植物光合作用

1、2010植物光合作用复习思考题（一）解释名词1光合作用 光养生物利用光能把无机物（ C02、H20、H2S等）合成有机物（CH 20） 的过程。它是一个生物氧化还原过程。2、天线色素 又称聚光色素，指在光合作用中不参与光化学反应，起吸收和传递光能作用的色素分子，如大多数的叶绿素a全部的叶绿素b、类胡萝卜素以及藻胆素，它们本身没有光化学活性。3、 反应中心色素处于光系统中反应中心的部分叶绿素a分子能参与光化学反应，它不仅能捕获光能，还能将光能转换成电能，这些叶绿素a分子称为反应中心色素。4、 类囊体反应 在光反应过程中，植物吸收光能形成同化力，即ATP和NADPH，由于这 些反应都是在叶绿体的类

2、囊体上进行的，因此也可以称为类囊体反应。5、基质反应 在叶绿体基质中，利用光反应阶段产生的同化力，即 ATP 和 NADPH ，通过 一系列酶促反应，催化 C02还原为稳定的碳水化合物，称为碳同化过程，在叶绿体基质中 进行，又称基质反应6、原初反应 指从光合色素分子受光激发， 到引起第一个光化学反应为止的过程。7、光系统 是能吸收光能并将吸收的光能转换成电能的机构。8、 反应中心发生原初反应的最小单位。由反应中心色素分子（原初电子供体）、原初电子受体、次级电子受体与供体等电子传递体以及维持电子传递体的微环境所必需的蛋白质组成。9、激子传递 在相同分子内依靠激子传递来转移能量的方式称为激子传递。

3、10、共振传递 依靠电子振动在分子间传递能量的方式就称为“共振传递” 。11、光合链 指定位在光合膜上的， 由多个电子传递体组成的电子传递的总轨道。12、叶绿体呼吸 指叶绿体中NAD（P）H电子经NAD（P）H脱氢酶（NDH ）和质体末端氧化 酶传给 02生成水的过程。13、光抑制 当光合机构接受的光能超过它所能利用的量时，光会引起光合速率的降低，这个现象就叫光合作用的光抑制（强光对光合作用的抑制）。14、叶黄素循环 是指三种叶黄素（玉米黄素、环氧玉米黄素和紫黄素） ，在不同的光强、 氧浓度和 pH 条件下 ,通过环氧化和脱环氧化作用相互转化的循环机制。15、光合磷酸化 光下在叶绿体（或载色体

4、）中发生的由 ADP 与 Pi 合成 ATP 的反应称为 光合磷酸化。16、光合滞后期 对放置于暗中一段时间的材料（叶片或细胞）照光，起初光合速率很低 或为负值，要光照一段时间后，光合速率才逐渐上升并趋与稳定。从照光开始至光合速率 达到稳定水平的这段时间，称为“光合滞后期” 或称光合诱导期。17、结合转化机制 由美国的鲍易尔提出，又称为 ATP 合酶的变构学说。此学说认为，在ATP形成过程中，与 ATP合酶活性相关的3个3亚基会发生松弛“ L”、紧绷“ T”和开放 “0” 3种状态的构象变化，分别对应于 ADP和Pi的结合、ATP的形成和ATP的释放的3 个过程。（二）写出下列符号的中文名称并

5、简述其主要功能或作用BSC维管束鞘细胞，CFi-CF。叶绿体ATP合酶，Fd铁氧还蛋白，LHC聚光色素蛋白复合体，Pmf质子动力， PQ 质体醌， PS n 光系统n,PEPC 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，Rubisc。 1， 5-二磷酸核酮糖羧化酶 /加氧酶，P700 P代表色素分子，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；（三）问答题1、为什么光合作用被称为“地球上最重要的化学反应”？光合作用是生物界获得能量、食物和氧气的根本途径。光合作用是 “地球上最重要的化学反应。（1） 把无机物变为有机物的重要途径：约合成5 X 1011t/y有机物“绿色工厂”；吸收2.0

