植物的光合作用.ppt

1、第三章 植物的光合作用,有收无收在于水 收多收少在于肥 ? 万物生长靠太阳,第三章 植物的光合作用,假设光合作用是一个物 质生产过程，那么： 1）原料、产品是什么？ 2）工厂、车间是什么？ 3）工人有哪些？ 4）生产流程是怎样？ 5）制约因素有哪些？,第三章 植物的光合作用,教学目标 掌握叶绿体结构及光合色素种类和性质； 了解叶绿素的生物合成及其影响因子； 初步弄清光合作用机理（重点和难点）； 了解光呼吸的基本过程和主要生理功能； 弄清光合作用的影响因素。,第一节 光合作用概述,1 光合作用发现简史 1771年英国化学家J.Priestley发现植物可净化空气，他实际上发现了植物放氧； 177

2、9年荷兰人Jan Ingenhousz发现植物只有在光下才净化空气,证明光的参与； 1782年瑞士科学家J.Sennebier发现CO2可以促进植物在光下产生纯净空气； 1864年J.Sachs观察到光照下叶绿体中的淀粉粒增大，证明光合中有有机物产生； 1941年Ruben等用H2O*证明氧气来源于水光解,光合作用概图,光合作用的总反应式为 光 CO2+2H2O-(CH2O)+O2+H2O 叶绿体 2 光合作用的重要意义 A）合成有机物 B）能量的转换和贮存 C）释放氧气、净化空气,第二节 叶绿体和光合色素,1 叶绿体的结构和成分 1.1 叶绿体的外部形态(P59) 高等植物叶绿体多呈扁平椭球

3、形，主要分布在叶片的栅栏组织和海绵组织中。,叶绿体的形态与分布,1.2 叶绿体的基本结构 A）被膜：有外膜和内膜两层，内膜具选择透性。 B）基粒：由类囊体垛叠而成的。光能的吸收、传递、转换场所。 C）间质：为叶绿体膜以内的基础物质。主要是可溶性蛋白质（酶），为CO2固定与转化场所。,1.3 叶绿体的主要成分 水分 （75） 蛋白质（30-45） 脂类（20-40） 干物质 色素（10） （25） 无机盐（10）,2 光合色素 2.1 光合色素的种类 光合色素：指植物体内含有的具有吸收光能并将其用于光合作用的色素。 1） 叶绿素：主要有叶绿素a（呈蓝绿色）和叶绿 素b（呈黄绿色） 2） 类胡萝卜

4、素：主要有胡萝卜素（多为-型， 呈橙黄色）和叶黄素（黄色） 3）藻胆素：蓝藻、红藻等藻类进行光合作用的 主要色素，常与蛋白质结合为藻胆蛋白。,2.2 光合色素的分布 1）叶片中的分布 正常叶片中: A) 叶绿素和类胡萝卜素的分子比例 约为3:1 B) chla与chlb的分子比例也约为3:1 C) 叶黄素与胡萝卜素约为2:1,思考：下图两叶片中光合色素的分布如何？,2）叶绿体中的分布 光合色素都包埋在类囊体膜中，以非共价键与蛋白质结合在一起。各色素分子间的距离和取向较固定，使得能量传递或电子传递可有效地进行。,叶绿体中光合色素的分布,2.3 光合色素的光学性质 A. 吸收光谱的概念 某一物质对

5、各种不同的光有不同程度吸收，将这种吸收作为波长的函数作图，就得到了此物质的吸收光谱。 B. 物质波谱及太阳光的光谱 C. 叶绿素的吸收光谱,B.物质波谱及太阳光的光谱,6,叶绿素的吸收波谱,2.4 叶绿素的生物合成 1. 叶绿素生物合成过程（自学p64-65） 要点： A）起始物：是什么? B）需光：哪一步? C）叶绿素b是怎么来的?,叶绿素生物合成过程 A）起始物：-氨基酮戊酸 ； B）需光：原脱植基叶绿素a只有在光下才能转变为脱植基叶绿素a； C）叶绿素b由叶绿素a氧化而来。,2 影响叶绿素生物合成的因素 因素之一-光 原脱植基叶绿素a经过正常光照，才能顺利合成叶绿素。 例外：藻类、苔藓、

6、蕨类和裸子植物的松柏科植物，在黑暗中也可以形成一些叶绿素。,因素之二-温度 温度影响酶的活性，从而间接影响叶绿素的合成。一般来说，叶绿素形成的最适温度约为30，其下限是2-4，上限是40。,因素之三-矿质元素 Mg、N是叶绿素的组成成分，Fe、Mn、Cu、Zn、K等元素是叶绿素生物合成有关酶的成分或激活剂，这些元素的缺乏会导致缺绿病。,因素之四-水分 缺水影响叶绿素的合成，并促进叶绿素的分解，故缺水会导致叶黄。,第三节 光合作用的机理,概述-光合过程几点认识 A）光合作用过程相当复杂，光合作用靠光发动，但并非全过程都需要光。根据需光与否，可将光合作用过程分为光反应和暗反应。,B）从物质代谢角度

