植物生理学第三章 植物的光合作用

第三章植物的光合作用
一、名词解释
1. C3途径
2. C4途径
3. 光系统
4. 反应中心
5. 原初反应
6. 荧光现象
7. 红降现象8. 量子产额9. 爱默生效应
10. PQ循环11. 光合色素12. 光合作用
13. 光合单位14. 反应中心色素15. 聚光色素
16. 解偶联剂17. 光合磷酸化18. 光呼吸
19. 光补偿点20. CO2补偿点21. 光饱和点
22. 光能利用率23. 光合速率
二、缩写符号翻译
1. Fe-S
2. PSI
3. PSII
4. OAA
5. CAM
6. NADP＋
7. Fd 8. PEPCase 9. RuBPO
10. P680、P700 11. PQ 12. PEP
13. PGA 14. Pheo 15. RuBP
16. RubisC(RuBPC) 17. Rubisco(RuBPCO) 18.TP
三、填空题
1. 光合作用的碳反应是在中进行的，光反应是在中进行的。

2. 在光合电子传送中最终电子供体是，最终电子受体是。

3. 在光合作用过程中，当形成后，光能便转化成了活跃的化学能；当形
成后，光能便转化成了稳定的化学能。

4. 叶绿体色素提取掖液在反射光下观察呈色，在透射光下观察呈色。

5. P700的原初电子供体是，原初电子受体是。

6. 光合作用的能量转换功能是在类囊体膜上进行的，所以类囊体亦称为。

7. 光合作用中释放的氧气来自于。

8. 与水光解有关的矿质元素为。

9. 和两种物质被称为同化能力。

10. 光的波长越长，光子所持有的能量越。

11. 叶绿素吸收光谱的最强吸收区有两个：一个在，另一个在。

12. 光合磷酸化有三种类型：、、。

13. 根据C4化合物和催化脱羧反应的酶不同，可将C4途径分为三种类型：、、。

14. 一般来说，正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素的分子比例为；叶黄素和胡萝卜素的
分子比例为。

15. 光合作用中，淀粉的形成是在中，蔗糖的形成是在中。

16. C4植物的C3途径是在中进行的；C3植物的卡尔文循环是在中进行的。

17. C4植物进行光合作用时，只有在细胞中形成淀粉。

四、选择题
1. C3途径是由谁发现的?( )
A．Mikhell B．Hill C．Calvin D．Hatch
2. C4途径是由哪位植物生理学家发现的?( )
A．Calvin B. Hatch and Slack C．Emerson D．Hill
3. 光合产物主要以什么形式运出叶绿体?( )
A．蔗糖B．淀粉C．磷酸丙糖D．果糖
4. 提取叶绿素时，一般可用( )。

A.丙酮
B.醋酸
C.蒸馏水
D.甘油
5. 在高等植物碳同化的三条途径中，能形成淀粉的是( )。

A.卡尔文循环
B.C4途径
C.CAM途径
6. 在叶绿体色素中，属于反应中心色素的是( )。

A．少数特殊状态的叶绿素a B．叶绿素b
C．类胡萝卜素D．藻胆素
7. C4途径的二氧化碳的受体是( )。

A．PGA B．PEP C．RuBP D.Ru5P
8. 光呼吸是一个氧化过程，被氧化的底物是( )。

A．乙醇酸B．丙酮酸C．葡萄糖D．丙糖磷酸
9. 光呼吸调节与外界条件密切相关，氧对光呼吸(
A．有抑制作用B．有促进作用C．无作用D．作用小10. C4途径中二氧化碳固定的最初产物是( )。

