5. 说明光对光合酶的调节及其意义。

虽然CO2同化不直接需要光，但由于需要的同化力来自光反应，而且重要的酶都是光活化的，所以在暗中，由于缺乏同化力ATP与NADPH，催化固定CO2的酶不活跃，加之气孔关闭，CO2减少，因而光合作用、包括CO2同化的卡尔文循环不能继续进行。

6. 光呼吸有什么特点？说明C2循环和C3循环的关系。

在光呼吸碳氧化循环中，乙醇酸、乙醛酸、甘氨酸等均为C2化合物，因此，光呼吸碳氧化循环又称为C2循环。rubisco具羧化和加氧双重催化活性， RuBP的羧化或加氧间的竞争使光合碳固定效率降低，所以在叶片中的光合碳代谢实际上是卡尔文循环与光呼吸碳氧化循环整合平衡的结果，卡尔文循环能独立运转，而光呼吸碳氧化循环却依赖于卡尔文循环中RuBP的再生。

两个环间的平衡主要决定于三个因子：rubisco的动力学特性、底物CO2与O2的浓度和温度。rubisco的底物CO2与O2竞争同一活性位点，互为抑制剂，酶催化反应的方向决定于CO2 /O2比值。在提供相同CO2与O2浓度条件下rubisco与CO2的亲和性比与O2的亲和性高几十倍，但是在自然环境空气中，羧化反应仅为加氧反应的3倍，显然，提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。当温度升高时，提高了rubisco与O2的亲和力，O2的吸收增加，表现光呼吸增加

7. 从植物结构与功能的统一来比较C3、C4、CAM植物的光合作用特性。 特性 代表植物 叶片解剖结构 叶绿素a/b 碳同化途径 最初CO2受体 催化CO2羧化反应的酶活性 光合初产物 光呼吸 C3植物 典型的温带植物，小麦，菠菜，大豆，烟草 维管束鞘细胞不发达，内无叶绿体，仅叶肉细胞中一种类型叶绿体。 约3:1 C4植物 典型的热带，亚热带植物，玉米，高粱，甘蔗，苋属 维管束鞘细胞发达，内有叶绿体，具二种不同类型的叶绿体。 CAM植物 典型的旱地植物，仙人掌，兰花，龙舌兰，肉质 维管束鞘细胞不发达，叶肉细胞中有大液泡。 小于3:1 在不同时间的二条途径 暗中PEP；光下RuBP 暗中有高PEPC酶活性； 光下有高rubisco酶活性。 暗中苹果酸；光下PGA 低光呼吸 ～35 同C4植物 ～5，晚上对CO2有高度亲和性 1～3 光照下：150～600； 暗中：80～100, 极耐旱 不一定 变化较大 约4:1 在不同细胞中存在C3和一条C3途径 C4二条途径 细胞质中PEP； RuBP 维管束鞘细胞中 RuBP。 在叶肉细胞中有高酶活性；在维管束高rubisco酶活性 PEPC鞘细胞中有高rubisco活性。 PGA 草酰乙酸?苹果酸 高光呼吸 低光呼吸 较高，约30～47 强光下不易达到光饱和状态 低CO2补偿点（5～10） 25～50 小（250～350） 耐旱 相对快 30～40 光合最适温（℃） 较低，约15～30 1/4～1/2日照强度光饱和点 下饱和 －CO高CO2补偿点（40～2补偿点（l·L1） 70） 光合速率-2（CO10～25 2?mol·m·-1s） 大（450～950） 蒸腾系数及耐旱性 耐旱性弱 光合产物运输速率 相对慢 光合净同化率 ～20 （g·m－2·d－1）

8. 在植物细胞中，蔗糖和淀粉是怎样合成的？

光合作用中，在叶绿体间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（见图7-7），磷酸二羟丙酮与磷酸甘油醛在醛缩酶催化下形成果糖－1,6－二磷酸（F-1,6-P），再由果糖－1,6－二磷酸酯酶催化水解形成果糖－6－磷酸（F-6-P），再在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（G-1-P）。在UDPG焦磷酸化酶（UDP glucose pyrophosphorylase）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。

