生物能量之源——光与光合作用新人教必修

1、叶绿体在不同光强下的 运动：低光下扁平面向 光排列， 高光强下窄面向光，作避 光性排列。 弱光弱光 强光强光 第一节 光合作用 电子显微镜下的叶绿体超微结构 典型的叶绿体:40-60grana/chloroplast, 10-100 thylakoids/grana,受植物 种类,年龄与环境条件的影响。 1、叶绿体结构和发育 第一节 光合作用 第一节 光合作用 类囊体膜上光合作用复合体分布示意图 第一节 光合作用 第一节 光合作用 第一节 光合作用 光光暗 光光 原质体原质体 前质体前质体 第一节 光合作用 光合色素光合色素 (三大类三大类) 叶绿素类叶绿素类(chlorophylls), C

2、hla,Chlb, Chlc,Chld,Chle和细菌叶绿素a,b等 类胡萝卜素类类胡萝卜素类(carotenoids) ,胡萝卜素 (carotene) 叶黄素(xanthophyll) 藻胆素藻胆素:藻蓝素藻蓝素(phycocyanobilin) 藻红素藻红素 (phycoerythrobilin)。 第一节 光合作用 叶绿素空间叶绿素空间 结构示意图结构示意图 第一节 光合作用 ab 400 500 600 700 Waverlength(nm) Relative absorbtance Chl吸收光区吸收光区, 红光区红光区(640-660 nm), 蓝紫光区蓝紫光区 (410-470

3、nm)。 第一节 光合作用 Waverlength(nm) Relative absorbtance 第一节 光合作用 第一节 光合作用 第一节 光合作用 第一节 光合作用 第一节 光合作用 c hhvq 10 hv hc 第一节 光合作用 光子能量： 光合色素能级差： 第二单线态第二单线态(E2) 第一单线态第一单线态(E1) 基态（基态（E0） h h 三线态三线态 吸收兰紫光吸收兰紫光 吸收红光吸收红光 发射荧光发射荧光 发射磷光发射磷光 叶绿素电子云能级及激发和发射光示意图叶绿素电子云能级及激发和发射光示意图 激发能的传递激发能的传递 或光化学反应或光化学反应 第一节 光合作用 P D

4、 A h h 光 合 单 位 P D A 作用中心色素（用中心色素（P），原初电），原初电 子供体（子供体（D）和原初电子受体（）和原初电子受体（A） 外外 围围 为为 天天 线线 色色 素素 第一节 光合作用 B、光能传递： 第一节 光合作用 第一节 光合作用 h 第一节 光合作用 第一节 光合作用 h DPA DP*A DP+A D+PA P D A h h 光 合 单 位 P D A 用中心色素（用中心色素（P），原初电子），原初电子 供体（供体（D）和原初电子受体（）和原初电子受体（A） 外外 围围 为为 天天 线线 色色 素素 第一节 光合作用 第一节 光合作用 第一节 光合作用 P

5、SI的结构模型 第一节 光合作用 PSI 作 用 中 心 复 合 体 电 子 载 体 的 排 列 图 第一节 光合作用 PSII作用中心的结构模型 第一节 光合作用 第一节 光合作用 P700 -1.2 -0.8 -0.4 -0.0 0.4 0.8 1.2 Mn H2O O2 +H+ Z P680 P680 Ph QA QB PQ Fe-S Cytf PC * P700* A0 A1 FX FB FA Fd FNR NADP 光合电子传递光合电子传递Z字方案图字方案图 h h 第一节 光合作用 第一节 光合作用 2H2O+4Fe3+ 光 4Fe2+ +2H+O2 类囊体类囊体 第一节 光合作用

6、 闪光放氧动力学 第一节 光合作用 第3,7,11,15隔隔4次次闪光出现一放氧高峰高峰。 S0 S2 S1 S3 S4 P680 hv e- e- e- e- e- 1min 1min 第一节 光合作用 放氧复合体中锰串的结构. 锰串中有4个 锰（Mn)原子与PSII D1蛋白的氨基酸残 基及氧、氯相连接,本模型不包括钙。 第一节 光合作用 第一节 光合作用 第一节 光合作用 ATP合成旋转催化模 式图 当质子流过时，当质子流过时， ATPATP合酶的合酶的亚基亚基寡聚体寡聚体 与与 和和 亚基一起旋转，这亚基一起旋转，这 种旋转导致种旋转导致 / / 间和间和 亚基亚基 间的不对称互作，打