A．磷酸甘油酸B．果糖C．草酰乙酸D．葡萄糖
11. 叶绿素分子的头部是( )化合物。

A 帖类B．Fe 卟啉环 C Fe吡咯环D．Mg卟啉环
12. 从叶片提取叶绿素时，需要加入少量CaCO3是( )。

A．便于研磨B．增加细胞质透性
C．防止叶绿素分解D．利于叶绿素分解成小分子
13．C4途径中CO2的最初固定是发生在( )。

A．叶肉细胞质中B．叶肉细胞叶绿体中
C．维管束鞘细胞质中D．维管束鞘细胞叶绿体中
14．光合作用反应中心色素分子的主要功能是( )。

A．吸收光能 B. 通过诱导共振传递光能
C．利用光能进行光化学反应D．推动跨膜H+梯度的形成15．既可以形成A TP，也可以形成NADPH+H+的电子传递途径是( )。

A．非循环式电子传递链B．循环式电子传递链
C．假环式电子传递链D．原初反应
16. 叶绿素合成的前体物质是( )。

A. 天冬氨酸和酮戊二酸B．色氨酸和酮戊二酸
C. 谷氨酸和天冬氨酸D．谷氨酸或酮戊二酸
五、判断题
1. ATP和NADPH是在碳反应阶段形成的。

( )
2．NADPH是光合电子传递链的最终电于受体。

( )
3．PEP羧化酶对CO2的亲和力和Km值均高于RuBP羧化酶的。

( ) 4．PSI存在于基质片层和基粒片层的非堆叠区。

( )
5．Rubisco在CO2浓度高、光照强时，主要起羧化酶的作用。

( )
6．高等植物的气孔都是白天张开，夜间闭合( )
7. 光合磷酸化过程中A TP合成的动力并非直接来自光能。

( )
8. 光合作用的暗反应是酶促反应，故与温度有关。

( )
9．植物生活细胞在光照下吸收O2，释放CO2的过程。

就是光呼吸。

10．只有非循环电子传递才能引起水裂解释放O2。

( )
11．光合作用的最基本过程就是CO2被光还原的过程。

( )
12. 光合作用中水的裂解过程位于类囊体膜的外侧。

( )
13．光呼吸和暗呼吸在性质上是两个根本不同的过程，暗呼吸的底物是由光合碳循环转化而来的，而光呼吸的主要过程就是乙醇酸的生物合成及其氧化的反应。

( )
14．一般来说，CAM植物的抗旱能力比C3植物的强。

( )
15．红降现象和双光增益效应，证明了植物体内存在两个光系统。

( )
16．尽管光反应是需光的过程，但只有原初反应过程直接需要光。

( )
17. 少数特殊状态的叶绿素a分子有将光能转换成电能的作用。

( )
18. 水的光解和氧的释放是光合作用原初反应的重要组成部分。

(
19. 通常，水稻叶片的维管束鞘细胞无叶绿体。

( )
20．玉米植物光合碳同化仅有C4途径。

( )
21. 叶绿素的荧光波长往往比吸收光的波长要长。

( )
22. 叶绿素分子在吸收光后能发出荧光和磷光，磷光的寿命比荧光长。

( )
23．植物呈现绿色是因为其叶绿素能够最有效地吸收绿光。

( )
24．植物生长环境中CO2浓度只有大于其补偿点时才有可能正常生长。

( )
25．叶绿体色素都吸收蓝紫光，而在红光区域的吸收峰则为叶绿素所特有。

( )
26．暗反应就是在黑暗条件下进行的反应。

( )
27．光合作用的原初反应是在类囊体膜上进行的，电子传递与光合磷酸化是在间质中进行的。

( )
六、问答题
1．植物的叶片为什么是绿色的?秋天树叶为什么会呈现黄色和红色?
2．光合作用的全过程大致分为哪三大步骤?
3．在光合作用电子传递中，PQ有什么重要的生理作用?
4．光合磷酸化有几个类型?其电子传递有什么特点?
5．高等植物的碳同化途径有几条?哪条途径才具备合成淀粉等光合产物的能力?
6．C3途径是谁发现的?分哪几个阶段?每个阶段的作用是什么?
7．光合作用中卡尔文循环的调节方式有哪几个方面?
8．简述CAM植物同化二氧化碳的特点。

