第三章 光合作用.docx

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第三章光合作用

第三章光合作用习题

一、名词解释

光合作用：

绿色植物利用太阳光能，将二氧化碳和水合成有机物质，并释放氧气的过程.

原初反应：

指的是光能的吸收、传递与转换过程，完成了光能向电能的转变，实质是由光所引起的氧化还原过程.

天线色素：

又称聚光色素，没有光化学活性，将所吸收的光有效地集中到作用中心色素分子，包括99%的叶绿素a,全部叶绿素b，全部胡萝卜素和叶黄素。

反应中心色素分子:

既能吸收光能又具有化学活性，能引起光化学反应的特殊状态的叶绿素a分子，包括P700和P680。

光合作用单位：

是指完成1分子CO2的同化或1分子O2 的释放，所需的光合色素分子的数目,大约是2400个光合色素分子。

但就传递1个电子而言,光合作用单位是600，就吸收1个光量子而言，光合作用单位是300.

红降现象：

当光波大于680nm，虽然仍被叶绿素大量吸收，但光合效率急剧下降，这种在长波红光下光合效率下降的现象，称为红降现象。

光合效率:

（量子产额）又称量子产额或量子效率，是光合作用中光的利用效率，即吸收1个光量子所同化二氧化碳或放出氧分子的数量。

量子需要量：

同化1分子CO2 或释放1分子O2 需要的光量子数.

爱默生效应：

（双光增益效应）如果在长波红光照射时，再加上波长较短的红光（650~670nm）照射，光合效率增高，比分别单独用两种波长的光照射时的总和还要高，这种现象称为双光增益效应或爱默生效应。

希尔反应及希尔氧化剂：

在有适当的电子受体存在的条件下，离体的叶绿体在光下使水分解，有氧的释放和电子受体的还原，这一过程是Hill在1937年发现的,故称Hill反应，在希尔反应中接受氢的受体称希尔氧化剂。

P700是PSI的反应中心色素分子，即原初电子供体，是由两个叶绿素a分子组成的二聚体.这里P代表色素，700则代表P氧化时其吸收光谱中变化最大的波长位置是近700nm处,也即用氧化态吸收光谱与还原态吸收光谱间的最大处的波长位置来作为反应中心色素的标志.

PQ穿梭：

伴随着PQ的氧化还原，可使2H+从间质移至类囊体膜内的空间，即H+横渡类囊体膜，搬运2H+ 的同时也传递2e，PQ的这种氧化还原往复变化称为PQ穿梭。

光合链由一系列能发生氧化还原作用的电子递体所组成的电子传递链，能将水光解所产生的电子依次传递,最后传递给NADP+的总轨道。

光合磷酸化:

叶绿体在光下与光合电子传递相偶联,将无机磷与ADP转化成ATP的过程，称之为光合磷酸化。

非环式光合磷酸化：

与非环式电子传递相偶联产生的磷酸化反应.有两个光系统参加，电子传递是单方向的，能引起水的光解放氧和ATP与NADPH+H+ 的生成。

环式光合磷酸化:

与环式电子传递相偶联产生ATP的反应。

只有光系统Ⅰ参加，电子流经过一个循环，不能形成NADPH+H+ ,也不能引起水的光解放氧，只产生ATP。

假环式光全磷酸化：

与假环式电子传递相偶联产生ATP的反应.有两个光系统参加，电子传递是单方向的，能引起水的光解放氧和ATP的生成,但不能生成NADPH+H+ ，因为O2是电子和质子的最终受体。

C3途径：

与C3植物C3途径又称卡尔文循环,整个循环由RuBP开始至RuBP再生结束，共有14步反应,均在叶绿体的基质中进行.全过程分为羧化、还原、再生三个阶段。

因为二氧化碳固定后形成的第一个产物3-磷酸甘油酸为三碳化合物，所以称为C3途径.并把只具有C3途径的植物称C3植物.

