15.如何证实光合作用中释放的O2来自水? 16.请分析C4植物比C3植物光合效率高的原因 17.简单说明叶绿体的结构及其功能。

18. C3途径可分为几个阶段？每个阶段有何作用?

19.影响光能利用率的因素有哪些?如何提高光能利用率? 20.C3途径的调节方式有哪几个方面?

答 案

一、名词解释

1.光合作用：绿色植物吸收阳光的能量，同化CO2和H2O，制造有机物质，并释放O2的过程。 2.光合速率：指光照条件下，植物在单位时间单位叶面积吸收CO2的量（或释放O2的量）。 3. 原初反应：指植物对光能的吸收、传递与转换，是光合作用最早的步骤，反应速度极快，通常与温度无关。

4. 光合电子传递链：在光合作用中，由传氢体和传电子体组成的传递氢和电子的系统或途径。 5. PQ穿梭：在光合作用电子传递过程中，由质体醌在接合电子的同时，接合基质中的质子，并将质子转运到类囊体腔的过程。 6. 同化力：在光反应中生成的ATP和NADPH可以在暗反应中同化二氧化碳为有机物质，故称ATP和NADPH为同化力。

7. 光呼吸：植物的绿色细胞在光照下吸收氧气，放出CO2的过程。 8. 荧光现象：指叶绿素溶液照光后会发射出暗红色荧光的现象。

9. 磷光现象：照光的叶绿素溶液，当去掉光源后，叶绿素溶液还能继续辐射出极微弱的红光，它是由三线态回到基态时所产生的光。这种发光现象称为磷光现象。

10. 光饱和现象：在一定范围的内，植物光合速率随着光照强度的增加而加快，超过一定范围后光合速率的增加逐渐变慢，当达到某一光照强度时，植物的光合速率不再继续增加，这种现象被称为光饱和现象。

11. 光饱和点：在一定范围内，光合速率随着光照强度的增加而加快，光合速率不再继续增加时的光照强度称为光饱和点。

12. 光补偿点：指同一叶子在同一时间内，光合过程中吸收的CO2和呼吸过程中放出的CO2等量时的光照强度。

13. 光能利用率：单位面积上的植物通过光合作用所累积的有机物中所含的能量，占照射在相同面积地面上的日光能量的百分比。

14. CO2饱和点：在一定范围内，光合速率随着CO2浓度增加而增加，当光合速率不再继续增加时的CO2浓度称为CO2饱和点。

15. CO2补偿点，当光合吸收的CO2量与呼吸释放的CO2量相等时，外界的CO 2浓度。 16. 光合作用单位：结合在类囊体膜上，能进行光合作用的最小结构单位。 17. 作用中心色素：指具有光化学活性的少数特殊状态的叶绿素a分子。 18. 聚光色素：指没有光化学活性，只能吸收光能并将其传递给作用中心色素的色素分子。聚光色素又叫天线色素。

19. 希尔反应：离体叶绿体在光下所进行的分解水并放出氧气的反应。

20. 光合磷酸化：叶绿体（或载色体）在光下把无机磷和ADP转化为ATP，并形成高能磷酸键的过程。

21. 光系统：由叶绿体色素和色素蛋白质组成的可以完成光化学转换的光合反应系统，称为光系统，植物光合作用有PSI和PSII两个光系统。

22. 红降现象：当光波大于685nm时，光合作用的量子效率急剧下降，这种现象被称为红降现象。

23. 双增益效应：如果用长波红光（大于685nm）照射和短波红光（650nm）同时照射植物，则光合作用的量子产额大增，比单独用这两种波长的光照射时的总和还要高，这种增益效应称为双增益效应

