第三章
名词术语
光合作用：绿色植物吸收太阳光的能量，同化二氧化碳和水，制造有机物并释放氧气的过程。
吸收光谱： 物质吸收光子，从低能级跃迁到高能级而产生的光谱。
叶绿素：高等植物和其它所有能进行光合作用的生物体含有的一类绿色色素。常见的有叶绿素a和叶绿素b。
类胡萝卜素：一类重要的天然色素的总称, 普遍存在于动物、高等植物、真菌、藻类的黄色、橙红色或红色的色素之中。主要有胡罗卜素和叶黄素。
光反应：只发生在光照下，由光引起的反应。发生在叶绿体的类囊体膜。
碳反应：在暗处或光下都能进行的,由若干酶所催化的化学反应。
光合链：光合作用中的电子传递链。由光合作用的原初光化学反应所引起的电子在众多的电子传递体中，按氧化还原电位顺序依次传递的途径。
聚光色素：一种只有吸收和传递光能的作用，将光能聚集到反应中心复合物特殊叶绿体a对的色素。
原初反应： 光合作用中从叶绿素分子受光激发到引起第一个光化学反应为止的过程。
特殊叶绿素a对：具有将光能转换为化学能的作用的色素
光化学反应：指物质由于光的作用而引起的化学反应。即物质在可见光或紫外线的照射下吸收光能而发生的化学反应，主要有光合作用和光解作用两种。
光系统：进行光吸收的功能单位，是由叶绿素、类胡萝卜素、脂和蛋白质组成的复合物。
细胞色素b6f复合体：是光合作用原初光能转换过程四种主要膜蛋白超分子复合体之一。它介导着光反应中心PSⅠ和PSⅡ之间的电子传递和PSⅠ的环式电子传递。
反应中心：由中心色素,原初电子供体和原初电子受体组成的具有电荷分离功能的色素蛋白复合体结构。
希尔反应：叶绿体借助光能使电子受体还原并放出氧的反应。
原初电子供体：直接供给光合反应中心色素分子电子的物体
碳同化：利用光反应形成的同化力（ATP和NADPH)将CO还原形成糖类物质的过程。
卡尔文循环：是一种生理过程，碳以二氧化碳的形态进入并以糖的形态离开卡尔文循环。
Rubisco：核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶，是光合作用C3碳反应中重要的羧化酶,也是光呼吸中不可缺少的加氧酶。
原初电子受体：直接接收反应中心色素分子传来电子的电子传递体。
同化力：ATP、NADPH被合称为同化力。
光合磷酸化：叶绿体利用光能驱动电子传递建立跨类囊体膜的质子动力势（PMF)，质子动力势就把ADP和无机磷酸合成ATP。
Z方案：电子传递是由两个光系统串联进行，其中的电子传递按氧化还原电位高低排列，使电子传递呈侧写的Z型。
光合速率：光合作用强弱的一种表示法。光合速率的大小可用单位时间、单位叶面积所吸收的二氧化碳或释放的氧气表示。
C4途径：一些植物对CO2的固定反应是在叶肉细胞的胞质溶胶中进行的，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下将CO2连接到磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)上形成草酰乙酸。
光抑制：光能超过光合系统所能利用的数量时，光合功能下降的现象。
景天酸代谢途径：又称CAM途径，指生长在热带及亚热带干旱及半干旱地区的一些肉质植物（最早发现在景天科植物）所具有的一种光合固定二氧化碳的附加途径，其叶片气孔白天关闭，夜间开放。
光呼吸：植物的绿色细胞依赖光照,吸收O2和放出CO2的过程。
表观光合作用：又称净光合作用，是指一段时间内植物体内发生光合作用的总量减去呼吸作用的量。
真正光合作用：线粒体暗呼吸作用和叶绿体光呼吸作用，再加表观光合作用，就是真正光合作用。
光饱和点：当达到某一光照强度时，光合速率就不再增加，这一点称为光饱和点。
温室效应：大气层中的CO2能强烈地吸收红外线,太阳辐射的能量在大气层中就“易入难出”，温度上升，像温室一样的现象。
光补偿点：当植物通过光合作用制造的有机物质与呼吸作用消耗的物质相平衡时的光照强度称为光补偿点
光能利用率：植物光合作用所累积的有机物所含的能量，占照射在单位地面上的日光能量的比率。
CO2补偿点：当光合吸收的CO2量等于呼吸放出的CO2量，这时外界的CO2含量就叫做CO2补偿点。
思考题
在光合作用过程中，ATP和 NADPH+H+是如何形成的?ATP和 NADPH+H+又是怎样被利用的?
