植物光合作用

1、关于植物的光合作用课件第一张，PPT共六十二页，创作于2022年6月第一节 光合作用的重要性一、概念 光能nCO2+2nH2O* (CH2O)n+nO2*+nH2O 绿色细胞第二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月二、意义将无机物转变成有机物（约合成5千亿吨/年 有机物） 最大的有机物质制造厂将光能转变成化学能（将3.21021J/y的日光能转化为化学能 ） 最大的能量转换站保护环境和维持生态平衡（释放出5.35千亿吨氧气/年） 最大的氧气发生器第三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月第二节 叶绿体及叶绿体色素 chloroplast and chloroplast pigment

2、s （一）叶绿体的形态结构 被膜、间质、类囊体（光合膜）（二）叶绿体的成分 叶绿体的化学成分：75%的水、蛋白质、脂类、色素和无机盐。一、叶绿体的结构和成分第四张，PPT共六十二页，创作于2022年6月叶绿体的结构外膜类囊体基质内膜类囊体腔基粒第五张，PPT共六十二页，创作于2022年6月（一）叶绿素1.叶绿素（chlorophyll）的化学组成 COOCH3叶绿素a C32H30ON4Mg COOC20H39 COOCH3叶绿素b C32H28O2N4Mg COOC20H39二、光合色素的化学特性第六张，PPT共六十二页，创作于2022年6月叶绿素是双羧酸的酯，一个羧基被甲醇所酯化，另一个羧

3、基被叶绿醇所酯化。 叶绿素a与b的不同之处是叶绿素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的第吡咯环上一个甲基(CH3)被醛基(CHO)所取代。叶绿素结构含有由中心原子Mg连接四个吡咯环的卟林环结构和一个使分子具有疏性长的碳氢链。叶绿素的结构式叶绿素a 叶绿素b 叶绿素c 叶绿素d高等植物藻类中细菌叶绿素叶绿素光合细菌第七张，PPT共六十二页，创作于2022年6月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”。 卟啉环由四个吡咯环与四个甲烯基(CH)连接而成。 卟啉环的中央络合着一个镁原子，镁偏向带正电荷，与其相联的氮原子带负电荷，因而“头部”有极性。 另外还有

4、一个含羰基的同素环（环上含相同元素），其上一个羧基以酯键与甲醇相结合。 环上有一个丙酸侧链以酯键与叶绿醇相结合，叶绿醇是由四个异戊二烯单位所组成的双萜，具有亲脂性。 卟啉环上的共轭双键和中央镁原子容易被光激发而引起电子的得失，这决定了叶绿素具有特殊的光化学性质。叶绿醇第八张，PPT共六十二页，创作于2022年6月类胡萝卜素的分子结构-胡萝卜素叶黄素-胡萝卜素和叶黄素的结构式第九张，PPT共六十二页，创作于2022年6月（一）辐射能量q=h v v=c/ q：每个光量子所含能量 h：普朗克常数（6.61410-34J.S-1) c:光速(31010厘米/秒) :波长(nm) E=N h v =

5、Nhc/ E:每摩尔量子具有的能量(爱因斯坦) N:亚伏加德罗常数(6.021023)三、光合色素的光学特性第十张，PPT共六十二页，创作于2022年6月（二）吸收光谱 叶绿素吸收光谱的两个最强区： 红光区640-660nm蓝紫光区430-450nm。 类胡萝卜素的最大吸收带在蓝紫光部分。（三）荧光现象和磷光现象第十一张，PPT共六十二页，创作于2022年6月第十二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月叶绿素在乙醇溶液中的吸收光谱第十三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月叶绿体色素的吸收光谱叶绿素b波长(nm)400500600700叶绿素a和b在乙醚中的吸收光谱胡萝卜素和叶黄素在乙