9．氧抑制光合作用的原因是什么?
10．作物为什么会出现“午休”现象?
11．追施氮肥为什么会提高光合速率?
12．分析植物光能利用率低的原因。

13．作物的光合速率高，产量就一定高，这种说法是否正确么?
14．把大豆和高梁放在同一密闭照光的室内，一段时间后会出现什么现象?为什么?
15．试评价光呼吸的生理功能。

16．C4植物比C3植物的光呼吸低，试述其原因？
17.论述提高植物光能利用率的途径和措施。

习题解答
一、名词解释
1. C3途径：以RUBP为CO2受体、CO2固定后的最初产物为PGA的光合途径为C3途
径。

2. C4途径：以PEP为CO2受体、CO2固定后的最初产物为四碳双羧酸的光合途径为C4途径。

3. 光系统：由不同的中心色素和一些天线色素、电子供体和电子受体组成的蛋白色素复合
体，其中PSI的中心色素为叶绿素a P700，PSII的中心色素为叶绿素a P680。

4. 反应中心：由中心色素、原初电子供体及原初电子受体组成的具有电荷分离功能的色素
蛋白复合体结构。

5. 原初反应：包括光能的吸收、传递以及光能向电能的转变，即由光所引起的氧化还原过
程。

6. 荧光现象：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。

7.红降现象：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，这种
现象被称为红降现象。

8.量子产额：指吸收一个光量子后放出的氧分子数目或固定二氧化碳的分子数目。

9.爱默生增益效应：如果在长波红光(大于685nm)照射时，再加上波长较短的红光(650nm)，
则量子产额大增，比分别单独用两种波长的光照射时的总和还要高。

10.PQ循环：伴随PQ的氧化还原，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+的同时也传递2e至Fe-S，PQ的这种氧化还原往复变化称PQ
循环。

