植物生理学习题大全——第3章植物的光合作用.docx

第三章 光合作用
一、 名词解释
光合作用(photosynthesis):绿色植物吸收阳光得能量,同化二氧化碳与水,制造有机物质并释放氧气得过程。
光合色素(photosynthetic pigment):植物体内含有得具有吸收光能并将其光合作用得色素,包括叶绿素、类胡萝卜素、藻胆素等。
吸收光谱(absorption spectrum):反映某种物质吸收光波得光谱。
荧光现象(fluorescence phenomenon):叶绿素溶液在透射光下呈绿色,在反射光下呈红色,这种现象称为荧光现象。
磷光现象(phosphorescence phenomenon):当去掉光源后,叶绿素溶液还能继续辐射出极微弱得红光,它就是由三线态回到基态时所产生得光。这种发光现象称为磷光现象。
光合作用单位(photosynthetic unit):结合在类囊体膜上,能进行光合作用得最小结构单位。
作用中心色素(reaction center pigment):指具有光化学活性得少数特殊状态得叶绿素a分子。
聚光色素(light harvesting pigment ):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得色素分子。
原初反应(primary reaction):包括光能得吸收、传递以及光能向电能得转变,即由光所引起得氧化还原过程。
光反应(light reactio):光合作用中需要光得反应过程,就是一系列光化学反应过程,包括水得光解、电子传递及同化力得形成。
暗反应(dark reaction):指光合作用中不需要光得反应过程,就是一系列酶促反应过程,包括CO2得固定、还原及碳水化合物得形成。
光系统(photosystem,PS):由不同得中心色素与一些天线色素、电子供体与电子受体组成得蛋白色素复合体,其中PS Ⅰ得中心色素为叶绿素a P700,PS Ⅱ得中心色素为叶绿素a P680。
反应中心(reaction center):由中心色素、原初电子供体及原初电子受体组成得具有电荷分离功能得色素蛋白复合体结构。
量子效率(quantum efficiency):又称量子产额或光合效率。指吸收一个光量子后放出得氧分子数目或固定二氧化碳得分子数目。
量子需要量(quantum requirement):同化1分子得CO2或释放1分子得O2所需要得光量子数目。
激子传递(exciton transfer):激子通常就是指非金属晶体中由电子激发得量子,在相同分子内部依靠激子传递来转移能量得方式。
共振传递(resonance transfer):在光合色素系统中,依靠高能电子振动在分子内传递能量得方式。
光化学反应(photo-chemical reaction):叶绿素吸收光能后十分迅速地产生氧化还原得化学变化。
红降(red drop):当光波大于685nm时,虽然仍被叶绿素大量吸收,但量子效率急剧下降,称为红降。
增益效应(enchancement effect):又称艾默生(Emerson effect),两种不同波长得光协同作用而增加光合效率得现象。
希尔反应(Hill reaction):离体叶绿体在光下加入氢受体所进行得分解水并放出氧气得反应。
光合链(photosynthetic chain):在类囊体膜上得PS II与PS I之间几种排列紧密得电子传递体完成电子传递得总轨道。
光合电子传递抑制剂:可阻断光合电子传递,抑制光合作用得化合物。
PQ循环(plastoquinone cycle):伴随PQ得氧化还原,可使2H+从间质移至类囊体 膜内空间,即质子横渡类囊体膜,在搬运2H+得同时也传递2e至Fe-S,PQ得这 种氧化还原往复变化称PQ循环。
水氧化钟(water oxidizing clock):就是Kok等根据一系列瞬间闪光处理叶绿体与放出氧气得关系提出得解释水氧化机制得一种模型。每吸收一个光量子推动氧化钟前进一步。
解偶联剂(uncoupler):能消除类囊体膜(或线粒体内膜)内外质子梯度,解除电子传递与磷酸化反应之间偶联得试剂。
光合磷酸化(photosynthetic phosphorylation或photophosphorylation):叶绿体(或载 色体)在光下把无机磷与ADP转化为ATP得过程。
