1、光合作用(二)及答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、B简答题/B(总题数：26，分数：52.00)1.简述影响叶绿素生物合成的外界因素。（分数：2.00）_2.简述叶绿素的存在形式及特点。（分数：2.00）_3.根据叶绿体类囊体膜上光合蛋白复合体的空间分布说明光合光反应的过程。（分数：2.00）_4.什么是希尔反应?希尔反应有何意义?（分数：2.00）_5.什么是光反应的同化力?光反应的同化力是如何形成的?又是如何被利用的?（分数：2.00）_6.在缺乏 CO2的情况下，对绿色叶片照光能观察到荧光，在供给 CO2的情况下。荧光立即猝灭。试解释其原因。（分数：2.00）_7.
2、简要分析捕光色素蛋白 LHC的分布和功能。（分数：2.00）_8.在植物体中存在哪两类光反应中心?简述其异同点。（分数：2.00）_9.细胞色素 b6/f复合体是如何使质子进行跨膜转移的?（分数：2.00）_10.什么是光能分配的状态和状态?植物如何实现光能在两个光系统间的平衡分配?（分数：2.00）_11.简述光合磷酸化的类型及特点。（分数：2.00）_12.简述光合作用的光反应及碳还原反应的基本过程。（分数：2.00）_13.卡尔文循环中的主要酶促反应及其生理意义是什么?（分数：2.00）_14.说明 Rubisco的特点及其对光合作用的重要性。（分数：2.00）_15.简要说明光对光合酶
3、的调节及其意义。（分数：2.00）_16.光呼吸有什么特点?说明 C2循环和 C3循环的关系。（分数：2.00）_17.试简要分析 C4植物 Rubisco与 PEPC的定位及功能之间的关系。（分数：2.00）_18.在植物细胞中，蔗糖和淀粉是怎样合成的?（分数：2.00）_19.简述景天科植物在光合作用中的碳固定途径及其适应意义。（分数：2.00）_20.光补偿点、光饱和点、CO 2补偿点、CO 2饱和点的知识在生产实践中有何应用?（分数：2.00）_21.冬季在温室中栽培蔬菜，采取哪些农业措施来提高其光合速率?（分数：2.00）_22.试简要分析比较 C3、C 4、CIAM 植物的光合特性
4、特征。（分数：2.00）_23.从光合作用机理上看 C4植物和 C3植物各有何特点?把 C4植物称为“高光效植物”是否合理。为什么?（分数：2.00）_24.比较光呼吸与线粒体呼吸。（分数：2.00）_25.请绘出一般植物光合作用光强曲线图并加以说明。（分数：2.00）_26.什么是光抑制?光抑制产生的原因是什么?（分数：2.00）_二、B实验题/B(总题数：12，分数：24.00)27.怎样证明 C4途径中 CO2受体是 RuBP及 CO2固定后的第一个产物是 3-PGA?（分数：2.00）_28.请设计实验证明光合作用释放的 O2是来自 H2O而不是来自 CO2。（分数：2.00）_29.
