(三)光合作用 光合作用大致可分为下列三大步骤:第一步.光能的吸收.传递和转换成电能的过程,第二步电能转变为活跃的化学能过程(通过电子传递和光合磷酸化完成),第三步.活跃的化学能转变为稳定的化学能过程.第一.二两大步骤基本上属于光反应.第三大步骤属于暗反应. 1.原初反应 原初反应包括光能的吸收.传递与转换过程. 根据其功能来区分.叶绿体片层结构上的色素又可区别为两种:一种是作用中心色素.少数特殊状态的叶绿素a分子属于此类.它具有光化学活性.既是光能的“捕捉器 .又是光能的“转换器 ,另一种是聚光色素.没有光化学活性.只有收集和传递光能的作用.能把光能聚集起来.传到作用中心色素.绝大多数色素(包括大部分叶绿素a和全部叶绿素b.β-胡萝卜素.叶黄素.藻红蛋白和藻蓝蛋白)都属于聚光色素. 当波长范围为400-700nm的可见光照到绿色植物上时.聚光系统的色素分子吸收光量子被激发起来.由于叶绿体片层上的色素分子排列得很紧密.光能在色素分子间以诱导共振方式进行传递.能量可以在相同色素分子之间传递.也可以在不同色素分子之间传递.能量传递的效率很高.速度很快.这样就把大量的光能吸收.聚集.并迅速传递到作用中心色素分子.以进行光反应.这个反应部位称为作用中心.光合作用中心至少包括一个光能转换色素分子(P).一个原初电子受体(A)和一个原初电子供体(D).才能导致电荷分离.将光能转换为电能.并且累积起来.作用中心色素分子一般用其对光线吸收高峰的波长作标志.例如P700代表光能吸收高峰在700的色素分子.作用中心的原初电子受体是指直接接受作用中心色素分子传来电子的物体.作用中心原初电子供体.是指以电子直接供给作用中心色素分子的物体.光合作用的原初反应是连续不断地进行的.因此必须有连续不断的最终电子供体和最终电子受体.构成电子的“源 和“流 .高等植物最终的电子供体是水.最终的电子受体是NADP+.下图表示光合作用的能量吸收.传递与转换的关系. 光合作用原初反应的能量吸收.传递与转换图解 粗的波浪箭头是光能的吸收.细的波浪箭头是能量的传递.直线箭头是电子传递.空心圆圈代表聚光性叶绿素分子.有黑点圆圈代表类胡萝卜素等辅助色素.P是作用中心色素分子.D是原初电子供体.A是原初电子受体.e是电子 从图中可以看出.聚光色素分子将光能吸收.传递至作用中心后.使作用中心色素(P)被激发而成为激发态.放出电子给原初电子受体(A).中心色素失去的电子可由原初电子供体(D)来补充.于是中心色素恢复原状.而原初电子供体被氧化.这样不断地氧化还原.就把电子不断地传递给原初电子受体.从而完成了光能转换为电能的过程. 2.电子传递和光合磷酸化 作用中心色素分子被激发后.把电子传递给原初电子受体.转为电能.再通过水的光解和光合磷酸化.经过一系列电子传递体的传递.最后形成ATP和NADPH+H+.从而将电能转化为活跃的化学能.并把化学能贮藏于这两种物质之中. 光合作用的光化学反应是由两个光系统完成的.由于现代研究技术的进展.已经直接从叶绿体中分离出下列两个光系统.即光系统Ⅰ和光系统Ⅱ.每个光系统均具有特殊的色素复合体及一些物质.光系统Ⅰ的颗粒较小.直径为110埃.位于类囊体膜的外侧,光系统Ⅱ的颗粒较大.直径为175埃.位于类囊体膜的内侧.PSⅠ的光反应是长波光反应.其主要特征是NADP+的还原.其作用中心是P700.当PSI的作用中心色素分子P700吸收光能而被激发后.把电子供给 Fd.在NADP还原酶的参与下.Fd把NADP+还原成NADPH+H+.PSⅡ的光反应是短波光反应.其主要特征是水的光解和放氧.光系统Ⅱ的作用中心色素分子可能是P680.