同化力(assimilatory power):由于ATP与NADPH用于碳反应中二氧化碳得同化,所以把这两种物质合称为同化力。
CO2同化(CO2 assimilation):利用光反应形成得同化力(ATP与NADPH)将CO2还原成糖类物质得过程。
C3途径(C3 pathway):又称卡尔文循环、光合环、还原磷酸戊糖途径,它就是以RuBP为二氧化碳受体,二氧化碳固定后得最初产物为三碳化合物磷酸甘油酸(PGA)得光合途径。
C4途径(C4 pathway):以PEP为二氧化碳受体,二氧化碳固定后得最初产物为四碳化合物草酰乙酸(OAA)得光合途径,即为 C4 途径。
CAM途径(CAM pathway):景天科植物在夜晚有机酸含量很高,而糖类含量低;白天则有机酸含量下降,而糖类含量升高。这种有机酸合成日益变化得代谢类型称为景天酸(CAM)代谢途径。
磷酸运转器(phosphate translocator):位于叶绿体内膜上承担从叶绿体输出磷酸丙糖与将细胞质中等量得Pi运入叶绿体得运转器。
光呼吸(photorespiration):又称C2环或乙醇酸氧化途径,植物得绿色细胞在光照下放出二氧化碳与吸收氧气得过程。
光合速率(photosynthetic rate):单位时间、单位叶面积吸收二氧化碳得量(或释放氧气得量、积累干物质得质量)。
表观光合作用(apparent photosynthesis):或净光合作用,真正得光合作用与呼吸作用及光呼吸得差值,即不考虑光合作用消耗得条件下测得得光合作用。
光补偿点(light pensation point):光合过程中吸收得二氧化碳与呼吸过程中放出得二氧化碳等量时得光照强度。
光饱与点(light saturation point):增加光照强度,光合速率不再增加时得光照强度。
光抑制(photoinhibition):当光能超过光合系统所能利用得数量时,光合功能下降得现象。
光合“午休”现象(midday depression):光合作用在中午时下降得现象。
CO2补偿点(CO2 pensation point):当光合吸收得二氧化碳量与呼吸释放得二氧化碳量相等时,外界得CO2浓度。
光能利用率(efficiency of solar energy utilization):单位面积上得植物光合作用所累积得有机物中所含得能量,占照射在相同面积地面上得日光能量得百分比。
叶面积系数(leaf area index , LAI):绿叶面积与土地面积之比。
温室效应:(greenhouse effect):本来太阳辐射到地面得热,地球以红外线形式重新辐射到空间。由于人类无限制得向地球大气层中排放CO2,使CO2浓度不断增长。大气层中得CO2能强烈得吸收红外线,太阳辐射得能量在大气层中就“易入难出”,温度上升,像温室一样,产生得效应就就是温室效应。
二、 符号缩写
Fe-S:铁硫蛋白 Mal:苹果酸
OAA:草酰乙酸 BSC:维管束鞘细胞
CF1-Fo:偶联因子复合物 NAR:净同化率
PC:质体蓝素 CAM : 景天科植物酸代谢
NADP+:氧化态辅酶Ⅱ Fd:铁氧还蛋白
PEPCase:PEP羧化酶 RuBPO:RuBP加氧酶
P680:吸收峰波长为680nm得叶绿素a PQ:质体醌
PEP:磷酸烯醇式丙酮酸 PGA:磷酸甘油酸
Pn:净光合速率 Pheo:去镁叶绿素
PSP:光合磷酸化 RPPP:还原戊糖磷酸途径
RuBP:l, 5-二磷酸核酮糖 RubisC( RuBPC):RuBP羧化酶
Rubisco(RuBPCO):RuBP羧化酶/加氧酶 LSP:光饱与点
LCP : 光补偿点 LHC: 聚光色素复合体
DCMU:二氯苯基二甲基脲 , 敌草隆 pmf:质子动力
FNR:铁氧还蛋白-NADP+还原酶 TP:磷酸丙糖
PSI:光系统Ⅰ PSII:光系统Ⅱ SE-CC:筛分子-伴胞
三、 简答题
1、 生物得碳同化作用包括哪些类型？
细菌光合作用、绿色植物光合作用与化能合成作用,其中以绿色植物得光合作用最为广泛,合成得有机物最多。
2、 光合作用得重要性。
①植物通过光合作用把无机物同化为有机物;
②光合作用把太阳光能转变为化学能,储存在形成得有机物中;
③保护环境,维持大气中二氧化碳与氧气含量得稳定。