5、举例说明光呼吸的测定方法和原理。（分数：2.00）_30.研磨提取叶绿素时加入石英砂和 CaCO3的作用分别是什么?（分数：2.00）_31.举出 3种测定光合速率的方法，并简述其原理及优缺点。（分数：2.00）_32.叶绿素 a、叶绿素 b定量测定时为什么在红光区选用最大吸收峰?测定时所选用的两种波长分别是什么?（分数：2.00）_33.设计实验证实 CO2同化场所是叶绿体的基质。（分数：2.00）_34.用实验证明 C3植物比 C4植物的 CO2补偿点高。（分数：2.00）_35.用不含水的有机溶剂如无水乙醇提取植物材料特别是干材料的叶绿体色素往往效果不佳，为什么?（分数：2.00）_36
6、.设计实验证明光合作用的存在。（分数：2.00）_37.叶绿体色素的取代反应和皂化反应能反映色素分子的哪些性质?怎样才能观察到叶绿素的荧光现象?（分数：2.00）_38.试用实验证明叶绿体是光合作用的细胞器。（分数：2.00）_三、B分析论述题/B(总题数：6，分数：24.00)39.论述光对光合作用的影响。（分数：4.00）_40.试述作物光能利用率低的原因及提高作物光能利用率的途径。（分数：4.00）_41.试从光合作用机理来讨论影响光合作用的各种环境因子及各因子间的相互关系。（分数：4.00）_42.试分析矿质元素和光合作用速率的关系。如何做到合理施肥提高作物产量?（分数：4.00）_4
7、3.试从光合作用的角度简要分析影响作物经济产量的因素。（分数：4.00）_44.试述叶绿体的结构与功能的关系。（分数：4.00）_光合作用(二)答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、B简答题/B(总题数：26，分数：52.00)1.简述影响叶绿素生物合成的外界因素。（分数：2.00）_正确答案：(1)光：光是影响叶绿素形成的主要条件，因为从原叶绿素酸酯转变为叶绿素酸酯需要光。但光过强，叶绿素受光氧化而破坏。 (2)温度：叶绿素的生物合成是一系列酶促反应，受温度影响。叶绿素形成的最低温度约 2，最适温度约 30，最高温度约 40。 (3)营养元素：叶绿素的形成必须有一定的营养元
8、素。氮和镁是叶绿素的组成成分，铁、锰、铜、锌等在叶绿素的生物合成过程中有催化功能或其他间接作用。 (4)氧：缺氧能引起 Mg-原卟啉或 Mg-原卟啉甲酯的积累，影响叶绿素的合成。 (5)水：缺水不但影响叶绿素生物合成，而且还促使原有叶绿素加速分解，所以干旱时叶片呈黄褐色。)解析：2.简述叶绿素的存在形式及特点。（分数：2.00）_正确答案：(叶绿体中的叶绿素都位于类囊体膜上，叶绿素都以非共价键排列在特定的蛋白质上，以叶绿素蛋白复合体形式存在。根据色素蛋白所含的叶绿素将叶绿素蛋白复合体分为两类：叶绿素 a蛋白复合体和叶绿素 a/b蛋白复合体。 (1)叶绿素 a蛋白复合体的特点：含有叶绿素 a和
9、-胡萝卜素；为高疏水性蛋白，与反应中心紧密联系；分子质量一般高于叶绿素 a/b蛋白复合体；都是叶绿体基因编码的蛋白。叶绿素 a蛋白复合体是 PS和 PS的重要组分。 (2)叶绿素 a/b蛋白复合体的特点：含有叶绿素 a和叶绿素 b；分子质量为 2030ku，由核基因编码；光诱导合成，在黑暗中生长的植物缺失 a/b蛋白复合体，在光下合成；叶绿素 a/b蛋白复合体具有某些共同的氨基酸序列，在结构上有共性。叶绿素 a/b蛋白复合体又称为捕光色素蛋白复合体。)解析：3.根据叶绿体类囊体膜上光合蛋白复合体的空间分布说明光合光反应的过程。（分数：2.00）_正确答案：(PS主要集中在垛叠的基粒类囊体膜上，