C4途径：

与C4植物又称为哈奇–斯莱克（Hatch—Slack）途径，整个循环有PEP开始至PEP再生结束，要经叶肉细胞和微管素鞘细胞两种细胞，循环反应因植物不同而有差异，但基本上可分为羧化、还原或转氨、脱羧和再生四个阶段，由于这条光合碳循环途径中二氧化碳固定后最初产物草酰乙酸为C4–二羧酸化合物，故称为C4–二羧酸途径（C4dicarboxylicacidpathway），简称C4途径。

并把具有C4途径的植物称为C4植物。

Pi运转器：

存在于叶绿体被膜上，运转磷酸丙糖与Pi，使二者对等交换，将磷酸丙糖转移到细胞质的专一载体。

光呼吸：

绿色细胞只有在光下才能发生的吸收氧气释放二氧化碳的过程。

与光合作用有密切的关系，光呼吸的底物是乙醇酸,由于这种呼吸只有在光下才能进行，故称为光呼吸.

CAM途径:

和CAM植物景天科、仙人掌科等科中的植物，夜间气孔张开，吸收CO2形成有机酸，贮藏在液泡中，白天气孔关闭,有机酸脱羧放出CO2进入卡尔文循环形成光合产物，这种与有机酸合成日变化有关的光合碳代谢途径称为景天科酸代谢途径。

把具有景天科酸代谢途径的植物称为CAM植物。

光饱和现象与光饱和点:

在较低光照强度下，光合速率随光照强度的增高几乎直线上长,当光照强度超过一定数值以后,光合速率增加转慢,如果再增加光照强度光合速率不再提高，这种现象称光饱和现象，开始达到光饱和现象时的光照强度称光饱和点。

光补偿点：

在光饱和点以下，随着光照强度的减弱光合速率逐渐接近呼吸速率,当达到某一光强度时，光合作用吸收的二氧化碳和呼吸作用放出的二氧化碳达到动态平衡,此时的光照强度称光补偿点。

CO2饱和点：

在一定范围内净光合速率随二氧化碳浓度的增加而增高，当达到一定程度时，再增加二氧化碳浓度,光合速率不再增加,此时二氧化碳浓度称二氧化碳饱和点。

CO2补偿点:

在二氧化碳饱和点以下，光合作用吸收的二氧化碳与呼吸作用和光呼吸释放的二氧化碳，达到动态平衡，此时环境中的二氧化碳浓度,称二氧化碳补偿点。

光能利用率:

是指作物光合产物中贮存的能量，占照射在单位地面上日光能的百分率.

荧光及荧光现象：

光合色素分子的激发态电子，未被电子受体所接受，其电子从第一单线态回到基态时所发射的光称为荧光。

其叶绿素溶液在透射光下呈绿色，在反射光下呈红色，称荧光现象。

荧光产额发射荧光量子数与吸收光量子数的比值.

磷光及磷光现象：

光合色素分子受光激发后，其电子从三线态回到基态时所发出的光称磷光。

当荧光出现后，立即中断光源，用灵敏的光学仪器还能看到短时间的“余辉”,这就是磷光现象。

光合生产率:

又称净同化率,指生长植株的单位叶面积在一天内进行光合作用所形成的光合产物,减去呼吸和其它消耗之后，净积累的干物质量.

二、写出下列符号的中文名称

PQ、PC、Fd、NADP+、RuBP、PGA、GAP、DHAP、FBP、F6P、G6P、E4P、SBP、S7P、R5P、Xu5P、Ru5P、PEP、CAM、TP、HP、OAA、CF1—CF0、PSⅠ、PSⅡ、BSCMal、FNR、Rubico

PQ：

质体醌;PC：

质蓝素；Fd：

铁氧还蛋白；NADP+：

氧化型辅酶Ⅱ；

RuBP：

核酮糖–1，5–二磷酸；PGA：

3–磷酸甘油酸;

GAP：

3–磷酸甘油醛；DHAP：

磷酸二羟丙酮；

FBP：

果糖–1，6–二磷酸；F6P：

果糖–6–磷酸;

G6P：

葡萄糖–6–磷酸；E4P:

赤鲜糖–4–磷酸；

SBP：

景天庚酮糖–1，7–二磷酸；S7P:

景天庚酮糖–7–磷酸；

R5P:

核糖–5–磷酸;Xu5P:

木酮糖–5–磷酸；

Ru5P：

核酮糖–5–磷酸；PEP：

磷酸烯醇式丙酮酸；

CAM：

景天科酸代谢；TP：

磷酸丙糖；

HP:

磷酸己糖；OAA：

草酰乙酰；

CF1–CF0：

偶联因子（ATP酶复合物）；PSⅠ：

光系统Ⅰ；

PSⅡ：

光系统Ⅱ；BSC：

维管素鞘细胞;

Mal：

苹果酸;FNR:

铁氧化蛋白–NADP+还原酶

Rubico：

核酮糖–1，5–二磷酸羧化酶/加氧酶

三、填空题

1。

光合作用是一种氧化还原反应，在反应中（CO2）被还原，（H2O）被氧化.

2.影响叶绿素生物合成的因素主要有：

（光）、（温度）、（水）和（矿物质营养）。

3.光合作用的三大阶段指的是（原初反应）、（电子传递和光合磷酸化）与（碳素同化）。

4。

光合作用分为（光）反应和（暗）反应两大步骤，从能量角度看，第一步完成了（光能向活跃化学能）的转变，第二步完成了（活跃化学能向稳定化学能）的转变。

5。

真正光合速率等于（表观光合速率）与（呼吸速率）之和。

6。

原初反应包括（光能吸收）、（传递）和（光能转化电能）三步反应，此过程发生在（类囊体膜）上。

7。

光反应是需光的过程，其实只有（光反应）过程需要光。

8.光合磷酸化有下列三种类型：

（非环式光合磷酸化）、（环式光合磷酸化）和（假环式光合磷酸），通常情况下以（非环式光合磷酸化）占主要地位。

9.小麦和玉米同化二氧化碳的途径分别是（C3）和（C4）途径，玉米最初固定二氧化碳的受体是（PEP）,催化该反应的酶是（PEP羧化酶），第一个产物是（草酰乙酸），进行的部位是在（叶肉）细胞。

小麦固定二氧化碳受体是（RuBP），催化该反应的酶是（RuBP羧化酶）,第一个产物是（3–磷酸甘油酸）,进行的部位是在（叶肉）细胞。

10。

光合作用中产生的O2来源于（水）。

11.50年代由（卡尔文）等,利用（同位素示踪）和（纸谱色层分析）等方法，经过10年研究,提出了光合碳循环途径。

12.光合作用中心包括（反应中心色素分子）、（原初电子供体）和（原初电子受体）。

13.PSⅠ的作用中心色素分子是（P700）,PSⅡ的反应中心色素分子是（P680）。

14。

电子传递通过两个光系统进行，PSⅠ的吸收峰是（700nm），PSⅡ的吸收峰是（680nm）。

15。

光合作用同化一分子二氧化碳，需要

（2）个NADPH+H+，需要（3）个ATP;形成一分子葡萄糖，需要（12）个NADPH+H+，需要（18）个ATP.

16。

光反应形成的同化力是（ATP）和（NADPH+H+）。

17.光合作用电子传递途径中，最终电子供体是（水），最终电子受体是（NADP+）。

18.CAM植物光合碳代谢的特点是夜间进行（CAM）途径,白天进行（C3）途径。

鉴别CAM植物的方法有（夜间气孔张开）和（夜间有机酸含量高）。

C3植物的CO2补偿点是（50μmol/mol左右）,C4植物的CO2补偿点是（0—5μmol/mol），CO2补偿点低说明（PEP羧化酶对CO2的亲和能力强）.

