高级植物生态学试题

《高级植物（生理）生态学》课程考试试题生命科学学院周晓丽学号：G2004477一、名词解释（30分）1.光补偿点和光饱和点光补偿点：光合作用吸收的二氧化碳与呼吸作用放出的二氧化碳数量相等时的光强。

阴生植物的光补偿点低于阳生植物，C3植物低于C4植物。

光饱和点：在一定的光强范围内，植物的光合强度随光照度的上升而增加，当光照度上升到某一数值之后，光合强度不再继续提高时的光照度值。

2.CO2饱和点和CO2补偿点CO2饱和点：CO2浓度增加到一定程度时光合速率不再增加,此时环境中CO2的浓度称二氧化碳饱和点。

CO2补偿点：光合作用释放的氧气与呼吸作用消耗的氧气相等时外界环境中的CO2浓度，就是光合作用的CO2补偿点。

3.量子产率与羧化效率量子产率：体系吸收每一个光子所引发的某种事件的数目。

符号为ψ，Y。

积分量子产率为Ф=事件数/吸收光子数。

对于光化学反应，ψ=反应物消耗(或产物产生)的数量/吸收光子数量。

微分量子产率为φ=(d[x]/dt)/n。

式中d[x]/dt为某可测量量的变率，n为单位时间内所吸收的光子数(摩尔或爱因斯坦)。

ψ可用于光物理过程或光化学反应。

羧化效率：在低CO2浓度条件下，CO2浓度是光合作用的限制因子，直线的斜率(CE)受羧化酶活性和量的限制。

因而，CE被称为羧化效率。

CE值大，则表示Rubisco的羧化效率较高。

4.叶面积指数：单位土地面积上植物植株绿叶面积与土地面积的比值。

是反映作物群体大小的较好的动态指标。

5.植物的碳同位素区异：主要指C3、C4在植物体内的不同含量。

二、简答题（40分）1、画图示意光合速率的光响应曲线，并标示出暗呼吸、光补偿点和光饱和点。

光和响应曲线2、如何理解叶绿素荧光动力学中的F V/F m和NPQ，它们在分析植物光合生理分析有何意义？调制叶绿素荧光全称脉冲-振幅-调制（Pulse-Amplitude-Modulation,PAM）叶绿素荧光，我们国内一般简称调制叶绿素荧光，测量调制叶绿素荧光的仪器叫调制荧光仪，或叫PAM。

调制叶绿素荧光（PAM）是研究光合作用的强大工具，与光合放氧、气体交换并称为光合作用测量的三大技术。

由于其测量快速、简单、可靠、且测量过程对样品生长基本无影响，目前已成为光合作用领域发表文献最多的技术。

调制叶绿素荧光仪的工作原理1983年，WALZ公司首席科学家，德国乌兹堡大学教授Ulrich Schreiber 博士利用调制技术和饱和脉冲技术，设计制造了全世界第一台脉冲振幅调制（Pulse-Amplitude-Modulation，PAM）荧光仪——PAM-101/102/103。

所谓调制技术，就是说用于激发荧光的测量光具有一定的调制（开/关）频率，检测器只记录与测量光同频的荧光，因此调制荧光仪允许测量所有生理状态下的荧光，包括背景光很强时。

正是由于调制技术的出现，才使得叶绿素荧光由传统的“黑匣子”（避免环境光）测量走向了野外环境光下测量，由生理学走向了生态学。

所谓饱和脉冲技术，就是打开一个持续时间很短（一般小于1 s）的强光关闭所有的电子门（光合作用被暂时抑制），从而使叶绿素荧光达到最大。

饱和脉冲（Saturation Pulse, SP）可被看作是光化光的一个特例。

光化光越强，PS II释放的电子越多，PQ处累积的电子越多，也就是说关闭态的电子门越多，F越高。

当光化光达到使所有的电子门都关闭（不能进行光合作用）的强度时，就称之为饱和脉冲。

打开饱和脉冲时，本来处于开放态的电子门将该用于光合作用的能量转化为了叶绿素荧光和热，F达到最大值。

经过充分暗适应后，所有电子门均处于开放态，打开测量光得到Fo，此时给出一个饱和脉冲，所有的电子门就都将该用于光合作用的能量转化为了荧光和热，此时得到的叶绿素荧光为Fm。

根据Fm和Fo可以计算出PS II的最大量子产量Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm，它反映了植物的潜在最大光合能力。

在光照下光合作用进行时，只有部分电子门处于开放态。

如果给出一个饱和脉冲，本来处于开放态的电子门将该用于光合作用的能量转化为了叶绿素荧光和热，此时得到的叶绿素荧光为Fm’。

根据Fm’和F可以求出在当前的光照状态下PS II的实际量子产量Yield=ΦPSII=ΔF/Fm’=(Fm’-F)/Fm’，它反映了植物目前的实际光合效率。

在光照下光合作用进行时，只有部分电子门处于关闭态，实时荧光F比Fm 要低，也就是说发生了荧光淬灭（quenching）。

植物吸收的光能只有3条去路：光合作用、叶绿素荧光和热。

根据能量守恒：1＝光合作用＋叶绿素荧光＋热。

可以得出：叶绿素荧光＝1－光合作用－热。

也就是说，叶绿素荧光产量的下降（淬灭）有可能是由光合作用的增加或热耗散的增加引起的。

由光合作用的引起的荧光淬灭称之为光化学淬灭（photochemical quenching, qP）；由热耗散引起的荧光淬灭称之为非光化学淬灭（non-photochemical quenching, qN或NPQ）。

