摘要：(八)第二小节练习 基础题 1.×. 2.B. 3.D. 4.C. 5.D. 6.B. 7.光合作用中光反应阶段的能量来源是光能.暗反应阶段的能量来源是ATP. 8.白天若突然中断二氧化碳的供应.叶绿体内首先积累起来的物质是五碳化合物. 拓展题 1.(1)根据图中的曲线表明.7-10时光合作用强度不断增强.这是因为在一定温度和二氧化碳供应充足的情况下.光合作用的强度是随着光照加强而增强的. (2)在12时左右光合作用强度明显减弱.是因为此时温度很高.蒸腾作用很强.气孔大量关闭.二氧化碳供应减少.导致光合作用强度明显减弱. (3)14-17时光合作用强度不断下降的原因.是因为此时光照强度不断减弱. 4.二氧化碳的固定和还原 二氧化碳的固定和还原是在叶绿体的基质中进行的.主要通过卡尔文循环.由于卡尔文循环的最初产物是3?磷酸甘油酸(PGA).是含3个碳原子的化合物.因此又称三碳循环.首先.二氧化碳与1.5-二磷酸核酮糖结合.再加上水.生成2分子的3-磷酸甘油酸.这一反应是由叶绿体基质中的核糖二磷酸羧化氧化酶催化的.在ATP和NADPH的参与下.3-磷酸甘油酸进一步被还原为3-磷酸甘油醛.一部分3-磷酸甘油醛经过一系列生化反应.重新生成1.5-二磷酸核酮糖.维持卡尔文循环.另一部分被运入细胞质.迅速转化为葡萄糖-1-磷酸和果糖-6-磷酸.这两者经过进一步的转化.形成磷酸蔗糖并经过水解而变成蔗糖.叶绿体中的3-磷酸甘油醛主要被转化为淀粉.这些淀粉可以暂时储存在叶绿体的基质中.然后水解成葡萄糖.转运到细胞质中.从图中的循环过程可以看出.每当3个二氧化碳分子进入该循环.就能净生成1个3-磷酸甘油醛分子.同时净消耗9分子ATP和6分子的NADPH. 5.光合作用反应过程概要 光合作用分为光反应和暗反应两个阶段.在光反应中.叶绿素吸收光能.叶绿素分子中的电子被激发到较高的能级.被激发的电子沿着分布在类囊体膜上的一系列电子传递体转移.在传递过程中.质子被泵送到类囊体腔内.在类囊体膜两侧形成质子梯度.用来驱动ATP的合成.沿着电子载体传递的电子最后提供给NADP+.将NADP+还原为NADPH.叶绿素分子失去的电子则由水分子中氧原子中的电子来补充.水分子中的氧原子则被氧化为氧气.上述反应都发生在叶绿体的类囊体中.由光反应产生的ATP和NADPH.为暗反应提供能量和还原力.通过卡尔文循环.将二氧化碳转化为糖类.暗反应起始于叶绿体基质.延续到细胞质.最终.在植物的叶片中生成有机物.并以蔗糖的形式进一步运输到植物体的其他组织. 6.光呼吸 在固定二氧化碳的反应中.催化二氧化碳与1.5-二磷酸核酮糖结合的酶是核糖二磷酸羧化氧化酶.这种酶不仅能催化二氧化碳与二磷酸核酮糖的反应.还能催化氧气与二磷酸核酮糖的反应.生成3-磷酸甘油酸和磷酸乙醇酸.3-磷酸甘油酸参加糖类的合成.磷酸乙醇酸可转化成甘氨酸或通过其他代谢途径释放出二氧化碳.上述过程.即植物消耗氧气.将二磷酸核酮糖转化成二氧化碳的过程.称做光呼吸.在光呼吸中.没有ATP或NADPH的生成.是一个消耗能量的过程.科学家尝试利用基因工程改造核糖二磷酸羧化氧化酶的基因.希望使其成为没有光呼吸作用的酶. 7.C3植物和C4植物 对于小麦.水稻等大多数绿色植物来说.在暗反应阶段.一个二氧化碳被一个五碳化合物(C5)固定以后.形成的是两个三碳化合物(C3).但是.科学家在研究玉米.甘蔗等原产在热带地区绿色植物的光合作用时发现.在这类绿色植物的光合作用中.二氧化碳中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物(C4)中.然后才转移到C3中.科学家将这类植物叫做C4植物.将其固定二氧化碳的途径.叫做C4途径,将仅有C3参与二氧化碳固定的植物叫做C3植物.将其固定二氧化碳的途径.叫做C3途径.上文中介绍的二氧化碳的固定过程即为C3途径.下面详细介绍C4途径. 在C4植物中.叶片中构成维管束鞘的细胞中的叶绿体以C3途径固定二氧化碳.而在叶肉细胞中主要为C4途径.维管束鞘的细胞呼吸放出的二氧化碳可以被叶肉细胞通过C4途径来固定.其过程是:在有关酶的催化下.一个二氧化碳被磷酸烯醇式丙酮酸所固定.生成含有四个碳原子的化合物草酰乙酸.