第三章

名詞術(shù)語

光合作用：綠色植物吸收太陽光的能量，同化二氧化碳和水，制造有機物并釋放氧氣的過程。

吸收光譜： 物質(zhì)吸收光子，從低能級躍遷到高能級而產(chǎn)生的光譜。

葉綠素：高等植物和其它所有能進行光合作用的生物體含有的一類綠色色素。常見的有葉綠素a和葉綠素b。

類胡蘿卜素：一類重要的天然色素的總稱, 普遍存在于動物、高等植物、真菌、藻類的黃色、橙紅色或紅色的色素之中。主要有胡羅卜素和葉黃素。

光反應(yīng)：只發(fā)生在光照下，由光引起的反應(yīng)。發(fā)生在葉綠體的類囊體膜。

碳反應(yīng)：在暗處或光下都能進行的,由若干酶所催化的化學反應(yīng)。

光合鏈：光合作用中的電子傳遞鏈。由光合作用的原初光化學反應(yīng)所引起的電子在眾多的電子傳遞體中，按氧化還原電位順序依次傳遞的途徑。

聚光色素：一種只有吸收和傳遞光能的作用，將光能聚集到反應(yīng)中心復(fù)合物特殊葉綠體a對的色素。

原初反應(yīng)： 光合作用中從葉綠素分子受光激發(fā)到引起第一個光化學反應(yīng)為止的過程。

特殊葉綠素a對：具有將光能轉(zhuǎn)換為化學能的作用的色素

光化學反應(yīng)：指物質(zhì)由于光的作用而引起的化學反應(yīng)。即物質(zhì)在可見光或紫外線的照射下吸收光能而發(fā)生的化學反應(yīng)，主要有光合作用和光解作用兩種。

光系統(tǒng)：進行光吸收的功能單位，是由葉綠素、類胡蘿卜素、脂和蛋白質(zhì)組成的復(fù)合物。

細胞色素b6f復(fù)合體：是光合作用原初光能轉(zhuǎn)換過程四種主要膜蛋白超分子復(fù)合體之一。它介導著光反應(yīng)中心PSⅠ和PSⅡ之間的電子傳遞和PSⅠ的環(huán)式電子傳遞。

反應(yīng)中心：由中心色素,原初電子供體和原初電子受體組成的具有電荷分離功能的色素蛋白復(fù)合體結(jié)構(gòu)。

希爾反應(yīng)：葉綠體借助光能使電子受體還原并放出氧的反應(yīng)。

原初電子供體：直接供給光合反應(yīng)中心色素分子電子的物體

碳同化：利用光反應(yīng)形成的同化力（ATP和NADPH)將CO還原形成糖類物質(zhì)的過程。

卡爾文循環(huán)：是一種生理過程，碳以二氧化碳的形態(tài)進入并以糖的形態(tài)離開卡爾文循環(huán)。

Rubisco：核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶，是光合作用C3碳反應(yīng)中重要的羧化酶,也是光呼吸中不可缺少的加氧酶。

原初電子受體：直接接收反應(yīng)中心色素分子傳來電子的電子傳遞體。

同化力：ATP、NADPH被合稱為同化力。

光合磷酸化：葉綠體利用光能驅(qū)動電子傳遞建立跨類囊體膜的質(zhì)子動力勢（PMF)，質(zhì)子動力勢就把ADP和無機磷酸合成ATP。

Z方案：電子傳遞是由兩個光系統(tǒng)串聯(lián)進行，其中的電子傳遞按氧化還原電位高低排列，使電子傳遞呈側(cè)寫的Z型。

光合速率：光合作用強弱的一種表示法。光合速率的大小可用單位時間、單位葉面積所吸收的二氧化碳或釋放的氧氣表示。

C4途徑：一些植物對CO2的固定反應(yīng)是在葉肉細胞的胞質(zhì)溶膠中進行的，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下將CO2連接到磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)上形成草酰乙酸。