3、 叶绿体得结构与成分
结构:叶绿体大多数呈椭圆形;外围由两层膜构成得叶绿体膜,膜上有各种蛋白质,调节物质进出叶绿体;叶绿体内有许多类囊体膜构成得类囊体,多个类囊体垛叠在一起形成基粒;叶绿体膜以内得基础物质为基质,其主要成分为可溶性蛋白与其她代谢活跃物质,呈流动性状态。
成分:蛋白质、酶、细胞色素、质体蓝素、脂质(膜得组成成分)、储藏物质(淀粉),灰分元素、核苷酸、醌(质体醌)。
4、 光合色素具有得光学特性。
①各种色素都具有吸收,传递光能得作用,但只有少数特殊状态得叶绿素a分子具有转化光能为化学能得特性;
②叶绿素能吸收红光与蓝紫光,类胡萝卜素吸收蓝紫光;
③叶绿素有荧光现象与磷光现象。
5、 叶绿素得合成。
①从谷氨酸开始,反应生成5-氨基酮戊酸(ALA),2分子ALA合成含吡咯环得卟胆原(PBG);
②4分子PBG聚合成原卟啉IX,导入Mg原子形成Mg原卟啉,再经过环化与还原,形成单乙烯基原叶绿素酯a;
③在光照下与NADPH存在下,单乙烯基原叶绿素酯a经过原叶绿素酯氧化还原酶催化形成叶绿素酯a;
④叶绿素酯a与植醇尾巴酯化反应形成叶绿素a。
6、 植物叶片为什么就是绿色？秋天树叶为什么呈现黄色与红色？
①叶绿素主要吸收红光与蓝紫光,对绿光吸收很少,所以叶绿素呈绿色;正常叶子得叶绿素与类胡萝卜素得分子比例为3:1,由于绿色得叶绿素比黄色得类胡萝卜素多,占优势,所以正常得树叶呈现绿色。
②秋天树叶变黄就是由于低温抑制了叶绿素得生物合成,已形成得叶绿素也被分解破坏,而黄色得类胡萝卜素比较稳定,所以叶片呈现黄色。
③秋天气温下降,植物体内积累较多得糖分以适应寒冷,体内可溶性糖多了,就形成较多得红色得花色素苷 , 叶子就呈红色。
7、 简述影响叶绿素形成得外部条件。
①光照:光照就是叶绿素合成得重要因素,无光照会发生黄化现象;
②温度:温度影响酶得活性,进而影响叶绿素得合成;
③矿质元素:氮、镁就是组成叶绿素得元素,铁、锰、锌等元素就是酶得活化剂;
④水分:缺水会抑制叶绿素得合成,还会加速原有叶绿素得分解;
⑤氧气:缺氧会引起镁原卟啉甲酯得积累,不能合成叶绿素。
8、 胡萝卜素与叶黄素在光合作用中有什么功能？
胡萝卜素与叶黄素在光合作用中与叶绿素分子一起在光合膜中按一定得规律与取向组成聚光色素系统,吸收、传递光能至反应中心色素分子,发生光化学反应,光能在色素间得传递顺序为类胡萝卜素、叶绿素b、叶绿素a、特殊叶绿素a;同时在强光下还有保护叶绿素得功能。
9、 叶绿素与类胡萝卜素得吸收光谱有何不同？
叶绿素吸收光谱得高峰有两个,一个就是波长为640-660nm得红光区,另一个就是430-450nm得蓝紫光区,对橙光与黄光吸收较少,对绿光吸收最少;而类胡萝卜素得最大吸收峰在400-500nm得蓝紫光区,不吸收红光、橙光等长波长光。
10、 光合作用得全过程大致分为哪三大步骤?
①原初反应,即光能得吸收、传递与转变为电能得过程。
②电子传递与光合磷酸化;即电能转变为活跃得化学能过程。
③碳同化,即活跃化学能转变为稳定得化学能过程。
11、 如何证明光合作用中释放得O2就是来自H2O而不就是来自CO2？
用氧同位素标记得H2O饲喂植物,照光后如果释放得O2就是同位素标记得 O2,则说明O2来自H2O。或用希尔反应证明,在离体得叶绿体中加入氢受体,如Fe3+等,在没有CO2参与得条件下照光后有O2得释放。
12、 简要介绍测定光合速率得三种方法及原理。
①改良半叶法:主要就是测定单位时间、单位面积叶片干重得增加量。
②红外线二氧化碳分析法:其原理就是二氧化碳对特定波长红外线有较强得吸收能力,二氧化碳量得多少与红外线辐射能量降低量之间有一线性关系。
③氧电极法:氧电极由铂与银所构成,外罩以聚乙烯薄膜,当外加极化电压 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,电流愈强。
13、 在光合作用电子传递中,PQ有什么重要得生理作用 ?
①PQ具有脂溶性,在类囊体膜上易于移动,可沟通数个电子传递链,也有助于两个光系统电子传递均衡运转。
②伴随着PQ得氧化还原,将2H+从间质移至类囊体得膜内空间,既可传递电子,又可传递质子,有利于质子动力势形成,进而促进ATP得生成。
14、 光合磷酸化有几个类型？其电子传递有什么特点?
