第四章植物的光合作用节详解

第四章植物的光合作用节详解演示文稿第一页，共44页。优选第四章植物的光合作用节第二页，共44页。光合作用（photosynthesis）——光养生物吸收光能,把无机物合成有机物的过程。CO2+H2A(CH2O)+2A↑+H2O

光绿色细胞第一节光合作用的概念和意义第三页，共44页。光光合细菌紫色硫细菌和绿色硫细菌以H2S为还原剂

CO2+2H2S(CH2O)+2S+H2O细菌光合作用（无氧光合作用）H3CH3C光光合细菌H3CH3CCO2+2CHOH(CH2O)+2CO+H2O紫色非硫细菌以异丙醇、脂肪酸等有机物为还原剂一）光合作用类型第四页，共44页。绿色植物的光合作用（放氧光合作用）绿色植物的光合作用以水为还原剂将CO2还原CO2+H2O(CH2O)+O2↑

光绿色细胞第五页，共44页。H3CH3C光光合细菌光光合细菌光光养生物光绿色植物H3CH3CCO2+H2O(CH2O)+O2↑

第六页，共44页。希尔反应:Hill(1937)发现离体的叶绿体加到具有氢接受体(A)的水溶液中，照光后即放出氧气二）希尔反应光破碎的叶绿体H2O+2A2AH2+O2希尔氧化剂如铁氰化钾、草酸铁、苯醌、NADP＋、NAD＋等。第七页，共44页。希尔反应的意义：1)初步证明氧气来自于水2）证明CO2的还原与O2的释放是两个相对独立的过程，光合作用释放的O2来自于水的光解；3）第一次用离体的叶绿体做实验，把光合作用研究深入到细胞器水平。第八页，共44页。三）18O的研究CO2+2H218O(CH2O)+18O2+H2O光光合细胞第九页，共44页。光合作用是一个氧化还原反应过程，该过程有以下几个反应特点：2.CO2

被还原成糖；1.H2O被氧化成分子态的氧；3.在反应过程中完成了光能到化学能的转变。CO2+H2O(CH2O)+O2↑

光绿色细胞第十页，共44页。二、光合作用的意义CO２+H２O→(CH２O)＋O２

(△G=478kJ/mol)1.把无机物变为有机物的重要途径

“绿色工厂”

2.巨大的能量转换过程

3.维持大气中O2和CO2的相对平衡

“环保天使”光合作用是生物界获得能量、食物和氧气的根本途径光合作用是“地球上最重要的化学反应”问题：为什么没有光合作用也就没有繁荣的生物世界？第十一页，共44页。第十二页，共44页。第二节叶绿体的结构

叶片是光合作用的主要器官，而叶绿体是光合作用最重要的细胞器。第十三页，共44页。一、叶绿体的发育、形态及分布1.发育

2.形态3.分布4.运动高等植物的叶绿体由前质体发育而来。前质体是无色的，存在于顶端分生组织。叶原基形成时,前质体内膜若干处内折并深入基质扩展增大，成片，脱离内膜形成类囊体，同时合成叶绿素第十四页，共44页。1.发育

2.形态3.分布4.运动高等植物呈扁平椭圆形，一般直径5-6μm，厚2-3μm，每个叶肉细胞中叶绿体的大小与数目依植物种类、组织类型以及发育阶段而异。第十五页，共44页。1.发育

2.形态3.分布4.运动叶肉细胞中的叶绿体较多分布在与空气接触的质膜旁，这样的分布有利于叶绿体同外界进行气体交换。第十六页，共44页。1.发育

2.形态3.分布4.运动随原生质环流运动，随光照的方向和强度而运动。叶绿体随光照的方向和强度而运动侧视图俯视图第十七页，共44页。二、叶绿体的基本结构叶绿体被膜基质类囊体第十八页，共44页。由两层单位膜组成，两膜间距5～10nm。被膜上无叶绿素，外膜为非选择透性膜，内膜是选择透性膜主要功能是控制物质的进出，维持光合作用的微环境。1.叶绿体被膜第十九页，共44页。2.基质及内含物基质：被膜以内的基础物质。以水为主体，内含多种离子、低分子有机物，以及多种可溶性蛋白质等。是碳同化的场所，含有还原CO2与合成淀粉的全部酶系（Rubisco总蛋白的一半以上)

第二十页，共44页。2.基质及内含物基质是淀粉和脂类等物的贮藏库

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淀粉粒与质体小球将照光的叶片研磨成匀浆离心，沉淀在离心管底部的白色颗粒就是淀粉粒。质体小球又称脂质球或亲锇颗粒，在叶片衰老时叶绿体中的膜系统会解体，此时叶绿体中的质体小球也随之增多增大。第二十一页，共44页。

3.类囊体

由单层膜围起的扁平小囊。膜厚度5～7nm，囊腔空间为10nm左右，片层伸展的方向为叶绿体的长轴方向第二十二页，共44页。

3.类囊体

类囊体分为二类：基粒类囊体或称基粒片层，可自身或与基质类囊体重叠，组成基粒基质类囊体

又称基质片层，伸展在基质中彼此不重叠；堆叠区片层与片层互相接触的部分，非堆叠区

片层与片层非互相接触的部分。光合膜类囊体片层堆叠的生理意义？第二十三页，共44页。1.膜的堆叠意味着捕获光能机构高度密集,更有效地收集光能。2.膜系统常是酶排列的支架，膜的堆叠易构成代谢的连接带，使代谢高效地进行。类囊体片层堆叠成基粒是高等植物细胞所特有的膜结构,它有利于光合作用的进行。光合膜类囊体片层堆叠的生理意义？第二十四页，共44页。一个叶绿体内基粒的数量及构成基粒的类囊体的数目与细胞的生理需求和环境条件等有关，一般处于生长期或成熟期的叶肉细胞内叶绿体的数目及类囊体垛叠程度高，光、温度、水分、矿质养分供应状况都影响叶绿体的发育。第二十五页，共44页。4.类囊体膜上的蛋白复合体蛋白复合体：由多种亚基、多种成分组成的复合体。主要有四类：即光系统Ⅰ（PSI）、光系统Ⅱ（PSⅡ）、Cytb６/f复合体和ATP酶复合体（ATPase）。类囊体膜的蛋白质复合体参与了光能吸收、传递与转化、电子传递、H+输送以及ATP合成等反应。由于光合作用的光反应是在类囊体膜上进行的，所以称类囊体膜为光合膜。第二十六页，共44页。二、光合色素