它吸收光能.把水分解.夺取水中的电子供给光系统Ⅰ.连接着两个光系统的电子传递链.是由一系列互相衔接着的电子传递物质组成的.光合链中的电子传递体是质体醌(PQ).细胞色素b559.Cytf和质体蓝素(PC)等.关于两个光系统的光化学反应和电子传递.如图下图所示. 光合作用中的两个光化学反应和电子传递 Z–原初电子供体 Q–未知因素 Fd–含铁氧化还原蛋白 光合作用中.磷酸化和电子传递是偶联的.在光反应的电子传递过程中能产生ATP.即叶绿体在光作用下把无机磷和ADP转化成ATP.形成高能磷酸键.此称为光合磷酸化.光合磷酸化又分为非循环式光合磷酸化和循环式光合磷酸化两种类型. 光系统Ⅱ所产生的电子.即水光解释放出的电子.经过一系列的传递.在细胞色素链上引起了ATP的形成.同时把电子传递到PSⅠ上去.进一步提高能位.使H+还原 NADP+成为NADPH+H+.在这个过程中.电子传递不回到原来的起点.是一个开放的通路.故称非循环式光合磷酸化.其反应式为: 2ADP+2Pi+2NADP++2H2O2ATP+2NADPH+2H++O2 光系统Ⅰ产生的电子经过铁氧还蛋白和细胞色素b563等后.只引起ATP的形成.而不放氧.不伴随其他反应.在这个过程中.电子经过一系列传递后降低了位能.最后经过质体蓝素重新回到原来的起点.也就是电子的传递是一个闭合的回路.故称为循环式光合磷酸化.其反应式为: ADP+PiATP 经过光反应后.由光能转变来的电能暂时贮存在ATP和NADPH中.叶绿体用ATP和NADPH+H+.便可在暗反应中同化二氧化碳.形成碳水化合物.因此有人把ATP和NADPH+H+称为还原力或同化力.还原1分子CO2.需要2个NADPH+H+和3个ATP.这3个ATP中有2个产生于非循环式光合磷酸化.还有1个产生于环式光合磷酸化. 3.碳的同化 从能量转换角度来看.碳同化是将ATP和NADPH+H+中的活跃的化学能.转换为贮存在碳水化合物中的稳定化学能.光合作用中.由CO2到己糖的总反应式可表示如下: 6CO2+18ATP+12NADPH+12H++12H2O→6–磷酸果糖+18ADP+12NADP++17H3PO4 高等植物光合同化CO2的生化途径有卡尔文循环.C4途径和景天科酸代谢三种.其中以卡尔文循环最基本.最普遍.同时也只有这种途径具备合成淀粉等产物的能力.其他两种不够普遍.而且只能起固定.转运CO2的作用.单独不能形成淀粉等产物.所固定的CO2在植物体内再次释放出来.参与卡尔文循环. (1)卡尔文循环:卡尔文循环是所有植物光合作用碳同化的基本途径.它能形成碳水化合物并输送到细胞质中.在这个循环中.由于大多数植物还原CO2的第一个产物是三碳化合物.故又称为C3途径.卡尔文循环大致可分为核化.还原和再生三个阶段. ①羧化阶段:1.5–二磷酸核酮糖十CO2→3–磷酸甘油酸 ②还原阶段:3–磷酸甘油酸→3–磷酸甘油醛 ③再生阶段:3–磷酸甘油醛→6–磷酸果糖→5–磷酸核酮糖→1.5–二磷酸核酮糖 在此循环途径中.首先是RuBP在核酮糖二磷酸羧化酶催化下与CO2结合.生成3–磷酸甘油酸,3–磷酸甘油酸经磷酸化和脱氢两步反应.生成3–磷酸甘油醛,3–磷酸甘油醛分别经两条途径又重新回到RuBP.继续进行CO2的固定.还原等一系列反应.使循环反复进行. 卡尔文循环的产物不是葡萄糖.而是三碳的丙糖.即3–磷酸甘油醛.再由2个PGALd化合而成葡萄糖.这一循环的总账是:循环3次.固定3个CO2分子.生成6个PGALd.其中1个PGALd用来合成葡萄糖或其他糖类.这1个PGALd才是本循环的净收入.其余5个PGALd则用来产生3个分子的RuBP以保证再循环.