶体能实现CO2的浓缩，从而降低Rubisco周围的CO2浓度 3．(2025·江苏仪征中学检测)我国科学家在实验室中实现从CO2到淀粉分子的全合成，其过程简图如图。经核磁共振等检测显示，该人工合成的淀粉分子与天然淀粉分子的结构组成一致。下列叙述正确的是(　　) A．图中H2的作用类似于叶绿体中的NADH B．在固定等量CO2的情况下，与自然绿色植物相比，人工合成过程的淀粉积累量较少 C．植物体内类似CO2转化为C6中间体进而转化为淀粉的过程，往往发生在叶绿体基质中 D．C6中间体如果被植物根细胞利用，在有氧或无氧条件下氧化分解时，在细胞质基质中合成ATP的量不同 4．(2026·福州开学考)我国某科研团队实现了人工光合系统的高通量筛选，为未来高效人工光合系统研发提供了一种可行性范式。人工光合系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质。据此分析，下列叙述错误的是(　　) A．人工光合系统中相当于光反应的模块是模块1和模块2 B．模块2中还应添加ADP、Pi和NADP＋等物质以便完成能量转换 C．若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内甲的含量将减少 D．若植物与该系统固定等量的CO2，则植物糖类的积累量更低 5．(2025·六安模拟)绿色硫细菌(厌氧菌)因缺乏处理氧自由基的酶，可进行不产氧的光合作用，如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．绿色硫细菌在光合片层上将光能转化为NADPH和ATP中的化学能，用于暗反应 B．ATP合成酶利用H＋浓度差合成ATP，H＋浓度差的形成是因为高能电子提供能量进行H＋的跨膜运输 C．绿色硫细菌的光合片层的结构和功能类似类囊体 D．绿色硫细菌光合作用的光解底物是H2S而非H2O，这避免了大量氧气的产生，使得生命在氧气稀缺的环境中得以延续和发展 6．(2025·长沙三模)强光照射时，光反应产生的NADPH大量积累进而造成叶绿体损伤。细胞可通过草酰乙酸—苹果酸循环及AOX(交替氧化酶)途径消耗掉叶绿体中过剩的NADPH，相关过程如图所示。AOX能促进NADH与O2反应生成H2O，此过程产生极少量ATP。下列叙述正确的是(　　) A．NADPH和NADH均为还原剂，其消耗场所均在膜上 B．AOX途径生成的ATP主要为细胞内外的生命活动供能 C．强光照射时阻断草酰乙酸—苹果酸循环，细胞产热增加 D．强光照射时增大CO2浓度可导致AOX途径生成的H2O减少 二、非选择题 7．(15分)(2025·长沙麓山国际学校月考)通过“苹果酸/草酰乙酸穿梭”和“苹果酸/天冬氨酸穿梭”可实现叶绿体和线粒体中物质和能量的转移。如图表示某植物细胞中部分代谢过程，请据图回答下列问题： (1)(7分)叶绿体利用________上的_______________________________________________将光能转化为化学能。叶绿体中光合产物暂时以淀粉形式储存的意义是______________________。 (2)运输到细胞质基质中的磷酸丙糖可合成蔗糖并运出细胞，每运出一分子蔗糖相当于固定了________个CO2分子。 (3)当光照过强时，“苹果酸/草酰乙酸穿梭”可有效地将光反应产生的________中含有的还原能输出叶绿体，再经过“苹果酸/天冬氨酸穿梭”转换成线粒体中的________中含有的还原能，最终在________________(填场所)转化为ATP中的化学能。 8．(20分)(2026·邢台模拟)叶绿体是植物细胞的“能量转换站”和“养料制造车间”，图1表示叶绿体的类囊体膜上进行的物质和能量转换过程，图2表示玉米叶片结构及光合作用制造有机物的过程。回答下列问题： (1)图1中类囊体膜上的光系统(包括PS Ⅰ和PS Ⅱ)具有吸收、传递、转化光能的作用，推测光系统是由__________和蛋白质构成的复合物，__________是驱动ATP的合成的能量来源，叶绿体中产生的O2，转移到线粒体中被利用至少跨__________层生物膜。 (2)经实验测定类囊体腔内溶液的pH大约为4，据图1分析造成类囊体膜内外H＋浓度差较大的3点原因是___________________________________________________________________。 (3)玉米的叶肉细胞无法进行卡尔文循环的原因是______________________________，维管束鞘细胞进行卡尔文循环所需的NADPH和ATP主要来自__________细胞。 (4)卡尔文循环产生的(CH2O)，一部分是__________，还有一部分是__________，主要以__________形式运到种子等器官。 (5)炎热夏天的中午，小麦有明显的“午休”现象，而玉米却没有明显的“午休”现象，据图2分析，原因可能是______________________________________________________________。 重点强化练23　不同的二氧化碳固定方式参考答案 (分值∶65分) (第1～6题，每题5分，共30分。) 一、选择题 1．(2025·长沙教育集团月考)CAM植物白天气孔关闭，夜晚打开，以适应干旱环境。如图为其部分代谢途径，下列叙述错误的是(　　) A．催化过程①和过程②所需的酶不同 B．卡尔文循环的场所是叶绿体类囊体薄膜 C．白天气孔关闭可减少水分散失 D．夜晚气孔开放以便储存更多CO2 答案　B 解析　卡尔文循环即光合作用的暗反应阶段，CAM植物进行暗反应的场所是叶绿体基质，B错误。 2．(2026·银川开学考)羧酶体是一种类似细胞器的结构，广泛存在于蓝细菌中。它的外壳是由蛋白质组成的正面体结构，内部主要含有Rubisco(羧化酶)、碳酸酐酶。位于光合片层(具有吸收光能的作用)内部的羧酶体结构与功能如图所示(注：→表示促进，表示抑制；3-PGA表示三碳化合物)。下列叙述正确的是(　　) A．蓝细菌的光合片层上仅分布有捕获光能的叶绿素 B．羧酶体壳蛋白允许碳酸盐透过，也可有效阻止CO2溢出 C．羧酶体中主要发生的生化反应是CO2的固定和C3的还原 D．羧酶体能实现CO2的浓缩，从而降低Rubisco周围的CO2浓度 答案　B 解析　蓝细菌捕获光能的色素有叶绿素和藻蓝素，均位于光合片层上，A错误；羧酶体壳蛋白允许碳酸盐透过，也可有效阻止CO2溢出，因而保证了光合作用对二氧化碳的需求，B正确；羧酶体中主要发生CO2的固定，C3还原不发生在此结构中，C错误；羧酶体可浓缩CO2，从而提高Rubisco周围的CO2浓度，提高光合效率，D错误。 3．(2025·江苏仪征中学检测)我国科学家在实验室中实现从CO2到淀粉分子的全合成，其过程简图如图。经核磁共振等检测显示，该人工合成的淀粉分子与天然淀粉分子的结构组成一致。下列叙述正确的是(　　) A．图中H2的作用类似于叶绿体中的NADH B．在固定等量CO2的情况下，与自然绿色植物相比，人工合成过程的淀粉积累量较少 C．植物体内类似CO2转化为C6中间体进而转化为淀粉的过程，往往发生在叶绿体基质中 D．C6中间体如果被植物根细胞利用，在有氧或无氧条件下氧化分解时，在细胞质基质中合成ATP的量不同 答案　C 解析　叶绿体光合作用过程中，水光解释放出的H＋结合氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，A错误；人工合成淀粉不涉及呼吸消耗，所以在固定等量CO2的情况下，淀粉积累量更多，B错误；CO2转化为C6中间体进而转化为淀粉的过程，发生在植物光合作用的暗反应中，场所为叶绿体基质，C正确；光合作用产生的糖类在细胞质基质中参与有氧呼吸或无氧呼吸的反应时，在第一阶段释放少量能量，产生的ATP量相同，D错误。 4．(2026·福州开学考)我国某科研团队实现了人工光合系统的高通量筛选，为未来高效人工光合系统研发提供了一种可行性范式。人工光合系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质。据此分析，下列叙述错误的是(　　) A．人工光合系统中相当于光反应的模块是模块1和模块2 B．模块2中还应添加ADP、Pi和NADP＋等物质以便完成能量转换 C．若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内甲的含量将减少 D．