24. C3植物：光合作用的途径主要是C3途经的植物，其光合作用的初产物是甘油-3-磷酸 25. C4植物：光合作用的途径主要是C4途经的植物，其光合作用的初产物是C4二酸，如草酰乙酸。

26. 量子产额：指每吸收一个光量子所合成的光合产物的量或释放的氧气的量，又称为量子效率。

27. 量子需要量：指释放一分子氧或还原一分子二氧化碳所需要的光量子数。一般为8~10个光量子。

28. 光合作用‘午睡’现象：在正午光照较强的情况下，有些植物的光合速率会急剧降低，甚至光合速率为零。这种现象称为光合作用‘午睡’现象

二、填空题

1.聚光色素；作用中心色素 2.水；NADP+

3. RuBP；PEP 4.聚光色素；作用中心色素 5. PC；叶绿素分子(A0) 6.去镁叶绿素分子(Pheo)；水 7.锰聚体（锰族蛋白）；5 8.叶肉；维管束鞘

9. 18；12 10.光照；CO2；温度；水分；矿质营养 11.原初反应；电子传递和光合磷酸化；碳同化

12.叶绿素； 类胡萝卜素；藻胆素。 13.类囊体膜；叶绿体基质 14.绿；红 15.水；二氧化碳 16.蓝紫光区；保护光合机构（防止强光对光合机构的破坏）

17.蓝紫；红光 18.羧化阶段；还原阶段；更新阶段 19. C3；C4；CAM 20.羧化阶段；还原阶段；更新阶段 21.叶绿体；细胞质 22. ATP；NADPH+H+

23.RuBP； PGA； RuBPC 24.叶绿体；线粒体；过氧化物体

25.水稻；棉花；小麦 26.甘蔗；玉米；高梁

27.非循环式光合磷酸化；循环式光合磷酸化；假循环式光合磷酸化；非循环式光合磷酸化 28.3：1；2：1 29.氯；锰

30.光；电 31.量子需要量；光量子数 32. PSI复合体； PSⅡ复合体；Cytb６/f复合体；ATPase复合体 33.叶绿素a；光；电 34. 2500；300；600 35.基质；类囊体 36.基质；基粒 37.镁；镁；铜

38. CF1；CFo；质子 39.叶肉；维管束鞘 40.降低；升高 41. 2；1／81.

三、单项选择题 1. A 2. C 3 D 4. B 5. D 6. A 7. D 8. A 9. D 10. B 11. B 12. B 13. C 14. C 15. B 16. A 17. A 18. B 19. B 20. C 21. C 22. B 23 B 24. B 25. C 26. B 27. C 28. C 29. D 30. A 31. D 32. D 33. B 34. C 35. D 36. B 37. D 38. C 39. C 40. B 41. C 42. B 43. A 44. D 45. B 46. C 47. B 48. B 49. D 50. B 51. C

四、问答题

1. 答：(1)光合作用把CO2转化为碳水化合物。 (2)光合作用将太阳能转变为可贮存的化学能。

(3)光合作用中释放氧气，维持了大气中CO2和氧气的平衡。

2. 答：碳三、碳四植物的光合生理特性比较见下表 比较项目 C3 植 物 C4 植 物 叶片解剖结构 维管束鞘细胞与叶肉细胞排列疏松 维管束鞘细胞与叶肉细胞排列紧密，有叶绿体，富含胞间连丝，维管束发达 叶绿 体 只有叶肉细胞中含有叶绿体 维管束鞘细胞中的叶绿体机理片层不发达，叶绿体体积较叶肉中的大 CO2同化途径 只有碳三途径 碳三途径和碳四途径 CO2受体 RuBP RuBP 和 PEP 最初产物 3-磷酸甘油酸 草酰乙酸 光呼吸 高，易测出 低，不易测出 净光合速率 10～40(CO2mgdm-2) 40～80(CO2mgdm-2) CO2偿50～100ppm 0～10ppm 点 相同点:光反应的过程基本上相同，反应的实质是相同的，都是把二氧化碳同化为 有机物，它们都要进行卡尔文循环。 3. 答：①光是光合作用进行的能量来源，是光合作用进行的动力，光合速率随光照强度增加而增加，达到光饱和点光合速率不再增加；②光照可以诱导暗反应中多种酶的活性；③光照还会影响与光合作用有关的叶绿素的合成和叶绿体的发育。

4. 答：根据光合作用的途径不同，将植物分为C3植物、C4植物和CAM。C3植物二氧化碳同化在叶肉细胞中完成，碳同化途径为C3途径；C4植物初次固定二氧化碳在椰肉细胞中，进行的是C4途径，然后转入维管束鞘细胞中被再次固定，通过C3途径同化为有机物质，氧化碳的固定与还原是在空间上分隔开的；CAM的光合途径与C4植物类似，但空间位置不同，在夜晚固定二氧化碳为有机酸，储藏在液泡中，在白天转入叶绿体中同化为有机物质，二氧化碳的固定与还原是在时间上分隔开的。

