第三章光合作用1

第三章 光合作用生物自养生物： 利用无机碳化合物作为营养，并且将它合称为有机物，这类植物称为自养植物。包括植物和光合细菌。异养生物： 只能利用现成的有机物作为营养，这类植物成异养植物。1771年，英国科学家普利斯特利把一支点燃的蜡烛和一只小白鼠分 别放到密闭的玻璃罩里，蜡烛不久就熄灭 了，小白鼠很快也死去了。 他把两盆植物分别放 到两个密闭的玻璃罩里。他发现植物能够长 时间地活着，蜡烛没有熄灭，小鼠活动正常。 植物可以在光下净化 “坏了 ”的空气 光合作用假设光合作用是一个物假设光合作用是一个物 质生产过程，那么：质生产过程，那么：1）原料、产品是什么）原料、产品是什么？ 2）工厂、车间是什么）工厂、车间是什么？3）工人有哪些？）工人有哪些？4）生产流程是怎样？）生产流程是怎样？5）制约因素有哪些？）制约因素有哪些？重点掌握重点掌握 掌握叶绿体结构及光合色素种类和性质；掌握叶绿体结构及光合色素种类和性质；2.初步弄清光合作用机理（初步弄清光合作用机理（ 重点重点 和和 难点难点 ）；）；3.了解光呼吸的基本过程和主要生理功能；了解光呼吸的基本过程和主要生理功能；4.弄清光合作用的影响因素。弄清光合作用的影响因素。光合作用的部位植物的绿色部分 (叶茎果等 ),主要是 叶片 .细胞中的 叶绿体光合作用的原料CO2 来自于空气H2O 来自于土壤光合作用的产物C6H12O6O2第一节 光合作用的重要性一、光合作用 (photosynthesis)：是指绿色植物吸收光能，同化 CO2和 H2O，制造有机物并释放 O2的过程。基本公式6CO2+6H2O* (C6H12O6)n+O*2光光合细胞二、光合作用的重要性1 把无机物转变为有机物：是制造有机物质的主要途径；2 贮存太阳能量：大规模地将太阳能转变为贮藏的化学能，是巨大的能量转换系统；3 保护环境：吸收 CO2， 放出 O2， 净化空气，是大气中氧的源泉。干旱沙漠化 冰川融解第二节 叶绿体及叶绿体色素一、叶绿体的结构和成分1、叶绿体的结构 :多呈椭圆形。a 双层膜：内膜为选择性屏障。b 基质： CO2同化；淀粉形成c 基粒：由类囊体垛叠而成的 绿色颗粒，将光能转化为化 学能。a 叶绿体膜 ：即叶绿体表面 , 有由两层薄膜构成的，分别为外膜(outer membrane)和内膜 (inner membrane), 它具有控制代谢物质进出叶绿体的功能，是一个选择性屏障。 b 基质：是指叶绿体膜以内的基础物质，其成分主要是可溶性蛋白质（酶）和其它代谢活跃物质，呈高度流动性状态。基质是构成片层的底物，含有羧基歧化酶，可固定 CO2，故光合生成淀粉就在此形成和贮藏。c 基粒 ： 是指在淡黄色间质中埋藏着的浓绿色圆饼状颗粒。基粒中有许多光合色素，进行光能转换为化学能的过程。 类囊体：高等植物的叶绿体都有由许多片层组成的片层系统，每个片层是由自身闭合的双层薄片组成，呈压扁了的包囊状，称为类囊体，亦称光合膜，光合作用的能量转化功能就是在其上进行。 基粒类囊体：每个基粒是由两个以上的类囊体垛叠在一起，这些类囊体称基粒类囊体。 基质类囊体 ：（基质片层）连接两个基粒的类囊体。 类囊体膜：光合作用的 能量转换是在类囊体膜上进行，所以类囊体膜又叫光合膜。基粒类囊体堆垛叠的生理意义：（ 1） 膜的堆叠意味着捕获光能的机构高度密集，更有效地吸收（收集）光能，加速光反应；（ 2） 由于膜系统往往是酶的排列支架，膜垛叠就犹如形成一个长的代谢传送带，使代谢顺利进行。二、光合色素的化学特性高等植物光合色素有 2类：（ 1）叶绿素： a、 b （ 2） 类胡萝卜素：胡萝卜素 和 叶黄素1 叶绿素：a.