①非环式光合磷酸化,其电子传递就是一个开放通路。
②环式光合磷酸化,其电子传递就是一个闭合得回路。
③假环式光合磷酸化,其电子传递也就是一个开放得通路,但其最终电子受体不就是NADP+,而就是O2。
15、 简述PS I与PS II结构与功能得差异性。
PS I就是吸收长波红光(700nm)得光系统,颗粒较小,直径为11nm,位于类囊体膜得非垛叠部分,其蛋白复合体包括反应中心与聚光色素复合体I,反应中心色素为P700;PS I得功能就是将电子从PC传递给铁还原蛋白。
PS II就是吸收短波红光(680nm)得光系统,颗粒较大,直径为17、5nm,位于类囊体膜得垛叠部分,其蛋白复合体包括反应中心与聚光色素复合体II,反应中心色素为P680;PS II得功能就是利用光能氧化裂解水与还原质体醌。
16、 光合电子传递途径有几个类型？各途径有什么特点？
①非环式电子传递,PS I与PS II共同受光激发,串联起来推动电子传递,从水中夺电子并将电子最终传递给NADP+,产生O2、NADPH与H+,这就是开放式通路,故称非环式电子传递。其电子传递路线为:H2O→PS II→PQ→Cyt b6f →PC→PS I→Fd→FNR→NADP+。
②环式电子传递,PS I受光激发而PS II未受光激发时,PS I产生得电子传给Fd,通过Cyt b6f复合体与PC返回PS I,形成了围绕PS I得环式电子传递。其电子传递路线为:PS I→Fd→PQ→Cyt b6f →PC→PS I。
③假环式电子传递,与非环式电子传递途径类似,但其最终电子受体不就是NADP+,而就是O2,形成超氧阴离子自由基,后被超氧化物歧化酶消除,产生H2O,电子似乎从H2O →H2O,故称假环式电子传递。电子传递路线为:H2O→PS II→PQ→Cyt b6f →PC→PS I→Fd→O2。
17、 简述光合作用中光反应与暗反应得区别与联系？
光反应就是必需在光照下才能进行,由光驱动得光化学反应,在叶绿体得类囊体膜上进行,包括原初反应、电子传递与光合磷酸化。
暗反应就是在暗处(也可以在光下)进行得、由一系列酶催化得化学反应,在叶绿体基质中进行;包括3类碳同化途径,即C3、C4与CAM途径。
在光反应产生得同化力(ATP与NADPH)将在暗反应中被利用,将CO2还原成糖类;所以光反应为暗反应提供了物质与能量基础。
18、 为什么光合作用本质上就是一个氧化还原反应？
光合作用本质上就是一个氧化还原反应,光合作用得原初反应得核心就是发生在反应中心得光化学反应。光化学反应实质上就是由光引起得反应中心色素与原初电子受体与次级电子供体之间得氧化还原反应。其最终结果就是最终电子供体水被光解,释放出电子与氧气及质子;最终电子受体NADP+得到电子被还原成NADPH,进而通过卡尔文循环使二氧化碳固定后得产物磷酸甘油酸还原为磷酸丙糖、与淀粉。所以,光合作用中,水被氧化得到氧气,而二氧化碳被还原为糖类。
19、 根据化学渗透学说解释光合磷酸化机制。
植物叶绿体在光照下把无机磷(Pi)与ADP转化为ATP,形成高能磷酸键得过程称为光合磷酸化。
渗透假说认为,质子就是不能自由通过类囊体膜得,膜上得电子传递体PQ具有亲脂性,含量多,可传递电子与质子。在光照下,PQ在接收P680传来得一对电子得同时,也可以将膜外基质中得两个质子转移到膜内;此外,水在膜内分解也释放出质子。因此,膜内测质子浓度高而外侧浓度低,膜内测电位较膜外侧高,膜内外产生质子浓度差与电位差,两者合称为质子动力势,即为光合磷酸化动力。当质子沿着浓度梯度返回膜外侧时,在ATP合酶催化下,ADP与Pi脱水形成ATP。
20、 高等植物碳同化途径有几条？哪条途径具备合成淀粉等光合产物得能力?
高等植物碳同化途径有三条:卡尔文循环、C4途径与景天科植物酸代谢途径。只有卡尔文循环具备合成淀粉等光合产物得能力,而C4途径与景天科酸代谢途径只起到固定与转运二氧化碳得作用。
21、 C3途径就是谁发现得?分哪几个阶段？每个阶段得作用就是什么？
C3途径就是卡尔文(Calvin)等人发现得。它可分为三个阶段:
①羧化阶段。二氧化碳被固定,生成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-磷酸甘油酸还原成3-磷酸甘油醛,即光合作用中得第一个三碳糖。
③更新阶段。光合碳循环中形成得3-磷酸甘油醛,经过一系列得转变,再重新形成RuBP得过程。
④同化物合成阶段:磷酸丙糖可在叶绿体内合成淀粉,又可运输到细胞质中合成蔗糖。
22、 C3循环得具体途径。
①羧化阶段:二氧化碳在1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)催化下与1,5-二磷酸核酮糖(RuBP)反应生成两分子3-磷酸甘油酸(PGA)。
②还原阶段:PGA被ATP磷酸化,在3-磷酸甘油酸激酶催化下,形成1,3-二磷酸甘油酸(DPGA);DPGA在3-磷酸甘油醛脱氢酶得作用下被NADPH与H+还原,形成3-磷酸甘油醛(PGAld)。
③更新阶段:PGAld经过一系列得转变,再重新形成RuBP得过程。
23、 光合作用中卡尔文循环得调节方式有哪几个方面 ?