9. 给出一般植物光合作用光强曲线图并加以说明。

25T??CO2COT???2?20a?T??a??T???15¨|?CO2íˉ￡ìmol m-2s-1?3a1??o105a2??3￥μ?￡¨CO2?üê?￡?CO2êí·?￡§￡°μ1°??ü?ù?ê-502004006008001000üê???a??￡¨|ìmol m-2s-1￡§图中曲线表示，植物在暗中不进行光合作用，可以测得呼吸释放的CO2量，随光强增加，光合速率迅速上升，当达到某一光强，叶片光合速率等于呼吸速率时，即吸收的CO2与

释放的CO2相等，此时测定表观光合速率为零，这时的光强称为光补偿点（light compensation point）。生长在不同环境中的植物光补偿点不同，一般来说，阳生植物光补偿点较高，约为10~20 ?mol·m·s；阴生植物的呼吸速率较低，其光补偿点也低，约为1~5 ?mol·m-2·s-1。所以在光强有限条件下，植物生存适应的一种反应是低光补偿点，即能更充分地利用低强度光。

-2

-1

10. 从光合作用机理上来讨论影响光合作用的各种环境因子。

在农业生产中，当选用一定品种后，光合速率主要受光照、CO2、温度、水分、矿质营养等环境因子的影响。

光对光合作用的影响：阳生植物的叶片厚，栅栏组织细胞长而且层数多，而阴生植物叶片较大且薄。阴生植物叶片叶绿体具有较大的基粒与更多的片层结构；每个反应中心含更多的叶绿素分子，有较高的叶绿素b/a比值；其PSII反应中心与PSI反应中心量为3:1，而阳生植物为2:1。阳生植物叶片叶绿体中含更多的可溶性蛋白，尤其是rubisco和叶黄素循环成份，因而能更充分利用同化化力、有更高的碳同化能力。

光合作用也与光质有关，在可见光谱范围内，不同波长的光的光合量子效率不同。由于叶绿体色素的吸收高峰在红光和兰紫光部分，所以在能量相等时，红光、兰光效率高于黄

绿光。

11. 按功能列出与光合作用有关的矿质元素。

氮素营养状况不同的叶片的光合速率与其Rubisco的活性密切相关；

K+不足时会使Rubisco羧化活性降低。Ca2+直接与光合放O2有关，并且影响气孔的运动。

12. 在生产实践中如何应用光补偿点、光饱和点、CO2补偿点、CO2饱和点的知识？

植物的光补偿点和光饱和点随其它环境条件变化而变化。当CO2浓度增高时，光补偿点降低而光饱和点升高；温度升高时，光补偿点升高。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和需光量，即可利用光的上下限。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。要想提高产量，从光量方面可考虑如何降低作物的光补偿点，而提高作物的光饱和点，以最大限度地利用日光能。

不同植物的CO2饱和点与补偿点不同，特别是C3植物和C4植物有较大的区别。一般C4

植物的CO2饱和点比C3植物低。C4植物的CO2补偿点也比C3植物低（图7-23）。如C3植物小麦的CO2补偿点约为50?l·L左右；而C4植物玉米的CO2补偿点约0-5?l·L。因此，在低CO2浓度时，C4植物的光合效率高于C3植物。为什么C3植物与C4植物的CO2补偿点会有如此大的区别？主要在于他们固定CO2的羧化酶不同，C4植物的PEPC与叶肉细胞胞质中的HCO3

－

-1

-1

的亲和力较高，而且经苹果酸形成而浓缩CO2，降低了维管束鞘细胞中的光呼吸，因而能更充分地利用低浓度CO2进行光合作用，所以CO2补偿点明显低于C3植物。

CO2补偿点也受其它环境因素的影响，在温度升高、光照较弱、水分亏缺等条件下，CO2

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，增加有机肥，经土壤微生物分解释放CO2，能有效地提高作物的光合效率。