19.景天科酸代谢途径的植物，夜间吸收（CO2），形成草酰乙酸，进一步转变成苹果酸，贮藏在（液泡）中,白天再释放出（CO2），进入卡尔文循环,形成碳水化合物。

20.C4植物在（叶肉）细胞中固定CO2，形成四碳化合物，在（维管束鞘）细胞中将CO2还原为碳水化合物。

21.C4植物同化CO2时PEP羧化酶催化（PEP）和（CO2）生成（草酰乙酸）。

RuBP羧化酶催化（RuBP）和（CO2）生成（PGA）。

22。

光呼吸的底物是（乙醇酸），主要是在（RuBP加氧）酶催化下生成的。

23.光呼吸的底物是（乙醇酸）,暗呼吸的底物通常是（葡萄糖），光呼吸发生在（叶绿体）、（过氧化体）、（线粒体）三个细胞器中，暗呼吸发生在（线粒体）细胞器中。

四、选择题

1.叶绿素a和叶绿素b对可见的吸收峰主要是在（4）

（1）红光区

（2）绿光区（3）蓝紫光区（4）蓝紫光区和红光区

2.类胡萝卜素对可见光的最大吸收带在（3）

（1）红光

（2）绿光（3）蓝紫光（4）橙光

3.光对叶绿素的形成有影响,主要是光影响到

（2）

（1）由δ-氨基酮戊酸→→…原叶绿素酸酯的形成

（2）原叶绿素酸酯→叶绿素酸酯的形成

（3）叶绿素酸酯→叶绿素的形成

（4）δ-氨基酮戊酸→叶绿素形成的每一个过程

4.光合产物主要以什么形式运出叶绿体（4）

（1）G1P

（2）FBP（3）蔗糖（4）TP

5.光合作用中释放的氧来源于

（2）

（1）CO2

（2）H2O（3）CO2和H2O（4）C6H12O6

6.Calvin循环的最初产物是

（2）

（1）OAA

（2）3-PGA（3）PEP（4）GAP

7.C3途径是由哪位植物生理学家发现的？

（1）

（1）Calvin

（2）Hatch（3）Arnon（4）Mitchell

8。

C4途径中穿梭脱羧的物质是（4）

（1）RuBP

（2）OAA

（3）PGA（4）苹果酸和天冬氨酸

9.光合作用中合成蔗糖的部位是

（1）

（1）细胞质

（2）叶绿体间质

（3）类囊体（4）核糖体

10。

光合作用吸收的CO2与呼吸作用释放的CO2达到动态平衡时，此时外界的CO2浓度称为：

（3）

（1）光补偿点

（2）光饱和点（3）CO2补偿点（4）CO2饱和点

11.下列四组物质中，卡尔文循环所必的是（3）

（1）叶绿素、胡萝卜素、O2

（2）叶黄素、叶绿素a、H2O

（3）CO2、NHDPH+H+、ATP（4）叶绿素b、H2O、PEP

12。

光呼吸测定值最低的植物是

（2）

（1）水稻

（2）小麦（3）高粱（4）大豆

13.维持植物生长所需的最低光照强度（3）

（1）等于光补偿点

（2）高于光补偿点

（3）低于光补偿点（4）与光照强度无关

14。

CO2补偿点高的植物是（3）

（1）玉米

（2）高粱（3）棉花（4）甘蔗

15.在达到光补偿点时，光合产物形成的情况是（3）

（1）无光合产物生成

（2）有光合产物积累

（3）呼吸消耗=光合产物积累（4）光合产物积累＞呼吸消耗

16。

具备合成蔗糖、淀粉等光合产物的途径是

（1）

（1）C3途径

（2）C4途径

（3）CAM途径（4）TCA途径

17。

光呼吸过程中产生的氨基酸有（3）

（1）谷氨酸

（2）丙氨酸（3）丝氨酸（4）酪氨酸

18.C4植物固定CO2的最初受体是

（1）

（1）PEP

（2）RuBP（3）PGA（4）OAA

19。

类胡萝卜素对光的吸收峰位于

（1）

（1）440~450nm

（2）540~550nm

（3）680~700nm（4）725~730nm

20。

叶绿体间质中，能够提高Rubisco活性的离子是

（1）。

（1）Mg2+

（2）K+（3）Ca2+（4）Cl-

21。

提取光合色素常用的溶剂是