6、烷中的吸收光谱400420440460480500520波长(nm)叶绿素a胡萝卜素叶黄素第十四张，PPT共六十二页，创作于2022年6月色素分子吸收光后能量转变图第二单线态第一单线态第一三单线态基态色素分子吸收光后能量转变图热能量第十五张，PPT共六十二页，创作于2022年6月1.叶绿素的生物合成2.影响叶绿素形成的条件光：原叶绿酸酯转变为叶绿酸酯需要光照；但强光下 叶绿素会被氧化. 温度：最低温2 、最适温30 、最高温40 ，高 温下叶绿素分解大于合成。营养物：（N、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn等）。氧：缺氧引起Mg-原卟啉或Mg-原卟啉甲酯积累，影响 叶绿素合成。水：影响叶绿素的合成,

7、缺水使叶绿素分解加剧。3.植物的叶色 叶绿素:类胡萝卜素=3:1 叶绿素a:叶绿素b=3:1 叶黄素:胡萝卜素=2:1；阴生植物叶绿素a:叶绿素b3:1四、叶绿素的形成第十六张，PPT共六十二页，创作于2022年6月叶绿素的生物合成第十七张，PPT共六十二页，创作于2022年6月 第三节 光合作用过程一、原初反应（primary reaction） 是指从光合色素分子被光激发，到引起第一个光化学反应为止的程，包含色素分子对光能的吸收、传递和转换。（一）光能的吸收和传递 光合单位(photosynthetic unit)是指结合在类囊体膜上能进行光合作用的最小结构单位。 光合单位=聚光色素系统+

8、反应中心 第十八张，PPT共六十二页，创作于2022年6月 聚光色素(light-harvesting pigment)：无光化学活性，起吸收和传递光能作用的的色素分子，包括大部分chla、全部chlb和类胡萝卜素。 反应中心色素(reaction centre pigment)：具有光化学活性，少数的特殊状态的叶绿素a分子，有捕获和聚集光能，并将光能转换为电能的功能。 反应中心是将光能转变为化学能的膜蛋白复合体，其中包含参与能量转换的特殊叶绿素a对、脱镁叶绿素和醌等电子受体分子。第十九张，PPT共六十二页，创作于2022年6月激发能的传递和作用中心对激发能的捕获第二十张，PPT共六十二页，创

9、作于2022年6月（二）光能的转换 指作用中心色素分子吸收光能后所引起的氧化还原反应，也就是电荷分离，将光能转换为电能的过程光D.P.AD.P*.AD.P+.A-D+.P.A- 光合作用的最终电子供体是水，最终电子受体为 NADP+。P-作用中心色素、A-原初电子受体、D-原初电子供体第二十一张，PPT共六十二页，创作于2022年6月（一）光系统 光合作用存在两个光系统；并且可以独立或者接力完成光反应过程。 光系统I（photosystemI，简称PSI）：在类囊体膜的外侧， PSI的作用中心色素分子是P700。是长波光反应，其主要特征是NADP的还原。 光系统II（photosystemII

10、，简称PSII）：在类囊体膜内侧。 PSII的作用中心色素分子是P680。是短波光反应，其主要特征是H2O的光解和放氧。二、电子传递与光合磷酸化第二十二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月（二）光合电子传递体及其功能1、PSPS是含有多亚基的蛋白复合体。它主要由捕光复合体、 PS反应中心、放氧复合体（OEC）等亚单位组成。PS的生理功能是吸收光能，进行光化学反应，产生强的氧化剂，使水裂解释放氧气，并把水中的电子传至质体醌。PSII反应中心结构模式图 示意PSII反应中心D1蛋白和D2蛋白的结构。 D1很容易受到光化学破坏，会发生活性逆转。 电子从P680传递到去镁叶绿素（Pheo）继而传

11、递到两个质体醌QA和QB。P680+在“Z”传递链中被D1亚基中酪氨酸残基还原。 图中还表明了Mn聚集体(MSP)对水的氧化。 CP43和CP47是叶绿素结合蛋白。第二十三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月水的氧化与放氧CO+2HO* 光 叶绿体 (CHO)+ O2*+ HO放氧复合体(OEC)又称锰聚合体(M,MSP)，在PS靠近类囊体腔的一侧，参与水的裂解和氧的释放。 水的氧化反应是生物界中植物光合作用特有的反应，也是光合作用中最重要的反应之一。每释放1个O需要从2个H2O中移去 4 个 e-，同时形成 4 个 H。第二十四张，PPT共六十二页，创作于2022年6月2、Cytb/f

