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2011考研農(nóng)學(xué)植物的光合作用名詞解釋_跨考網(wǎng)

最后更新時(shí)間:2011-01-06 03:50:53
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名詞解釋

??? 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(gè)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(gè)O分子所需要的葉綠素?cái)?shù)目,測(cè)定值為2500chl/O。若以吸收1個(gè)光量子計(jì)算,光合單位為300個(gè)葉綠素分子;若以傳遞1個(gè)電子計(jì)算,光合單位為600個(gè)葉綠素分子。而現(xiàn)在把存在于類囊體膜上能進(jìn)行完整光反應(yīng)的最小結(jié)構(gòu)單位稱為光合單位。它應(yīng)是包括兩個(gè)反應(yīng)中心的約600個(gè)葉綠素分子(300×2)以及連結(jié)這兩個(gè)反應(yīng)中心的光合電子傳遞鏈。它能獨(dú)立地捕集光能,導(dǎo)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?yàn)楣夂献饔玫墓夥磻?yīng)是在葉綠體中的類囊體膜上進(jìn)行的。

??? 光系統(tǒng)Ⅰ(photosystem Ⅰ)縮寫為PSⅠ,高等植物的PSⅠ由反應(yīng)中心、LHCⅠ、鐵硫蛋白、Fd、FNR等組成。PSⅠ的生理功能是吸收光能,進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生強(qiáng)的還原劑,用于還原NADP+,實(shí)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(fù)合體,它由聚光色素復(fù)合體Ⅱ、中心天線、反應(yīng)中心、放氧復(fù)合體、細(xì)胞色素和多種輔助因子組成。PSⅡ的生理功能是吸收光能,進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生強(qiáng)的氧化劑,使水裂解釋放氧氣,并把水中的電子傳至質(zhì)體醌。

??? 光抑制(photoinhibition)?當(dāng)光合機(jī)構(gòu)接受的光能超過它所能利用的量時(shí),光會(huì)引起光合效率的降低,這個(gè)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(shí)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(shí),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(shí)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(shí),處在三線態(tài)的葉綠素分子回至基態(tài)時(shí)所發(fā)出的光稱為磷光。

??? 反應(yīng)中心(reaction center)?發(fā)生原初反應(yīng)的最小單位,它是由反應(yīng)中心色素分子、原初電子受體、次級(jí)電子受體與次級(jí)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(zhì)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(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中,催化PEP與HCO-3形成草酰乙酸的反應(yīng)。

??? 水氧化鐘(water oxidizing clock)?亦稱Kok鐘。是解釋H2O在光合作用中氧化機(jī)制的模型。在20世紀(jì)60年代,法國學(xué)者Pieree Joliot發(fā)現(xiàn), 對(duì)預(yù)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(jī)制模型。

??? 問答題


??? 1.如何證實(shí)光合作用中釋放的O2來自水?

??? 答:以下三方面的研究可證實(shí)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(xì)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(jī)酸等,對(duì)綠色植物而言,H2A就是H2O,2A就是O2。

??? (2) 希爾反應(yīng)?希爾(Robert.Hill)發(fā)現(xiàn)在葉綠體懸浮液中加入適當(dāng)?shù)碾娮邮荏w(如草酸鐵),照光時(shí)可使水分解而釋放氧氣:
?? 4Fe3+2H2O——————→ 4Fe2+4H+O
破碎的葉綠體

??? 這個(gè)反應(yīng)稱為希爾反應(yīng)。此反應(yīng)證明了氧的釋放與CO2還原是兩個(gè)不同的過程,O2的釋放來自于水。

??? (3) 18O的標(biāo)記研究?用氧的穩(wěn)定同位素18O標(biāo)記H2O或CO2進(jìn)行光合作用的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)當(dāng)標(biāo)記物為H218O時(shí),釋放的是18O2,而標(biāo)記物為C18O2時(shí),在短期內(nèi)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(xì)胞

??? 2.如何證明光合電子傳遞由兩個(gè)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(gè)光系統(tǒng)參與。

??? ⑴ 紅降現(xiàn)象和雙光增益效應(yīng)?紅降現(xiàn)象是指用大于680nm的遠(yuǎn)紅光照射時(shí),光合作用量子效率急劇下降的現(xiàn)象;而雙光效應(yīng)是指在用遠(yuǎn)紅光照射時(shí)補(bǔ)加一點(diǎn)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(jī)構(gòu)中存在著兩個(gè)光系統(tǒng),一個(gè)能吸收長波長的遠(yuǎn)紅光,而另一個(gè)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(gè)量子引起一個(gè)分子激發(fā),放出一個(gè)電子,那么釋放一個(gè)O2,傳遞4個(gè)電子只需吸收4個(gè)量子(2H2O→4H+4e+O↑)而實(shí)際測(cè)得光合放氧的最低量子需要量為8~12。這也證實(shí)了光合作用中電子傳遞要經(jīng)過兩個(gè)光系統(tǒng),有兩次光化學(xué)反應(yīng)。

?? ⑶ 類囊體膜上存在PSⅠ和PSⅡ色素蛋白復(fù)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(fù)合體,在體外進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)與電子傳遞,并證實(shí)PSⅠ與NADP+的還原有關(guān),而PSⅡ與水的光解放氧有關(guān)。

?? 3. 光對(duì)CO2同化有哪些調(diào)節(jié)作用?

??? 答:(1) 光通過光反應(yīng)對(duì)CO2同化提供同化力。

??? (2) 調(diào)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(diào)節(jié)酶。光下這些酶活性提高,暗中活性降低或喪失。光對(duì)酶活性的調(diào)節(jié)大體可分為兩種情況,一種是通過改變微環(huán)境調(diào)節(jié),即光驅(qū)動(dòng)的電子傳遞使H+向類囊體腔轉(zhuǎn)移,Mg2+則從類囊體腔轉(zhuǎn)移至基質(zhì),引起葉綠體基質(zhì)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(yīng)物調(diào)節(jié),即通過Fd-Td(鐵氧還蛋白-硫氧還蛋白)系統(tǒng)調(diào)節(jié)。FBPase、GAPDH、Ru5PK等酶中含有二硫鍵(-S-S-),當(dāng)被還原為2個(gè)巰基(-SH)時(shí)表現(xiàn)活性。光驅(qū)動(dòng)的電子傳遞能使基質(zhì)中Fd還原,進(jìn)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(gè)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(xì)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(jìn)了Rubisco的羧化反應(yīng),抑制了Rubisco 的加氧反應(yīng)。

??? (2) PEPC對(duì)CO2的親和力高?由于C4植物葉肉細(xì)胞中的PEPC對(duì)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(huì)被葉肉細(xì)胞中的PEPC再固定。

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