若植物与该系统固定等量的CO2，则植物糖类的积累量更低 答案　C　 解析　该系统中相当于叶绿体中光反应功能的是模块1和模块2，模块1相当于光合作用中色素吸收光能，模块2进行光反应中水的光解和ATP的合成，A正确；模块2中还应添加ADP、Pi和NADP＋等物质以便将电能转化成NADPH和ATP中的化学能，B正确；二氧化碳与甲反应生成乙，因此，甲为C5、乙为C3，若正常运转过程中气泵突然停转，即二氧化碳浓度降低，短时间内C5的消耗减少，而C3还原还在正常进行，即甲的含量增加，乙的含量减少，C错误；由于人工光合系统没有呼吸作用消耗糖类，故在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量高于植物糖类的积累量，D正确。 5．(2025·六安模拟)绿色硫细菌(厌氧菌)因缺乏处理氧自由基的酶，可进行不产氧的光合作用，如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．绿色硫细菌在光合片层上将光能转化为NADPH和ATP中的化学能，用于暗反应 B．ATP合成酶利用H＋浓度差合成ATP，H＋浓度差的形成是因为高能电子提供能量进行H＋的跨膜运输 C．绿色硫细菌的光合片层的结构和功能类似类囊体 D．绿色硫细菌光合作用的光解底物是H2S而非H2O，这避免了大量氧气的产生，使得生命在氧气稀缺的环境中得以延续和发展 答案　B 解析　由图可知，ATP合成酶是一种跨膜蛋白，能够利用H＋浓度差推动ATP的合成，H＋浓度差形成的原因包括高能电子(e－)提供能量进行H＋的跨膜运输，也包括内腔中H2S分解产生H＋，细胞质基质中NADPH合成消耗H＋，B错误；绿色硫细菌为厌氧菌，其光合作用的光解底物是H2S而非H2O，这避免了大量氧气的产生，使得生命在氧气稀缺的环境中得以延续和发展，D正确。 6．(2025·长沙三模)强光照射时，光反应产生的NADPH大量积累进而造成叶绿体损伤。细胞可通过草酰乙酸—苹果酸循环及AOX(交替氧化酶)途径消耗掉叶绿体中过剩的NADPH，相关过程如图所示。AOX能促进NADH与O2反应生成H2O，此过程产生极少量ATP。下列叙述正确的是(　　) A．NADPH和NADH均为还原剂，其消耗场所均在膜上 B．AOX途径生成的ATP主要为细胞内外的生命活动供能 C．强光照射时阻断草酰乙酸—苹果酸循环，细胞产热增加 D．强光照射时增大CO2浓度可导致AOX途径生成的H2O减少 答案　D　 解析　NADPH是光合作用光反应产生的还原剂，在叶绿体基质中参与暗反应，其消耗场所不在膜上，NADH是细胞呼吸过程中产生的还原剂，有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜上NADH与氧气反应生成水，消耗场所是膜上，A错误；由图分析可知，AOX途径生成的ATP作为信号分子参与信号转导，而不是为细胞内外的生命活动供能，B错误；草酰乙酸—苹果酸循环过程伴随热能产生，若强光照射时阻断此循环，该循环产热途径被切断，细胞产热就会减少，C错误；强光照射时增大CO2浓度，会促进卡尔文循环(暗反应)，更多地消耗NADPH，使得叶绿体中过剩的NADPH减少，通过草酰乙酸—苹果酸循环转运到线粒体的NADH减少，进而AOX途径消耗的NADH减少，AOX途径生成的H2O也会减少，D正确。 二、非选择题 7．(15分)(2025·长沙麓山国际学校月考)通过“苹果酸/草酰乙酸穿梭”和“苹果酸/天冬氨酸穿梭”可实现叶绿体和线粒体中物质和能量的转移。如图表示某植物细胞中部分代谢过程，请据图回答下列问题： (1)(7分)叶绿体利用________上的_______________________________________________将光能转化为化学能。叶绿体中光合产物暂时以淀粉形式储存的意义是______________________。 (2)运输到细胞质基质中的磷酸丙糖可合成蔗糖并运出细胞，每运出一分子蔗糖相当于固定了________个CO2分子。 (3)当光照过强时，“苹果酸/草酰乙酸穿梭”可有效地将光反应产生的________中含有的还原能输出叶绿体，再经过“苹果酸/天冬氨酸穿梭”转换成线粒体中的________中含有的还原能，最终在________________(填场所)转化为ATP中的化学能。 答案　(1)类囊体薄膜　叶绿素和类胡萝卜素　叶绿体中光合产物暂时以淀粉形式储存以减少磷酸丙糖等积累，避免对光合作用的抑制，维持叶绿体内的渗透压　(2)12　(3)NADPH　 NADH　 线粒体内膜 解析　(1)叶绿体利用类囊体薄膜上的光合色素，包括叶绿素和类胡萝卜素将光能转化为化学能；结合题意及题图可知，叶绿体中光合产物暂时以淀粉形式储存以减少磷酸丙糖等积累，避免对光合作用的抑制，维持叶绿体内的渗透压。