5. 答：作物产量的本质是通过植物生产有机物质，光合作用是植物制造有机物质的主要途径，光合产物的多少直接影响植物产量；再者，光合作用产生的有机物质为植物正常生长发育提供有机营养和能量，若光合作用较低，则会影响植物的生长发育，甚至于植物不能生存，也就谈不上进一步为人类提供有机物质。因此光合作用是作物产量的最重要的因素。

答：B点为光补偿点，F点为光饱和点，OA线段为暗呼吸强度，AC线段为光强－光合曲线的比例阶段，DE线段为光强－光合曲线的饱和阶段，CD曲线为比例阶段向饱和阶段的过渡阶段，AC斜率即为光强－光合曲线的比例阶段斜率，可衡量光合量子产量。

6. 请分析C4植物比C3植物光合效率高的原因

7. 答：①改良半夜法主要测定但为时间单位面积叶片干重的增加。②红外二氧化碳分析法：原理是二氧化碳对特定波长的红外线有较强的吸收，二氧化碳的浓度与红外辐射能量降低呈线性关系。③氧电极法：氧电极由铂和银构成，其外套有聚乙烯薄膜，外加激化电压时，溶氧透过薄膜在阴极上还原，同时产生扩散电流，溶氧量越高，电流越强。

8. 答：化学渗透学说认为：ATP的合成是由质子动力(或质子电化学势差)推动形成的，类囊体膜对质子具有选择透过性，在光合作用过程中随着类囊体膜上的电子传递会将H＋从基质向类囊体膜腔内，加之水在类囊体膜强光解产生H＋，可以形成跨过类囊体膜的H＋梯度形成，它具有做功的本领，称之为质子动力势，当质子通过返回叶绿体基质中时，由质子动力势推动ATP合酶催化ADP和Pi合成ATP。

9. 答：①光通过光反应对CO2同化提供同化力。

②调节着光合酶的活性。C3循环中的Rubisco、PGAK、GAPDH、FBPase，SBPase，Ru5PK都是光调节酶。光下这些酶活性提高，暗中活性降低或丧失。光对酶活性的调节大体可分为两种情况：一种是通过改变微环境调节，即光驱动的电子传递使H＋向类囊体腔转移，Mg2＋则从类囊体腔转移至基质，引起叶绿体基质的pH从7上升到8，Mg2＋浓度增加。较高的pH与Mg2＋浓度使Rubisco等光合酶活化。另一种是通过产生效应物调节，即通过Fd-Td(铁氧还蛋白-硫氧还蛋白)系统调节。FBPase、GAPDH、Ru5PK等酶中含有二硫键(－S－S－)，当被还原为2个巯基(－SH)时表现活性。光驱动的电子传递能使基质中Fd还原，进而使Td还原，被还原的Td又使FBPase和Ru5PK等酶的相邻半胱氨酸上的二硫键打开变成2个巯基，酶被活化。在暗中则相反，巯基氧化形成二硫键，酶失活。

10. 答：叶色深浅与光合作用关系是 ①在一定范围内光合作用速率与叶色深浅呈正比。

②当叶色超过一定的范围，光合作用速率与叶色深浅不呈正比。

③因为叶片颜色深浅反映了叶绿体色素含量的高低，叶绿体色素在光合作用中起吸收、传递光能和光能的转化。在一定范围内，叶绿体色素含量越多，吸收、传递转化的光能越多，光合速率就快；当含量过多，会受到光合机构的限制和暗反应速率的限制以及环境因素的限制，不能继续提高光合速率。

11. 答：引起光合“午睡”的主要因素是大气干旱和土壤干旱。在干热的中午，叶片蒸腾失水加剧，如此时土壤水分也亏缺，使植株的失水大于吸水，就会引起萎蔫与气孔导性降低，进而使CO2吸收减少。另外，中午及午后的强光、高温、低CO2浓度等条件都会使光呼吸激增，光抑制产生，这些也都会使光合速率在中午或午后降低。 12. 答：光呼吸在生理上的意义推测如下：