6、X 1011t/y 碳素（ 6400t/s）。（2）巨大的能量转换过程：将 3.2 X 1021J/y的日光能转化为化学能（3）维持大气中。2和CO2的相对平衡：释放出5.35 X 1011t氧气/y “环保天使”。2、如何证实 CO2 同化场所是在叶绿体的基质,而不是在叶绿体的被膜或类囊体的膜？要证实 CO2 同化场所是在叶绿体的基质而不是在叶绿体的被膜或类囊体的膜,首先要 提取出完整的叶绿体, 然后把叶绿体的基质和叶绿体的被膜或类囊体的膜分开, 在基质和膜 上分别检测光反应和暗反应活性, 如果在分离的叶绿体的基质中做出了有暗反应活性而无光 反应活性的实验,就能证实 CO2 同化场所是在叶绿

7、体的基质而不是在叶绿体的被膜或类囊 体的膜。3、图1为贾格道夫（Jagendorf佃63 ）等进行酸-碱磷酸化实验的示意图。在暗中把叶绿体的类囊体放在 pH4的弱酸性溶液中平衡，让类囊体膜腔的pH下降至4，然后加进pH8和含有ADP和Pi的缓冲溶液，结果生成ATP。问这一实验有什么科学意义？图1酸-碱磷酸化实验的示意图贾格道夫等(1963)在暗中把叶绿体的类囊体放在pH4的弱酸性溶液中平衡，让类囊体膜腔的pH下降至4,然后加进pH8和含有ADP和Pi的缓冲溶液，这样瞬间的pH变化使得类囊体膜内外之间产生一个H+梯度。这个H +梯度能使ADP与Pi生成ATP,而这时并不照光，也没有电子传递。 这

8、种驱动ATP合成的类囊体内外的 pH差在活体中正是由光合电 子传递和日+转运所形成的。这一酸-碱磷酸化实验给化学渗透假说以最重要的支持证据。4、根据图2所示，简述光合作用过程以及类囊体反应与基质反应的关系?图2光合作用过程示意图根据反应部位，光合作用可分为类囊体反应和基质反应，原初反应、电子传递和光合磷酸化等反应属类囊体反应，碳同化反应属基质反应。根据反应对光需求程度， 以往曾将光合作用中的反应笼统地分为光反应和暗反应。认为类囊体上进行的原初反应、电子传递和光合磷酸化等反应是光反应；而在叶绿体基质中的碳同化反应为暗反应。 现代研究表明，在整个光合作用过程中，仅原初反应是需光的反应，而电子传递、

9、光合磷酸化和碳同化等反应是在暗中也能进行的反应。不过照光有利于光合磷酸化和碳同化反应进行。5、叶绿体通过那些方式来调节光能分配，以及避免或减少光抑制的伤害？植物有多种保护防御机理，用以避免或减少光抑制的破坏。如：(1 )通过叶片、叶绿体运动或叶表面覆盖蜡质层、积累盐或着生毛等来减少对光的吸收;（2）加强热耗散过程，如蒸腾作用；（3）通过天线移动使激发能在不同光系统间的分配（4）增加光合电子传递和光合关键酶的含量及活化程度、提高光合能力等来增加对光能的 利用；（ 5）加强非光合的耗能代谢，如光呼吸、 Mehler 反应、叶黄素循环 ； （6）增加活性氧的清除系统，如超氧物歧化酶（SOD ）、谷胱

10、甘肽还原酶等的量和活性；（7）加强psn的修复循环等。6、C 4植物叶片在结构上有那些特点？（ 1 ）栅栏组织与海绵组织分化不明显，叶片两侧颜色差异小。（ 2）有两类光合细胞：叶肉细胞和维管束鞘细胞（BsC）。（3） C4植物维管束分布密集，间距小，每条维管束都被发育良好的大型BSC包围，外面 又密接1-2层叶肉细胞，这种呈 “花环” （Kranz,德语）结构，C4植物的BSC中含有大而 多的叶绿体，线粒体和其它细胞器也较丰富。（4）BSC 与相邻叶肉细胞间的壁较厚，壁中纹孔多，胞间连丝丰富。这些结构特点有利于MC 与 BSC 间的物质交换，以及光合产物向维管束的就近转运。（5） 两类光合细胞