11 .光合色素：指植物体内含有的具有吸收光能并将其用于光合作用的色素，包括叶绿素、
类胡萝卜素、藻胆素等。

12. 光合作用：绿色植物吸收光能，同化CO2和H2O，制造有机物质，并释放O2的过程。

13. 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。

14. 反应中心色素：指具有光化学活性的少数特殊状态的叶绿素a分子。

15. 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。

16. 解偶联剂：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
偶联的试剂。

17. 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的过程。

18. 光呼吸：植物的绿色细胞在照光下放出CO2和吸收O2的过程。

19. 光补偿点：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。

20. 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CO2浓度。

21. 光饱和点：增加光照强度，光合速率不再增加时的光照强度。

22. 光能利用率：单位面积上的植物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。

23. 光合速率：单位时间单位叶面积吸收CO2的量(或释放O2的量)。

二、缩写符号翻译
1.Fe-S—铁硫蛋白；
2.PSI-光系统
3. PSII-光系统II
4.OAA—草酰乙酸；
5.CAM—景天科植物酸代谢；
6.NADP＋—氧化态辅酶Ⅱ；
7.Fd—铁氧还蛋白；
8.PEPCase—PEP羧化酶；
9.RuBPO—RuBP加氧酶；10.P680—吸收峰波长为680nm的叶绿素a；11.PQ—质体醌；12.PEP—磷酸烯醇式丙酮酸；
13.PGA—3-磷酸甘油酸；14.Pheo—去镁叶绿素；15.RuBP—l,5-二磷酸核酮糖；
16.RubisC(RuBPC)—RuBP羧化酶；17.Rubisco(RuBPCO)—RuBP羧化酶/加氧酶18. TP-磷酸丙糖
三、填空题
1.叶绿体基质；类囊体膜(光合膜)
2.H2O；NADP＋
3.ATP及NADPH；碳水化合物
4.红；绿
5. PC；Fd
6.光合膜
7.H2O 8.Mn和Cl
9.ATP；NADPH 10.小
11.红光区；蓝紫光区12.非循环式；循环式；假循环式
13. NADP-苹果酸酶类型；NAD-苹果酸酶类型；PEP-羧激酶类型
14. 3:1；2:1 15.叶绿体；细胞质
16.维管束鞘细胞；叶肉细胞17.维管束鞘
四、选择题
1. C
2. B
3.C
4.A
5.A
6.A
7.B
8.A
9.B 10.C
11.D 12.C 13.A 14.C 15.A
16.D
五、是非判断题
1. (×)在光反应阶段形成的2．(×)将NADPH改为NADP+
3．(×)对CO2的Km值低于R uBP羧化酶的，亲和力高于RuBP羧化酶的
4．(√) 5．(√) 6．(×)景天科植物气孔白天闭合，夜间开放
7．√8．(√) 9．(×)将生活细胞改为绿色组织
10.(×)假循环电子传递也能引起水裂解释放O2
11．(√) 12．(×)位于类囊体膜的内侧
13．(√) 14．(√) 15．(√) 16．(√) 17．(√)
18. (×)水的光解和氧的释放不属于原初反应19．(√)
20．(×)既有C4途样也有C3途径21．(√) 22．(√)
23．(×)叶绿素对绿光吸收最少24．(√) 25．(√)
26．(×)不是27. (×)电子传递与光合磷酸化都在类囊体膜上进行
六、简答题
1．植物的叶片为什么是绿色的?秋天树叶为什么会呈现黄色和红色?
光合色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收很少，所以植物的叶片呈绿色。

秋天树叶变黄是由于低温抑制了叶绿素的生物合成，已形成的叶绿素也被分解破坏，而类胡萝卜素比较稳定，所以叶片呈现黄色。

至于红叶，是因为秋天降温，体内积累较多的糖分以适应寒冷，体内可溶性糖多了，就形成较多的花色素，叶子就呈红色。

2．光合作用的全过程大致分为哪三大步骤?
①原初反应，即光能的吸收、传递和转变为电能的过程。

②电子传递和光合磷酸化，即电能转变为活跃的化学能过程。

③碳同化，即活跃化学能转变为稳定的化学能过程。

3．在光合作用电子传递中，PQ有什么重要的生理作用?
光合作用电子传递链中质体醌数量比其他传递体成员的数量多出好几倍，具有重要的生理作用：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的氧化还原，将2H+从间质移至类囊体的膜内空间，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A TP的生成。

4．光合磷酸化有几个类型?其电子传递有什么特点?
光合磷酸化可分为三个类型：①非环式光合磷酸化，其电子传递是一个开放通路。

②环式光合磷酸化，其电子传递是一个闭合的回路。

③假环式光合磷酸化，其电子传递也是一个开放的通路，但共最终电子受体不是NADP+，而是O2。

5．高等植物的碳同化途径有几条?哪条途径才具备合成淀粉等光合产物的能力?
高等植物碳同化途径有三条：卡尔文循环、C4途径和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的能力，而C4途径和景天科酸代谢途径只起到固定和转运二氧化碳的作用。

6．C3途径是谁发现的?分哪几个阶段?每个阶段的作用是什么?
C3途径是卡尔文(Calvin)等人发现的。

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，即光合作用中的第一个三碳糖。

③更新阶段。

光合碳循环中形成的3-磷酸甘油醛，经过一系列的转变，再重新形成RuBP 的过程。

7．光合作用中卡尔文循环的调节方式有哪几个方面?
①酶活性调节。

光通过光反应改变叶的内部环境，间接影响酶的活性。

如基质中pH值的升高，Mg2+浓度升高，可激活RuBPCase和Ru5P激酶等；如在暗中这些酶活性下降。

②质量作用的调节。

代谢物的浓度可以影响反应的方向和速率。

③转运作用的调节。

从叶绿体运到细胞质的磷酸丙糖的数量，受细胞质里的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的输出，光合速率就会加快。

