第四章 植物的光合作用
一、名词解释
1．光合作用 2．光合午休现象 3．希尔反应 4．荧光现象与磷光现象 5．天线色素 6．光合色素 7．光合作用中心 8．光合作用单位 9．红降现象 10．双光增益现象 11.C3途径 12．C4途径 13．光合磷酸化 14．非环式光合磷酸化 l5. 量子效率 16．暗反应 17．同化力 18．光反应 19．CAM途径 20．光呼吸 21．表观光合速率 22．光饱和点 23．光补偿点 24．CO2饱合点 25．CO2补偿点 26．光能利用率 27．瓦布格效应 28．原初反应 29．碳素同化作用 30．叶面积指数
二、将下列缩写翻译成中文 1．CAM 2．Pn 3．P700 4．P680 5．LHC 6．PSl 7．PSⅡ 8．PQ 9．PC 10．Fd 11．Cytf12 12．RuBP 13．3-PGA 14．PEP l5.GAP 16．DHAP 17．OAA 18．TP 19．Mal 20．ASP 21．SBP 22．G6P 23．F6P 24．FDP 25．LAI 26．X5P 27. Fe-S 28. Rubisco 29.P* 30.DPGA
三、填空题
1.叶绿体的结构包括______、______、______和片层结构，片层结构又分为_____和______。 2.光合色素可分为______、______、______三类。
3.叶绿素可分为______ 和______两种。类胡萝卜素可分为______和______。 4.叶绿素吸收光谱的最强吸收带在______ 和______。 5. 光合作用原初反应包括光能的______过程。
6. 叶绿体色素中______称作用中心色素，其他属于______。 7. 缺水使光合速率下降的原因是______、______、______。
8. 卡尔文循环中，同化１分子CO2需消耗______分子ATP和______ 分子NADPH+H+。 9. 高等植物CO2同化的途径有______、______、______三条，其中最基本的是______。 10. 叶绿素形成时所需的矿质元素是______。
11. 进行光合作用的细胞器是______，暗反应的场所是______ 。
12．正常叶色为绿色是因为______，秋天树叶呈黄色是因为______，有些叶子呈红色是因为_____
13. Rubisco是______ 的简称，它催化______ 及______ 反应。
14. 光合作用中淀粉的形成是在______中进行，蔗糖的合成是在______中进行。
15. C3途径、C4途径、CAM途径的CO2受体分别是__________、 _________、 ______________。
16. 光合作用中心包括______、______和______三部分，PSⅡ的作用中心色素是______，PSI的作用中心色素是______，最初电子供体是______最终电子受体是______。
17.光合作用分为_____和_____两步，第一步实质是_____，第二步实质是_____。 18. 水的光解和氧的释放需要的元素是______和______，氧气来源于______。
19、光反应的全过程发生在叶绿体的_______________________，暗反应则在叶绿体的________________进行。
20. 光合磷酸化包括三种类型______、______和______。
21.光呼吸是在_____、过氧化体、_____协同下完成的，其底物是 。
22. 光反应产生了______和______用以CO2的固定。 23. 两个光系统存在的实验证据是 和 。
24. C3植物CO2受体是______,催化酶是______，最初产物是______。C4植物的CO2受体是______，催化酶是______，最初产物是______。
25. 从光合作用观点来看，影响经济作用的因素包括______、______、______、______和______。
26. 碳同化过程中PEP羧化酶催化______和______生成______。RuBP羧化酶催化______和______生成______。
27. 卡尔文循环的第一个稳定产物是 ，因此卡尔文循环又称为 。 28. C3植物主要有______、______，C4植物主要有______和______，CAM植物主要有______、_____。
29. 合成叶绿素的起始物质是_____和_____。
30. RuBP羧化酶在______条件下起羧化作用，在______条件下起加氧酶作用。 31. 在自然条件下，植物光合作用的日变化曲线大体有两种类型，即 和 。
32. CAM植物含酸量是白天比夜间______，而碳水化合物含量则是白天比夜间______。 33. 提高植物的光合速率除了高光效育种以外，还可通过_____和_____ 来实现。 34. 景天酸代谢途径的植物夜间吸收______合成______储存在______中，白天再释放出CO2供光合作用需要。
35. 光合作用的直接产物是碳水化合物，______、______和______。其中，碳水化合物主要是______和______。
36．影响光合作用的外界因素主要有______、______、______、______。
四、问答题
1. 如何证实光合作用中释放的O2来自水? 2. C4植物叶片在结构上有哪些特点。 3. 光反应与暗反应的关系如何？
4. 简述外界环境因素对光合作用的影响。
5．什么是光反应的同化力？如何形成的？如何被利用的？
6．简述作物光能利用率低的原因及提高作物光能利用率的途径。 7．光合磷酸化有几种类型？其电子传递各有何特点。 8. 简述植物失绿的可能原因。 9. 简述光呼吸的意义。