（2）

（1）无水乙醇

（2）95%乙醇

（3）蒸馏水（4）乙酸乙酯

22.进入红外线CO2分析仪的气体必须是干燥的气体，常用的干燥剂是

（2）。

（1）碱石灰

（2）硅胶

（3）氯化钙（4）碳酸钙

23。

从叶片提取叶绿素时，为什么需要加入少量CaCO3？

（3）

（1）便于研磨

（2）增加细胞质透性

（3）防止叶绿素分解（4）利于叶绿素分解成小分子

五、是非题

1。

叶绿体色素都能吸收蓝紫光和红光.（╳）

2.叶绿素的荧光波长往往比吸收光的波长要长。

（√）

3.原初反应包括光能的吸收、传递和水的光解.（╳）

4。

在光合电子传递链中,最终电子供体是H2O。

（√）

5.所有的叶绿素a都是反应中心色素分子。

（╳）

6。

PC是含Fe的电子传递体.（╳）

7.高等植物的气孔都是白天张开，夜间关闭。

（╳）

8.光合作用的原初反应是在类囊体膜上进行的，电子传递与光合磷酸化是在间质中进行的。

（╳）

9.C3植物的维管束鞘细胞具有叶绿体。

（╳）

10.Rubisco在CO2浓度高光照强时，起羧化酶的作用。

（√）

11。

CAM植物叶肉细胞内的苹果酸含量，夜间高于白天。

（√）

12。

一般来说CAM植物的抗旱能力比C3植物强。

（√）

13.红降现象和双光增益效应，证明了植物体内存在两个光系统。

（√）

14。

NAD+是光合链的电子最终受体。

（╳）

15.暗反应只有在黑暗条件下才能进行。

（╳）

16。

植物的光呼吸是在光照下进行的，暗呼吸是在黑暗中进行的。

（╳）

17。

只有非环式光合磷酸化才能引起水的光解放O2。

（╳）

18.光合作用的产物蔗糖和淀粉，是在叶绿体内合成的.（╳）

19。

PEP羧化酶对CO2的亲和力和Km值，均高于RuBP羧化酶.（╳）

20。

C3植物的CO2受体是RuBP，最初产物是3-PGA。

（√）

21。

植物的光呼吸是消耗碳素和浪费能量的，因此对植物是有害无益的。

（╳）

22。

植物生命活动所需要的能量，都是由光合作用提供的.（╳）

23.水的光解放氧是原初反应的第一步.（╳）

24。

光补偿点高有利于有机物的积累.（╳）

25.测定叶绿素含量通常需要同时作标准曲线。

（╳）

26.观察荧光观象时用稀释的光合色素提取液，用于皂化反应则要用浓的光合色素提取液。

（╳）

27。

红外线CO2分析仪绝对值零点标定时，通常用纯氮气或通过碱石灰的空气。

（√）

28。

适当增加光照强度和提高CO2浓度时，光合作用的最适温度也随之提高。

（√）

六、解释现象

1.秋末枫叶变红、银杏叶变黄。

2。

蚕豆种植过密，引起落花落荚.

3.叶腋有花、果实或幼芽的叶片较无花、果实或幼芽的叶片光合速率高。

4.冬季温室栽培蔬菜避免高温,阴雨天注意补充光照。

5。

作物株型紧凑、叶片较直立,其群体光能利用率高。

6.大树底下无丰草。

7.“树怕伤皮，不怕烂心”.

8。

摘掉靠近棉花花蕾的叶片，蕾铃容易脱落。

9.水稻抽穗后不宜施氮过多.

10。

玉米“蹲棵”可以提高粒重。

11.“贪青晚熟”的作物减产。

七、问答题

1。

从光合作用表达式可以看出光合作用具有什么重要意义？

重要意义：

CO2+H2O————（CH2O）+O2

（1）把无机物转变成有机物地球上每年固定7×1011吨CO2,相当于合成5×1011 吨有机物,是“庞大的绿色工厂”.

（2）将光能转变成化学能每年贮存的太阳能是7×1021 J，约为全人类需要能量的100倍，称之为“巨型能量转换站”.

（3）维持大气中氧和二氧化碳的平衡地球上每年释放5.35×1021 吨氧气，并消除空气中过多的二氧化碳，被誉为“自动的空气净化器"。

2.详细说明叶绿体的结构与功能.