的化学特性植物叶绿体中的色素可分为三大类:叶绿素、类胡萝卜素和藻胆素。高等植物中含有前两类，藻胆素仅存于藻类中。(一)叶绿体色素的结构与性质1、叶绿素使植物呈现绿色的色素高等植物含有叶绿素a、b两种。叶绿素a(chla)呈蓝绿色，叶绿素b(chlb)呈黄绿色。第二十七页，共44页。

COOCH3

叶绿素aC55H72O5N4MgCOOC20H39

COOCH3

叶绿素bC55H70O6N4MgCOOC20H39

叶绿素是双羧酸的酯。叶绿素a与b很相似，不同之处是叶绿素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第二个吡咯环上的一个甲基(-CH3)被醛基(-CHO)所取代(图3-2a)，故前者极性小。第二十八页，共44页。a叶绿素分子含有一个卟啉环的“头部”和一个叶绿醇(植醇)的“尾巴”。图3-2主要叶绿素的结构式

亲水性，脂溶性四个吡咯环以四个甲烯基构成的卟啉环第二十九页，共44页。叶绿素＋水叶绿酸钾盐＋甲醇＋叶绿醇KOH皂化反应叶绿素在碱性条件下发生皂化反应第三十页，共44页。卟啉环上的共轭双键和中央镁离子易被光激发而引起电子得失，使叶绿素具有特殊的光化学性质。

卟啉环中的镁离子可被H＋、Cu＋、Zn＋所置换。第三十一页，共44页。Chl+H+

去镁叶绿素＋Mg2+向叶绿素溶液中放入两滴5％盐酸摇匀，溶液颜色的变为褐色，形成去镁叶绿素。当溶液变褐色后，投入醋酸铜粉末，微微加热，形成铜代叶绿素6）取代反应去镁叶绿素＋CU2+铜代叶绿素+H+

卟啉环中的镁离子可被H＋、Cu＋、Zn＋所置换第三十二页，共44页。CHLa/CHLb为3：1，不同植物比例有所不同功能：绝大部分叶绿素a和全部叶绿素b分子有收集光能的作用，少数特殊状态的叶绿素a分子有将光能转为电能的作用。第三十三页，共44页。2.类胡萝卜素(carotenoid)

是由8个异戊二烯形成的四萜，含有一系列的共轭双键，分子的两端各有一个不饱和的取代的环己烯，也即紫罗兰酮环，类胡萝卜素包括胡萝卜素(C40H56)和叶黄素(C40H56O2)两种。第三十四页，共44页。2.类胡萝卜素(carotenoid)及其结构特点1）颜色胡萝卜素为橙黄色，叶黄素为黄色2）溶解性不易溶于水，易溶于有机溶剂类胡萝卜素胡萝卜素(carotene,C40H56)叶黄素(lutein,C40H56O2)第三十五页，共44页。胡萝卜素(carotene)

，有α、β、γ三种同分异构体，其中以β-胡萝卜素在植物体内含量最多。β-胡萝卜素在动物体内经水解转变为维生素A。叶黄素(xanthophyll)

，是由胡萝卜素衍生的醇类，也叫胡萝卜醇,通常叶片中叶黄素与胡萝卜素的含量之比约为2:1。叶片中叶绿素与类胡萝卜素的比值约为3∶1，所以正常的叶子总呈现绿色。第三十六页，共44页。叶色的变化秋天叶片变黄，why？313131132113第三十七页，共44页。4）作用吸收传递光能;保护叶绿素，防止叶绿素被光分解破坏。光合色素的共同特点：分子内具有许多共轭双键，能捕获光能，捕获的光能能在分子间传递。第三十八页，共44页。叶绿体中的叶绿素和类胡萝卜素在类囊体膜中以非共价键与蛋白质结合在一起。一条肽链上可结合若干色素分子，组成色素蛋白复合体，推测各色素分子在蛋白中的排列和取向有一定规律，以使光能在色素分子间迅速传递。第三十九页，共44页。（二）光合色素的吸收光谱（absorptionspectra）640-660nm的红光430-450nm的蓝紫光叶绿素最强的吸收区有两个：将叶绿素溶液放在光源和分光镜之间，就可以看到光谱中有些波长的光线被吸收了，光谱上出现了暗带，这就是叶绿体色素的吸收光谱。第四十页，共44页。640～660nm的红光430～450nm的蓝紫光叶绿素a在红光区的吸收峰比叶绿素b的高，蓝紫光区的吸收峰则比叶绿素b的低。阳生植物叶片的叶绿素a/b比值约为3∶1，阴生植物的叶绿素a/b比值约为2.3∶1。海洋表层的绿藻的叶绿素a/b比值约为1:4。叶绿素b有阴生叶绿素之称。2.叶绿素吸收光谱有两个强吸收峰区（二）光合色素的吸收光谱第四十一页，共44页。植物体内不同光合色素对光波的选择吸收是植物在长期进化中形成的对生态环境的适应，这使