(2)蔗糖是二糖，由一分子葡萄糖和一分子果糖构成，含有12个碳原子，因此每运出一分子蔗糖相当于固定了12个CO2分子。(3)强光条件下，“苹果酸/草酰乙酸穿梭”能将NADPH(含有还原能)中的H＋运出叶绿体，与NAD＋结合生成NADH，该过程将光反应产生的NADPH中含有的还原能输出叶绿体，再经过“苹果酸/天冬氨酸穿梭”转换成线粒体中的NADH中含有的还原能，最终在线粒体内膜用于ATP的合成。 8．(20分)(2026·邢台模拟)叶绿体是植物细胞的“能量转换站”和“养料制造车间”，图1表示叶绿体的类囊体膜上进行的物质和能量转换过程，图2表示玉米叶片结构及光合作用制造有机物的过程。回答下列问题： (1)图1中类囊体膜上的光系统(包括PS Ⅰ和PS Ⅱ)具有吸收、传递、转化光能的作用，推测光系统是由__________和蛋白质构成的复合物，__________是驱动ATP的合成的能量来源，叶绿体中产生的O2，转移到线粒体中被利用至少跨__________层生物膜。 (2)经实验测定类囊体腔内溶液的pH大约为4，据图1分析造成类囊体膜内外H＋浓度差较大的3点原因是___________________________________________________________________。 (3)玉米的叶肉细胞无法进行卡尔文循环的原因是______________________________，维管束鞘细胞进行卡尔文循环所需的NADPH和ATP主要来自__________细胞。 (4)卡尔文循环产生的(CH2O)，一部分是__________，还有一部分是__________，主要以__________形式运到种子等器官。 (5)炎热夏天的中午，小麦有明显的“午休”现象，而玉米却没有明显的“午休”现象，据图2分析，原因可能是______________________________________________________________。 答案　(1)光合色素　(类囊体膜上两侧的)H＋浓度梯度　5　(2)水的光解产生H＋、B蛋白将H＋从基质侧运输到类囊体腔侧、基质侧形成NADPH消耗H＋　(3)无Rubisco，不能固定CO2产生卡尔文循环所需的C3　叶肉　(4)淀粉　蔗糖　蔗糖　(5)玉米叶肉细胞中PEPC与CO2亲和力高，可以利用较低浓度的CO2 解析　(1)光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)包含叶绿素、类胡萝卜素等色素，这些色素与蛋白质结合，用于吸收、传递和转化光能。结合图1可知，H＋浓度梯度是驱动ATP合成的能量来源。O2在类囊体内产生，需要穿过类囊体膜(1层)、叶绿体的双层膜(2层)，进入细胞质，再进入同一细胞的线粒体中被利用(2层)，因此至少跨5层生物膜。(2)结合图1可知，造成类囊体膜内外H＋浓度差较大的三点原因包括：光系统Ⅱ催化水光解，产生O2、电子和H＋，H＋被直接释放到类囊体腔中；B蛋白在传递电子的同时，将H＋从基质泵入类囊体腔，增加H＋浓度；在叶绿体基质中，NADP＋接受电子和H＋还原为NADPH，消耗基质中的H＋，从而降低H＋浓度，进一步增大膜内外H＋浓度差。(3)玉米的叶肉细胞无法进行卡尔文循环的原因：玉米是C4植物，叶肉细胞中缺乏卡尔文循环的关键酶(如Rubisco)，不能固定CO2产生卡尔文循环所需的C3。由图2可知，叶肉细胞中含有类囊体，可通过光反应产生NADPH和ATP，而维管束鞘细胞的叶绿体中基粒发育不全，故维管束鞘细胞进行卡尔文循环所需的NADPH和ATP主要来自叶肉细胞。(4)卡尔文循环产生的(CH2O)n，一部分是以淀粉形式临时储存在叶绿体中，另一部分以蔗糖形式运到种子等器官。蔗糖是植物中主要的运输糖，通过韧皮部输送到种子、根等非光合器官。(5)在炎热中午，C3植物(如小麦)部分气孔关闭以减少蒸腾作用，导致CO2供应不足，光合作用下降(“午休”现象)。而玉米叶肉细胞中PEPC与CO2亲和力高，能有效利用低浓度CO2，叶肉细胞固定CO2形成C4酸，运输到维管束鞘细胞释放高浓度CO2，保证卡尔文循环顺利进行，因此没有明显“午休”现象。 . 学科网（北京）股份有限公司 $