① 回收碳素。通过C2碳氧化环可回收乙醇酸中3/4的碳(2个乙醇酸转化1个PGA，释放1个CO2)。

② 维持C3光合碳还原循环的运转。在叶片气孔关闭或外界CO2浓度低时，光呼吸释放的CO2能被C3途径再利用，以维持光合碳还原环的运转。 ③ 防止强光对光合机构的破坏作用。在强光下，光反应中形成的同化力会超过CO2同化的需要，从而使叶绿体中NADPH/NADP、ATP/ADP的比值增高。同时由光激发的高能电子会传递给O2，形成的超氧阴离子自由基会对光合膜、光合器有伤害作用，而光呼吸可消耗同化力与高能电子，降低超氧阴离子自由基的形成，从而保护叶绿体，免除或减少强光对光合机构的破坏。

13. 答：①一年中没m2通过植物光合作用所形成的有机物质的所包含的能量为： （1200+500）÷0.5×（1－12%）×1000÷667=4485.75千卡/m2 ②光能利用率=单位面积的光合产物包含的能量÷单位面积的辐射能×100%

=4485.75千卡/ m2÷（1120千卡/cm2×100）×100% =4.005%

14. 答：光合速率（mg CO2·dm-2·h-1）= (0.528-0.468)×1.2×60÷20×100=21.6 15. 答：以下三方面的研究可证实光合作用中释放的O2来自水。

①尼尔(C.B.Van Niel)假说 尼尔将细菌光合作用与绿色植物的光合作用反应式加以比较，提出了以下光合作用的通式：

光，自养生物 CO2 ＋ 2H2A-----------→(CH2O)＋2A＋H2O

这里的H2A代表还原剂，可以是H2S、有机酸等，对绿色植物而言，H2A就是H2O，2A就是O2。 ②希尔反应 希尔(Robert.Hill)发现在叶绿体悬浮液中加入适当的电子受体(如草酸铁)，照光时可使水分解而释放氧气：

光，破碎叶绿体 4Fe3＋＋2H2O-----------→4Fe2＋＋4H＋＋Ｏ２

这个反应称为希尔反应。此反应证明了氧的释放与CO2还原是两个不同的过程，O2的释放来自于水。

③18O的标记研究 用氧的稳定同位素18O标记H2O或CO2进行光合作用的实验，发现当标记物为181818

H2O时，释放的是O2，而标记物为CO2时，在短期内释放的则是Ｏ2。 光，光合细胞

CO2＋ 2H218O-----------→（CH2O）＋18O2 ＋ H2O

16. 答：① C4植物叶片具有特殊的有利于光合的结构和光合途径。

② 维管束鞘细胞中有高的CO2浓度，促进了Rubisco的羧化反应，抑制了Rubisco的加氧反应。 ③ PEPC对CO2的亲和力高。由于C4植物叶肉细胞中的PEPC对CO2的亲和力高，即使BSC中有光呼吸的CO2释放，CO2在未跑出叶片前也会被叶肉细胞中的PEPC再固定。

17. 答：叶绿体有两层被膜，分别称为外膜和内膜，具有选择性。叶绿体膜以内的基础物质为基质。基质成分主要是可溶性蛋白质和其他代谢活跃物质。在基质里可固定CO2形成淀粉。在基质中分布有绿色的基粒，它是由类囊体垛叠而成。光合色素主要集中在基粒之中，光能转变为化学能的过程是在基粒的类囊体膜上进行的。

18. 答：C3途径可分为三个阶段：①羧化阶段。CO2被固定，生成了3-磷酸甘油酸，为最初产物。②还原阶段。利用同化力（NADPH、ATP）将3-磷酸甘油酸还原3—磷酸甘油醛—光合作用中的第一个三碳糖。③更新阶段。光合碳循环中形成了3—磷酸甘油醛，经过一系列的转变，再重新形成RuBP的过程。

19. 答：响光能利用率的因素大体有以下几方面：

① 光合器官捕获光能的面积，作物生长初期植株小，叶面积不足，日光的大部分直射于地面而损失。

② 光合有效幅射能占整个辐射能的比例只有53%，其余的47%不能用于光合作用。 ③ 光合器官上的光不能被光合器官全部吸收，要扣除反射、透射及非叶绿体组织吸收的部分。

④ 吸收的光能在传递到光合反应中心色素过程中会损失，如发热、发光的损耗。 ⑤ 光合器将光能转化为同化力，进而转化为稳定化学能过程中的损耗。