所以每产生1分子葡萄糖需要2个分子的PGALd.即需要完成6次循环.从能量的变化来计算:生产一个可用于细胞代谢和合成的PGALd.需要9个ATP分子和6个NADPH分子参与.即: 3RuBP+3CO2 PGALd+3RuBP PGALd在叶绿体中不能积累.需通过一系列转化形成淀粉.作为光合作用的产物.暂时贮存于叶绿体中.或输出叶绿体.在细胞质中转变为蔗糖.一般以淀粉和蔗糖作为光合作用的产物. (2)C4途径:有些起源于热带的植物.如甘蔗.玉米.高梁等.除了和其他植物一样具有C3途径外.还有一条固定CO2的途径和C3途径联系在一起.这个途径的CO2受体是磷酸烯酸式丙酮酸.在叶肉细胞质中.在磷酸烯酸式丙酮酸羧化酶的催化下.固定CO2而生成草酰乙酸.由于还原CO2的第一个产物草酰乙酸是四碳化合物.所以这个途径叫C4途径.具有C4途径的这类植物叫C4植物. C4植物叶片的结构很独特.含有2种不同类型的光合细胞.各具不同的叶绿体.围绕着维管束鞘细胞周围的排列整齐致密的叶肉细胞中的叶绿体.具有发达的基粒构造.而维管束鞘细胞的叶绿体中却只有很少的基粒.而有很多大的卵形淀粉粒. 在C3植物中.CO2是在叶肉细胞中通过卡尔文循环而被固定还原的.在C4植物的叶肉细胞中.CO2的接受体不是C3途径的RuBP.而是PEP.催化这一反应的酶是PEP羧化酶.CO2被固定后.不是生成三碳的磷酸甘油酸.而是生成四碳的双羧酸.即草酸乙酸.草酸乙酸再被NADPH还原而成苹果酸.苹果酸离开叶肉细胞.进入维管束鞘细胞中.脱羧放出CO2.而成为丙酮酸.丙酮酸再回到叶肉细胞中.被转变为PEP.继续固定CO2.而苹果酸脱羧产生的CO2.在维管束鞘细胞中仍为RuBP所固定.而进入卡尔文循环.C4植物既有C4途径又有C3途径.这2个途径的关系如下图所示. C4植物中的C4途径与C3途径的关系 在C4植物中.CO2在叶肉细胞中先按照C4途径被固定.然后在维管束鞘细胞中仍旧是通过卡尔文循环而被还原.由于在C4植物的C4途径中.PEP羧化酶对CO2的亲和力极强.甚至当CO2浓度降低时.也能固定CO2.所以C4途径是在 CO2浓度低时获取CO2的一种途径.生活在高强光和热带地区的多种植物.气孔经常是关闭的.这样可防止水分的过度散失.但同时也导致体内CO2浓度的降低.C4途径的存在.使CO2不致成为光合作用的限制因子.从而提高了光合效率.这通常是C4植物的生产效率明显高于C3植物的重要原因之一.C3植物生产效率较低的另一个原因是它们具有较强过程的光呼吸. 4.光呼吸 光呼吸是指绿色植物只在光照条件下才能吸收氧气.放出CO2的过程.光呼吸和一般生活细胞的呼吸作用(通过线粒体释放CO2的呼吸作用)显著不同.它是在光刺激下绿色细胞释放CO2的现象.光呼吸的高低.是指植物在光合作用下释放CO2的多少.这样释放的CO2.实际上是植物在光合作用过程中同化的CO2.它往往将光合作用已固定的20%- 40%的碳变成CO2再释放出来.显然这是一个消耗过程.对积累光合产物很不利. 光呼吸的底物是乙醇酸.乙醇酸来自叶绿体.叶绿体中的RuBP羧化酶既是羧化酶.催化CO2与RuBP结合.又是加氧酶.催化O2与RuBP结合.在CO2分压低.氧分压高时.这个酶催化O2与RuBP结合而生成三碳的3–PGA和二碳的2–磷酸乙醇酸.2–磷酸乙醇酸水解而成乙醇酸和无机磷酸.乙醇酸进入过氧化物体.在这里被氧化.其产物进入线粒体.在这里释放出CO2.这就是光呼吸的全过程. 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