12、复合体Cytb/f 复合体作为连接PS与PS两个光系统的中间电子载体系统，是一种多亚基膜蛋白，由4个多肽组成，即Cytf、Cytb 、Rieske 铁-硫蛋白、17kD的多肽等。PQH+2PC(Cu) Cyt b/f PQ +2PC(Cu)+ 2HCyt b/f 复合体主要催化PQH的氧化和PC的还原，并把质子从类囊体膜外间质中跨膜转移到膜内腔中。因此Cyt b/f 复合体又称PQHPC氧还酶。第二十五张，PPT共六十二页，创作于2022年6月3、PSPS的生理功能是吸收光能，进行光化学反应，产生强的还原剂，用于还原NADP+，实现PC到NADP+的电子传递。第二十六张，PPT共六十二页，创作

13、于2022年6月模式图中显示了复合体中以A和B命名的两个主要的蛋白质亚基的分布状况。 电子从P700传递到叶绿素分子A0，然后到电子受体A1。电子传递穿过一系列的被命名为FX，FA，FB的Fe-S中心，最后到达铁氧还蛋白（Fdx）。P700+从还原态的质蓝素（PC）中接受电子。PSI反应中心结构模式第二十七张，PPT共六十二页，创作于2022年6月4、光合电子传递途径 连接两个光系统以及H2O和NADP之间的传递电子的物质。叫光合电子传递链，简称光合链。 光合电子传递途径： 1.非环式电子传递链（Z方案） 2.环式电子传递链 3.假环式电子传递链第二十八张，PPT共六十二页，创作于2022年6

14、月Figure 3-9-2第二十九张，PPT共六十二页，创作于2022年6月光合电子传递链氧化还原中点电势第三十张，PPT共六十二页，创作于2022年6月2、ATP产生 米切尔(P.Mitchell)提出的化学渗透学说 同化力:ATP.NADPH。（三）光合磷酸化 概念：叶绿体在光下把无机磷和ADP转化成ATP。 1、光合磷酸化的类型：2ADP+2Pi+2NADP+2H2O 2ATP+2NADPH+O2光1.非循环式光合磷酸化2.循环式光合磷酸化ADP +Pi ATP光3.ATP合酶：头部（CF1）和柄部（CF0）组成，CF1在类囊体表面， CF0伸入类囊体内部。 CF1有（33） 5种多肽;

15、 CF0有a、b、b、c12 4种多肽，横跨类囊体膜组成质子通道。第三十一张，PPT共六十二页，创作于2022年6月ATP合成酶的结构第三十二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月第三十三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月化学渗透学说第三十四张，PPT共六十二页，创作于2022年6月Figure 3-11-1 第三十五张，PPT共六十二页，创作于2022年6月Figure 3-9-1 第三十六张，PPT共六十二页，创作于2022年6月三、碳同化 植物利用光反应中形成的NADPH和ATP将CO2转化成稳定的碳水化合物的过程，称为CO2同化或碳同化.第三十七张，PPT共六十二页，创作于

16、2022年6月(一)卡尔文循环- C3途径 (Calvin cycle) CO2受体: RuBP 羧化酶:Rubisco 初产物:PGA (三碳化合物)C3途径的反应过程 羧化阶段 3RuBP + 3CO2 6PGA + 6H+ 还原阶段 6PGA + 6ATP + 6NDAPH 6PGAld+6ADP+6NADP+ +6Pi 再生阶段 5PGAld + 3ATP 3RuBP + 3ADP + 2Pi第三十八张，PPT共六十二页，创作于2022年6月光合碳循环羧化阶段还原阶段还原阶段3-磷酸甘油醛DHAP异构酶二磷酸醛缩酶FBP磷酸酶转酮酶SBP醛缩酶SBP磷酸酶转酮酶R5P磷酸异构酶核酮糖-

