《2025年创新思维高考总复习生物》

14.（2021·辽宁卷）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HCO₃⁻两种形式存在，水体中CO₂浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程，图中HCO₃⁻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，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可将HCO₃⁻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）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______。
A. 改造植物的HCO₃⁻转运蛋白基因，增强HCO₃⁻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： 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)图示可知，HCO₃⁻运输需要消耗ATP，说明HCO₃⁻的运输方式为主动运输，主动运输一般是逆浓度梯度运输，由此推断图中HCO₃⁻浓度最高的场所是叶绿体。该过程中细胞质中需要的ATP由呼吸作用提供，叶绿体中的ATP由光合作用提供。
(3)①PEPC参与催化HCO₃⁻+PEP过程，说明PEPC对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的过程需要消耗ATP，属于吸能反应。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，可以使用同位素示踪技术。
(4)改造植物的HCO₃⁻转运蛋白基因，增强HCO₃⁻的运输能力，可以提高植物光合作用的效率，A符合题意；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；改造植物的Rubisco基因，增强CO₂固定能力，可以提高植物光合作用的效率，C符合题意；将CO₂浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物，由于“水土不熟”，不一定提高植物光合作用的效率，D不符合题意。
答案:
(1)三碳化合物 叶绿体基质
(2)叶绿体 呼吸作用和光合作用
(3)①高于 ②NADPH和ATP 吸能 ③同位素示踪
(4)AC