叶绿体具双层膜,即外膜和内膜，二者合称被膜，是控制内外物质交流的屏障,在叶绿体内有40~60个基粒，它是由类囊体（10-100个）垛叠而成。

基粒之间由间质类囊体连接.类囊体上有叶绿体色素，它的作用是完成对光能的吸收、传递和光能转变成电能，以及将电能转变成活跃的化学能.基粒悬浮在间质中，CO2的固定和还原是在间质中进行的。

3.什么叫荧光现象？

活体叶片为什么观察不到荧光现象？

光合色素分子的激发态电子，未被电子受体所接受，其电子从第一单线态回到基态时所发射的光称荧光。

其叶绿素溶液在透射光下呈绿色,在反射光下呈红色称荧光现象。

活体叶片细胞叶绿素荧光产额（发射荧光量子数与吸收光量子数的比值）很低，其数值约为3％左右，就是说在100个激发态电子中，约有3个电子是由于发射荧光而回复到基态，所以难以用肉眼观察出来。

而叶绿素在溶液中荧光产额显著提高,为30％左右。

4.光合作用电子传递链中,PQ有什么重要的生理作用？

在类囊体膜上的电子传递体中，PQ具有亲脂性，含量多，被称为PQ库，它可传递电子和质子，而其他传递体只能传递电子。

在光下，PQ在将电子向下传递的同时，又把膜外基质中的质子转运至类囊体膜内，PQ在类囊体膜上的这种氧化还原往复变化称PQ穿梭。

PQ穿梭使膜内H+浓度增高，电位较“正”，有利于质子动力势形成，进而促进ATP的生成.

5.什么叫希尔反应?

写出希尔反应方程式，说明其意义。

在有适当的电子受体存在的条件下，离体的叶绿体在光下使水分解，同时使电子受体还原并有氧的释放,这一过程是希尔在1937年发现的，故称希尔反应。

（1）表示光合作用机理的研究进入了一个新阶段，是光合作用研究的一次飞跃.

（2）是研究电子传递的开始.

（3）开始用细胞器研究光合作用。

（4）证明氧的释放是来源于H2O.

6.怎样解释光合磷酸化的机理?

在光合电子传递中伴随着电子传递和氧化还原的进行使光合膜内形成了高能态,米切尔于1961年提出了化学渗透假说，他认为高能态就是质子浓度差和电位差（合称质子动力势），这是由PQ穿梭和水光解放氧的同时，有H+释放，类囊体膜内空间H+ 增多，再加上膜外NADP+ 的还原，消耗了H+ ，使类囊体膜的内外两侧产生了质子浓度差和电位差，膜内的质子通过偶联因子（CF1–CF0）流出时，ATP酶催化ADP+Pi合成了ATP。

7.如何解释C4植物比C3植物的光呼吸低？

C4植物的PEP羧化酶对CO2亲和力高，固定CO2的能力强，在叶肉细胞形成C4-二羧酸之后，运到维管束鞘细胞脱羧放出CO2（起CO2泵作用）,增加了维管束鞘细胞的CO2浓度，使CO2/O2 比值增高，提高了RuBP羧化酶的活性,有利于CO2的固定和还原，不利于光呼吸的进行.另外,C4植物光呼吸释放的CO2易被重新固定，故C4植物光呼吸测定值低些.

C3植物在叶肉细胞固定CO2，叶肉细胞的CO2浓度没有C4植物的维管束鞘细胞的浓度高,CO2/O2 的比值相对较低,此时RuBP加氧酶活性较强，有利于光呼吸进行。

而且,C3植物RuBP羧化酶对CO2的亲和力低,光呼吸释放的CO2，不易重新被固定，于是光呼吸的测定值高。

8.如何评价光呼吸生理功能？

（1）有害方面：

①从碳素同化角度看，光呼吸将光合作用已固定的碳素的30％左右，再释放出去,减少了光合产物的形成。

②从能量利用上看，光呼吸过程中许多反应都消耗能量。

（2）光呼吸对植物也具有积极的生理作用:

①消耗光合作用中产生的副产品乙醇酸，通过乙醇酸途径将它转变成碳水化合物，另外，光呼吸也是合成磷酸丙糖和氨基酸的补充途径。

②防止高光强对光合作用的破坏，在高光强和二氧化碳不足的条件下，过剩的同化力将损伤光合组织。

通过光呼吸对能量的消耗，保护了光合作用的正常进行。

③防止O2对碳素同化的抑制作用，光