光抑制：光能超過光合系統(tǒng)所能利用的數(shù)量時，光合功能下降的現(xiàn)象。

景天酸代謝途徑：又稱CAM途徑，指生長在熱帶及亞熱帶干旱及半干旱地區(qū)的一些肉質(zhì)植物（最早發(fā)現(xiàn)在景天科植物）所具有的一種光合固定二氧化碳的附加途徑，其葉片氣孔白天關(guān)閉，夜間開放。

光呼吸：植物的綠色細胞依賴光照,吸收O2和放出CO2的過程。

表觀光合作用：又稱凈光合作用，是指一段時間內(nèi)植物體內(nèi)發(fā)生光合作用的總量減去呼吸作用的量。

真正光合作用：線粒體暗呼吸作用和葉綠體光呼吸作用，再加表觀光合作用，就是真正光合作用。

光飽和點：當達到某一光照強度時，光合速率就不再增加，這一點稱為光飽和點。

溫室效應(yīng)：大氣層中的CO2能強烈地吸收紅外線,太陽輻射的能量在大氣層中就“易入難出”，溫度上升，像溫室一樣的現(xiàn)象。

光補償點：當植物通過光合作用制造的有機物質(zhì)與呼吸作用消耗的物質(zhì)相平衡時的光照強度稱為光補償點

光能利用率：植物光合作用所累積的有機物所含的能量，占照射在單位地面上的日光能量的比率。

CO2補償點：當光合吸收的CO2量等于呼吸放出的CO2量，這時外界的CO2含量就叫做CO2補償點。

思考題

在光合作用過程中，ATP和 NADPH+H+是如何形成的?ATP和 NADPH+H+又是怎樣被利用的?

在OEC（光合作用水裂解催化中心）處水裂解后,把H+釋放到類囊體腔內(nèi),把電子傳遞到PS2,電子在光合電子傳遞鏈中傳遞時,伴隨著類囊體外側(cè)的H+轉(zhuǎn)移到腔內(nèi),由此形成了跨膜的H+濃度差,引起了ATP的形成;與此同時把電子傳遞到PS1去,進一步提高了能位,而使H+還原NADP+為NADPH,此外,還放出O2。

卡爾文循環(huán)以光反應(yīng)形成的ATP和NADPH作為能源,固定和還原CO2。

試比較PSI的PSII的結(jié)構(gòu)及功能特點。

PSII的顆粒較大，直徑約17.5 nm，主要分布在類囊體膜的垛疊區(qū)域，主要吸收680 nm的光,PSⅡ是色素和蛋白多種亞單位構(gòu)成的超復(fù)合體。色素包括特殊葉綠素a對即P680和其他葉綠素、類胡蘿卜素等色素分子，蛋白包括天線蛋白、反應(yīng)中心蛋白和與水裂解放氧有關(guān)的蛋白等。

PSI的顆粒較小，直徑約11nm，主要分布在類囊體膜的非垛疊區(qū)域，主要吸收大于680 nm的光, PSⅠ也是色素蛋白超復(fù)合體。色素有反應(yīng)中心色素P700以及類胡蘿卜素等，蛋白包括核心復(fù)合體、PSⅠ捕光復(fù)合體（LHCI，也稱內(nèi)天線LHCI)以及負責電子傳遞的蛋白等。

Rubisco的結(jié)構(gòu)有何特點?它在光合碳同化過程中有什么作用?

Rubisco一般是由八個大亞基組成的多聚體。大亞基上含有與催化及活化有關(guān)的氨基酸殘基,可結(jié)合底物(CO2和RuBP)及Mg,小亞基為調(diào)節(jié)酶活性的單位。在碳同化過程中,Rubisco催化RuBP的羧化反應(yīng),生成3-磷酸甘油酸

試述水稻、玉米、菠蘿的光合碳同化途徑有什么不同?

