光合作用(竞赛)

植物生理学光合作用1光合作用概念光

CO2+H2O*（CH2O)+O2*

叶绿体2由于光合作用，大气中的CO2大约每300年循环一次，O2大约每2000年循环一次全球范围CO2的升高，会产生温室效应314.下列哪一种情况下绿色植物肯定会从气孔中释放出氧气？(

)A、温度适宜的夜晚

B、中午高温、叶片萎蔫C、叶绿体中发生水的光解

D、温室中人工光照下的试管苗15、如果将叶绿体的类囊体破坏，使其膜悬浮于叶绿体基质中，再给予光照(

)。A、既不能进行光反应，也不能进行暗反应

B、只进行光反应，不能进行暗反应C、只有还原剂产生，没有ATP产生

D、既有荧光出现，也有CO2固定DC4叶绿体的结构56

叶绿素（1）少数特殊chla具有将光能转为电能作用（2）绝大部分chla和全部chlb、c、d具有收集并传递光能的作用类胡萝卜素（1）辅助吸收光能（2）保护叶绿素免受光氧化破坏

藻胆素藻类进行光合作用的主要色素，辅助吸收光能光合色素种类和功能7吸收光谱----叶绿体色素吸收部分光质后，在光谱上出现的暗带。

*地面上太阳光：300nm~2600nm*可见光：390nm~770nm（红橙黄绿青蓝紫）*用于光合作用光：400nm~700nm二.光合色素的光学性质(一)吸收光谱8（1）叶绿素吸收光谱

最大吸收区：红光区640~660nm（特有）

蓝紫光区430~450nm

注chlb在蓝紫光区的吸收带比chla宽、吸收峰高，更利于吸收短波蓝紫光。故阴生植物比阳生植物chlb含量高。9（2）类胡萝卜素、叶黄素吸收光谱

最大吸收区域：蓝紫光区,红光区几乎无吸收（3）藻胆素吸收光谱

藻蓝素吸收峰：橙红区藻红素吸收峰：绿光区、黄光区10

(二)荧光现象和磷光现象叶绿素在透射光下呈绿色，反射光下呈红色Chla呈血红光和Chlb棕红光。荧光现象：指去掉光源后,用精密仪器还能测量到叶绿素溶液继续辐射出微弱的红光的现象磷光现象:11

原初反应光反应电子传递（光合放氧）

（基粒片层）光合磷酸化

C3途经暗反应

C4途经碳同化

（叶绿体基质）

CAM途径光合作用的过程12光合作用的过程1原初反应：光能的吸收、传递和转换

光能→电能2电子传递和光合磷酸化

电能→活跃化学能（ATP、NADPH）3碳同化（酶促反应，受温度影响）

活跃化学能→稳定化学能（碳水化合物等）

三条：C3途径---C3植物

C4途径---C4植物

CAM途径---CAM植物

光反应暗反应13第一阶段:原初反应NAD:辅酶ⅠNADH:还原型辅酶ⅠNADP:辅酶ⅡNADPH:还原型辅酶Ⅱ在光的照射下，少数处于特殊状态的叶绿素a，连续不断地丢失电子和获得电子，从而形成电子流，使光能转换成电能。2H2O→O2

+4H+

+4e-聚光色素C：原初电子供体A：作用中心光能转换色素分子（中心色素）D：原初电子受体最终供体最终受体1430、叶绿体中的天线色素分子(

)A、处于光反应系统中的顶端部位 B、是光反应全过程的反应中心C、只具有光能吸收和传递功能 D、吸收光能并将能量转变成ATP中的化学能C15第二阶段.电子传递和光合磷酸化合成ATP,H2O光解产生O2和【H】光合磷酸化：1定义：叶绿体在光下将ADP和Pi转化为ATP过程2类型：非环式光合磷酸化：在基粒片层进行2ADP+2Pi+2NADP++2H2O2ATP+2NADPH+2H++O2循环式光合磷酸化：在基质片层进行，补充ATP不足