回答下列有关植物光合作用实验的相关问题。
实验一: 叶绿体色素提取与分离 
甲、乙所取的实验材料都是新鲜菠菜叶,但两同学的实验结果有差异,

(1)如上图甲同学的实验现象,问题可能是                     操作所致。
(2)乙同学的实验问题是           ,可能是             操作所致。
实验二:测量种植番茄的密闭大棚内一昼夜空气中的CO2含量变化,结果如乙图所示。

(3)图中表示番茄光合作用和呼吸作用强度相等的点是          
(4)B→C段曲线变化的原因是                             
(5)若在C点突然停止光照,[H]含量将           
实验三:采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定,其原理是:将对称叶片的一部分(A)遮光,另一部分(B)不做处理,并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后,在A、B的对应部位截取相等面积的叶片,烘干称重,分别记为MA、MB,获得相应数据,则可计算出该叶片的光合作用强度,其单位是mg/(dm2·h)(实验步骤如图)。

(6)研究小组对记录的多组实验数据进行了统计分析,取平均值进行计算,得出了M值.若M=MB-MA.则M表示                
实验四:研究环境因素对光合作用速率影响的实验结论如图。

(7)ab点之间限制光合作用速率的主要环境因素是        
(8)b点与c点相比较,c点时叶肉细胞中三碳化合物的含量         (填“高”、“低”、“基本一致”)。

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(28分)回答下列Ⅰ、Ⅱ小题
Ⅰ.(16分)将一长势良好的健壮植株在密闭玻璃罩内培养,并置于室外。用CO2测定仪测定玻璃罩内CO2浓度某一天的变化情况,绘成曲线如下图甲所示。下图乙表示该植株处于光照下的叶肉细胞,a表示该细胞的线粒体进行细胞呼吸放出的CO2量,b表示该细胞的叶绿体进行光合作用吸收的CO2量。回答下列问题:(不考虑这一天内植株生长对细胞呼吸和光合作用的影响)

(1)如图甲所示,BC段较AB段CO2浓度增加速率减慢的原因是__。从16时到18时,叶绿体内ATP合成速率的变化是__。若D点和E点所对应时刻的温度相同,则D点时的光照强度__(>、=、<)E点时的光照强度。
(2)如图乙所示,在氧气不足条件下,线粒体内丙酮酸氧化分解的速率将会__。适宜光照条件下,光反应产生的并能够为碳反应所利用的能源物质是__,碳反应产物三碳糖转变成蔗糖的场所是叶绿体__(内、外)。若光照突然停止而其他条件不变,则短时间内叶绿体中三碳酸(C3)的合成速率将会__(变大、不变、变小)。
(3)假设密闭玻璃罩内植株所有进行光合作用的细胞的光合强度一致,图乙表示该植株的一个进行光合作用的细胞,那么,当在图甲中D点时,图乙中a__(>、=、<)b。
Ⅱ.(12分)下图为一个蟾蜍屈肌反射实验装置的结构模式图,回答下列问题:

 

 
 
 
 
 
(1)动作电位沿着神经纤维传导时,神经纤维细胞膜内侧局部电流的方向与动作电位传导方向__(相同、相反)。

(2)已知药物X能阻断蟾蜍的屈肌反射活动,肌肉不能发生收缩,但不知是阻断神经纤维上的兴奋传导,还是阻断神经元之间的兴奋传递,或是两者都能阻断。现有一个如上图所示的屈肌反射实验装置,请利用该实验装置从A、B、C、D、E中选择四个位点作为实验位点进行探究。(在实验位点可以进行药物处理或电刺激。假设药物X在实验位点起作用后,其作用效果在实验过程中都不能消除。)
实验步骤:__
实验结果预测及相应结论:__

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回答下列有关植物光合作用实验的相关问题。

实验一: 叶绿体色素提取与分离 

甲、乙所取的实验材料都是新鲜菠菜叶,但两同学的实验结果有差异,

(1)如上图甲同学的实验现象,问题可能是                      操作所致。

(2)乙同学的实验问题是            ,可能是              操作所致。

实验二:测量种植番茄的密闭大棚内一昼夜空气中的CO2含量变化,结果如乙图所示。

(3)图中表示番茄光合作用和呼吸作用强度相等的点是           

(4)B→C段曲线变化的原因是                             

(5)若在C点突然停止光照,[H]含量将            

实验三:采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定,其原理是:将对称叶片的一部分(A)遮光,另一部分(B)不做处理,并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后,在A、B的对应部位截取相等面积的叶片,烘干称重,分别记为MA、MB,获得相应数据,则可计算出该叶片的光合作用强度,其单位是mg/(dm2·h)(实验步骤如图)。

(6)研究小组对记录的多组实验数据进行了统计分析,取平均值进行计算,得出了M值.若M=MB-MA.则M表示                

实验四:研究环境因素对光合作用速率影响的实验结论如图。

(7)ab点之间限制光合作用速率的主要环境因素是        

(8)b点与c点相比较,c点时叶肉细胞中三碳化合物的含量          (填“高”、“低”、“基本一致”)。

 

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回答下列I、Ⅱ两个题

I(16分)下表是一位患者的血液生化检验报告单中的部分检测结果,据此回答以下问题:

项目名称

缩写

结果

单位

参考范围

谷丙转氨酶

ALT

67      ↑

IU/L

0-40

尿素

BUN

4.34

Mmol/L

2.5-7

脂蛋白

HDL-C

0.19     ↓

mmol/L

1.16-1.55

葡萄糖

GLU

8.65     ↑

mmol/L

3.9-6.1

(1)谷丙转氨酶参与人体细胞内的生理作用是________________。

(2)该患者多次空腹抽血体检,其血液中葡萄糖含量均为表中8.65左右,那么可以初步判定其患病的病因最可能是______________而引起的;推测该患者血脂含量___________(填偏高或偏低)