11、中含有不同的酶类，叶肉细胞中含有PEPC以及与C4二羧酸生成有关的 酶；而BSC中含有Rubisco等参与C3途径的酶、乙醇酸氧化酶以及脱羧酶。在这两类细胞 中进行不同的生化反应。7、为什么C4植物的光呼吸速低?（1 ）维管束鞘细胞中有高的 CO2浓度 C4植物由于CO2的同化在维管束鞘细胞（BSC）中 进行，C4植物BSC花环式结构类似一个 “ CO2泵”浓缩CO2的机制，使得BSC中有高浓 度的CO2，从而促进Rubisco的羧化反应，抑制了 Rubisco的加氧反应，降低了光呼吸。（2）PEPC对CO2的亲和力高 C4植物中CO2的固定由叶肉细胞中的 PEPC完成，PEPC 对CO2的亲

12、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，因而 C4植物光呼吸速低。8、哪些实验可证实“化学渗透学说”的正确性。（ 1 ）两阶段光合磷酸化实验指光合磷酸化可以相对分成照光阶段和暗阶段来进行， 照光时不向叶绿体悬浮液中加磷 酸化底物，而断光时再加入底物能形成 ATP 的实验。 1962 年，中国的沈允钢等人，用此实 验探测到光合磷酸化高能态（Z* ）的存在。（2）酸-碱磷酸化实验贾格道夫等（ 1963）在暗中把叶绿体的类囊体放在pH4 的弱酸性溶液中平衡，让类囊体膜腔的 pH 下降至 4，然后加进 pH8 和含有 ADP 和 Pi 的缓冲

13、溶液，这样瞬间的 pH 变化 使得类囊体膜内外之间产生一个 H+梯度。这个H +梯度能使ADP与Pi生成ATP,而这时并不照光，也没有电子传递。这种驱动ATP 合成的类囊体内外的 pH 差在活体中正是由光合电子传递和H +转运所形成的。这一酸 -碱磷酸化实验给化学渗透假说以最重要的支持证据。（3）光下类囊体吸收质子的实验对无 pH 缓冲液的叶绿体悬浮液照光，用 pH 计可测到悬浮液的 pH 升高。这是由于光 合电子传递引起了悬浮液中质子向类囊体膜腔运输，使得膜内H+浓度高而膜外较低的缘故。电子传递产生了质子梯度后， 质子就有反向跨膜转移的趋向， 质子反向转移时， 质子梯度贮 藏的能量就被用去合

14、成 ATP。9、如何从叶片中分离叶绿体？分离叶绿体时要注意哪些问题。叶绿体的分离（1）从叶片中直接分离（机械法） 叶片匀浆化（O.4mol/L糖醇pH7.6 土，04 C）匀浆，过滤（48层纱布或100目尼龙纱 布细胞液，分级离心，500g去沉淀，3000g去上清淀，沉淀悬浮冰浴保存宀叶绿体。（ 2）从原生质体分离（酶解法）叶组织酶解（果胶酶，纤维素酶，0.5mol /L甘露醇，pH5.0pH5.5 , 40C，振荡原生质 体，挤压（20卩m尼龙网质膜与细胞器，离心t叶绿体。10、 卡尔文是采用什么方法探明C3途径的？采用了两项新技术：1414（1） C同位素标记与测定技术：可排除原先存在于细

15、胞里的物质干扰，凡被 C标记的物质都是处理后产生的。（2）双向纸层析技术：能把光合产物分开。选用小球藻等单细胞的藻类作材料， 藻类不仅在生化性质上与高等植物类似， 且易于在 均一条件下培养，还可在试验所要求的时间内快速地杀死。试验分以下几步进行：（1）饲喂14CO2与定时取样：向正在进行光合作用的藻液中注入H14CO2使藻类与14CO2接触，每隔一定时间取样，并立即杀死。（ 2）浓缩样品与层析：用甲醇将标记化合物提取出来，将样品浓缩后点样于层析纸上，进 行双向纸层析，使光合产物分开（3） 鉴定分离物：采用放射自显影技术，鉴定被14CO2标记的产物并测定其相对数量。（4）设计循环图：根据被 14C 标记的化合物出现时间的先后，推测生化过程。短时间内（5秒，最终到0.5秒钟）14C标记物首先出现在 3-磷酸甘油酸（PGA） 上, 说明 PGA 是光合作用的最初产物。