ADP+PiATP16第二阶段.电子传递和光合磷酸化PSI：分布在类囊体薄膜的非叠合部分，小颗粒，中心色素P700（吸收700nm光）,(可循环)

PSⅡ:

分布在类囊体薄膜的叠合部分，大颗粒，中心色素P680（吸收680nm光），（非循环）

PSI：长波反应，把NADP+还原成NADPH+H+PSⅡ:短波反应，水的光解和放氧经光反应后，光能转变成的电能暂时贮存在ATP和NADPH+H+中.17光系统——PSI：分布在类囊体薄膜的非叠合部分，小颗粒，中心色素P700（吸收700nm光）（可循环）

PSⅡ:

分布在类囊体薄膜的叠合部分，大颗粒，中心色素P680（吸收680nm光）（非循环）

光合链非循环式电子传递：电子传递体：所有成分H传递体:PQ最终产物：ATP，NADPH，O2第二阶段.电子传递和光合磷酸化18

PQ：质体醌，可移动的电子载体，传递电子和质子（PQ穿梭）

PC：质体蓝素，类囊体腔中(电子载体)PQ是H+和电子的传递体，可以在膜内或膜表面移动，在传递电子的同时，将H+从类囊体膜外（叶绿体基质）移入膜内（内囊体腔），造成跨类囊体膜的H+梯度，又称“PQ穿梭”。“PQ穿梭”19定义：利用生物氧化过程释放的自由能驱动ADP磷酸化，形成ATP的过程

氧化磷酸化概念和类型氧化磷酸化：电子从NADH或FADH2经过电子传递链，给分子氧时，将释放的能量转移给ADP，形成ATP的过程。（是生成ATP的主要形式）电子传递过程和磷酸化作用相偶联（两者联在一起）底物水平磷酸化特点：形成一个高能磷酸化合物的中间产物，通过酶使细胞中的ADP生成ATP，与氧的存在与否无关20不定项13、光合磷酸化与化学磷酸化的区别在于(

)。A、前者能量来自光，后者能量来自有机物B、前者在叶绿体中进行，后者在线粒体中进行C、前者磷酸化后产生有机物，后者磷酸化后产生CO2和H2OD、前者需要ATP合成酶，后者需要ATP水解酶AB21（一）C3途径（卡尔文循环）CO2受体是一种戊糖（核酮糖二磷酸RUBP），故又称还原戊糖磷酸途径RPPPCO2被固定形成的最终产物是三碳化合物，故称C3途径卡尔文等在50年代提出的，故称卡尔文循环（Calvin循环）C3途径分三个阶段：羧化（固定）、还原、再生第三阶段:光合作用的碳同化（暗反应）22

1羧化阶段CH2OPC=O

RuBPc

CH2O

P

COOHHCOH+CO2+H2OHCOH+HCOHHCOHCOOHCH2OPCH2OP

RuBP2分子PGA

(一)C3途径3-磷酸甘油酸232还原阶段

O

COOHMg2+C-OPHCOH+ATPHCOH+ADPCH2OPCH2OP

PGADPGA

OC-OPCHOHCOH+NADPH+H+HCOH+NADP++Pi

CH2OPCH2OP

DPGAPGAld(GAP)

1、3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛的形成就完成了将无机CO2还原成糖,也实现了把活跃化学能转化为稳定化学能24由PGAld（GAP）经一系列转变重新合成CO2受体RUBP的过程包括3-、4-、5-、6-、7-碳糖的一系列反应，最后消耗1分子ATP，再形成RUBP，构成一个循环。重要中间物:二羟丙酮磷酸(DHAP),可被运出叶绿体,进入细胞质基质中合成蔗糖,后者是光合产物运到非光合组织的主要形式,DHAP也可在叶绿体中转变成6-磷酸-葡萄糖进而形成淀粉,把光合产物暂时储藏在叶绿体中.再生阶段25CO2最初受体是RuBP，固定CO2最初产物PGA，最初形成的糖(最初还原产物)是PGAld物质转化：要中间产物收支平衡，净得一个3C糖，需羧化（固定）三次，即3RuBP固定3CO2能量转化：同化1CO2，需3ATP和2NADPH，同化力消耗主要在还原阶段总反应式：总结26玉米水稻维管束鞘叶绿体C4植物与C3植物叶片解剖结构的差异叶肉细胞厚壁细胞C3：维管束鞘细胞中不含叶绿体，叶肉细胞中含叶绿体，有栅栏组织和海绵组织可进行光合作用产生淀粉

