2011考研農(nóng)學植物的光合作用名詞解釋_跨考網(wǎng)
最后更新時間：2011-01-06 03:50:53
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名詞解釋
??? 問答題
??? 1.如何證實光合作用中釋放的O2來自水？
??? 答：以下三方面的研究可證實光合作用中釋放的O2來自水。
??? (1) 尼爾(C.B.Van Niel)假說?尼爾將細菌光合作用與綠色植物的光合作用加以比較，提出了以下光合作用的通式：
??? 量子效率 (quantum efficiency)?又稱量子產(chǎn)額(quantum yield)，是指光合作用中吸收一個光量子所能引起的光合產(chǎn)物量的變化，如放出的氧分子數(shù)或固定的CO2的分子數(shù)。
???
??? 光合單位(photosynthetic unit)?最初是指釋放1個O２分子所需要的葉綠素數(shù)目，測定值為2500chl/O２。若以吸收1個光量子計算，光合單位為300個葉綠素分子；若以傳遞1個電子計算，光合單位為600個葉綠素分子。而現(xiàn)在把存在于類囊體膜上能進行完整光反應的最小結構單位稱為光合單位。它應是包括兩個反應中心的約600個葉綠素分子(300×2)以及連結這兩個反應中心的光合電子傳遞鏈。它能獨立地捕集光能，導致氧的釋放和NADP的還原。
??? 光合磷酸化(photosynthetic phosphorylation)?光合作用中與電子傳遞過程相偶聯(lián)的，即由ADP與Pi形成ATP的過程，稱為光合磷酸化。在此過程中形成的ATP所需之能量來自光照。 光合磷酸化通常被分為兩種類型，一種為循環(huán)光合磷酸化，另一種為非循環(huán)光合磷酸化。
??? 光合膜(photosynthetic membrane)?即類囊體膜，這是因為光合作用的光反應是在葉綠體中的類囊體膜上進行的。
??? 光系統(tǒng)Ⅰ（photosystem Ⅰ）縮寫為PSⅠ，高等植物的PSⅠ由反應中心、LHCⅠ、鐵硫蛋白、Fd、FNR等組成。PSⅠ的生理功能是吸收光能，進行光化學反應，產(chǎn)生強的還原劑，用于還原NADP+，實現(xiàn)PC到NADP+的電子傳遞。
??? 光系統(tǒng)Ⅱ（photosystem Ⅱ）縮寫為PSⅡ，是含有多亞基的蛋白復合體，它由聚光色素復合體Ⅱ、中心天線、反應中心、放氧復合體、細胞色素和多種輔助因子組成。PSⅡ的生理功能是吸收光能，進行光化學反應，產(chǎn)生強的氧化劑，使水裂解釋放氧氣，并把水中的電子傳至質體醌。
??? 光抑制(photoinhibition)?當光合機構接受的光能超過它所能利用的量時，光會引起光合效率的降低，這個現(xiàn)象就叫光合作用的光抑制。
??? 紅降現(xiàn)象(red drop)?光合作用的量子產(chǎn)額在波長大于680nm時急劇下降的現(xiàn)象。
??? 熒光(fluorescence)?激發(fā)態(tài)的葉綠素分子回到基態(tài)時，可以光子形式釋放能量。處在第一單線態(tài)的葉綠素分子回至基態(tài)時所發(fā)出的光稱為熒光。
??? 磷光(phosphorescence)?激發(fā)態(tài)的葉綠素分子回到基態(tài)時，處在三線態(tài)的葉綠素分子回至基態(tài)時所發(fā)出的光稱為磷光。
??? 反應中心(reaction center)?發(fā)生原初反應的最小單位，它是由反應中心色素分子、原初電子受體、次級電子受體與次級電子供體等電子傳遞體，以及維持這些電子傳遞體的微環(huán)境所必需的蛋白質等組分組成的。
??? 磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpruvate) 縮寫為PEP，C4途徑中CO2的受體。
??? 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase) 縮寫為PEPC，主要存在C4植物葉肉細胞的細胞質中，催化PEP與HCO-3形成草酰乙酸的反應。
??? 水氧化鐘(water oxidizing clock)?亦稱Kok鐘。是解釋H2O在光合作用中氧化機制的模型。在２０世紀６０年代，法國學者Pieree Joliot發(fā)現(xiàn)， 對預先保持在黑暗狀態(tài)中的葉綠體給予一系列的閃光照明，第一次閃光后沒有O2釋放，第二次有少量O2釋放，第三次則有大量的O2釋放，在第四次閃光后就出現(xiàn)一次高峰。爾后Kok 等人據(jù)此提出了水的氧化機制模型。
???