10. C3途径是谁发现的？C3途径可分为哪三个阶段? 各阶段的作用是什么? 11.C4植物与CAM植物在碳代谢途径上有何异同点?
12. 夏日光照强烈时，为什么植物会出现光合＂午休＂现象。
参考答案
一、名词解释
1.光合作用(photosynthesis)：通常是指绿色植物吸收光能，把二氧化碳和水合成有机物，同
时释放氧气的过程。从广义上讲，光合作用是光养生物利用光能把二氧化碳合成有机物的过程。
2. 光合午休现象：指植物的光合速率在中午前后下降的现象。引起光合\午休\的主要因素是大气干旱和土壤干旱。另外，中午及午后的强光、高温、低CO2浓度等条件也会使光合速率在中午或午后降低。
3.希尔反应(Hill reaction)：希尔(Robert.Hill)发现在分离的叶绿体(实际是被膜破裂的叶绿体)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，这个反应称为希尔反应(Hill reaction) 。其中的电子受体被称为希尔氧化剂(Hill oxidant)。
4. 荧光(fluorescence)和磷光(phosphorescence)现象：激发态的叶绿素分子回到基态时，可以光子形式释放能量。处在第一单线态的叶绿素分子回至基态时所发出的光称为荧光，而处在三线态的叶绿素分子回至基态时所发出的光称为磷光。
5. 天线色素(antenna pigment)：又称聚(集)光色素(light harvesting pigment)，指在光合作用中起吸收和传递光能作用的色素分子，它们本身没有光化学活性。
6. 光合色素：指参与光合作用中光能的吸收、传递和原初反应的各种色素。包括叶绿素、类胡萝卜素、藻胆素。可分为聚光色素与作用中心色素两类。
7. 光合作用中心：指在叶绿素或载色体中，进行光合作用原初反应的最基本色素蛋白结构，至少包括一个光能转换色素分子、一个原初电子受体和一个原初电子供体。
8. 光合单位(photosynthetic unit)：最初是指释放1个O２分子所需要的叶绿素数目，测定值为2500chl/O２。若以吸收1个光量子计算，光合单位为300个叶绿素分子；若以传递1个电子计算，光合单位为600个叶绿素分子。而现在把存在于类囊体膜上能进行完整光反应的最小结构单位称为光合单位。它应是包括两个反应中心的约600个叶绿素分子(300×2)以及连结这两个反应中心的光合电子传递链。它能独立地捕集光能，导致氧的释放和NADP的还原。
9. 红降现象(red drop)：光合作用的量子产额在波长大于680nm时急剧下降的现象。
10.双光增益效应或爱默生增益效应(Emerson enhancement effect) ：在用远红光照射时补加一点稍短波长的光(例如650nm的光)，则量子产额大增，比用这两种波长的光单独照射时的总和还要高。这种在长波红光之外再加上较短波长的光促进光合效率的现象被称为双光增益效应，因这一现象最初由爱默生(Emerson)发现的，故又叫爱默生增益效应。
11. C３途径：亦称卡尔文-本森(Calvin-Benson)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3个阶段。由于这条光合碳同化途径中CO2固定后形成的最初产物3-磷酸甘油酸(PGA)为三碳化合物，所以称C３途径，也叫做C３光合碳还原循环(C３ photosynthetic carbon reduction cycle， C３-PCR循环)。
12. C4途径：亦称哈奇-斯莱克(Hatch-Slack)途径，整个循环由PEP开始至PEP再生结束，要经叶肉细胞和维管束鞘细胞两种细胞，循环反应虽因植物种类不同而有差异，但基本上可分为羧化、还原或转氨、脱羧和底物再生四个阶段。由于这条光合碳同化途径中CO2固定后形成的最初产物草酰乙酸(OAA)为C4-二羧酸化合物，所以叫做C4双羧酸途径(C4 dicarboxylic acid pathway)，简称C4途径
13.光合磷酸化(photosynthetic phosphorylation，photophosphorylation) ：光下在叶绿体(或载色体)中发生的由ADP与Pi合成ATP的反应。
14.非环式光合磷酸化(noncyclic photophosphorylation) ：与非环式电子传递偶联产生的磷酸化反应。在反应中，体系除生成ATP外，同时还有NADPH的产生和氧的释放。
15.量子效率 (quantum efficiency) ：又称量子产额(quantum yield)，是指光合作用中吸收一个光量子所能引起的光合产物量的变化，如放出的氧分子数或固定的CO2的分子数。
16. 暗反应(dark reaction)：光合作用中的酶促反应，即发生在叶绿体间质中的同化CO２反应。
17. 同化力(assimilatory power)：ATP和NADPH是光合作用光反应中由光能转化来的活跃的化学能，具有在黑暗中同化CO２为有机物的能力，所以被称为\同化力\。