7、开催间的不对称互作，打开催 化功能开关。化功能开关。 第一节 光合作用 22e- 第一节 光合作用 第一节 光合作用 Device when Calvin researched for CO2 fixation Hot alcohol 第一节 光合作用 H2COP C=O HCOH HCOH H2COP RuBP +CO2 RuBPCase Mg2+, H2O COOH HCOH + H2COP COOH HCOH H2COP 2 3-PGA 核酮糖核酮糖1,5-二磷酸二磷酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 第一节 光合作用 RuBPCase结构图。 高等植物叶绿体中 的RuBPCase由8个 大亚基

8、和8个小亚基 组成。红色为4个小 亚基，另4个在对面 看不到，绿和兰色 的分别为 8个大亚 基。 第一节 光合作用 COOH HCOH H2COP COOP HCOH H2COP HCO HCOH H2COP PGA Kinase ATP ADP GAP dehydrogenase NADPH NADP 3-PGA 1,3-PGA 3-GAP Pi c. RuBP 再生再生 第一节 光合作用 H2COP C=O HOCH HCOH H2COP HCOH H2COP C=O HCOH HCOH H2COP COOH HCOH H2COP COOP HCOH H2COP HCO HCOH H2CO

9、P H2COH C=O H2COP CO2 ADP ATP NADP NADPH 1 2 3 4 5 第一节 光合作用 H2COP C=O HOCH HCOH H2COP HCOH H2COH C=O HOCH HCOH H2COP HCOH H2COP C=O HCOH HCOH H2COP COOH HCOH H2COP COOP HCOH H2COP HCO HCOH H2COP H2COH C=O H2COP CO2 ADP ATP NADP NADPH 1 2 3 4 5 6 Pi 第一节 光合作用 H2COP C=O HOCH HCOH H2COP HCOH HCO HCOH H2

10、COP HCOH H2COH C=O HOCH HCOH H2COP HCOH H2COP C=O HCOH HCOH H2COP H2COH C=O HOCH HCOH H2COP COOH HCOH H2COP COOP HCOH H2COP HCO HCOH H2COP H2COH C=O H2COP CO2 ADP ATP NADP NADPH 1 2 3 4 5 6 Pi 7 第一节 光合作用 H2COP C=O HOCH HCOH H2COP HCOH HCO HCOH H2COP HCOH C=O HOCH HCOH HCOH H2COP HCOH H2COP H2COH C=O

11、 HOCH HCOH H2COP HCOH H2COP C=O HCOH HCOH H2COP H2COH C=O HOCH HCOH H2COP COOH HCOH H2COP COOP HCOH H2COP HCO HCOH H2COP H2COH C=O H2COP CO2 ADP ATP NADP NADPH 1 2 3 4 5 6 8 Pi 7 第一节 光合作用 H2COP C=O HOCH HCOH H2COP HCOH HCO HCOH H2COP HCOH C=O HOCH HCOH HCOH H2COP HCOH H2COP H2COH C=O HOCH HCOH H2COP

12、 HCOH C=O HOCH HCOH HCOH H2COP HCOH H2COH H2COP C=O HCOH HCOH H2COP H2COH C=O HOCH HCOH H2COP COOH HCOH H2COP COOP HCOH H2COP HCO HCOH H2COP H2COH C=O H2COP CO2 ADP ATP NADP NADPH 1 2 3 4 5 6 8 9 Pi Pi 7 第一节 光合作用 H2COP C=O HOCH HCOH H2COP HCOH HCO HCOH H2COP HCOH C=O HOCH HCOH HCOH H2COP HCOH H2COP

13、HCO HCOH HCOH HCOH H2COP H2COH C=O HOCH HCOH H2COP HCOH C=O HOCH HCOH HCOH H2COP HCOH H2COH H2COP C=O HCOH HCOH H2COP H2COH C=O HOCH HCOH H2COP COOH HCOH H2COP COOP HCOH H2COP HCO HCOH H2COP H2COH C=O H2COP CO2 ADP ATP NADP NADPH 1 2 3 4 5 6 8 9 10 Pi Pi 7 第一节 光合作用 H2COP C=O HOCH HCOH H2COP HCOH HCO

14、 HCOH H2COP HCOH C=O HOCH HCOH HCOH H2COP HCOH H2COP HCO HCOH HCOH HCOH H2COP H2COH C=O HOCH HCOH H2COP HCOH C=O HOCH HCOH HCOH H2COP HCOH H2COH H2COP C=O HCOH HCOH H2COP H2COH C=O HCOH HCOH H2COP H2COH C=O HOCH HCOH H2COP COOH HCOH H2COP COOP HCOH H2COP HCO HCOH H2COP H2COH C=O H2COP CO2 ADP ATP NA

