植物生理学光合作用的概念和意义知识点.docx

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植物生理学光合作用的概念和意义知识点

光合作用的概念和意义

名词解释

温室效应：

透过太阳短波辐射，返回地球长波辐射，地球散失能量减少，地球变暖

光合膜：

光合作用中光能吸收和电子传递过程都是在类囊体的膜片层上进行，因此类囊体膜也称为光合膜

荧光现象：

叶绿素溶液在透射光下呈绿色，而在反射光下呈红色的现象，荧光寿命很短。

是由于Chl分子吸收光能后，重新以光的形式释放所产生的。

磷光现象：

在暗处叶绿素会发出弱光，磷光的寿命为10-2~103秒

原初反应：

包括光能的吸收，传递和光化学反应；在类囊体膜上进行（光→电）

电子传递和光和磷酸化：

光能经电能转化为化学能，在类囊体膜上进行

碳同化：

CO2固定于还原，在间质进行

集光色素（天线色素）：

吸收和传递光能，不进行光化学反应的光合色素，大部分Chla

中心色素：

少数特殊状态的Chla，吸收集光色素传递而来的激发能后，发生光化学反应引

起电荷分离的光合色素

光合单位：

指在光饱和条件下吸收、传递和转化一个光量子到作用中心所需要协同作用的色素分子

诱导共振：

是指当某一特定的分子吸收能量达到激发态，在重新回到基态时，使另一分子变为激发态

光化学反应：

指中心色素分子受光激发引起的氧化还原反应。

作用中心包括原初电子供体、原初电子受体、和作用中心色素组成

量子产额：

每吸收一个光量子所同化的CO2分子数（或释放的氧分子数）

红降现象：

小球藻能大量吸收波长>690nm的长波红光，但光合作用的效率很低的现象

双光增益效益（爱默生）：

红降出现，如果加入辅助的短波红光（650nm）则光合效率大增，并且比这两种波长单独照射的总和还要高的现象

光合链：

光合链是类囊体膜上由两个光系统和若干电子传递体，按一定的氧化还原电位依次排列而成的电子传递系统

PQ质体醌（质醌）：

担负着传递氢H+和e-的任务

PC质蓝素（质体菁）：

含铜蛋白质，PSI的远处电子供体

Fd铁氧还蛋白：

把电子传给FNR后还原NADP为NADPH，或把电子传给Cytb6进行环式光合电子传递。

此外，Fd还在亚硝酸还原，酶活化等方面具有多种功能。

PQ穿梭：

在光合电子传递过程中PQ使间质间H+不断转入类囊体腔，导致间质pH上升，形成跨膜的质子梯度

光合电子传递途径：

绿色植物光下催化ADP形成ATP的过程称为光合磷酸化

水光解与氧释放（希尔反应）：

离体叶绿体（类囊体）加到有适宜氢受体A的水溶液中，照光后立即有O2放出，并使氢受体A还原

PSP光合磷酸化：

光下叶绿体在光合电子传递的同时，使ADP和Pi形成ATP的过程

质子动力势：

ATP形成的动力

同化力：

光合作用前两阶段结束形成活跃的化学能ATP和NADPH合称为同化力

C3途径：

指光合作用中CO2固定后的最初产物是三碳化合物的CO2同化途径

C4途径：

固定CO2后的出产物是OAA（四碳二羧酸），固称该途径为C4途径

光呼吸：

高等植物的绿色细胞在光下吸收O2放出CO2的过程（底物：

乙醇酸）

光合速率（强度）：

每小时每平方分米叶面积吸收CO2的量或氧气量来表示

光合能力：

指在饱和光强、正常CO2和O2浓度、最适温度和高RH条件下的光合速率

光饱和点LSP：

净光合速率达到最大时的光强

光补偿点LCP：

净光合速率等于零时的光强

光抑制：

强光下光合速率降低，过剩光对光系统的破坏，以及产生的活性氧对光合膜的损伤

CO2饱和点：

在一定范围内，光合速率随CO2浓度而增加，当CO2浓度达到一定数值，光合速率不再增加，这时环境的CO2浓度称为CO2饱和点

CO2补偿点：

净光合速率等于零时的环境CO2浓度

瓦布格效应：

O2对光合作用产生抑制作用的现象

限制因子定律：

当集中因素同时影响光合作用时，光合速率往往受最低因子所制约

光能利用率：

单位时间、单位土地面积上作物光合产物中贮存的能量占同时同面积上接受太阳辐射能的百分数

量子需要量：

光合作用中每同化一分子CO2所需的光量子数

量子效率：

每吸收一个光量子所能同化的CO2的分子数

主动吸水：

光合作用：

绿色植物在光下，把二氧化碳和水同辉成有机物并放出氧气的过程

激发态：