C4：维管束鞘细胞中含无基粒的叶绿体进行C3途径产生淀粉

叶肉细胞中含叶绿体，与鞘细胞共同围成维管束进行C4途径

（二）C4途径“花环结构”271羧化(固定)：叶肉细胞中，PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）羧化酶作用，固定CO2为草酰乙酸OAA，后形成四碳二羧酸（Mal或Asp)，（苹果酸或天冬氨酸）反应历程：四个阶段

2转移：C4酸通过胞间连丝转运到维管束鞘细胞内.

3脱羧与还原：鞘细胞中，C4酸脱羧放出CO2形成C3酸，CO2进入C3途径还原为光合产物。4再生：脱羧形成的C3酸(Pyr或Ala)转运回叶肉细胞，再生成CO2的受体PEP。28

叶肉细胞低CO2

维管束鞘细胞高CO2

CO2→HCO3-→

OAA→C4酸

→→

C4酸→CO2→PGA

(Mal或Asp)

C3环

RuBP

PEPC3酸C3酸PiATP

Ala或Pyr

糖、淀粉

C4途径的基本反应示意图C4途径C3途径脱羧羧化转移还原再生291、CO2最初受体是PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）2、最初产物草酰乙酸OAA3、在两种细胞中完成：叶肉细胞、(维管束)鞘细胞4、叶肉细胞起“CO2”泵作用，不能将CO2转变为糖(CO2只是固定而未还原)C4途径特点意义：由于PEP羧化酶对CO2亲和力极强，当CO2浓度降低时，也能固定CO2，而C4植物生活在高强光和热带地区，气孔经常关闭，防止水分散失的同时，也降低体内CO2的浓度，C4途径的存在，使CO2不致成为光合作用的限制因子，从而提高光合效率，因而C4植物光合效率明显高于C3。30部分C4植物高梁甘蔗粟(谷子,小米)苋菜玉米31

1、CAM植物解剖学、生理学特点

（1）解剖学特点：景天、仙人掌，菠萝，落地生根（2）生理学特点：

*气孔夜间开放，吸收CO2，白天关闭

*绿色细胞有机酸含量夜间上升，白天下降

*细胞淀粉含量夜间下降，白天上升（三）CAM途径（景天科酸代谢途径）32

1、CAM植物解剖学、生理学特点

（1）解剖学特点：景天、仙人掌，菠萝，落地生根（2）生理学特点：

*气孔夜间开放，吸收CO2，白天关闭

*绿色细胞有机酸含量夜间上升，白天下降

*细胞淀粉含量夜间下降，白天上升（三）CAM途径（景天科酸代谢途径）33相同点：

都有羧化和脱羧两个过程都只能暂时固定CO2，不能将CO2还原为糖

CO2最初受体是PEP，最初产物是OAA

催化最初羧化反应的酶是PEP羧化酶不同点：C4途径羧化和脱羧在空间上分开

羧化——叶肉细胞、脱羧——鞘细胞CAM途径羧化和脱羧在时间上分开羧化——夜晚、脱羧——白天3CAM途径与C4途径比较34光合初产物的转化１．可以转化为淀粉场所：叶绿体２．可以转化为蔗糖场所：胞质溶胶３．可以转化为其他的糖类物质或其他物质４．光照下，光合作用有利于蔗糖合成；光合速率减慢或黑暗时，蔗糖合成量就减少．光合产物主要是糖类，大多数高等植物的光合产物是淀粉，有些植物（如洋葱、大蒜等）的光合产物是葡萄糖和果糖，蛋白质、脂肪和有机酸也都是光合作用的直接产物。35第四节光呼吸一、概念