水稻屬于C3途徑,玉米屬于C4途徑、菠蘿屬于景天酸代謝途徑。C3途徑和C4途徑的CO2固定的最初產(chǎn)物不同,分別是一種三碳化合物、四碳二羧酸化合物,而景天酸代謝途徑則具有一個很特殊的CO2固定方式,它是夜晚氣孔開放積累相應(yīng)有機物,白天氣孔關(guān)閉,氧化脫羧,參與卡爾文循環(huán)。

從光呼吸的代謝途徑來看，光呼吸有什么意義?

光呼吸的意義是消耗多余能量，對光合器官起保護作用;同時還可收回75%的碳，避免損失過多。

分析類胡蘿卜在光合作用光保護中的作用。

類胡蘿卜素能協(xié)助葉綠體吸收葉綠體不能吸收的光，提高光合效率。同時又可以從激發(fā)的葉綠素分子上回收多余的能量，以熱能的形式釋放。如果葉綠體上多余的能量不能被吸收，將會轉(zhuǎn)移到氧分子上產(chǎn)生單氧原子，引起分子或者細胞損傷，因此，類胡蘿卜素具有重要的光損傷防護功能。

通過學習植物的水分代謝、礦質(zhì)營養(yǎng)和光合作用的知識之后，你認為怎樣才能提高農(nóng)作物的產(chǎn)量?

合理灌溉：合理灌溉能維持農(nóng)作物的水分平衡改善農(nóng)作物的各種生理作用通過用最少量的水而獲得最高的產(chǎn)量。

合理施肥：合理施肥可以滿足農(nóng)作物對各種礦質(zhì)元素的需求根據(jù)礦質(zhì)元素對農(nóng)作物所起的生理功能結(jié)合農(nóng)作物的需肥規(guī)律適時適量施肥做到少肥高效。

提高農(nóng)作物的光能利用率：通過延長光合時間增加光合面積和加強光合效率等途徑提高農(nóng)作物的光能利用率。

為什么寒潮、水淹等災(zāi)害天氣結(jié)束后是晴天，對農(nóng)作物的傷害大，而是陰天則傷害會相對小些?

寒潮水淹等災(zāi)害天氣結(jié)束后是晴天，對農(nóng)作物的傷害大，主要是因為晴天干燥，蒸發(fā)量大，空氣中的水分很快被蒸發(fā)掉，導致土壤過于干燥。此外，晴天下日照強烈，輻射能量大，土壤溫度升高，導致土壤中水分蒸發(fā)速度加快，加重了對農(nóng)作物的傷害。

太陽能如何轉(zhuǎn)換成植物中蒸騰拉力產(chǎn)生的機械能?

光對蒸騰作用的影響首先是引起氣孔的開放，從而加速蒸騰作用。其次，光輻射的能量導致葉片溫度升高。溫度升高能加速葉肉細胞表面的蒸發(fā)，提高氣孔下腔的水的飽和蒸氣壓，增加葉內(nèi)外蒸氣壓差，溫度升高也使氣體擴散速度加快，這些都使蒸騰作用加速。

我國科學家成功合成Mn4Ca簇合物在人工光合作用研究中有什么重大意義?

近幾年,伴隨生物水裂解催化中心OEC結(jié)構(gòu)的揭示，人工模擬 OEC研究也取得了系列進展,特別是最近報道的 Mn4Ca類簇合物,實現(xiàn)了對生物OEC的金屬核心骨架和配體環(huán)境的人工模擬，同時成功實現(xiàn)了生物OEC的氧化-還原等理化特性的化學模擬.這些模擬物為研究自然界光合作用水裂解中心的結(jié)光合作用研究。今后如何利用這些人工模擬物,實現(xiàn)構(gòu)和水裂解機理提供了理想的化學模型，同時也可光驅(qū)動催化水裂解,產(chǎn)生電能和(或)氫能，將成為令能會推動利用太陽能和水產(chǎn)生清潔能源的人工模擬人期待的研究方向。