??? 光合單位(photosynthetic unit)?最初是指釋放1個O２分子所需要的葉綠素數(shù)目，測定值為2500chl/O２。若以吸收1個光量子計算，光合單位為300個葉綠素分子；若以傳遞1個電子計算，光合單位為600個葉綠素分子。而現(xiàn)在把存在于類囊體膜上能進行完整光反應的最小結構單位稱為光合單位。它應是包括兩個反應中心的約600個葉綠素分子(300×2)以及連結這兩個反應中心的光合電子傳遞鏈。它能獨立地捕集光能，導致氧的釋放和NADP的還原。
??? 光合磷酸化(photosynthetic phosphorylation)?光合作用中與電子傳遞過程相偶聯(lián)的，即由ADP與Pi形成ATP的過程，稱為光合磷酸化。在此過程中形成的ATP所需之能量來自光照。 光合磷酸化通常被分為兩種類型，一種為循環(huán)光合磷酸化，另一種為非循環(huán)光合磷酸化。
??? 光合膜(photosynthetic membrane)?即類囊體膜，這是因為光合作用的光反應是在葉綠體中的類囊體膜上進行的。
??? 光系統(tǒng)Ⅰ（photosystem Ⅰ）縮寫為PSⅠ，高等植物的PSⅠ由反應中心、LHCⅠ、鐵硫蛋白、Fd、FNR等組成。PSⅠ的生理功能是吸收光能，進行光化學反應，產(chǎn)生強的還原劑，用于還原NADP+，實現(xiàn)PC到NADP+的電子傳遞。
??? 光系統(tǒng)Ⅱ（photosystem Ⅱ）縮寫為PSⅡ，是含有多亞基的蛋白復合體，它由聚光色素復合體Ⅱ、中心天線、反應中心、放氧復合體、細胞色素和多種輔助因子組成。PSⅡ的生理功能是吸收光能，進行光化學反應，產(chǎn)生強的氧化劑，使水裂解釋放氧氣，并把水中的電子傳至質體醌。
??? 光抑制(photoinhibition)?當光合機構接受的光能超過它所能利用的量時，光會引起光合效率的降低，這個現(xiàn)象就叫光合作用的光抑制。
??? 紅降現(xiàn)象(red drop)?光合作用的量子產(chǎn)額在波長大于680nm時急劇下降的現(xiàn)象。
??? 熒光(fluorescence)?激發(fā)態(tài)的葉綠素分子回到基態(tài)時，可以光子形式釋放能量。處在第一單線態(tài)的葉綠素分子回至基態(tài)時所發(fā)出的光稱為熒光。
??? 磷光(phosphorescence)?激發(fā)態(tài)的葉綠素分子回到基態(tài)時，處在三線態(tài)的葉綠素分子回至基態(tài)時所發(fā)出的光稱為磷光。
??? 反應中心(reaction center)?發(fā)生原初反應的最小單位，它是由反應中心色素分子、原初電子受體、次級電子受體與次級電子供體等電子傳遞體，以及維持這些電子傳遞體的微環(huán)境所必需的蛋白質等組分組成的。
??? 磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpruvate) 縮寫為PEP，C4途徑中CO2的受體。
??? 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase) 縮寫為PEPC，主要存在C4植物葉肉細胞的細胞質中，催化PEP與HCO-3形成草酰乙酸的反應。
??? 水氧化鐘(water oxidizing clock)?亦稱Kok鐘。是解釋H2O在光合作用中氧化機制的模型。在２０世紀６０年代，法國學者Pieree Joliot發(fā)現(xiàn)， 對預先保持在黑暗狀態(tài)中的葉綠體給予一系列的閃光照明，第一次閃光后沒有O2釋放，第二次有少量O2釋放，第三次則有大量的O2釋放，在第四次閃光后就出現(xiàn)一次高峰。爾后Kok 等人據(jù)此提出了水的氧化機制模型。
??? 問答題
??? 1.如何證實光合作用中釋放的O2來自水？
??? 答：以下三方面的研究可證實光合作用中釋放的O2來自水。
??? (1) 尼爾(C.B.Van Niel)假說?尼爾將細菌光合作用與綠色植物的光合作用加以比較，提出了以下光合作用的通式：