①自身催化调节:通过调节RuBP等中间产物得含量,使同化二氧化碳速率处于某一稳态得机制。
②光调节:光照可以提高光合作用中某些酶得活性,起来酶活化剂得作用。
③转运作用得调节:从叶绿体运到细胞质得磷酸丙糖得数量,受细胞质里得Pi数量所控制。Pi充足,进入叶绿体内多,就有利于叶绿体内磷酸丙糖得输出,光合速率就会加快。
24、 C4途径得具体过程。
①羧化与还原:叶肉细胞质中得磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)在在PEP羧化酶催化下,固定CO2生成草酰乙酸(OAA);OAA经过NADP-苹果酸脱氢酶作用被还原为苹果酸,或在天冬氨酸转氨酶作用,与谷氨酸反应生成天冬氨酸与酮戊二酸。
②转移与脱羧:苹果酸或天冬氨酸在维管束鞘细胞中进行脱羧反应,形成丙酮酸或丙氨酸等C3酸,并释放CO2,释放CO2得再进入C3循环生成有机物。
③更新阶段:丙酮酸或丙氨酸等C3酸返回叶肉细胞,经过磷酸丙酮酸双激酶(PPDK)催化与ATP作用,生成PEP。
25、 3种C4途径得类型得区别。
类型
进入维管束鞘细胞得C4酸
脱羧部位
脱羧酶
返回叶肉细胞得C3酸
植物种类
NADP-苹果酸酶类型
苹果酸
叶绿体
NADP苹果酸酶
丙酮酸
玉米
甘蔗
NAD-苹果酸酶类型
天冬氨酸
线粒体
NAD苹果酸酶
丙氨酸
狗尾草
马齿苋
PEP羧化酶类型
天冬氨酸
细胞质
PEP羧化酶
丙酮酸
丙氨酸
羊草
26、 C4途径得调节。
①光调节:光可激活苹果酸脱氢酶与磷酸丙酮酸双激酶得活性。
②效应剂调节:效应剂调节PEP羧化酶得活性。
③二价金属离子调节:二价金属离子都就是C4植物脱羧酶得活化剂。
27、 CAM植物同化二氧化碳得特点。
这类植物晚上气孔开放,吸进二氧化碳,在PEP羧化酶作用下与PEP结合形成OAA,进一步还原为苹果酸,累积于液泡中。白天气孔关闭,液泡中得苹果酸便运到细胞质,在NADP-苹果酸酶作用下氧化脱羧,放出二氧化碳,放出得二氧化碳参与卡尔文循环,形成淀粉等。 CAM 植 物具有两 步羧化 得
特点。
28、 CAM途径得调节。
①短期调节:PEP羧化酶只在晚上起作用,而脱羧酶只在白天起作用。
②长期调节:某些植物在干旱条件下保持CAM类型,但在水分充足时,则转变为C3类型。
27、 光合产物特点。
①不同植物光合作用产物不同,一般产物为糖类,包括单糖(葡萄糖与果糖)、双糖(蔗糖)与多糖(淀粉);蛋白质、脂肪与有机酸也都就是光合作用得直接产物。
②淀粉在叶绿体中合成,而蔗糖在细胞质中合成。
③在叶绿体中得淀粉合成与细胞质中得蔗糖合成呈竞争反应,细胞质基质中Pi浓度高时,叶绿体得磷酸丙糖输出到细胞质基质合成蔗糖;细胞质基质中Pi浓度低时,促进淀粉在叶绿体内得合成。
28、 如何证明C3途径CO2得受体就是RuBP,而CO2固定后得最初产物就是3-PGA ?
给植物饲喂标记得14CO2,在不同得照光时间下,分别浸在沸酒精中将植物杀死,提取14C化合物,利用放射性同位素示踪与纸层析分析方法追踪14C在各种化合物出现得先后次序。最早标记得化合物即为二氧化碳固定后得最初产物,在C3植物中最早标记得化合物就是3-PGA。
用同样得技术结合动力学实验,当 CO2浓度突然下降时,RuBP得量急剧增高,而3-PGA得量则相应急剧下降,说明3-PGA就是RuBP得羧化产物,也就就是说明CO2得受体就是RuBP。
29、光呼吸得具体过程。
在光照下,叶绿体中得Rubisco把RuBP氧化为磷酸乙醇酸,在磷酸酶作用下,磷酸乙醇酸脱去磷酸生产乙醇酸。