生成的草酰乙酸被NADPH还原成苹果酸.苹果酸通过胞间连丝.从叶肉细胞转移到维管束鞘的细胞.在酶的催化作用下.生成丙酮酸和二氧化碳.二氧化碳在维管束鞘的细胞中进入上文介绍的C3途径.丙酮酸则再次进入叶肉细胞中的叶绿体内.在有关酶的作用下.转化成磷酸烯醇式丙酮酸.继续固定二氧化碳.C4循环和C3循环的关系见图21. 途径的生物学意义在于:热带植物为了防止水分过多蒸发.常常关闭叶片上的气孔.这样空气中的二氧化碳不易进入细胞.这时.C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的二氧化碳进行光合作用.这是因为C4途径中能够固定二氧化碳的那种酶对二氧化碳有很高的亲和力.使叶肉细胞能有效地固定和浓缩二氧化碳.供维管束鞘细胞内叶绿体中的C3途径利用. 8.光合作用研究的新进展 2004年3月18日.国际权威科学杂志.以主题论文的方式发表了由中国科学院生物物理所.植物研究所合作完成的研究成果──“菠菜主要捕光复合物2.72 A分辨率的晶体结构 .该晶体的结构彩图被选作当期杂志的封面照片. LHC-II指的是什么呢?我们知道.绿色植物的光合作用离不开叶绿体的光系统.而光系统又是由捕光系统和光反应中心组成的.植物捕光系统中的捕光蛋白复合物.就像一块块太阳能板.负责接受太阳能并将其传递给光反应中心.我国科学家研究的LHC-II则是绿色植物中含量最丰富的主要捕光复合物.这一复合物是由蛋白质分子.叶绿素分子.类胡萝卜素分子和脂质分子所组成的一个复杂分子体系.它们被镶嵌在生物膜中.具有很强的疏水性.难以分离和结晶.测定这样的膜蛋白复合体的晶体结构.是国际公认的高难课题.也是一个国家结构生物学研究水平的重要标志. 这一研究成果使我国在高等植物LHC-II三维结构测定方面成功地超越了德国和日本等发达国家的多家实验室.国际同行评价:“这是光合作用研究领域的一大突破.对于理解植物光合作用中所发生的捕光和能量传递过程必不可少. 科学家相信.破解LHC?II蛋白复合物的晶体结构之谜.可以为人类彻底认识并进而控制光合作用奠定基础. 9.化能自养型微生物 起初.人们认为只有绿色植物才能将二氧化碳转化为有机物.后来发现.即使没有叶绿素的参与.某些微生物也能将二氧化碳转化为有机物.这类微生物称做化能自养型微生物.这类微生物通过氧化如氢气.硫化氢.二价铁离子或亚硝酸盐等无机物.夺取无机物中的电子.通过电子传递链合成ATP和NADPH.再利用ATP和NADPH完成二氧化碳的还原和固定.广泛地分布在土壤和水域环境中的硫化细菌.硝化细菌.氢细菌与铁细菌等都属于这类微生物.例如.氢细菌通过将氢气氧化为水.硫细菌通过将硫化氢氧化为硫酸盐.硝化细菌通过将氨氧化为亚硝酸盐.或将亚硝酸盐氧化为硝酸盐.来驱动二氧化碳的固定.完成有机物的合成. 10.光质对光合作用的影响 光合作用的强弱与光质有关.在可见光光谱的范围内.不同波长的光.光合作用的效率是不同的.由于叶绿体中色素吸收光的高峰是在红光和蓝紫光部分.所以.在能量相等的情况下.红光和蓝紫光光合作用的效率要高于黄绿光.科学研究表明.在不同的光质下.不但光合作用的强弱有差异.而且光合作用的产物也不完全一样.例如.植物在蓝紫光的照射下生长.其光合作用产物中蛋白质和脂肪的含量就会增加,而在红光的照射下生长.其光合作用产物中糖类的含量就会比较多. 人们根据上述科学原理.在需要人工补充光照的温室和塑料大棚中栽培农作物时.就可以根据所需要的光合作用产物的类型.来选择适合的光源以及玻璃或塑料薄膜了.例如.冷光镝灯的光谱成分接近于太阳光.且辐射出的热能比较少.是一种比较好的人工光源,又如.氙灯的可见光部分也近似于太阳光.但其紫外线和红外线则比太阳光的多.使用时应隔以玻璃或水层以吸收其紫外线或红外线.相比之下.日光灯的蓝紫光和绿光比太阳光的多而红光比太阳光的少,普通的白炽灯则蓝紫光比太阳光的少而红外光比太阳光多.科学家通过实验还发现.蓝色塑料薄膜育秧时有壮秧的效果.这一结果现已在不少地区的水稻育秧生产中得到应用. 第六章 细胞的生命历程 第1节 细胞的增殖
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