10、而 PS和 ATP合酶则主要分布于基质类囊体膜上或者基粒类囊体的边缘。Cyt b 6/f蛋白复合物在类囊体的膜上分布较为均匀(见下图)。因此光合作用的两个光反应系统在空间上是分离的，PS反应中心色素吸收 680nm的红光，产生强氧化剂氧化水，释放电子和质子；PS反应中心色素吸收 700nm的远红光，产生强还原剂使 NADP+还原。这两个光反应系统通过一系列的电子传递体串接起来进行电子传递，最终形成 NADPH，在电子传递的同时形成跨类囊体膜的质子电动势，用于 ATP的合成。*)解析：4.什么是希尔反应?希尔反应有何意义?（分数：2.00）_正确答案：(离体叶绿体加入具有适当氢接受体的水溶液中，
11、在光下进行光解，并放出氧的反应，称希尔反应。这一发现使光合作用机理的研究进入一个新阶段，首次应用细胞器研究光合电子传递，并初步证明了光合作用释放的氧来源于水。)解析：5.什么是光反应的同化力?光反应的同化力是如何形成的?又是如何被利用的?（分数：2.00）_正确答案：(植物通过光合电子传递，产生 ATP和 NADPH，ATP 和 NADPH被用于 CO2的同化。过程，因此，ATP和 NADPH被称为同化力。两个光反应系统通过一系列的电子传递体串接起来进行电子传递，最终形成NADPH，在电子传递的同时形成跨类囊体膜的质子电动势。在这个梯度的驱动下，促使 ADP和 Pi合成ATP。所形成的 NAD
12、PH和 ATP将用于还。原 CO2产生有机物。)解析：6.在缺乏 CO2的情况下，对绿色叶片照光能观察到荧光，在供给 CO2的情况下。荧光立即猝灭。试解释其原因。（分数：2.00）_正确答案：(激发态的叶绿素分子处于能量不稳定的状态，会发生能量转变，或用于光合作用，或用于发热、发射荧光与磷光。荧光即是激发态的叶绿素分子以光子的形式释放能量的过程。在缺乏 CO2的情况下，光反应形成的同化力不能用于光合碳同化，故光合作用被抑制，叶片中被光激发的叶绿素分子较多以荧光的方式退激。所以，在缺乏 CO2的情况下，给绿色叶片照光能观察到荧光。当供给 CO2时，被叶吸收的光能大部分用于光合作用，荧光猝灭。)解
13、析：7.简要分析捕光色素蛋白 LHC的分布和功能。（分数：2.00）_正确答案：(捕光色素蛋白 LHC是 PS的一个亚单位，是 PS的主要天线，主要分布在类囊体的垛叠区(见下图)。*LHC的主要功能是进行光能的吸收和传递，提高捕光面积和捕光效率。LHC在光能分配的调节以及光保护反应中也具有重要的作用。)解析：8.在植物体中存在哪两类光反应中心?简述其异同点。（分数：2.00）_正确答案：(两个光反应系统，即 PS和 PS。 PS和 PS具有一些共同的特点：它们的核心都是由两条对称的多肽组成，都利用“特殊对”的叶绿素 a分子作为反应中心色素分子(原初电子供体)。它们的原初电子受体是一个叶绿素或去
14、镁叶绿素分子，说明这两个光反应中心可能有共同的进化来源： PS和PS也有不同：PS的反应中心色素分子是 P680，原初电子受体是 Pheo，最终电子受体是质醌(plastoquinone，PQ)，最终电子供体是水。而 PS的反应中心色素分子是 P700，原初电子受体是 Ao，最终电子受体是铁氧还蛋白(ferredoxin，Fd)，最终电子供体是 PC。)解析：9.细胞色素 b6/f复合体是如何使质子进行跨膜转移的?（分数：2.00）_正确答案：(细胞色素 b6/f复合体催化 PQH2的氧化和 PC的还原，即将电子从 PQH2传递到 PC。一分子PQH2传递 2个电子和 2个质子，而 PC只传递