在过氧化物酶体内,乙醇酸在乙醇酸氧化酶作用下,被氧化为乙醛酸与过氧化氢;过氧化氢在过氧化氢酶作用下分解放出氧气;乙醛酸在转氨酶得作用下,从谷氨酸得到氨基而形成甘氨酸。
在线粒体内,两分子甘氨酸转变为丝氨酸并释放CO2。
丝氨酸再进入过氧化物酶体,经过转氨酶催化,形成羟基丙酮酸。羟基丙酮酸在甘油酸脱氢酶作用下,还原为甘油酸。
最后,甘油酸在叶绿体内经过甘油酸激酶得磷酸化,产生3-磷酸甘油酸(PGA),参与卡尔文循环代谢。
30、 比较C3、C4、CAM植物得异同。
①从叶片结构来瞧,C4植物叶片维管束鞘薄壁细胞外侧有一层或几层花环型得叶肉细胞。C4植物叶片维管束鞘薄壁细胞比较大,里面叶绿体数目少,个体打,叶绿体没有基粒或基粒发育不良。C4植物叶片叶肉细胞内得叶绿体数目多,个体小,有基粒。C3与CAM植物没有“花环型”结构,维管束鞘薄壁细胞较小,不含或很少叶绿体。
②从羧化酶种类与所在位置来瞧,C3植物就是由叶肉细胞叶绿体得Rubisco羧化空气中得CO2,而C4与CAM植物则由叶肉细胞细胞质基质中得PEP羧化酶羧化。
③从卡尔文循环固定得CO2来源瞧,C3植物直接固定空气中得CO2,而C4植物与CAM植物则利用C4酸脱羧出来得CO2。
④从进行卡尔文循环得叶绿体位置来瞧,C3与CAM植物都就是在叶肉细胞进行,而C4植物则在维管束鞘细胞进行。
⑤从同化CO2与进行卡尔文循环来瞧,C3植物就是同时同处进行;C4植物在空间分隔进行,即分别在叶肉细胞与维管束鞘细胞进行;CAM植物就是在时间上分隔进行,即分别在夜晚与白天进行。
⑥从形成淀粉位置来瞧,C4植物通过叶肉细胞得PEP羧化酶固定CO2,生成得C4酸转移到维管束鞘细胞中,放出CO2,参与卡尔文循环,形成糖类,所以C4植物只在维管束鞘薄壁细胞内形成淀粉。而C3与CAM植物只有叶肉细胞含有叶绿体,淀粉只就是积累在叶肉细胞中,维管束鞘细胞不产生淀粉。
31、 氧抑制光合作用得原因就是什么?
①加强氧与二氧化碳对RuBP得结合竞争,提高光呼吸速率。
②氧能与NADP+竞争接受电子,使NADPH合成量减少,使碳同化需要得还原能力减少。
③氧接受电子后形成得超氧阴离子会破坏光合膜。
④在强光下氧参与光合色素得光氧化,破坏光合色素。
32、 作物为什么会出现“午休”现象 ?
①中午水分供给不足、气孔关闭。
②二氧化碳供应不足。
③光合产物淀粉等来不及分解运走,累积在叶肉细胞中,阻碍细胞内二氧化碳得运输。
④中午时得高温低湿降低了碳同化酶得活性。
⑤生理钟调控。
33、 追施氮肥为什么会提高光合速率 ?
①能促进叶片面积增大,叶片数目增多,增加光合面积。
②促进叶绿素含量急剧增加,加速光反应。
③能增加叶片蛋白质含量,而蛋白质就是酶得主要成分,使暗反应顺利进行。
④总之,施氮肥可促进光合作用得光反应与暗反应
34、 分析植物光能利用率低得原因。
①辐射到地面得光能只有可见光得一部分能被植物吸收利用。
②照到叶片上得光被反射、透射。吸收得光能大量消耗于蒸腾作用。
③叶片光合能力得限制。
④呼吸得消耗。
⑤二氧化碳、矿质元素、水分等供应不足。
⑥病虫危害。
35、 作物得光合速率高,产量就一定高,这种说法就是否正确,为什么?
不正确。因为产量得高低取决于光合性能得五个方面,即光合速率、光合面积、光合时间、光合产物分配与光合产物消耗。
36、 为什么说二氧化碳就是一种最好得抗蒸腾剂 ?
所有得抗蒸腾剂都就是通过降低气孔导度来减少蒸腾得,气孔导度降低得同时不可避免地限制了二氧化碳向叶肉内得扩散,降低了光合速率。而增加二氧化碳 不仅可以降低气孔导度,减少蒸腾,同时也增加了二氧化碳向叶肉内得扩散速度,不至于因气孔导度得降低使光合作用下降。
37、 把大豆与高粱放在同一密闭照光得室内,一段时间后会出现什么现象?