经过电子重新排列的分子状态

光系统：

是进行光吸收的功能单位，是由叶绿素、类胡萝卜素、脂和蛋白质组成的复合物

非环式光合电子传递：

Z字形方案中最主要的电子传递途径，通常占电子传递的70%以上

环式光合电子传递式：

只有在PSI受激发而PSII为受激发时发生

假环式光合电子传递：

与非环式相似，但H2O分解而来的电子不是被NADP+接收，而是传给分子态氧形成超氧自由基O2-，后经一系列反应再形成H2O

光合作用Photosynthesis

反应中心色素Reactioncenterpigments

集光色素Lightharvestingpigments（Antennapigments）

光合链Photosyntheticchain

PQ穿梭PQshutter

光合磷酸化Photophosphorylation

同化力Assimilatorypower

光呼吸Photorespiration

量子效率Quantumefficiency

量子需要量Quantumrequirement

二氧化碳补偿点CO2compensation

二氧化碳饱和点CO2saturationpoints

光饱和点Lightcompensation

光补偿点Lightsaturationpoints

光合作用途径Photosyntheticpathway

光化学反应Photochemicalreaction

光系统Photosystem

质体醌Plastoquinone

质蓝素Plastocyanin

铁氧还原蛋白Ferredoxin

光抑制Photoinhibition

二磷酸核酮糖羧化酶Rubisco

温室效应Greenhouseeffects

非环式、环式、假环式电子传递链Noncyclic,cyclicandpseudo-electrontransports

荧光Fluorescence

磷光phosphorescence

诱导共振Inductiveresonance

二氧化碳同化Carbondioxideassimilation

太阳能利用率Solarenergyutilization

红降Reddrop

爱默生效应Emersonenhancementeffect

希尔反应Hillreaction

放氧复合体Oxygenevolvingcomplex

景天酸代谢Crassulaceanacidmetabolism

羧化作用Carboxylation

二羧酸Dicarboxylicacid

叶肉细胞Mesophyllcell

叶绿体Chloroplast

膜Envelope

类囊体Thylakoid

基质Stroma

类胡萝卜素Carotenoid

叶黄素Xanthophyll

接受体Accepter

供体Donor

激发态Excitedstate

细胞色素复合体Cytochromecomplex

ATP合酶ATPsynthase

糖蛋白Glucoprotein

卟啉Porpyrin

叶绿醇Phytol

过氧化物酶体Peroxisome

线粒体Mitochondrion

乙醇酸Glycolicacid

知识点

1．影响叶绿素生物合成的因素

1.光：

原叶绿素酸酯→叶绿素酸酯，叶绿体发育，缺光黄化

2.温度：

约2-40℃，最适为30℃。

喜温植物>10℃

3.矿质营养：

缺N、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu时出现缺绿病

4.氧气：

缺O2时引起Mg2+原卟啉Ⅸ及（或）Mg2+原卟啉甲酯积累,而不能合成叶绿素

5.缺水时，Chl形成受阻，易受破坏

2．C3和C4植物的区别

1.C3植物：

维管束鞘不发达，维管束鞘细胞内无叶绿体，维管束鞘有两层细胞，外层为薄壁，内层为厚壁细胞

2.C4植物：

起源于热带，维管束鞘一层细胞，具有花环式结构，有丰富叶绿体。

叶肉细胞的叶绿体内不含RuBP羧化酶，有PEP羧化酶；而维管束鞘细胞的叶绿体内则含有催化C3途径的全部酶系，和C4脱羧反应的一些酶

3．C4植物光合效率高于C3原因

1.C4植物中的PEPCase对HCO3-的亲和力很强，有把外界低浓度CO2浓缩到维管束鞘细胞中的作用，更低浓度的CO2就能发生

2.C4植物固定一分子CO2为磷酸丙糖消耗5分子ATP，C3消耗3个