在OEC（光合作用水裂解催化中心）处水裂解后,把H+释放到类囊体腔内,把电子传递到PS2,电子在光合电子传递链中传递时,伴随着类囊体外侧的H+转移到腔内,由此形成了跨膜的H+浓度差,引起了ATP的形成;与此同时把电子传递到PS1去,进一步提高了能位,而使H+还原NADP+为NADPH,此外,还放出O2。
卡尔文循环以光反应形成的ATP和NADPH作为能源,固定和还原CO2。
试比较PSI的PSII的结构及功能特点。
PSII的颗粒较大，直径约17.5 nm，主要分布在类囊体膜的垛叠区域，主要吸收680 nm的光,PSⅡ是色素和蛋白多种亚单位构成的超复合体。色素包括特殊叶绿素a对即P680和其他叶绿素、类胡萝卜素等色素分子，蛋白包括天线蛋白、反应中心蛋白和与水裂解放氧有关的蛋白等。
PSI的颗粒较小，直径约11nm，主要分布在类囊体膜的非垛叠区域，主要吸收大于680 nm的光, PSⅠ也是色素蛋白超复合体。色素有反应中心色素P700以及类胡萝卜素等，蛋白包括核心复合体、PSⅠ捕光复合体（LHCI，也称内天线LHCI)以及负责电子传递的蛋白等。
Rubisco的结构有何特点?它在光合碳同化过程中有什么作用?
Rubisco一般是由八个大亚基组成的多聚体。大亚基上含有与催化及活化有关的氨基酸残基,可结合底物(CO2和RuBP)及Mg,小亚基为调节酶活性的单位。在碳同化过程中,Rubisco催化RuBP的羧化反应,生成3-磷酸甘油酸
试述水稻、玉米、菠萝的光合碳同化途径有什么不同?
水稻属于C3途径,玉米属于C4途径、菠萝属于景天酸代谢途径。C3途径和C4途径的CO2固定的最初产物不同,分别是一种三碳化合物、四碳二羧酸化合物,而景天酸代谢途径则具有一个很特殊的CO2固定方式,它是夜晚气孔开放积累相应有机物,白天气孔关闭,氧化脱羧,参与卡尔文循环。
从光呼吸的代谢途径来看，光呼吸有什么意义?
光呼吸的意义是消耗多余能量，对光合器官起保护作用;同时还可收回75%的碳，避免损失过多。
分析类胡萝卜在光合作用光保护中的作用。
类胡萝卜素能协助叶绿体吸收叶绿体不能吸收的光，提高光合效率。同时又可以从激发的叶绿素分子上回收多余的能量，以热能的形式释放。如果叶绿体上多余的能量不能被吸收，将会转移到氧分子上产生单氧原子，引起分子或者细胞损伤，因此，类胡萝卜素具有重要的光损伤防护功能。
通过学习植物的水分代谢、矿质营养和光合作用的知识之后，你认为怎样才能提高农作物的产量?
合理灌溉：合理灌溉能维持农作物的水分平衡改善农作物的各种生理作用通过用最少量的水而获得最高的产量。
合理施肥：合理施肥可以满足农作物对各种矿质元素的需求根据矿质元素对农作物所起的生理功能结合农作物的需肥规律适时适量施肥做到少肥高效。
提高农作物的光能利用率：通过延长光合时间增加光合面积和加强光合效率等途径提高农作物的光能利用率。
为什么寒潮、水淹等灾害天气结束后是晴天，对农作物的伤害大，而是阴天则伤害会相对小些?
寒潮水淹等灾害天气结束后是晴天，对农作物的伤害大，主要是因为晴天干燥，蒸发量大，空气中的水分很快被蒸发掉，导致土壤过于干燥。此外，晴天下日照强烈，辐射能量大，土壤温度升高，导致土壤中水分蒸发速度加快，加重了对农作物的伤害。
太阳能如何转换成植物中蒸腾拉力产生的机械能?
光对蒸腾作用的影响首先是引起气孔的开放，从而加速蒸腾作用。其次，光辐射的能量导致叶片温度升高。温度升高能加速叶肉细胞表面的蒸发，提高气孔下腔的水的饱和蒸气压，增加叶内外蒸气压差，温度升高也使气体扩散速度加快，这些都使蒸腾作用加速。
我国科学家成功合成Mn4Ca簇合物在人工光合作用研究中有什么重大意义?
近几年,伴随生物水裂解催化中心OEC结构的揭示，人工模拟 OEC研究也取得了系列进展,特别是最近报道的 Mn4Ca类簇合物,实现了对生物OEC的金属核心骨架和配体环境的人工模拟，同时成功实现了生物OEC的氧化-还原等理化特性的化学模拟.这些模拟物为研究自然界光合作用水裂解中心的结光合作用研究。今后如何利用这些人工模拟物,实现构和水裂解机理提供了理想的化学模型，同时也可光驱动催化水裂解,产生电能和(或)氢能，将成为令能会推动利用太阳能和水产生清洁能源的人工模拟人期待的研究方向。