8．简述CAM植物同化二氧化碳的特点。

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结合形成苹果酸，累积于液泡中。

白天气孔关闭，液泡中的苹果酸便运到细胞质，放出二氧化碳，放出的二氧化碳参与卡尔文循环，形成淀粉等。

9．氧抑制光合作用的原因是什么?
①加强氧与二氧化碳对RuBP的结合竞争，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，使碳同化需要的还原能力减少。

③氧接受电子后形成的超氧阴离子会破坏光合膜。

④在强光下氧参与光合色素的光氧化，破坏光合色素。

10．作物为什么会出现“午休”现象?
植物种类不同、生长条件不同，造成光合“午休”的原因也不同。

有以下几种原因：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的运输。

④中午时的高温低湿降低了碳同化酶的活性。

11．追施氮肥为什么会提高光合速率?
原因有两方面：一方面是间接影响，即能促进叶片面积增大，叶片数目增多，增加光合面积。

另一方面是直接影响，即促进叶绿素含量急剧增加，加速光反应。

氮亦能增加叶片蛋白质含量，而蛋白质是酶的主要组成成分，使暗反应顺利进行。

总之施氮肥可促进光合作用的光反应和暗反应。

12．分析植物光能利用率低的原因。

光能利用率低的原因：①辐射到地面的光能只有可见光的部分能被植物吸收利用。

②照到叶片上的光被反射、透射。

吸收的光能大量消耗于蒸腾作用。

③叶片光合能力的限制。

④
呼吸的消耗。

⑤二氧化碳、矿质元素、水分等供应不足。

⑥病虫危害。

13．作物的光合速率高，产量就一定高，这种说法是否正确么?
不正确。

因为产量的高低取决于光合性能的五个方面，即光合速率、光合面积、光合时间、光合产物分配和光合产物消耗。

14．把大豆和高梁放在同一密闭照光的室内，一段时间后会出现什么现象?为什么?
大豆首先死亡，一段时间后高粱也死亡。

因为大豆是C3植物，它的二氧化碳补偿点高于C4植物高粱。

随着光合作用的进行，室内的二氧化碳浓度越来越低，当低于大豆的二氧化碳补偿点时，大豆便没有净光合，只有消耗，不久便死亡。

此时的二氧化碳浓度仍高于高粱的二氧化碳补偿点，所以高粱仍然能够进行光合作用。

当密闭室内的二氧化碳浓度低于高梁的二氧化碳补偿点时，高梁便因不能进行光合作用而死亡。

15．试评价光呼吸的生理功能。

光呼吸是具有一定的生理功能的，但也有害处。

①回收碳素：通过C2循环可回收乙醇酸中3／4的碳素。

②维持C3光合碳循环的运转：在叶片气孔关闭或外界CO2浓度降低时，光呼吸释放的CO2能被C3途径再利用，以维持C3光合碳循环的运转。

③防止强光对光合机构的破坏：在强光下，光反应中形成的同化力会超过暗反应的需要，叶绿体中NADPH／NADP、ATP／ADP的比值增高，由光激发的高能电子会传递给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的同化力和高能电子，减少超氧阴离子自由基的形成，从而保护光合机构。

16．C4植物比C3植物的光呼吸低，试述其原因？
C4植物在叶肉细胞中只进行内PEP羧化酶催化的羧化活动，且PEP羧化酶对二氧化碳亲和力高，固定二氧化碳的能力强，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”的作用，增加了维管束鞘细胞中的二氧化碳浓度，抑制了鞘细胞中Rubisco的加氧活性，并提高了它的羧化活性，有利于二氧化碳的固定和还原，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，叶肉细胞的CO2／O2的比值较低，此时RuBP 加氧酶活性增强，有利于光呼吸的进行，而且C3植物中RuBP羧化酶对二氧化碳亲和力低，光呼吸释放的二氧化碳不易被重新固定。

17. 论述提高植物光能利用率的途径和措施。

①增加光合而积：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；减缓逆境对光合的抑制作用；减轻光合午休；延缓早衰。