7、看，光合作用过程是植物利用光能将无机物（CO2和水），通过一系列复杂的化学变化，合成碳水化合物等有机物的过程。,C）从能量代谢角度看，光合作用过程是植物将光能转变为化学能的过程。依此可将光合过程分为3大步骤： 1）原初反应：光能的吸收、传递和转换为电能； 2）电子传递和光合磷酸化：电能转变为活跃的化学 3）碳同化：活跃的化学能再转变为稳定的化学能。,2 原初反应 2.1 原初反应的概念 为光合作用 最初的反应，它 包括对光能的吸 收、传递以及将 光能转换为电能 的具体过程。,光与叶绿体的相互作用,叶绿素的光激发,2.2 参加原初反应的色素 1）作用中心色素： 为少数叶绿素a分子， 既能吸光，又

8、能在吸光后 被激发，释放一个高能电 子，并发生光化学反应。 2）聚光色素： 为大多数色素分子，只 吸收光能，不引起光化学 反应，仅把吸收的光能传 到作用中心色素，又叫做 天线色素。,2.3 原初反应的基本过程 DPA DP*A DP+A- D+PA- DPA 为光系统或反应中心 Acceptor （原初电子受体） Pigment （作用中心色素） Donor（原初电子供体）,DPA,3 电子传递和质子传递 3.1 水的光解 H2O是光合作用中O2来源，也是光合电子的最终供体。水光解的反应： 2H2OO24H+4e- 锰、氯和钙是放氧反应中必不可少的物质，可影响放氧。,3.2 光合链 1）PS和

9、PS的概念 PS：作用中心色素为P700，P700被激发后，把电子供给Fd。 PS：作用中心色素 为P680，P680被激发 后，把电子供给pheo （去镁叶绿素），并 水裂解放氧相连。,2）光合电子传递链（光合链） 连接两个光反应系统、排列紧密而互相衔接的电子传递物质被称为光合链。 由于各电子传递体具不同的氧化还原电位，负值起越大代表还原势越强，正值越大代表氧化势越强，据此排列呈“Z”形，又称为“Z方案”。,3.3 光合磷酸化 3.3.1 光合磷酸化的概念 叶绿体在光下 把无机磷酸和ADP 转化为ATP，形成 高能磷酸键的过程。 光 ADP+Pi ATP,3.3.2 光合磷酸化的方式,1）非

10、循环式光合磷酸化： PS所产生的电子经过一系列的传递，在细胞色素复合体上引起ATP的形成，继而将电子传至PS，提高能位，最后用去还原NADP+。这样，电子经PS传出后不再返回。,2）循环式光合磷酸化： 从PS产生的电子，经过Fd和细胞色素b563等后，引起了ATP的形成，降低能位，又经PC回到原来的起点P700，形成闭合回路。,3.3.3 光合磷酸化的机理 -P.Mitchel的化学渗透学说 光合电子传递所产生 的膜内外电位差和质子 浓度差(二者合称质子动 力势)即为光合磷酸化的 动力。H+有沿着浓度梯 度返回膜外的趋势，当 通过ATP合酶返回膜外 时做功:ADPPiATP。,A）光反应靠光发

11、动，它包括原初反应、电子传递和光合磷酸化等步骤。 B）经原初反应，完成对光能的吸收、传递，并将之转化为电能。 C）电子传递和光合磷酸化通过两个光系统的一系列光化学反应，把水光解成质子(H+)和电子，同时放出氧，质子H+与细胞中NADP+结合形成NADPH；同时，在电子传递过程中，其携带的能量使细胞中的ADP与无机磷酸结合形成ATP。 D）有了ATP和NADPH，叶绿体便可在暗反应中同化二氧化碳，形成碳水化合物等有机物。故又将ATP和NADPH称为“同化力”。,附：光反应小结,光反应小结,4 碳同化 4.1 碳同化的概念 碳同化是指CO2同化成碳水化合物的过程 。,4.2 碳同化的途径 A)卡尔

12、文循环（又叫C3途径）：是最基本、最普遍的，且只有该途径才可以生成碳水化合物. B) C4途径（又叫Hatch-Slack途径） C)景天科酸代谢途径（CAM）. C4和CAM途径都是C3途径的辅助形式,只能起固定、运转、浓缩CO2的作用，单独不能形成淀粉等碳水化合物。,三个阶段： 固定 还原 更新 G3P的走向： （1）叶绿体内合成淀粉 （2）细胞质内合成蔗糖 （3）叶绿体内变为RuBP,卡尔文循环,C4 途径的解剖学和生物化学,C4植物光合作用特点,C3途径与C4途径的比较,5 光呼吸 5.1 光呼吸的概念 光呼吸是指植物的绿色细胞在光照条件下进行的吸收O2并放出CO2的过程。 5.2 光呼吸的生物化学 （1）呼吸的本质就是乙醇酸的生物合成和氧化 （2） 乙醇酸途径中，氧的吸收发生在叶绿体和过氧化体，CO2的放出发生在线粒体中。即乙醇酸途径是叶绿体、过氧化体和线粒体三种