四．CAM植物CO2固定途径

五．C4植物CO2转化途径

1.NADP-苹果酸酶类型

2.NAD-苹果酸酶类型

3.PEP-羧基酶类型

6．光呼吸的生理功能

1.防止高光强对光合器的破坏：

同化力的过剩易引发超氧自由基，或单线态氧对光合器官

有很强的氧化破坏作用

2.防止O2对光合碳同化的抑制作用：

维持RuBP羧化酶活化状态

3.消除乙醇酸毒害和补充部分氨基酸：

甘氨酸和丝氨酸

7．光呼吸的抑制

1.提高CO2浓度：

温室大棚用干冰，田间增施有机肥、深施NH4HCO3

2.应用光呼吸抑制剂：

如α-羟基磺酸盐

3.筛选低光呼吸品种

4.提高二磷酸核酮糖羧化酶特性

8．影响光合速率的内部因子（笔记）

9．影响光合速率的环境因子

1.光：

光饱和点光补偿点光抑制

①光是能量的来源

②影响叶绿体发育和叶绿素合成

③影响调节光合碳循环的某些酶活性

④强光导致光抑制

⑤不同植物的光饱和点和光补偿点不同，C4光饱和点大

⑥光质，不同波长光对光合速率的影响，红光光合效率最高，蓝紫光次之，绿光最差

2.CO2：

光合作用的原料不同植物的饱和点和补偿点不同，C4小于C3

3.温度：

C4最适35-45C3最适25-30

①高温破坏叶绿体和细胞质的结构

②高温失水过多，使气孔关闭或开度减小

③呼吸最适温高于光合的，因此温度升高呼吸速率增加大于光合增加

4.水：

水分亏缺光合下降，幼叶光合降低受缺水影响更大

①气孔因子：

光合速率的下降与气孔导度和胞间CO2浓度分别呈线性正相关

②缺水影响叶绿体的生理活性

③缺水影响叶面积的大小

5.氧气：

对光合作用产生抑制作用，这种现象称为瓦布格效应

6.矿质营养

①光合器官的组成成分

②参与酶活性的调节

③参与光合磷酸化

④参与光合碳循环与产物运转

⑤钾离子能调节气孔开闭

10．C3植物午睡的原因

1.中午CO2浓度过低引起

2.中午温度过高,引起暗呼吸和光呼吸上升

3.中午相对湿度过低,导致叶片失水过多,气孔关闭影响CO2进入

4.光合产物的积累对光合作用的反馈抑制

5.光抑制引起作用中心活性降低

6.光合碳同化有关酶活性降低

7.内生节律的调节。

11．植物光能利用率低的原因

①漏光损失②叶片反射及透射损失③光饱和现象的存在

十二．为什么二磷酸核酮糖羧化酶是光合作用的关键酶

它在光合作用中卡尔文循环里催化第一个主要的碳固定反应，将大气中游离的二氧化碳转化为生物体内储能分子。

二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶可以催化1,5-二磷酸核酮糖与二氧化碳的羧化反应或与氧气的氧化反应，它的活性也由光照影响，在暗处，rubisco的活性受到抑制，这也是为什么在黑暗时，碳反应难以进行的原因。

它所催化的反应是无机态的碳进入生物圈的主要途径

其他

1.叶绿体结构

外被膜

被膜内被膜

膜---光合色素、光合链---原初反应、电子传递和光合磷酸化

叶绿体类囊体腔---光合放氧

间质光合碳循环酶---CO2固定---DNA、RNA核糖体部分遗传自主

2.光子的能量与波长成反比，蓝紫光能量比红光高，叶绿素发射红色荧光，能量最低

3.叶绿素的生物合成：

谷氨酸或α-酮戊二酸→Mg-原卟啉→原叶绿素酸酯→经光照还原为叶绿酸酯→叶绿素a→叶绿素b

4.叶绿素分解：

在Chl酶下变为叶绿素酸酯，再成为去Mg叶绿素酸酯，再逐步氧化分解

5.每个光合单位由250-300个叶绿素和其它集光色素分子构成的

6.叶绿素传递给中心色素效率为100%，类胡萝卜素为20-50%

7.ATP合成酶结构

8.光合作用指标可用光合速率表示：

每小时每平方分米叶面积吸收CO2的量或氧气量来表示（改良半叶法、红外线CO2分析法等）

9.CO2的补偿点和饱和点C4都比C3小

10.限制因子定律－－当几种因素同时影响光合作用时，光合速率往往受最低因子所制约

11.生物产量=光合面积×光合强度×光合时间-光合产物消耗

12.经济产量=（光合面积×光合强度×光合时间-光合产物消耗）×经济系数

13.叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光，叶绿素b主要吸收蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光