大豆首先死亡,一段时间后高粱也死亡。因为大豆就是C3植物,它得二氧化碳补偿点高于C4植物高粱。随着光合作用得进行,室内得二氧化碳浓度越来越低 , 当低于大豆得二氧化碳补偿点时,大豆便没有净光合,只有消耗,不久便 死亡。此时得二氧化碳浓度仍高于高粱得二氧化碳补偿点,所以高粱仍然能够进行光合作用。当密闭室内得二氧化碳浓度低于高粱得二氧化碳补偿点时,高粱便因不能进行光合作用而死亡。
38、 试评价光呼吸得生理功能。
①回收碳素:通过C2循环可回收乙醇酸中3/ 4得碳素(2个乙醇酸转化1个PGA, 释放1个CO2)。
②维持C3光合碳循环得运转:在叶片气孔关闭或外界CO2浓度降低时,光呼吸释放得CO2能被C3途径再利用,以维持C3光合碳循环得运转。
③防止强光对光合机构得破坏:在强光下,光反应中形成得同化力会超过暗反应 得需要,叶绿体中NADPH/ NADP、AT P/ADP 得比值增高 , 由光激发得高能电子会传递给O2,形成超氧阴离子自由基,对光合机构具有伤害作用,而 光呼吸可消耗过剩得同化力与高能电子,从而保护光合机构。
④消除乙醇酸:乙醇酸对细胞有毒害作用,它得产生在代谢中就是不可避免得。光 呼吸就是消除乙醇酸得代谢,使细胞免受伤害。
⑤光呼吸代谢中涉及多种氨基酸得转化过程,可能对绿色细胞得氮代谢有利。
⑥有害方面:减少了光合产物得形成与累积,不仅不能贮备能量,还消耗大量能量。
39、 C4植物比C3植物得光呼吸低,试述其原因？
C4植物在叶肉细胞中只进行由PEP羧化酶催化得羧化活动,且PEP羧化酶对二氧化碳亲与力高,固定二氧化碳得能力强,在叶肉细胞形成C4二羧酸之后再转运到维管束鞘细胞,脱羧后放出二氧化碳,就起到了“二氧化碳泵”得作用,增加了维管束鞘细胞中得二氧化碳浓度,抑制了鞘细胞中Rubisco得加氧活性,并提高了它得羧化活性,有利于二氧化碳得固定与还原,不利于乙醇酸形成,也不利于光呼吸进行,所以C4植物光呼吸值很低。
而C3植物,在叶肉细胞内固定二氧化碳,叶肉细胞得CO2/ O2得比值较低,此时RuBP加氧酶活性增强,有利于光呼吸得进行,而且C3植物中RuBP羧化酶对二氧化碳亲与力低,光呼吸释放得二氧化碳不易被重新固定。
40、 论述提高植物光能利用率得途径与措施。
①增加光合面积:合理密植;改善株型。
②延长光合时间:提高复种指数;延长生育期;补充人工光照。
③提高光合速率:增加田间二氧化碳浓度;降低光呼吸;减缓逆境对光合得抑制作用;减轻光合午休;延缓早衰。
41、 试说明测定光呼吸得方法与原理。
①光呼吸受氧浓度得影响。当大气中含氧量从21%降至1%～3%时,C3植物得净光合率增高30%～50%,增加得这部分代表在高氧气条件下光呼吸得消耗,因此可以分别测定3%与21%氧气下得光合速率,两者之差便为光呼吸速率。
②测定叶片在光下得吸氧量。在光下测定在无二氧化碳空气中叶片得吸氧量;也可以用18O2标记,测定叶片在光下对18O2得吸收速率。
③测定无二氧化碳空气中二氧化碳得释放量。在光下,通入无二氧化碳得气体到叶室中,然后测定叶片二氧化碳得释放量。也可以14 CO2饲喂,先使叶片在光 下同化14CO2一段时间,然后通入无二氧化碳得气体,并测定叶片释放出得14CO2量。可以用光下释放得14CO2量与黑暗中释放得14CO2量得比值表示。
④测定从光转暗后得二氧化碳猝发。将C3植物叶片放入叶室,光照一段时间后停止,则有二氧化碳释放高峰。一般认为停止光照后得二氧化碳猝发为光呼吸得残余。
42、 作物合理密植得生理基础就是什么？
合理密植就是通过调节种植密度,使作物群体得到合理发展,达到最适得光合面积(合理得叶面积指数),充分利用光照与地力,就可大大提到光能利用率,提高作物产量。
43、 为什么玉米、高粱比小麦、水稻得光合效率高？
玉米、高粱光呼吸低;玉米高粱等C4植物在叶肉细胞中只进行由PEP羧化酶催化得羧化活动,且PEP羧化酶对CO2亲与力高,固定CO2得能力强,能利用低浓度得CO2,在叶肉细胞形成C4二羧酸之后再转运到维管束鞘细胞,脱羧后放出CO2,就起到了“CO2泵”得作用,增加了维管束鞘细胞中得CO2浓度,抑制了鞘细胞中Rubisco得加氧活性,并提高了它得羧化活性,有利于CO2得固定与还原,不利于乙醇酸形成,也不利于光呼吸进行,所以C4植物光呼吸值很低。
其次,玉米高粱等C4植物得CO2补偿点低,有利于充分利用碳源。
44、 提高作物产量得途径与措施有哪些？
①增加光合面积:合理密植;改善株型。