*光呼吸—植物绿色细胞依赖光照，才能吸收O2，释放CO2的过程。*高光呼吸植物—具有明显的光呼吸。如小麦、大豆、烟草等C3植物。*低光呼吸植物—光呼吸很微弱，几乎检测不出来。如高粱、玉米、甘蔗、狗尾草、马齿苋、羊草等C4植物。光呼吸的存在是C3植物光合效率低的原因36二光呼吸的生化历程

（乙醇酸代谢途径，C2途径）RUBPCase、Rubisco、RUBP羧化酶-加氧酶

23-磷酸甘油酸RUBP3-磷酸甘油酸+2-磷酸乙醇酸

H2O

O2CO2关键酶：1，5-二磷酸核酮糖羧化酶（双功能）光合作用乙醇酸磷酸光呼吸光呼吸实质是把已固定的20%-40%的碳变成CO2再释放出来，是一个消耗过程，不利于积累有机物。全程由叶绿体（需氧）、过氧化物酶体（需氧）、和线粒体（放CO2）、协同完成。37

RuBP

O2

叶绿体PGA

磷酸乙醇酸

ADPH2OATPPi

甘油酸乙醇酸甘油酸过氧化物酶体乙醇酸

NAD+

O2NADHH2O2→H2O+1/2O2

羟基丙酮酸乙醛酸

GluKGTSerGlySer

线粒体

GlyH2ONAD++H4-叶酸盐NADHGly

亚甲H4-叶酸盐NH3+CO238

对光和O2的要求不同底物不同：乙醇酸葡萄糖进行部位不同：绿色细胞所有细胞进行细胞器不同代谢途径不同中间产物、能量需求不同生理意义不同三、光呼吸和暗呼吸(细胞呼吸)比较3931、有些植物的光合作用具有C2途径。这一途径的优越性在于(

)。A、使光照强度不成为光合作用的限制因子B、使CO2不成为光合作用的限制因子C、使叶绿体产生的有机物多样化 D、使植株对高温的适应性更强B40问题：

C4植物光合效率为什么高于C3植物（在高光强、高温、干燥时更明显）？PEPCase活性及对CO2亲和力比RuBPCase高C4植物有“CO2”泵，RuBPCase向羧化方向进行C4植物的光呼吸低：局限在维管束鞘细胞，光呼吸放出的CO2被“花环”结构叶肉细胞利用，不易“漏出”。注意:但是C4植物同化CO2消耗的能量比C３植物多，也可以说这个“CO2泵”是要由ATP来开动的，故在光强及温度较低的情况下，其光合效率还低于C3植物。可见C4途径是植物光合碳同化对热带环境的一种适应方式。41影响光合作用的因素一、内部因素对光合作用的影响

*植物种类、生育期*不同器官和部位*光合产物的输出*叶绿素含量421光照（1）光质：橙红光(利于碳水化合物形成)＞蓝紫光(更利于蛋白质类形成)＞绿光（2）光强光饱和点——指增加光照强度而光合作用不再增加时的光照强度。阳生＞阴生，C4＞C3,草本＞木本植物光补偿点———光合作用吸收CO2量与呼吸作用释放CO2量相等时的光照强度。

阳生植物＞阴生植物，C4植物＞C3植物,草本＞木本植物一般来说，光补偿点高的植物其光饱和点也高

二、外界条件对光合作用的影响43光抑制当光合机构接受的光能超过它所能利用的量时，光会引起光合效率的降低，这个现象叫光合作用的光抑制。光抑制主要发生在PS11。4445CO2补偿点：光合速率与呼吸速率相等时的外界环境中的CO2浓度。CO2饱和点：当光合速率开始达到最大值时的外界CO2浓度。2、CO2由于光合作用和呼吸作用受温度和光照的影响,因此不同的温光条件下,CO2的补偿点是不同的,而且不同的植物补偿点也不同,一般是C4植物的CO2补偿点比C3的低(PEP羧化酶与CO2的亲和力比C3植物的RuBP羧化酶大)46473、温度光合作用的温度三基点：最高、最适、最低温48