13. 冬季在温室中栽培蔬菜，采取哪些农业措施来提高植物的光合速率？

延长照光时间，适当增加光强。

14. 作物光能利用率不高的原因有哪些？怎样提高作物群体光能利率？

第八章 植物的呼吸代谢及能量转换

1、 什么是呼吸作用？测量植物呼吸作用的指标有哪些？

呼吸作用又称为呼吸代谢。植物的呼吸代谢是指植物以碳水化合物为底物，经过呼吸代谢途径降解，产生各种中间产物和能量，供给其他生命活动过程之需要。

呼吸作用的生理指标 呼吸商：呼吸底物在呼吸过程中所释放的CO2的量和吸收的O2的量间的比值称为呼吸商（respiratory quotient，简称R.Q.）：

放出的CO2摩尔数

呼吸商（R.Q.）＝—————————— ???????????? 8.2 吸收的O2摩尔数

呼吸强度又称呼吸速率（respiratory rate），是指单位重量的呼吸材料，在单位时间内进行呼吸所消耗的O2或释放的CO2数量。

2、 植物如何进行淀粉和蔗糖的降解？

淀粉水解为葡萄糖过程涉及多种酶的催化，其中最主要有三种酶，即?-淀粉酶、?-淀粉酶和淀粉磷酸解酶。只有?-淀粉酶可以作用于完整的淀粉粒。?-淀粉酶随机地作用于直链淀粉和枝链淀粉的1,4-键使淀粉粒分解。对于直链淀粉?-淀粉酶可以将其最终水解为含有两个葡萄糖的麦芽糖。?-淀粉酶作用于淀粉的非还原端将淀粉水解为?-麦芽糖。

淀粉磷酸解酶从淀粉的非还原端开始分解淀粉，产生葡萄糖-1-磷酸。

枝链淀粉的分枝是由各种去分枝酶（debranching enzyme）进行水解的。主要有三类：枝链淀粉酶（pullulanase）、异构淀酶（isoamylase）和限制性糊精酶（limit dextrinase）经这些酶作用脱去分支的淀粉可以进一步被淀粉酶或淀粉磷酸解酶分解。淀粉水解产生的麦芽糖经麦芽糖酶催化水解产生2分子的葡萄糖。

植物中淀粉分解为六碳糖的过程发生在叶绿体和淀粉体中。

在植物中蔗糖可以经两条途径分解。 细胞质中的蔗糖被蔗糖合成酶（sucrose synthase）分解。蔗糖合成酶利用UTP将蔗糖分解为果糖、UDP-葡萄糖和无机磷酸。蔗糖水解的另一途径是利用蔗糖酶（invertase）将蔗糖水解为果糖和葡萄糖。

3、 比较植物和动物的糖酵解和三羧酸循环，说明其不同之处。

4、 丙酮酸是如何进入线粒体并进行氧化反应的？

丙酮酸是通过丙酮酸转运器（pyruvate translocator）输入线粒体基质的。丙酮酸进入线粒体基质后，经丙酮酸脱氢酶系催化，氧化脱羧产生NADH、CO2和乙酸；乙酸通过硫酯键与辅酶A（CoA）结合，形成乙酰辅酶A。

5、 什么是氧化磷酸化？氧化磷酸化的基本过程是如何进行的？

6、 什么是交替途径，它是如何进行的？

除了NADH和FADH2的电子传递途径之外，大多数植物具有交替途径（alternative pathway），进行氧的还原。这一途径对氰化物、迭氮化物和一氧化碳等抑制NADH和FADH2的电子传递途径的抑制剂不敏感。因此也称抗氰呼吸或氰不敏感呼吸、抗霉素A不敏感呼吸、氧肟酸敏感呼吸等等。

一般认为，交替途径与NADH和FADH2的电子传递途径的分支点在泛醌。由于正常的NADH和FADH2的电子传递途径从泛醌往下主要是一些细胞色素电子载体，因此也可将之称为细胞色素途径（cytochrome pathway）。而在交替途径中，电子可能从泛醌传递给一种黄素蛋白，然后通过交替氧化酶再传递到氧

7、 植物体中有哪些非线粒体的末端氧化体系？

多酚氧化酶，抗坏血酸氧化酶，过氧化物酶和过氧化氢酶，乙醇酸氧化酶体系。