15、电子不传递质子，因此细胞色素 b6/f复合体在 PQH2向 PC传递电子的过程中，一部分自由能被细胞色素 b6/f复合体转变为质子的驱动力，把质子从基质中跨膜转移到类囊体腔中，形成跨膜的质子梯度。在这个梯度的驱动下，质子穿过内膜上的 ATP合酶流回到基质，其能量促使 ADP和 Pi合成 ATP。)解析：10.什么是光能分配的状态和状态?植物如何实现光能在两个光系统间的平衡分配?（分数：2.00）_正确答案：(将激发能向 PS分配比例增加的状态称为“状态”，将激发能向 PS分配比例增加的状态称之为“状态”。 (1)阳离子对光能分配状态的诱导作用：提高体外阳离子(如镁离子)浓度，PS的荧光强度增加
16、而 PS荧光强度降低，表明阳离子使激发能向 PS的分配增加而向 PS的分配减少。 (2)光能分配的磷酸化调节： 光能分配的 LHC磷酸化/脱磷酸化调节机制：当 PS被光能优先激发时，PQ被还原，PQ 的还原使 LHC激酶活化，引起 LHC磷酸化，导致状态转变为状态，有利于光能向 PS分配；反之，导致状态转变为状态，有利于光能向 PS分配。 “天线移动”假说：捕光的天线色素蛋白 LHC磷酸化后，会从 PS分布的基粒类囊体的垛叠区向 PS分布的非垛叠区移动，扩大了 PS的捕光面积，使吸收的光能更多地向 PS分配；当 LHC脱磷酸化后，则向基粒类囊体垛叠区移动，使吸收的光能更多地向 PS分配。)解析
17、：11.简述光合磷酸化的类型及特点。（分数：2.00）_正确答案：(光合磷酸化一般可分为非循环光合磷酸化和循环光合磷酸化。(1)非循环光合磷酸化：与非循环式电子传递链相偶联产生 ATP的反应。在 PS放氧复合体(OEC)处水裂解后，把 H+释放到类囊体腔内，把电子传递到 PS。在传递电子的同时，伴随着类囊体外侧的 H+转移到腔内，由此形成了跨膜的 H+浓度差，引起了 ATP的形成，同时有 O2的释放和 NADPH的产生(图 1)。在这个过程中，电子传递是一个开放的通路，所以称为非循环光合磷酸化。非循环光合磷酸化在基粒片层中进行，是光合磷酸化的主要形式。*图 1 非循环式电子传递链(Raven
18、et al，2005)(2)循环光合磷酸化：与循环式电子传递链相偶联产生 ATP的反应。PS产生的电子经过一些传递体传递后，伴随形成腔内外 H+浓度差，只引起 ATP的形成，而不释放 O2，也没有 NADPH的产生(图 2)。这个过程中，电子传递是一个闭合的回路，所以称为循环光合磷酸化。循环光合磷酸化在基质片层内进行，在植物体内可能起着补充 ATP不足的作用。*图 2 循环式电子传递链(Raven et al，2005)非循环光合磷酸化被 DCMU所抑制，而循环光合磷酸化不被 DCMU所抑制。)解析：12.简述光合作用的光反应及碳还原反应的基本过程。（分数：2.00）_正确答案：(光合作用的光
19、反应是在叶绿体的类囊体膜上进行的，可分为原初反应、水的光解和光合电子传递、光合磷酸化。其产物除释放氧外，还形成高能化合物 ATP和 NADPH，两者合称为同化力，光能积累在同化力中。光合作用的碳还原反应是指 CO2的固定和还原，这一过程是在叶绿体的间质中进行的，可分为 CO2的固定、初产物的还原、光合产物的形成和 CO2受体 RuBP的再生。光反应形成的同化力即用于 CO2固定后的初产物还原，叶绿体中的光合产物主要以磷酸丙糖的形式在叶绿体中形成淀粉或运到细胞质中转化成蔗糖。)解析：13.卡尔文循环中的主要酶促反应及其生理意义是什么?（分数：2.00）_正确答案：(1)Rubisco 催化 Ru
20、BP与 CO2起羧化反应，推动 C3循环，它所催化的羧化反应是光合作用中最基本的碳还原反应。(2)3-磷酸甘油酸激酶催化 3-PGA的磷酸化反应形成 1,3-二磷酸甘油酸，再由 NADP-甘油醛-3-磷酸脱氢酶催化形成 3-磷酸甘油醛(GAP)。磷酸丙糖是叶绿体中光合碳同化的重要产物。至此，3-PGA 被还原为糖，光合作用光反应中形成的 ATP与 NADPH携带的能量转贮于碳水化合物中。(3)叶绿体中需保持 RuBP不断再生去接受 CO2，卡尔文循环才得以继续。经羧化反应和还原反应形成的GAP经过一系列反应转化，形成核酮糖-5-磷酸(Ru5P)，最后由核酮糖-5-磷酸激酶催化，消耗 ATP，再