4、水分5、矿质元素6、氧气浓度

光合作用的日变化：

限制因子律

49光合作用的日变化50水不足，气孔部分关闭，影响CO2进入；缺水使叶片淀粉水解加强，糖类堆积，光合产物输出慢，光合速率下降；光合作用的光抑制。光合作用“午休”现象原因51光合细菌的光合作用光合细菌体内含有细菌叶绿素，有的还含有大量类胡萝卜素，使菌体呈现出红色。CO2+2H2S(CH2O)+2S+H2O光能细菌叶绿素29、某些细菌也能够利用光能把CO2合成有机物，化学简式如下：紫硫细菌：CO2+2H2S→(CH2O)

+2S↓

+H2O氢细菌：CO2+2H2→

(CH2O)

+H2O据简式分析，相比较于绿色植物，这些细菌的光合作用过程(

)。A、不释放氧气

D、没有光反应和暗反应两个过程C、没有ATP产生过程

B、能够产生水A52综合分析图(一)和图(二)，判断以下叙述正确的有()A．测得植株有a过程时，细胞中可能同时存在cd过程B．如果发生g过程，必定发生d过程C．如果发生c过程，光照强度肯定大于BD．测得植株有e过程时，其细胞不必进行f过程A53如图表示一天内植物二氧化碳吸收量的变化。以下分析不正确的是：()A．在P点，有机物既有消耗也有合成B．Q点积累NADPH和ATPC．R点二磷酸核酮糖含量相对S点较高D．S点单位时间释放O2量低于Q点

B54如图表示植物细胞内的某一系列化学反应，据图判断，错误的是：()A．阳光过于强烈，导致叶片气孔关闭将是减缓①过程进行的主要因素B．阴雨天气，光反应产物量减少将是减缓②过程的主要因素C．②过程的产物还包括五碳化合物，所以②过程是影响①过程进行的因素D．①②过程进行分别在叶绿体内囊体膜上和叶绿体基质中进行D55下列关于植物体内的光合作用和呼吸作用的叙述，错误的是：()A．都包括一系列氧化还原反应，但在细胞内进行的部位不同B．都必须在有水的条件下进行，并且都消耗水C．都涉及ATP与ADP相互转变，所以叶绿体内和线粒体内产生的ATP可以交流D．都涉及能量的转化，因此叶绿体和线粒体都是细胞中的能量转换器C56右图为四种植物(1、Il、IIl、Ⅳ)在不同光照强度下光合作用速率的曲线，其中最适于在荫蔽条件下生长的植物是()。A．IB．IIC．III D．IVD57观察右图，对0、P、Q、R4个点的描述，错误的是A．O点没有光合作用 B．P点没有积累有机物C．Q点没有积累C5物质 D．R点没有积累ATPC581、温度下降会引起植物对无机盐的吸收减缓，其原因是()A．降低了呼吸强度B．改变了植物对无机盐的吸收方式C．降低了光合作用强度D．降低了部分蛋白质活性2、自然环境中，植物在阴天和盛夏中午，光合作用均有所减弱，两者分别主要影响到下列哪些生理活动?()A．光反应减弱和碳反应减弱B．呼吸作用上升和蒸腾作用上升C．C还原量下降和C5存量上升D．叶绿体中ATP与ADP周转速率下降和C5合成C3速率下降ADACD594、右图表示在全日照下两种不同植物叶片在不同的CO2浓度(单位10-6)下净CO2交换速度(单位μmol·ms-1)的变化，下列叙述正确的是()。A．在CO2浓度为200×10-6时，植物A对光能的利用效率比植物B要低B．在CO2浓度为400×10-6时，两种植物合成有机物速率相似C．光强度一定的时候，较低的CO2浓度对植物A的光合作用影响较小，对