?????????????????? 光
?CO2＋2H2A ————→ (CH2O)＋2A＋H2O
光養(yǎng)生物
??? 這里的H2A代表一種還原劑，可以是H2S、有機酸等，對綠色植物而言，H2A就是H2O，2A就是O2。
??? (2) 希爾反應?希爾(Robert.Hill)發(fā)現(xiàn)在葉綠體懸浮液中加入適當?shù)碾娮邮荏w(如草酸鐵)，照光時可使水分解而釋放氧氣：
??? 這里的H2A代表一種還原劑，可以是H2S、有機酸等，對綠色植物而言，H2A就是H2O，2A就是O2。
??? (2) 希爾反應?希爾(Robert.Hill)發(fā)現(xiàn)在葉綠體懸浮液中加入適當?shù)碾娮邮荏w(如草酸鐵)，照光時可使水分解而釋放氧氣：
光
?? 4Fe3＋＋2H2O——————→ 4Fe2＋＋4H＋＋Ｏ２
破碎的葉綠體
??? 這個反應稱為希爾反應。此反應證明了氧的釋放與CO2還原是兩個不同的過程，O2的釋放來自于水。
??? (3) 18O的標記研究?用氧的穩(wěn)定同位素18O標記H2O或CO2進行光合作用的實驗，發(fā)現(xiàn)當標記物為H218O時，釋放的是18O2，而標記物為C18O2時，在短期內釋放的則是Ｏ2。這清楚地指出光合作用中釋放的Ｏ2來自于H2O。
??? 這個反應稱為希爾反應。此反應證明了氧的釋放與CO2還原是兩個不同的過程，O2的釋放來自于水。
??? (3) 18O的標記研究?用氧的穩(wěn)定同位素18O標記H2O或CO2進行光合作用的實驗，發(fā)現(xiàn)當標記物為H218O時，釋放的是18O2，而標記物為C18O2時，在短期內釋放的則是Ｏ2。這清楚地指出光合作用中釋放的Ｏ2來自于H2O。
????????????????? 光
?CO2＋2H218O——————→ (CH2O)＋18O2＋H2O
??????????????? 光合細胞
??? 2.如何證明光合電子傳遞由兩個光系統(tǒng)參與？
??? 答：以下幾方面的事例可證明光合電子傳遞由兩個光系統(tǒng)參與。
??? ⑴ 紅降現(xiàn)象和雙光增益效應?紅降現(xiàn)象是指用大于680nm的遠紅光照射時，光合作用量子效率急劇下降的現(xiàn)象；而雙光效應是指在用遠紅光照射時補加一點稍短波長的光(例如650nm的光)，量子效率大增的現(xiàn)象，這兩種現(xiàn)象暗示著光合機構中存在著兩個光系統(tǒng)，一個能吸收長波長的遠紅光，而另一個只能吸收稍短波長的光。
??? ⑵ 光合放氧的量子需要量大于８?從理論上講一個量子引起一個分子激發(fā)，放出一個電子，那么釋放一個O2，傳遞4個電子只需吸收4個量子(2H2O→4H＋＋4e＋Ｏ２↑)而實際測得光合放氧的最低量子需要量為8～12。這也證實了光合作用中電子傳遞要經(jīng)過兩個光系統(tǒng)，有兩次光化學反應。
?? ⑶ 類囊體膜上存在PSⅠ和PSⅡ色素蛋白復合體?現(xiàn)在已經(jīng)用電鏡觀察到類囊體膜上存在PSⅠ和PSⅡ顆粒，能從葉綠體中分離出PSⅠ和PSⅡ色素蛋白復合體，在體外進行光化學反應與電子傳遞，并證實PSⅠ與NADP+的還原有關，而PSⅡ與水的光解放氧有關。
?? 3. 光對CO2同化有哪些調節(jié)作用？
??? 答：(1) 光通過光反應對CO2同化提供同化力。
??? (2) 調節(jié)著光合酶的活性?C3循環(huán)中的Rubisco、PGAK、GAPDH、FBPase，SBPase，Ru5PK都是光調節(jié)酶。光下這些酶活性提高，暗中活性降低或喪失。光對酶活性的調節(jié)大體可分為兩種情況，一種是通過改變微環(huán)境調節(jié)，即光驅動的電子傳遞使H+向類囊體腔轉移，Mg2+則從類囊體腔轉移至基質，引起葉綠體基質的pH從7上升到8，Mg2+濃度增加。較高的pH與Mg2+濃度使Rubisco等光合酶活化。另一種是通過產(chǎn)生效應物調節(jié)，即通過Fd-Td(鐵氧還蛋白-硫氧還蛋白)系統(tǒng)調節(jié)。FBPase、GAPDH、Ru5PK等酶中含有二硫鍵(－S－S－)，當被還原為2個巰基(－SH)時表現(xiàn)活性。光驅動的電子傳遞能使基質中Fd還原，進而使Td還原，被還原的Td又使FBPase和Ru5PK等酶的相鄰半胱氨酸上的二硫鍵打開變成2個巰基，酶被活化。在暗中則相反，巰基氧化形成二硫鍵，酶失活。