光化学淬灭反映了植物光合活性的高低；非光化学淬灭反映了植物耗散过剩光能为热的能力，也就是光保护能力。

光照状态下打开饱和脉冲时，电子门被完全关闭，光合作用被暂时抑制，也就是说光化学淬灭被全部抑制，但此时荧光值还是比Fm低，也就是说还存在荧光淬灭，这些剩余的荧光淬灭即为非光化学淬灭。

淬灭系数的计算公式为：qP=(Fm’-Fs)/Fv’=1-(Fs-Fo’)/(Fm’-Fo’)；qN=(Fv-Fv’)/Fv=1-(Fm’-Fo’)/(Fm-Fo)；NPQ=(Fm-Fm’)/Fm’=Fm/Fm’-1。

当F达到稳态后关闭光化光，同时打开远红光（Far-red Light, FL）（约持续3－5 s），促进PS I迅速吸收累积在电子门处的电子，使电子门在很短的时间内回到开放态，F回到最小荧光Fo附近，此时得到的荧光为Fo’。

由于在野外测量Fo’不方便，因此野外版的调制荧光仪（除PAM-2100和WATER-PAM）外，多数不配置远红光。

此时可以直接利用Fo代替Fo’来计算qP和qN，尽管得到的参数值有轻微差异，但qP和qN的变化趋势与利用Fo’计算时是一致的。

由于NPQ的计算不需Fo’，近10几年来得到了越来越广泛的应用。

根据PS II的实际量子产量ΔF/Fm’和光合有效辐射（Photosynthetically Active Radiation, PAR）还可计算出光合电子传递的相对速率rETR=ΔF/Fm’•PAR•0.84•0.5。

其中0.84是植物的经验性吸光系数，0.5是假设植物吸收的光能被两个光系统均分。

3、植物如何适应低光照和高光照环境？自然生境下植物不可避免要经受光照强度和光质变化的影响，它们需适应其生长的光环境才能生存。

当喜阳种被置于遮阴下，常可见其茎间显著延长，加快生长速度以使新生的叶片能达到林木的冠层以获得足够的阳光，这种现象被称为生长反应水平的光驯化，它也包括如叶片方向的移动，分枝数的改变等适应。

通常认为，遮阴下生长的叶片与阳生的叶片相比，叶绿体的数目和大小、类囊体的构造、叶绿素含量、电子传递速率、光合碳同化能力都有差异；阴生叶常通过改变捕光色素成分，以适应低光照，实际上植物的叶片采取何种方式适应光环境，是取决于它们所处的生境的光条件和它本身的能被驯化的程度，不同种植物或同种植物处于不同遮阴程度下，其叶片的适应方式都可能表现出差异。

攀援植物生长的早期处于林下，为了获取更多光能，它迅速向上生长。

当生长到一定程度时，植株能否从隐蔽的林下转入高光照的环境，取决于叶片对高光照的适应能力，进而决定继续攀援的方向以及光合产物在器官间的分配。

4、简述叶绿素荧光发生的原理。

细胞内的叶绿素分子通过直接吸收光量子或间接通过捕光色素吸收光量子得到能量后，从基态（低能态）跃迁到激发态（高能态）。

由于波长越短能量越高，故叶绿素分子吸收红光后，电子跃迁到最低激发态；吸收蓝光后，电子跃迁到比吸收红光更高的能级（较高激发态）。

处于较高激发态的叶绿素分子很不稳定，在几百飞秒（fs，1 fs=10－15 s）内，通过振动弛豫向四周环境辐射热量，回到最低激发态。

最低激发态的叶绿素分子可以稳定存在几纳秒（ns，1 ns=10－9 s）。

处于较低激发态的叶绿素分子可以通过几种途径释放能量回到稳定的基态。

能量的释放方式：1）重新放出一个光子，回到基态，即产生荧光。

由于部分激发能在放出荧光光子之前以热的形式逸散掉了，因此荧光的波长比吸收光的波长长，叶绿素荧光一般位于红光区。

2）不放出光子，直接以热的形式耗散掉（非辐射能量耗散）。

3）将能量从一个叶绿素分子传递到邻近的另一个叶绿素分子，能量在一系列叶绿素分子之间传递，最后到达反应中心，反应中心叶绿素分子通过电荷分离将能量传递给电子受体，从而进行光化学反应。

以上这3个过程是相互竞争的，往往是具有最大速率的过程处于支配地位。

对许多色素分子来说，荧光发生在纳秒级，而光化学发生在ps级，因此当光合生物处于正常的生理状态时，天线色素吸收的光能绝大部分用来进行光化学反应，荧光只占很小的一部分。

活体细胞内由于激发能从叶绿素b到叶绿素a的传递几乎达到100％的效率，因此检测不到叶绿素b荧光。

在室温下，绝大部分（约90％）的活体叶绿素荧光来自PSⅡ的天线色素系统，而且光合器官吸收的能量只有约3%～5%用于产生荧光.三、问答题（30分）请分析植物同化物的共质体运输和非共质体运输的机理。

答：植物同化物在韧皮部的装载过程存在2条途径：。