21、形成 RuBP。)解析：14.说明 Rubisco的特点及其对光合作用的重要性。（分数：2.00）_正确答案：(Rubisco 具有双重催化作用。在光合作用中，Rubisco 催化 RuBP的羧化反应，固定 CO2，形成 3-磷酸甘油酸。在光呼吸中，Rubisco 催化 RuBP的加氧反应，产生的磷酸乙醇酸被磷酸酶催化脱去磷酸而生成乙醇酸。在 CO2/O2比值高的条件下，Rubisco 的加氧活性被抑制，催化羧化反应，进行碳同化；当 CO2/O2比值降低时，Rubi8CO 的加氧活性表现出来，进行光呼吸。Rubisco的羧化酶活性和加氧酶活性取决于 CO2/O2比值，当大气中 CO2/O2比值
22、降低时，Rubisco 的加氧活性表现出来，进行光呼吸，消耗光合产物，特别是 C3植物光呼吸消耗严重，所以如何降低其加氧酶活性以减少光合产物的消耗成为研究的热点。)解析：15.简要说明光对光合酶的调节及其意义。（分数：2.00）_正确答案：(C 3循环中的 Rubisco、GAPDH、FBPase、SBPase 以及 Ru5PK等都是光调节酶。光对酶活性的调节至少通过两种方式：一是提供还原力(ATP 和 NADPH)和活化因子(包括光合电子传递链的还原性组分等)使酶活化；二是光通过调节叶绿体间质环境而使酶活性增强。参与光合碳同化、受光调节的酶在暗中呈钝化态，叶绿体受光后随着光合电子传递，偶联形
23、成 ATP和NADPH，同时使光合电子传递链的组分如 Fd-Td(铁氧还蛋白-硫氧还蛋白)被还原，使暗中呈钝化态的酶(氧化态)被还原而活化。这个系统由铁氧还蛋白、铁氧还蛋白-硫氧还蛋白还原酶以及硫氧还蛋白组成，硫氧还蛋白中的硫氢基氧化态(SS)与还原态(SH)在光暗下发生可逆变化，当 PS受光激发时，酶中的SS被铁氧还蛋白-硫氧还蛋白还原酶催化还原成SH，导致酶活化。另外，叶绿体受光后，光驱动的电子传递使 H+向类囊体转移，Mg 2+则从类囊体腔转移至基质，引起叶绿体基质的 pH值从 7上升到 8，Mg 2+浓度增加。较高的 pH值与 Mg2+浓度时 Rubisco等光合酶活化。)解析：16.
24、光呼吸有什么特点?说明 C2循环和 C3循环的关系。（分数：2.00）_正确答案：(植物的绿色细胞在光照下不仅进行 CO2的同化，而且存在依赖光的吸收 O2和释放 CO2的反应，被称为光呼吸。光呼吸碳氧化循环是在叶绿体、过氧化物体和线粒体中进行的。在光呼吸碳氧化循环中，乙醇酸、乙醛酸、甘氨酸等均为二碳化合物，因此，光呼吸碳氧化循环又称为 C2循环。C2循环和 C3循环即 RuBP的羧化或加氧间的竞争与大气中 CO2/O2比值的高低有关，CO 2/O2比值高的条件下，Rubisco的加氧活性被抑制，主要进行 C3循环；当大气中 CO2/O2比值降低时，Rubisco 加氧活性表现出来，进行 C2
25、循环。)解析：17.试简要分析 C4植物 Rubisco与 PEPC的定位及功能之间的关系。（分数：2.00）_正确答案：(Rubisco 含量丰富，存在于 C4植物维管束鞘细胞的叶绿体基质中。与叶肉细胞叶绿体相比，维管束鞘细胞中含有较大的叶绿体，其中的基粒垛叠较少，还有丰富的线粒体等其他细胞器，维管束鞘细胞与叶肉细胞间存在大量胞间连丝，有利于光合产物的转运。Rubisco 具有双重催化活性，既催化 RuBP的羧化反应，形成 3-磷酸甘油酸；又催化 RuBP的加氧反应，产生磷酸乙醇酸。PEPC存在于叶肉细胞中，叶肉细胞的 CO2首先在细胞质中被碳酸酐酶催化形成*，再在 PEPC催化下，被磷酸烯