??? 4.為什么C4植物的光呼吸速率低？
??? 答：(1) 維管束鞘細胞中有高的CO2濃度?C4植物的光呼吸代謝是發(fā)生在BSC中，由于C4途徑的脫羧使BSC中CO2濃度提高，這就促進了Rubisco的羧化反應，抑制了Rubisco 的加氧反應。
??? (2) PEPC對CO2的親和力高?由于C4植物葉肉細胞中的PEPC對CO2的親和力高， 即使BSC中有光呼吸的CO2釋放，CO2在未釋放出葉片前也會被葉肉細胞中的PEPC再固定。
??? 2.如何證明光合電子傳遞由兩個光系統(tǒng)參與？
??? 答：以下幾方面的事例可證明光合電子傳遞由兩個光系統(tǒng)參與。
??? ⑴ 紅降現(xiàn)象和雙光增益效應?紅降現(xiàn)象是指用大于680nm的遠紅光照射時，光合作用量子效率急劇下降的現(xiàn)象；而雙光效應是指在用遠紅光照射時補加一點稍短波長的光(例如650nm的光)，量子效率大增的現(xiàn)象，這兩種現(xiàn)象暗示著光合機構中存在著兩個光系統(tǒng)，一個能吸收長波長的遠紅光，而另一個只能吸收稍短波長的光。
??? ⑵ 光合放氧的量子需要量大于８?從理論上講一個量子引起一個分子激發(fā)，放出一個電子，那么釋放一個O2，傳遞4個電子只需吸收4個量子(2H2O→4H＋＋4e＋Ｏ２↑)而實際測得光合放氧的最低量子需要量為8～12。這也證實了光合作用中電子傳遞要經(jīng)過兩個光系統(tǒng)，有兩次光化學反應。
?? ⑶ 類囊體膜上存在PSⅠ和PSⅡ色素蛋白復合體?現(xiàn)在已經(jīng)用電鏡觀察到類囊體膜上存在PSⅠ和PSⅡ顆粒，能從葉綠體中分離出PSⅠ和PSⅡ色素蛋白復合體，在體外進行光化學反應與電子傳遞，并證實PSⅠ與NADP+的還原有關，而PSⅡ與水的光解放氧有關。
?? 3. 光對CO2同化有哪些調節(jié)作用？
??? 答：(1) 光通過光反應對CO2同化提供同化力。
??? (2) 調節(jié)著光合酶的活性?C3循環(huán)中的Rubisco、PGAK、GAPDH、FBPase，SBPase，Ru5PK都是光調節(jié)酶。光下這些酶活性提高，暗中活性降低或喪失。光對酶活性的調節(jié)大體可分為兩種情況，一種是通過改變微環(huán)境調節(jié)，即光驅動的電子傳遞使H+向類囊體腔轉移，Mg2+則從類囊體腔轉移至基質，引起葉綠體基質的pH從7上升到8，Mg2+濃度增加。較高的pH與Mg2+濃度使Rubisco等光合酶活化。另一種是通過產(chǎn)生效應物調節(jié)，即通過Fd-Td(鐵氧還蛋白-硫氧還蛋白)系統(tǒng)調節(jié)。FBPase、GAPDH、Ru5PK等酶中含有二硫鍵(－S－S－)，當被還原為2個巰基(－SH)時表現(xiàn)活性。光驅動的電子傳遞能使基質中Fd還原，進而使Td還原，被還原的Td又使FBPase和Ru5PK等酶的相鄰半胱氨酸上的二硫鍵打開變成2個巰基，酶被活化。在暗中則相反，巰基氧化形成二硫鍵，酶失活。
??? 4.為什么C4植物的光呼吸速率低？
??? 答：(1) 維管束鞘細胞中有高的CO2濃度?C4植物的光呼吸代謝是發(fā)生在BSC中，由于C4途徑的脫羧使BSC中CO2濃度提高，這就促進了Rubisco的羧化反應，抑制了Rubisco 的加氧反應。
??? (2) PEPC對CO2的親和力高?由于C4植物葉肉細胞中的PEPC對CO2的親和力高， 即使BSC中有光呼吸的CO2釋放，CO2在未釋放出葉片前也會被葉肉細胞中的PEPC再固定。
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