分类Chla：分子式（ C55H72O5N4Mg）蓝绿色，大部分用于捕光，少部分用于转化光能Chlb：分子式（ C55H70O6N4Mg）黄绿色，全部用于捕光b.结构：四个吡咯环围绕镁形成卟啉环的头部，亲水，位于光合膜的外表面，收集光能；还有一个叶绿醇形成的尾部，亲脂，插入光合膜内部，与叶绿素分子在类囊体膜上的定位有关。叶绿醇叶绿醇NCHCH CHCHNN NMgH3CH3C CH3CH3CH2CH3C=OCH C-O-CH3C=OO C 20H 39CH2CH2 OH H 叶 绿 素 a 的 结 构 式CH2CH (-CHO)C.叶绿素 a与 b的不同 : 叶绿素 a比 b多两个氢少一个氧。两者结构上的差别仅在于叶绿素 a的第 吡咯环上一个甲基 (CH3)被醛基 ( CHO)所取代。2 类胡萝卜素：聚光作用，消耗多余光能a.分类胡萝卜素 :是不饱和的碳氢化合物，分子式是C40H56，呈橙黄色， -、 -、 - 胡萝卜素。叶黄素 :是由胡萝卜素衍生的醇类，分子式C40H56O2，呈黄色。b.结构： （见书 61页） 1 光自身的特性： 从太阳 辐 射到地球的光波 长 范 围为 ： 300-2600nm 植物光合能吸收的光波 长 范 围为 ： 400-700nm 波 长 越小，能量越大 蓝 光能量大， 红 光能量小 吸收光 谱 ：叶 绿 素吸收能力极 强 ，如果把叶 绿 素溶液放在光源和分光 镜 中 间 ，就可以看到光 谱 中有些波 长 的光被吸收了，在光 谱 上出 现 黑 线 或暗 带 ， 这 种光 谱称吸收光 谱 。三、光合色素的光学特性2光合色素的吸收光谱两个吸收峰 430-450nm蓝紫光区640-660nm红光区连续双峰400-500nm叶绿素是绿色？类胡萝卜素是黄色？热能光能散失：荧光、磷光光能 化学能（贮藏）叶绿素吸光后光能的去向：3 荧光现象和磷光现象荧光现象： 叶绿素溶液在透射光下呈绿色，而在反射光下呈红色这种现象称荧光现象。 胡萝卜素、叶黄色和藻胆素都有荧光现象。磷光现象： 当叶绿素出现荧光后，立即中断光源，溶液还能继续辐射出极微弱的红光（用精密仪器测知）， 这种现象叫做磷光现象。从第一单线态以红光的形式回到基态所发出的光第一从第一三单线态回到基态所发出的光四、叶绿素的形成（一）生物合成谷氨酸或 -酮戊二酸 二氧戊酸 -氨基酮戊酸（ ALA） 胆色素原 尿卟啉原 粪卟啉原 与 Fe结合形成 亚铁血红素 原卟啉 导入 Mg原子 Mg-原卟啉 原脱植基叶绿素 a 脱植基叶绿素 a 叶绿素 a 叶绿素 b。五 植物叶色1、 叶色 : 是叶子中各种 色素 的综合表现，主要是 叶绿素和 类胡萝卜素 的比例，正常为 3 1，所以叶片呈现绿色，秋天、逆境或衰老是时，叶绿素易被破坏减少，呈现黄色；至于红叶，秋天降温，体内多糖积累，形成花色素苷呈红色。2、 环境条件对叶色的影响：（ 1）光照：影响叶绿素形成（ 黄化现象 ）（ 2）温度：影响酶活性，影响叶绿素形成（ 秋天叶子变黄）（ 3）矿质元素：对叶绿素形成也有很大影响（ 缺绿病 ）。（ 1） Light 光是影响叶绿素形成的主要条件。从 原叶绿素酸酯转变为叶绿酸酯需要光 ，而光过强，叶绿素又会受光氧化而破坏。 黑暗中生长的幼苗呈黄白色，遮光或埋在土中的茎叶也呈黄白色。这种 因缺乏某些条件而影响叶绿素形成，使叶子发黄的现象，称为 黄化现象 。 黑暗使植物黄化的原理常被应用于蔬菜生产中，如韭黄、软化药芹、白芦笋、豆芽菜、葱白、蒜白、大白菜等生产。例外 -柑桔种子及莲子的胚芽。(2) Temperatu