热考微练5三类生物的碳同化机制解读

热考微练5三类生物的碳同化机制解读——C3植物和C4植物、CAM途径(分值：60分)授课提示：对应课后定时检测案32页1．(14分)(2026·福建福州模拟卷)落地生根、景天等景天科植物具有一个很特殊的二氧化碳同化方式，该类植物夜晚气孔开放，白天气孔关闭，其气孔开、闭情况及相关代谢途径如图所示。回答下列有关问题。(1)景天科植物夜晚利用二氧化碳的场所是______，该类植物夜晚气孔开放，白天气孔关闭的生物学意义是____________________________________________________________。气孔开闭的特点与其生活环境相适应，推测景天科植物生活的环境的特点可能是__________________。(2)景天科植物在进行卡尔文循环过程中，提供能量的物质是________________，若只在白天提高大气中的二氧化碳浓度，则景天科植物的光合速率将________，判断依据是________________________________________________________________________。(3)景天科植物叶肉细胞细胞质中丙酮酸的去向及参与的生理过程有________________________________________________________________________________________________________________________________________________(写出两个)。(4)在极其恶劣的条件下，景天科植物会在夜晚关闭气孔，而在其体内进行C循环，假设其他过程不受影响，则这一机制________(填“能”或“不能”)使植物正常生长，原因是__________________。解析：(1)根据图示信息，夜晚二氧化碳进入细胞质基质先生成HCO3-，再生成草酰乙酸，最后生成苹果酸储存在液泡中，因此景天科植物夜晚利用二氧化碳的场所是细胞质基质。该类植物夜晚气孔开放，白天气孔关闭，能在白天降低蒸腾作用，减少水分散失，夜间气孔开放，可以吸收CO2，因此比较适合在干旱炎热的地区生长。(2)在进行卡尔文循环的过程中，ATP和NADPH都能提供能量，同时NADPH还可作为还原剂。景天科植物白天气孔关闭，因此白天提高大气中二氧化碳浓度对其光合速率无影响。(3)根据图示信息，白天苹果酸分解产生的丙酮酸生成丙糖磷酸再进入叶绿体合成淀粉；另外，在有氧呼吸过程中，丙酮酸进入线粒体参与有氧呼吸第二阶段。(4)由题图信息可知，如果景天科植物夜间关闭气孔，会使植物无法从外界吸收CO2，植物体一天内的C循环不会使植物积累有机物答案：(1)细胞质基质白天气孔关闭，能降低蒸腾作用，有利于减少水分散失，夜间气孔开放，可以吸收CO2干旱炎热(2)NADPH和ATP不变景天科植物白天气孔关闭(3)丙酮酸生成丙糖磷酸再进入叶绿体合成淀粉；在有氧呼吸过程中，丙酮酸进入线粒体参与有氧呼吸第二阶段(4)不能该机制下，一天内植物几乎没有有机物的积累2．(16分)(2026·安徽一模卷)C3植物通过卡尔文循环完成碳的固定和还原，C4植物碳的固定多了C4途径，其光合作用由叶肉细胞和维管束鞘细胞共同完成(如图甲)，且叶肉细胞中的PEP羧化酶比维管束鞘细胞中的Rubisco对CO2有更强的亲和力，叶肉细胞的叶绿体含有发达的基粒，而维管束鞘细胞较大，且含有几乎无基粒的叶绿体。回答下列问题：(1)白天时C4植物细胞中能产生ATP的场所有____________________________，此时叶肉细胞能为维管束鞘细胞叶绿体内的暗反应提供__________________________(答出3点)。(2)高温、干旱导致气孔关闭，C4植物仍能保持较高光合速率的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)现有C3植物A、C4植物B两种植物，请设计实验验证C4植物比C3植物具有更强的固定低浓度CO2的能力，请写出实验思路，并在图乙中用曲线图表示出实验结果。实验思路：________________________________________________________________________。解析：(1)细胞呼吸可以产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体，光合作用的光反应阶段也会产生ATP，场所是叶肉细胞的叶绿体。叶肉细胞中叶绿体进行光反应阶段为暗反应提供ATP、NADPH和CO2(苹果酸)。(2)当气孔关闭时，C4植物叶肉细胞内的PEP羧化酶能固定细胞间隙中低浓度的CO2形成苹果酸，苹果酸能分解产生CO2供维管束鞘细胞内的暗反应正常进行，因此C4植物仍能保持较高光合速率。(3)实验自变量是植物种类C3植物A和C4植物B，因变量是固定CO2的能力大小，其实验设计思路是取A、B两种植物中大小且生长状况相同的两植株，分别放置到初始CO2浓度相同的大小一致的密闭小室中，在相同且适宜的温度下给予充足的光照，每隔一段时间测定一次小室中的CO2浓度，若植物B的密闭小室中CO2浓度降低更快，在CO2浓度很低的情况下仍能生长，说明C4植物比C3植物具有更强的CO2固定能力。结果如图。答案：(1)细胞质基质、线粒体和叶绿体ATP、NADPH和CO2(苹果酸)(2)当气孔关闭时，C4植物叶肉细胞内的PEP羧化酶能固定细胞间隙中低浓度的CO2形成苹果酸，苹果酸能分解产生CO2供维管束鞘细胞内的暗反应正常进行(3)取A、B两种植物中大小且生长状况相同的两植株，分别放置到初始CO2浓度相同的大小一致的密闭小室中，在相同且适宜的温度下给予充足的光照，每隔一段时间测定一次小室中的CO2浓度3．(14分)(2026·山西一模卷)玉米的叶肉细胞和维管束鞘细胞均有叶绿体，进行光合作用时存在特殊的C4途径，其暗反应过程如图甲所示。叶肉细胞中含有PEP羧化酶，维管束鞘细胞中含有Rubisco，PEP羧化酶固定CO2的能力约是Rubisco的60倍。请回答下列问题：(1)卡尔文循环中，Rubisco催化的底物是CO2和________。(2)在适宜光照和温度条件下，当CO2浓度达到饱和后，玉米的光合作用强度不再增加，其原因可能是________________________________________________________(答出1点即可)。(3)科研人员在高温、光照充足的环境中，测定了玉米和小麦(暗反应过程无C4途径)的叶片在发生水分亏缺情况下的相对光合作用强度，结果如图乙所示，图中表示玉米的曲线是________，判断的依据是____________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)卡尔文循环中，Rubisco催化CO2和C5反应生成C3。(2)当CO2浓度达到饱和后，玉米的光合作用强度不再增加，可能是受光反应阶段提供的ATP、NADPH等物质含量的限制，也可能是暗反应有关的酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高。(3)在玉米和小麦亏缺等量水分时，部分气孔关闭，CO2吸收量均减少，由于玉米进行光合作用时存在特殊的C4途径，能够利用较低浓度的CO2，因此玉米光合作用强度比小麦高，故B表示玉米。答案：(1)C5(或“核酮糖-1，5-二磷酸”或“RuBP”或“五碳化合物”)(2)受到ATP、NADPH等物质含量的限制；酶的活性达到最大，对CO2的利用率不再提高(3)B在玉米和小麦亏缺等量水分时，部分气孔关闭，CO2吸收量均减少，由于玉米进行光合作用时存在特殊的C4途径，能够利用较低浓度的CO2，因此玉米光合作用强度比小麦高4．(16分)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，结果如图甲：(1)图甲中小麦在10～12h光合作用速率下降的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)据图甲判断芦荟在10～16h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)请据图乙比较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10～12h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。据图丙判断：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__