(3)检测表明该患者喜好高脂膳食,医生建议应多吃一些含__________较多的食物。

(4)赖氨酸是人体必需氨基酸,其是否也是小鼠的必需氨基酸呢?某生物兴趣小组就此问题进行了探究:

    实验原理:必需氨基酸是动物体不能合成、只能从食物中获得的氨基酸。当动物缺乏必需氨基酸时,就会直接影响_________,出现营养不良,体重增加缓慢。

    备选材料与用具:20只生长发育状况相同的正常幼年小鼠、分装在不同试剂瓶中的20种氨基酸、不含蛋白质和氨基酸的食物、天平等。

    实验步骤:

    第一步配食:取一定量的不含蛋白质和氨基酸的食物,加入含量和比例适宜的20种氨基酸,配制成食物A;

    取等量的不含蛋白质和氨基酸的食物,加入_______________________,配制成食物B。

    第二步分组:将20只大鼠平均分成甲乙两组,分别称量并记录其体重。

    第三步饲喂:甲组每天饲喂适量的食物A:_______________________________。两组大鼠其他饲养条件相同。

实验结果预测及结论:

实验结果

实验结论

_________________________________________

赖氨酸是大鼠的必需氨基酸

II(10分)题30图表示夏季玉米在一昼夜内对CO2的吸收和释放情况。请回答:

(1)玉米_________时有机物的积累总量最多。

(2)当乙图中S1、S2、S3三者的关系为__________(数学表达式)时,该玉米才能正常生长。

(3)玉米在洪涝期间会发生烂根现象,原因是_____________

(4)若是大豆将出现“午休”现象,导致此现象的主要环境因素是______________________。

 (5)图为玉米的全部叶片在25℃时,光照强度与氧气释放速度的关系示意图。若将植株的叶片剪掉一半,请在图中画出植株剩余叶片光照强度与氧气释放速度的关系曲线(假设每个叶片的生理状态基本相同)。

 

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(28分)回答下列Ⅰ、Ⅱ小题

Ⅰ.(16分)将一长势良好的健壮植株在密闭玻璃罩内培养,并置于室外。用CO2测定仪测定玻璃罩内CO2浓度某一天的变化情况,绘成曲线如下图甲所示。下图乙表示该植株处于光照下的叶肉细胞,a表示该细胞的线粒体进行细胞呼吸放出的CO2量,b表示该细胞的叶绿体进行光合作用吸收的CO2量。回答下列问题:(不考虑这一天内植株生长对细胞呼吸和光合作用的影响)

(1)如图甲所示,BC段较AB段CO2浓度增加速率减慢的原因是__。从16时到18时,叶绿体内ATP合成速率的变化是__。若D点和E点所对应时刻的温度相同,则D点时的光照强度__(>、=、<)E点时的光照强度。

(2)如图乙所示,在氧气不足条件下,线粒体内丙酮酸氧化分解的速率将会__。适宜光照条件下,光反应产生的并能够为碳反应所利用的能源物质是__,碳反应产物三碳糖转变成蔗糖的场所是叶绿体__(内、外)。若光照突然停止而其他条件不变,则短时间内叶绿体中三碳酸(C3)的合成速率将会__(变大、不变、变小)。

(3)假设密闭玻璃罩内植株所有进行光合作用的细胞的光合强度一致,图乙表示该植株的一个进行光合作用的细胞,那么,当在图甲中D点时,图乙中a__(>、=、<)b。

Ⅱ.(12分)下图为一个蟾蜍屈肌反射实验装置的结构模式图,回答下列问题:

(1)动作电位沿着神经纤维传导时,神经纤维细胞膜内侧局部电流的方向与动作电位传导方向__(相同、相反)。

(2)已知药物X能阻断蟾蜍的屈肌反射活动,肌肉不能发生收缩,但不知是阻断神经纤维上的兴奋传导,还是阻断神经元之间的兴奋传递,或是两者都能阻断。现有一个如上图所示的屈肌反射实验装置,请利用该实验装置从A、B、C、D、E中选择四个位点作为实验位点进行探究。(在实验位点可以进行药物处理或电刺激。假设药物X在实验位点起作用后,其作用效果在实验过程中都不能消除。)

实验步骤:__

实验结果预测及相应结论:__

 

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