18. 光反应(light reaction)：光合作用中需要光的反应。为发生在类囊体上的光的吸收、传递与转换、电子传递和光合磷酸化等反应的总称。
19. 景天科酸代谢途径（Crassulacean acid metabolism pathway，CAM途径）：景天科、仙人掌科等科中的植物，夜间固定CO2产生有机酸，白天有机酸脱羧释放CO2，进行CO2固定，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。
20. 光呼吸(photorespiration)：植物的绿色细胞在光照下吸收氧气释放CO2的过程，由于这种反应仅在光下发生，需叶绿体参与，并与光合作用同时发生，故称作为光呼吸。因为光呼吸的底物乙醇酸和其氧化产物乙醛酸，以及后者经转氨作用形成的甘氨酸皆为C2化合物，因此光呼吸途径又称为C2光呼吸碳氧循环(C2 photorespiration carbon oxidation cycle，PCO循环)，简称C2循环。
21. 表观光合速率也叫净光合速率：指光合作用实际同化的CO2量减掉同一时间内呼吸释放的CO2量的差值，常用单位是CO2mg／dm2.hr。
22.光饱和点(light saturation point)：当达到某一光强时，光合速率就不再随光强的增高而增加，这种现象称为光饱和现象。开始达到光合速率最大值时的光强称为光饱和点。
23.光补偿点(light compensation point)：随着光强的增高，光合速率相应提高，当到达某一光强时，叶片的光合速率等于呼吸速率，即CO2吸收量等于O2释放量，表观光合速率为零，这时的光强称为光补偿点。
24.CO2饱和点(CO2 saturation point)：当CO2达到某一浓度时，光合速率达到最大值，开始达到光合最大速率时的CO2浓度称为CO2饱和点。
25.CO2补偿点(CO2 compensation point)：指光合速率与呼吸速率相等时，也就是净光合速率为零时环境中的CO2浓度。
26. 光能利用率(efficiency for solar energy utilization) ： 植物光合作用积累的有机物中所含的化学能占光能投入量的百分比。
27. 瓦布格效应：氧气对光合作用抑制的现象。
28. 原初反应：是光合作用起始的光物理化学过程，包括光能的吸收、传递与电荷的分离,即天线色素吸收光能并传递给中心色素分子，使之激发，被激发的中心色素分子将高能电子传给原初电子受体．同时又从原初电子供体获得电子。
29. 碳素同化作用：即二氧比碳固定和还原成有机化合物的过程，包括绿色植物的光合作用，细菌的光合作用和化能合成作用。
30. 叶面积指数：指单位土地面积上作物叶面积与土地面积之比。
二、将下列缩写翻译成中文
1.CAM：景天科酸代谢 2.Pn：净光合速率 3.P700 ：PSI作用中心色素 4．P680：光系统Ⅱ作用中心色素 5．LHC：聚光色素复合体 6．PSⅠ：光系统Ⅰ 7．PSⅡ：光系统Ⅱ 8．PQ：质体醌 9．PC：质蓝素 10．Fd：铁氧还蛋白 11．Cytf12：细胞色素12 12．RuBP：核酮糖-1，5 -二磷酸 13．3-PGA：3-磷酸甘油酸 14．PEP：磷酸烯醇式丙酮酸 l5.GAP：3-磷酸甘油醛 16．DHAP：磷酸二羟丙酮 17．OAA：草酰乙酸 18．TP：磷酸丙糖 19．Mal：苹果酸 20．ASP：天冬氨酸 21．SBP：景天庚酮糖二磷酸 22．G6P：葡萄糖-6-磷酸 23．F6P：果糖-6-磷酸 24．FDP：果糖二磷酸 25．LAI：叶面积系数 26．X5P： 5-磷酸木糖 27.Fe-S：铁硫蛋白 28. Rubisco： 1，5 -二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶 29.P*：激发态的作用中心色素 30.DPGA：1，3-二磷酸甘油酸
三、填空题
1. 外膜 内膜 间质 间质片层 基粒片层 2.叶绿素 类胡萝卜素 藻胆素
3.叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素 4.红光区 蓝紫光区 5.吸收 传递 转换 6. 少数特殊状态的叶绿素a 天线色素 7. 气孔关闭CO2难以进入 淀粉水解加强糖积累 光合产物运出缓慢 8.18 2 9. C3 C4 CAM C3 10. N、Mg、Fe、Cu、Mn、Zn 11.叶绿体 细胞质 12. 叶绿素占优势 叶绿素分解、类胡萝卜素呈现颜色 糖转化成花色素 13. 1，5 -二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶羧化 加氧 14.叶绿体 细胞质 15. RuBP PEP RuBP 16. 原初电子供体 作用中心色素 原初电子受体 P680 P700 水 NADP+ 17. 光反应 暗反应光化学反应 酶促反应 18.Mn Cl HO2 19. 类囊体膜上 基质 20.环式光合磷酸 非光合磷酸 假光合磷酸 21.叶绿体 线粒体 乙醇酸 22. ATP NADPH2