第三单元　专题突破2 不同生物固定二氧化碳的方式比较

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CO2固定方式，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CO2浓度，叶肉细胞中C3的含量短时间内不变B．景天酸代谢途径的消灭，可能与植物适应干旱条件有关C．给植物供应14C标记的14CO2,14C可以消灭在OAA、苹果酸、C3和有机物中D．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体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CO2固定方式：夜间气孔开放，吸取的CO2生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用，其部分代谢途径如图所示。下列分析正确的是()A．假如白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率将随之提高B．由景天科植物特殊的CO2固定方式推想其可能生活在高温干旱地区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CO2就是来源于苹果酸的分解3．下列有关C3植物和C4植物代谢和结构特点的描述，正确的是()A．C3植物多为阴生植物，C4植物多为阳生植物B．在进行光合作用时，C3植物和C4植物分别将CO2中的C首先转移到C3和C4中C．C3植物的叶肉细胞具有正常叶绿体，C4植物的叶肉细胞具有无基粒的叶绿体D．C4植物的维管束鞘外有“花环型”的两圈细胞4．C4植物是指生长过程中从空气中吸取CO2后，首先合成含四个碳原子化合物的植物，其能浓缩空气中低浓度的CO2用于光合作用。玉米属于C4植物，较C3植物具有生长力量强、需水量少等优点。如图为C4植物光合作用固定CO2过程的简图。下列相关叙述错误的是()A．C4植物叶肉细胞固定CO2时不产生C3，而是形成苹果酸或天冬氨酸B．据图推想暗反应的场所在叶肉细胞中C．由CO2浓缩机制可推想，PEP羧化酶对CO2的亲和力高于RubiscoD．图中丙酮酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸(C3)的过程属于吸能反应5．依据光合作用中CO2固定方式的不同，植物可分为多种类型，其中C3和C4植物的光合速率随外界CO2浓度的变化如图所示(CO2饱和点是指植物光合速率开头达到最大值时的外界CO2浓度)。据图分析，下列说法错误的是()A．在低CO2浓度下，C4植物光合速率更易受CO2浓度变化的影响B．在C4植物CO2饱和点时，C4植物的光合速率要比C3植物的低C．适当扩大C3植物的种植面积，可能更有利于实现碳中和的目标D．在干旱条件下，气孔开度减小，C4植物生长效果要优于C3植物6．在干旱、高温条件下，玉米(C4植物)由于含有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)，其利用CO2的力量远远高于水稻(C3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中分别出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CO2的速率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争辩，体现了生物多样性的间接价值7．蓝细菌能通过产生的一组特殊蛋白质将CO2浓缩在Rubisco(固定CO2的关键酶)四周。科学家们在蓝细菌这一CO2浓缩机制的争辩中又有新发觉。下列有关叙述错误的是()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CO2浓缩机制可能是自然选择的结果D．蓝细菌中催化H2O光解的酶与Rubisco相同8．科学家争辩出二氧化碳到淀粉的人工合成途径，这是基础争辩领域的重大突破，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，同时能节省耕地和淡水资源9．图甲是将玉米的PEPC酶(与CO2的固定有关)基因与PPDK酶(催化CO2初级受体“PEP”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1000Lux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℃，重复图甲相关试验，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CO2的Km为450μmol·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7μmol·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)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，缘由是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出三点即可)。(3)某争辩将蓝细菌的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。其缘由可能是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出三点即可)。11．同一地区种植玉米(C4植物)和水稻(C3植物)两种作物，夏季晴朗白天，水稻消灭“光合午休”现象，而玉米没有此现象。争辩发觉：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，CO2先后与____________(物质)结合。玉米叶肉细胞和维管束鞘细胞结构和功能不同的根本缘由是_______________________________________________________。(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CO2的补偿点较____________。高温、干旱时玉米还能保持高效光合作用的缘由是______________________________________________________________________。据此推想，图2中________(填“A”或“B”)植物为C4植物。(3)为了让水稻获得C4途径中固定CO2的酶，提高对CO2的亲和力，利用所学的生物技术与工程相关学问，提出你的设计思路：_____________________________________________。12．(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390μmol·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HCOeq\o\al(－,3)两种形式存在，水体中CO2浓度低、集中速度慢，有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程，图中HCOeq\o\al(－,3)浓度最高的场所是____________(填“细胞外”“细胞质基质”或“叶绿体”)，可为图示过程供应ATP的生理过程有__________________________。(3)某些植物还有另一种CO2浓缩机制，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HCOeq\o\al(－,3)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四周的CO2浓度。①由这种CO2浓缩机制可以推想，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供应的是________________。图中由Pyr转变为PEP的过程属于________________(填“吸能反应”或“放能反应”)