第二节关注生物技术

光合作用的产物光合作用的产物 大多数植物的光合作用产物为淀粉 但芭蕉科植物的绿色细胞中不含淀粉而含油类 其他多数单子叶植物的光合作用只产生糖类 光合作用的直接生成物因种而异 大多数情况下为糖类 有的为多聚糖 淀粉 有 的为双糖 蔗糖 也有的为单糖 葡萄糖和果糖 至于单糖中葡萄糖与果糖哪种为直接 生成物 还有争论 当前大多数学者都赞同葡萄糖为直接生成物的学说 产生淀粉的叶与 叶柄脱离后 如浮于数种糖液 在黑暗处能使糖转变为淀粉 这种在黑暗处能转变为淀粉 的糖 为乳糖 麦芽糖 蔗糖及葡萄糖 乳糖是由一分子半乳糖和一分子葡萄糖结合而成 麦芽糖由两分子葡萄糖构成 蔗糖则是由一分子果糖和一分子葡萄糖结合而成 光合作用产物的种类还与光照强度 和浓度 叶片年龄和光质等因素有关 2 CO 2 O 叶片年龄对产物的影响 成熟的叶片主要形成糖类 幼嫩的叶片除了形成糖类外 还产生蛋白质 光质对叶片 光合作用产物的影响 在红光下大量形成糖类 蛋白质生成很少 在蓝光下叶片光合作用的产物中蛋白质增 加较多 光合作用的副产物光合作用的副产物 按光合作用简单的反应式 6 6 6 其过程中产生氧气 2 COOH2 6126 OHC 2 O 并扩散至大气中 我们称氧气为副产品 因为氧气是制造淀粉时附带产生的 地球大气中 存有的氧气绝大多数是通过绿色植物的光合作用产生的 这些氧气除了满足绿色植物利用 外 也满足其他生物生命活动的需要 将植物沉浸于水内 并在日光中照射 则绿色植物进行光合作用时所产生的气体形成 气泡上升 淡水中的丝状藻类经过日光照射后 因气泡的聚集可使藻体浮至水面 如以一 玻璃漏斗覆于水中的藻类或水生的植物上 使漏斗颈中充满水 继将其颈封闭可收集植物 所放出的气体 待气体收集至相当容量时 开启其封闭的颈 以燃烧的木片试之 则木片 燃烧旺盛 这证明其气体中含有大量的氧气 二氧化碳同化的场所 途径和本质二氧化碳同化的场所 途径和本质 碳同化场所 二氧化碳同化包括二氧化碳的固定和还原 是在光合作用的暗反应阶段完成的 暗反 应过程在叶绿体的基质中进行 有多种酶参与催化一系列复杂的生物化学反应 碳同化途径 高等植物的二氧化碳光合同化的生化途径有 卡尔文循环 C4 途径和景天科酸代谢途径三种 其中卡尔文循环为最基本的途径 具有合成淀粉等产物的能力 其他两种只能起固定 转运二氧化碳的作用 单独不能形成 淀粉等产物 碳同化本质 从能量转换角度看 碳同化是将 ATP 和 NADPH 中活跃的化学能转换为贮存在糖类 物质中的稳定的化学能的过程 从物质生产角度看 占植物体干重 90 以上的有机物质 是通过碳同化形成的 卡尔文循环卡尔文循环 C3 途径途径 20 世纪 50 年代 卡尔文和本森利用小球藻研究暗反应 他们在一个玻璃器皿中装上 培养物 加入放射性的碳酸氢盐 改变间隔的时间以后 他们把混合物的样品转移到酒精 中 酒精杀死细胞并且阻止酶的活动 然后他们利用色谱法和放射自显影技术鉴定由碳酸 氢盐中的 14C 所合成的物质 他们发现 14C 非常快地被结合到各种物质中 包括氨基酸和糖类物质 但是 在杀死 细胞以前 他们把时间削减到 5s 主要产物是一种三碳糖化合物 叫做磷酸甘油酸 PGA 他们发现 在卡尔文循环中首先被还原成 PGA 2 CO 同化 还原的起始步骤是在 1 5 二磷酸核酮糖羧化酶的作用下 同 1 5 二磷 2 CO 2 CO 酸核酮糖 RuBP 化合形成六碳化合物 该六碳化合物存在时间短暂 随即水解成两个 3 磷酸甘油酸分子 磷酸甘油酸通过消耗 ATP 形成 1 3 二磷酸甘油酸 1 3 二磷酸甘油酸接 受 NADPH 的氢原子和电子产生了 3 磷酸甘油醛 随后 14C 即出现在六碳糖和淀粉中 RuBP 再生继续参与卡尔文循环 暗反应的暗反应的 C4 途径途径 当环境中浓度低于 5 0 时 光合作用的 C3 途径就要停止 C4 途径使一些 2 CO 5 10 绿色植物在环境中浓度只有 5 0 时 仍然生机盎然 在 C4 途径中 固定 2 CO 6 10 2 CO 的最初产物是由三种四碳的二羧酸所组成的混合物 即草酰乙酸 苹果酸 天冬氨酸 四 碳的二羧酸在酶的作用下 分解产生游离的和丙酮酸 丙酮酸再利用 ATP 的分解 2 CO 形成磷酸烯醇丙酮酸 磷酸烯醇丙酮酸可再次同新的结合 形成 C4 产物 磷酸烯醇 2 CO 丙酮酸羧化酶的催化效率极高 能催化进入叶内的极少量的和磷酸烯醇丙酮酸反应 2 CO 形成草酰乙酸 草酰乙酸降解生成苹果酸和天冬氨酸 四碳酸分解释放出游离的为 2 CO C3 途径的 RuBP 羧化酶系统所接受 参加了 C3 循环 C4 植物利用 C4 循环和 C3 循环密 切配合 能够抵御严酷的不良环境 C4 植物叶的特定结构保证了 C4 循环和 C3 循环密切 配合 C4 植物叶脉周围的维管束鞘细胞外 有叶肉细胞包围 进入叶肉细胞间隙的 2 CO 参加了叶肉细胞的 C4 循环 通过 C4 循环在维管束鞘细胞中释放的 参加 C3 循环 2 CO 增加增加 CO2 浓度的方法浓度的方法 温室中和露天都可以利用人工的方法增加空气中浓度 使作物增加产量 用人工 2 CO 的方法增加空气中的含量 称为 施肥 室外一般在土壤中加厩肥 泥炭 混合 2 CO 2 CO 肥料及无机肥料 如碳酸氢铵既能提