26、醇式丙酮酸(PEP)接受而羧化，形成草酰乙酸(OAA)。OAA 进一步形成苹果酸或天冬氨酸进入维管束鞘细胞，在维管束鞘细胞脱羧释放 CO2被 Rubisco进一步固定。由于 PEPC对 CO2亲和力强，可以迅速固定CO2运到维管束鞘细胞，起到 CO2泵的作用，增加了维管束鞘细胞的浓度，促进 Rubisco的羧化活性。)解析：18.在植物细胞中，蔗糖和淀粉是怎样合成的?（分数：2.00）_正确答案：(蔗糖和淀粉由卡尔文循环中产生的磷酸丙糖转化合成。 光合作用中，在叶绿体基质中形成的磷酸丙糖经叶绿体被膜上的磷酸转运器与无机磷交换进入细胞质，磷酸二羟丙酮与磷酸甘油醛在醛缩酶催化下形成果糖-1,6-二
27、磷酸，由果糖-1,6-二磷酸酯酶催化水解形成果糖-6-磷酸，再由磷酸葡萄糖异构酶与变位酶催化形成葡萄糖-6-磷酸与葡萄糖-1-磷酸。在 UDPG焦磷酸化酶催化下，形成 UDPG和焦磷酸。UDPG是葡萄糖的转移体，可将葡萄糖转移到 F-6-P上，形成蔗糖。 在叶绿体中，当磷酸丙糖输出减慢而积累时，在醛缩酶催化下，生成 F-1,6-P，再脱磷酸成为 F-6-P，后转化为 G-6-P和 G-1-P。由 ADPG焦磷酸化酶催化形成作为葡萄糖供体的 ADPG，再由淀粉合酶催化 ADPG分子中的葡萄糖转移到(14)葡聚糖引物的非还原末端，如此不断延长而形成长链的直链淀粉。支链淀粉是由分支酶催化形成 -1，
28、6-糖苷键的分支葡聚糖链，其分子质量可不断增大，贮存更多的能量。-1，6-糖苷键的导入使分子的非还原性末端增加，也有利于 ADPG焦磷酸化酶和淀粉合酶催化的反应，使之合成更多的淀粉。)解析：19.简述景天科植物在光合作用中的碳固定途径及其适应意义。（分数：2.00）_正确答案：(夜间气孔张开，CO 2进入叶肉细胞，在细胞质中，由 PEPC催化，迅速发生羧化反应，PEP 与*结合生成草酰乙酸；并在 NADP-苹果酸脱氢酶催化下，将草酰乙酸还原为苹果酸，大量苹果酸暂时贮存在叶肉细胞的大液泡中，此时叶片酸化，并维持较低的渗透势以保存水分。白天气孔关闭，夜间贮存的苹果酸从液泡转移到细胞质中，被 NAD
29、P-苹果酸酶催化脱羧，或由羧激酶催化 OAA脱羧。释放 CO2进入叶绿体，在卡尔文循环中得以再固定。意义：CAM 植物白天气孔关闭，当夜间温度降低、相对湿度升高时气孔才开放，保存水分、提高水分利用效率，以适应高温干旱的生态环境。)解析：20.光补偿点、光饱和点、CO 2补偿点、CO 2饱和点的知识在生产实践中有何应用?（分数：2.00）_正确答案：(植物的光补偿点和光饱和点显示了植物叶片对强光和弱光的利用能力，代表了植物的需光特性。在选用某地区栽培作物品种及正确选择间种、套作的作物以及林带树种搭配方面，在决定作物的密植程度方面有重要的参考价值，可考虑如何降低作物的光补偿点，而提高作物的光饱和点
30、，以最大限度地利用日光能。一般 C4植物的 CO2饱和点和 CO2补偿点比 C3植物低。因此，在低 CO2浓度时，C 4植物的光合效率高于 C3植物。在温度升高、光照较弱、水分亏缺等条件下，CO 2补偿点上升，光合作用下降。在温室栽培中，加强通风、增施 CO2可防止植物出现 CO2“饥饿”；在大田生产中，增施有机肥，经土壤微生物分解释放 CO2，能有效地提高作物的光合效率。)解析：21.冬季在温室中栽培蔬菜，采取哪些农业措施来提高其光合速率?（分数：2.00）_正确答案：(在冬季温室中光合作用的主要限制因素有温度和 CO2等，通常采用以下措施提高其光合速率。(1)温度要适宜。温度低时，光合酶活性低，CO 2同化减慢，淀粉与蔗糖的合成减少，对磷酸丙糖的需求量下降，进入叶绿体的无机磷酸减少，同化力的合成受到限制。温度高时，由于呼吸作用的最适温度比光合作用的高，当光合作用