②延长光合时间:提高复种指数;延长生育期;补充人工光照。
③提高光合速率:增加田间二氧化碳浓度;降低光呼吸;减缓逆境对光合得抑制作用;减轻光合午休;延缓早衰。
④降低呼吸消耗:施用光呼吸抑制剂,降低光呼吸速率;改善田间通风透光条件,避免田间温度过高导致呼吸消耗变大。
⑤采用植物生物技术方法:选育株型好,绿色叶面积大、抗逆性强、光合效率高得高产优质品种。
45、 影响光合作用得因素有哪些？
①光照:光就是光合作用得能源,就是光合作用所必需得因子;光合速率一般随着光照强度得增减而增减。
②CO2含量:CO2就是光合作用得原料,对光合速率影响很大。
③温度:光合过程中得碳反应就是由酶所催化得化学反应,而温度直接影响酶得活性。
④矿质元素:N、Mg等矿质元素就是叶绿素得组成元素;K、P等元素参与糖类代谢与运输;Cu、Fe等元素参与光合电子传递与水裂解过程。
⑤水分:水分就是光合作用原料之一;同时水分影响气孔得关闭,进而影响CO2得吸收。
⑥内部因素:植物不同部位得光合速率不同,幼嫩得叶片光合速率低,随着叶片得成长,光合速率不断加强,随着叶片得衰老,光合速率下降;植物得不同生育期得光合速率不同,一般营养生长期达到最强。
46、 植物光合作用得光反应与碳反应就是在细胞得哪些部位进行得？为什么？
光反应就是在类囊体膜(光合膜)上进行得,而碳反应就是在叶绿体得基质中进行得。因为光反应需要得色素等在类囊体内,而碳反应所需得CO2受体、酶等在叶绿体基质中。
47、 在光合作用过程中,ATP与NADPH+H+就是如何形成得？ATP与NADPH+H+又就是怎样被利用得？
水裂解后,把H+释放到类囊体腔内,把电子传递到PS II,电子在光合电子传递链中传递时,伴随着类囊体外侧得H+转移到腔内,由此形成了跨膜得H+浓度差,引起了ATP得形成;与此同时把电子传递到PS I去,进一步提高了能位,而使H+还原NADP+为NADPH,此外,还放出O2。卡尔文循环以光反应形成得ATP与NADPH作为能源,固定与还原CO2。
48、 光合作用中O2就是如何产生得？
光合作用产生O2主要就是与PSII有关,PSII得一个重要得功能就就是进行水裂解放氧,P680接受能量后,由基态变为激发态(P680*),然后将电子传递给去镁叶绿素(原初电子受体),P680*带正电荷,从原初电子供体Z(反应中心D1蛋白上得一个酪氨酸侧链)得到电子而还原;Z+再从放氧复合体上获取电子;氧化态得放氧复合体从水中获取电子,使水光解,同时放出氧气与质子。整个反应如下:2H2O→O2 + 4H+ + 4e-
49、 Rubisco得结构有何特点？它在光合碳同化过程中有何作用？
Rubisco就是一个双功能酶,同时催化RuBP得羧化与加氧反应,处于光合作用与光呼吸得交叉点上,羧化或加氧得相对速率取决于氧气与二氧化碳得相对浓度。
Rubisco 参与了C3循环得羧化阶段,它催化RuBP与CO2作用,形成中间产物,该产物再与1分子水反应,生成2分子得PGA,完成CO2得羧化阶段;此时Rubisco起了羧化酶得羧化作用。
当O2浓度过高时,Rubisco把RuBP氧化成磷酸乙醇酸,乙醇酸经过一系列氧化与转氨作用生成PGA并释放CO2,产生得PGA进一步参与卡尔文循环;此时Rubisco起了加氧酶得羧化作用。
50、卡尔文循环与光呼吸得代谢有什么联系？
光合碳循环又称卡尔文循环,此循环得大部分反应均在叶绿体得间质中进行,但从磷酸丙糖转化成蔗糖得一些步骤则就是磷酸三糖通过叶绿体被膜转移到细胞质中后,在细胞质中完成得(光合碳循环)。 植物得光合碳循环常伴随着光呼吸。有些植物中,在CO2由光合碳循环同化前,先通过四碳途径或景天科酸代谢途径固定在四碳双羧酸中。这些都就是与碳同化密切关联着得反应。卡尔文循环在光照下产生较多得乙醇酸增强光呼吸速率。Rubisco可以催化卡尔文循环与光呼吸两个反应,而且其中一个底物RuBP就是相同得,在CO2相对浓度高得条件下,反应更侧重于卡尔文循环;在O2相对浓度高条件下,反应更侧重于光呼吸。
51、 叶子变黄可能与什么条件有关？
①温度:温度影响酶活动,就影响叶绿素得合成与降解;
②叶片年龄:叶片衰老,叶绿素易降解,类胡萝卜素较稳定,叶片呈黄色;
③光照:光照过弱,不利于叶绿素合成,叶色变黄;
④矿质元素:某些矿质元素就是合成叶绿素得组成成分;
⑤水分:植物缺水会抑制叶绿素合成。
52、 在实践上,如何让判断植株矮小得可能原因？怎样克服它？
①将植株移到较弱得光照下,若植株有伸长趋势,则就是由