17、5-P差向异构酶Ru5P激酶第三十九张，PPT共六十二页，创作于2022年6月（二）C4途径C3和C4植物叶片解剖结构比较第四十张，PPT共六十二页，创作于2022年6月第四十一张，PPT共六十二页，创作于2022年6月（三）CAM途径第四十二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月（四）光合产物糖类氨基酸蛋白质有机酸脂肪第四十三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月第四十四张，PPT共六十二页，创作于2022年6月 光呼吸的概念：植物绿色细胞依赖光照，吸收O2和放出CO2的过程。一、光呼吸的途径 1.乙醇酸的形成：RuBP加氧酶催化RuBP分解成磷酸乙醇酸和磷酸甘油酸 2.乙醇酸途径第

18、四节 光呼吸第四十五张，PPT共六十二页，创作于2022年6月 Rubisco的双重作用：羧化反应与加氧反应 高CO2 羧化 2PGA C3途径（光合）RuBP Rubisco 高O2 加氧 PGA + 磷酸乙醇酸 C2途径第四十六张，PPT共六十二页，创作于2022年6月 光呼吸途径及其细胞定位第四十七张，PPT共六十二页，创作于2022年6月光呼吸的过程1.磷酸乙醇酸磷酸(酯)酶，2.乙醇酸氧化酶，3.谷氨酸-乙醛酸转氨酶，4.甘氨酸脱羧酶和丝氨酸羟甲基转移酶, 5.丝氨酸-谷氨酸转氨酶，6.羟基丙酮酸还原酶，7. 甘油酸激酶 ,8.过氧化氢酶 RuBP叶绿体过氧化物体线粒体磷酸乙醇酸乙醇

19、酸乙醛酸乙醛酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸丝氨酸羟基丙酮酸甘油酸3-PGACO2第四十八张，PPT共六十二页，创作于2022年6月 光呼吸与暗呼吸的比较第四十九张，PPT共六十二页，创作于2022年6月二、光呼吸的生理功能 1、回收碳素 2、维持C3光合碳循环的运转 3、防止强光对光合机构的破坏 4、消除乙醇酸的毒害 5、磷酸丙糖和氨基酸合成的补充途径三、C3、C4与CAM植物的光合特征比较 （一）叶片结构 （二）光合特性问题：为什么C4植物一般比C3植物的光合作用强？第五十张，PPT共六十二页，创作于2022年6月C3植物、C4植物和CAM植物光合、生理特性比较第五十一张，PPT共六十二页，创作于20

20、22年6月一、外界条件对光合速率的影响 光合速率：是指单位时间、单位叶面积通过光合作用吸收的二氧化碳的量或放出的氧气的量或者积累干物质的量。 通常测得的光合速率已经减去了呼吸消耗，所以称为表观光合速率。真光合速率=表观光合速率+呼吸速率（一）光照 光饱和点、光补偿点。 植物所需的最低光照强度，必须高于光补偿点， 才能正常生长。第五节 影响光合作用的因素第五十二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月光强光合曲线第五十三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月第五十四张，PPT共六十二页，创作于2022年6月（二）CO2 CO2饱和点、CO2补偿点 C4植物的CO2补偿点低于C3植物。第五十五张，PPT共六十二页，创作于2022年6月 CO2-光合曲线模式图第五十六张，PPT共六十二页，创作于2022年6月 C3植物和C4植物的CO2-光合曲线比较第五十七张，PPT共六十二页，创作于2022年6月 (四)水分 1、直接作用 2、间接作用（五）矿质营养 N、P、Mg：叶绿体结构成分 Cu、Fe：电子传递体的成分 Mn、Cl：放氧复合体成分 K、 Ca、B：调节气孔开闭、同化物运输 （六）光合作用日变化