电大《植物生理学》期末复习指导 第3-5章2025年秋

 

一、内容提要

1.光合作用的重要意义：自然界的碳素同化作用有细菌的光合作用、绿色植物的光合作用和细菌的化能合成作用三种类型，其中绿色植物光合作用需要的条件(光、CO₂、水等)最为丰富，因此其规模最大，对整个自然界具有重要的意义：

（1）绿色植物的自养性就是依靠光合作用将无机物合成有机物，为地球上所有生物（包括人类）提供了食物。

（2）光合作用在合成有机物的同时，将吸收的太阳能转变为化学能贮存在合成的有机物中，有机物中贮存的化学能不仅是植物自身以及其它所有异养生物生命活动的能源，也我们人生产活动的重要能量来源；

（3）植物的光合作用要吸收CO₂放出O₂，因此对维持大气中CO₂和O₂浓度的相对稳定和环境保护起着重要的作用；光合作用也是现代农林业生产的基础，在理论和实践上都具有重大意义。

2.叶绿体色素的光学性质与生物合成：

叶片是光合作用的主要器官。叶绿体是进行光合作用的特殊细胞器。

高等植物的叶绿体色素包括叶绿素(a和b)和类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素)，分布在光合膜上，两类（四种）色素各有其特定的吸收光谱。

叶绿素的吸收光谱表现为：

在蓝紫光区（430~450nm）和红光区（640~660nm）各有一个强的吸收峰，类胡萝卜素则只在蓝紫光区（400~500nm）有一强的吸收峰。

四种光合色素中只有少数特殊状态的叶绿素a具有光化学活性，能将光能

转变为电能，称为作用中心色素，其余的色素只能吸收、传递光能，称为聚光色素。叶绿素的生物合成是以谷氨酸或 a—酮戊二酸为原料，在光照条件下还原而成，既受遗传性制约，又受到光照、温度、水分、矿质元素等的影响。

3.光合作用的机理：

光合作用包括原初反应、电子传递和光合磷酸化、CO2同化三个相互联系的过程。

原初反应包括：光能的吸收、传递和光化学反应，通过原初反应把光能转变为电能（高能态电子）。电子在光合电子传递链中传递的同时伴随有光合磷酸化，把电能转变为活跃的化学能贮存在合成的ATP和NADPH+H⁺中，这两种高能物质用于推动CO₂的同化过程，故二者合称为“同化力”。在整个电子传递过程中，电子的传递要靠PSII和PSI两个光系统的驱动，电子最终来源于水，最终的电子受体是NADP⁺。

4.植物光合作用碳同化的途径及其特点：活跃的化学能转变为稳定化学能是通过CO₂同化过程完成的。CO₂同化有三条途径：C₃途径（Calvin循环）、C₄途径和CAM途径。根据C0₂同化途径的不同，把植物分为C₃植物、C₄植物和CAM植物。但C₃途径是有植物所共有的CO₂同化的主要形式。其固定CO₂的酶是Rubisco，既可在叶绿体内合成淀粉，也可通过叶绿体被膜上的Pi运转器”，以丙糖磷酸(TP)形式运出叶绿体，在细胞质中合成蔗糖。C₄途径和CAM途径固定CO₂的酶都是PEPCase，其对CO₂的亲和力大于Rubisco，但其固定的CO₂最后都要在植物体内再次把CO₂释放出来，参与C₃途径合成淀粉等。C₄途径的CO₂初次固定是在叶肉细胞的细胞质中进行的，固定形成的四碳二羧酸运输到维管束鞘细胞中脱羧放出CO₂，最终在鞘细胞的叶绿体中通过C₃途径将CO₂同化为碳水化合物。因此C₄途径起着浓缩CO₂的"CO₂泵”作用，使鞘细胞中的CO₂浓度增大，光呼吸减弱，光合效率增高。CAM途径的特点是夜间气孔开放，在叶肉细胞质中吸收固定CO₂形成有机酸，白天光下将有机酸脱羧放出CO₂，在叶绿体中经C₃途径合成有机物。CAM途径是植物在长期进化过程中形成的适应适应于干旱环境的一种碳同化方式。

5.光呼吸及其生理意义：

光呼吸是绿色细胞在光下吸收氧气放出CO₂的过程，光呼吸的发生与RubisCO的催化性质有关。Rubisco具有双重催化功能，既有羧化作用，又有加氧作用；其催化功能决定于细胞内CO₂/O₂浓度比值，比值高时有利于羧化反应，相反则促进加氧反应。若催化加氧反应则将RuBP加氧形成乙醇酸。光呼吸就是乙醇酸的氧化分解过程，整个乙醇酸氧化途径是依次在叶绿体、过氧化体和线粒体中进行的。光呼吸是一个既消耗能量又消耗物质的过程，但该过程的存在具有一定的生理意义：能平衡同化力的产生与碳同化对同化力需求之间的关系，避免强光下同化力过剩对光器官的损伤；是一种代谢挽救措施，将乙醇酸中四分之三的碳回收到Calvin循环中；此外光呼吸在植物的氮代谢中也有一定的意义。C₃植物有明显的光呼吸，C₄植物光呼吸则不明显，这也是C₄植物的光合效率为什么比C₃植物的高的重要原因之一。

6.影响光合作用的因素：植物光合速率因植物种类、品种、生育期等不同而异，同时也受许多环境因素的影响，其中主要有光、CO₂浓度、温度和水分。这些因素对光合作用的影响不是孤立的，而是相互联系相互作用的，在一定范围内，这些因素越强，光合速率越高。

（一）基本内容

光合作用的意义、叶绿体的结构与功能、光合作用的机理、C₃植物和C₄植物的光合特征以及环境因素对光合作用的影响、植物的光能利用率。

（二）重点

光合作用的机理；

（三）基本概念

光合作用； 光合速率； 希尔反应； 红降现象与Emerson effect； Rubisco； 荧光现象； 吸收光谱； 作用中心； 光补偿点； CO₂补偿点； 光能利用率； 叶面积系数；