15、DP NADPH 1 2 3 4 5 6 8 9 12 11 10 Pi Pi 7 第一节 光合作用 H2COP C=O HOCH HCOH H2COP HCOH HCO HCOH H2COP HCOH C=O HOCH HCOH HCOH H2COP HCOH H2COP HCO HCOH HCOH HCOH H2COP H2COH C=O HOCH HCOH H2COP HCOH C=O HOCH HCOH HCOH H2COP HCOH H2COH H2COP C=O HCOH HCOH H2COP H2COH C=O HCOH HCOH H2COP H2COH C=O HOCH HCO

16、H H2COP COOH HCOH H2COP COOP HCOH H2COP HCO HCOH H2COP H2COH C=O H2COP CO2 ADP ATP ATP ADP NADP NADPH 1 2 3 4 5 6 8 9 12 11 13 10 Pi Pi 7 淀粉 第一节 光合作用 第一节 光合作用 高梁 甘蔗 粟( 谷子,小米) 苋菜 玉 米 第一节 光合作用 CH C-O- P + HCO COO PEPCase Mg COOH CH C=O COOH + Pi 3 2 2 + PEP OAA 第一节 光合作用 C3 小麦维管束鞘 细胞无叶绿体 C4 玉米维管束鞘细 胞有叶

17、绿体 维 管 束 鞘 细 胞 第一节 光合作用 PEP CO2HCO3- OAAOAAMal NADPH NADP Pyr PyrPPDK Mal NADP NADPH CO2 RuBP 3PGA C3途径途径 ATP AMP ATP 2ADP 叶肉细胞 维管束鞘细胞 Pi PEPC b、CO2 转移和PEP的再生 第一节 光合作用 第一节 光合作用 红司静夜 第一节 光合作用 PEP OAA Mal CO2 Mal FBP G6P 淀粉淀粉 CO2 Pyr C3途径途径 液泡 叶绿体 CAM植物白天()和晚上()的光合途径 第一节 光合作用 第一节 光合作用 三、三、光合作用与环境条件光合作

18、用与环境条件 第一节 光合作用 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 05001000150020002500 C4 C3 Shade plant(C3) Pn (molm-2s-1) PPF(molm-2s-1) photoinhibition 第一节 光合作用 光抑制：光合作用的光抑制现象表现为光抑制：光合作用的光抑制现象表现为 强光下光合速率降低。强光下光合速率降低。 （3）光质：光质：红光光合效率最高,蓝紫光 次之,绿光最差。 农业生产如何利用光强和光质？ 第一节 光合作用 第一节 光合作用 C4 C3 Pn (molm-2s-1) CO2 (l L-1) C

19、3植物高于C4植物 ，怎样进行CO2施肥？. 第一节 光合作用 第一节 光合作用 -20 -10 0 10 20 30 40 50 0204060 Pn,Rd (molm-2s-1) Temperature () Total photosynthetic rate Pn Respiration rate 第一节 光合作用 第一节 光合作用 0 5 10 15 20 25 30 35 40 510152025 C4 C3 PPF 1000, Pn (molm-2s-1) Time of day (h) 第一节 光合作用 第一节 光合作用 固 氮4108t/y,化肥8 107t/y A、固氮真菌与

20、地衣共生、固氮蓝 细菌与苔藓 类共生。 B、与根(豆科)共生的细菌和 其他微生物根瘤菌。已知 约3000种豆科植物有固氮能力。 其中90%含有根瘤。 第二节 生物固氮 第二节 生物固氮 第二节 生物固氮 大 豆 根 瘤 豌豆根瘤 第二节 生物固氮 （1）植物根系释放根瘤菌 基因表达的激发子 （2）细菌释放结瘤因子 （3）植物根系产生离子流 ，表达结节蛋白，根瘤菌浸 染，并开始根瘤形态发生。 第二节 生物固氮 根瘤的形成过程示意图（苜 蓿） A、根毛弯曲，形成感染线、根毛弯曲，形成感染线 B、无限型根瘤形态发生、无限型根瘤形态发生 i.感染线进入内皮层。 ii.内皮层细胞 分裂。 iii.永久性分生组织形成。 .由远轴端到近轴端依次形成伸长节 、感染细胞和衰老细胞。 .(1)根瘤分生组织形成层; (2)感染线 生长和细胞穿透区； (3)浸入细胞扩大 区； (4)含成熟的根瘤菌组织； (5)含衰 老的 根瘤菌组织； (6)外皮层； (7)根瘤内表皮； (8)内皮 层； (9)根瘤维管束； (10)根表皮； (11)根皮层； (12)根内表皮； (13)根木质部和韧皮部。 C、有限型（球形）根瘤形态发生起始于外皮层细胞分裂。、有限型（球形）根瘤形态发生起始于外皮层细胞分裂。 4a 开