光合作用 (3)讲稿

1、关于光合作用 (3)第一张，PPT共七十一页，创作于2022年6月第一节 光合作用一、光合作用的概念CO2+H2O （CH2O）+O2光叶绿体绿色植物吸收光能，同化二氧化碳和水，制造有机物质并释放氧气的过程。光合作用合成的有机物质是糖类。第二张，PPT共七十一页，创作于2022年6月二、光合作用的意义(一)合成有机物质 (二)蓄积太阳能量 (三)调节大气成份第三张，PPT共七十一页，创作于2022年6月温室效应温室气体CO2及甲烷。能透过太阳短波辐射，不能透过长波辐射。由于温室气体不能透过长波辐射，把一部分地球上辐射出去的能量又反射到地球，使地球散热下降，因这种效应类似温室，故称温室效应。第四

2、张，PPT共七十一页，创作于2022年6月Section2 Chloroplast and its pigments 第二节 叶绿体及其色素第五张，PPT共七十一页，创作于2022年6月一、叶绿体的形态结构叶绿体的形态结构 高等植物的叶绿体多呈扁平的椭圆形, 20200/cell。第六张，PPT共七十一页，创作于2022年6月叶绿体的超微结构模式图第七张，PPT共七十一页，创作于2022年6月叶绿体的结构和功能 叶绿体膜类囊体 叶绿体 外膜内膜膜光合色素、光合链原初反应、电子传递和光合磷酸化腔光合放O2 基质光合碳循环酶（Rubisco), CO2固定(同化)第八张，PPT共七十一页，创作于2

3、022年6月光合色素叶绿素类：叶绿素a、叶绿素b类胡萝卜素类：胡萝卜素、叶黄素藻胆素：仅存藻类植物中二、光合色素（一）光合色素的种类第九张，PPT共七十一页，创作于2022年6月Chl aChl b1、叶绿素： 不溶于水，溶于有机溶剂（乙醇、丙酮、石油醚）。叶绿素a蓝绿色，叶绿素b黄绿色。第十张，PPT共七十一页，创作于2022年6月CCCCNCCCCNCCCCNCCCCNMgCCHHCCCH2CHCH3H3CH2CH2CH3CCH3O=CCHH3C-O-C=OCH2CH2C=OOHCH2CH2CHCCH3 HC HC HC HC HC H2CH2C H2C H2C H2C H2C H2CCH

4、3 CH3 CH312345678910镁卟啉亲水的“头部”颜色来源叶醇基（双萜）亲脂的“尾部”HCOChlbIIIIIIIVV第十一张，PPT共七十一页，创作于2022年6月（）皂化反应分离叶绿类和类胡萝卜素C32H30ON4MgCOOCH3COOC20H39+ 2KOHC32H30ON4MgCOOCOO+ 2K+ +CH3OH +C20H39OH第十二张，PPT共七十一页，创作于2022年6月（）取代反应 H+取代Mg2+, Cu2+ (Zn2+)取代H+ 。CCCCNCCCCNCCCCNCCCCNHHCCHHCCCH2CHCH3R1H2CH3CCH3CCCCNCCCCNCCCCNCCCC

5、NCuCCHHCCCH2CHCH3R1H2CH3CCH3褐色绿色第十三张，PPT共七十一页，创作于2022年6月2、类胡萝卜素 类胡萝卜素都不溶于水,而溶于有机溶剂。胡萝卜素呈橙黄色,叶黄素呈鲜黄色。吸收和传递光能。第十四张，PPT共七十一页，创作于2022年6月（二）光合色素的光学特性1、吸收光谱ab400 500 600 700 Waverlength(nm)Relative absorbtanceChl吸收光区: 红光区(640-660 nm), 蓝紫光区(410-470nm)。第十五张，PPT共七十一页，创作于2022年6月类胡萝卜素的吸收光区：蓝紫光部分。类胡萝卜素除吸收和传递光能以

6、外,还可稳定质体中的叶绿素分子,防止其自身氧化或被阳光破坏。 Waverlength(nm)Relative absorbtance第十六张，PPT共七十一页，创作于2022年6月2、荧光现象和磷光现象叶绿素溶液在透射光下呈绿色,而在反射光下呈红色的现象称为荧光现象。荧光的寿命很短,约为10-9s。光照停止,荧光也随之消失。在进行光合作用的叶片很少发出荧光。当叶绿素溶液停止光照后，仍能在一定时间放出暗红色的光，这就是磷光。磷光的寿命为10-210-3秒,强度仅为荧光的1%。第十七张，PPT共七十一页，创作于2022年6月第二单线态(E2)第一单线态(E1)基态（E0）hh三线态吸收兰紫光吸收红

7、光发射荧光发射磷光叶绿素电子云能级及激发和发射光示意图激发能的传递或光化学反应第十八张，PPT共七十一页，创作于2022年6月（三）叶绿素生物合成及其与环境条件的关系1、光 : 缺光黄化。2、温度 : 约2-40,最适为30。喜温植物10。3、矿质元素: 缺N、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu时出现缺绿病。4、O2: 5、H2O: 缺水时,Chl形成受阻,分解加速。第十九张，PPT共七十一页，创作于2022年6月Section 3 Mechanism of photosynthesis第三节 光合作用的机理第二十张，PPT共七十一页，创作于2022年6月第二十一张，PPT共七十一页，创作于2022

8、年6月原初反应： 光能电能电子传递和光合磷酸化： 电能活跃的化学能碳同化：活跃的化学能稳定的化学能第二十二张，PPT共七十一页，创作于2022年6月一、原初反应 原初反应包括光能的吸收,传递和光化学反应。（一）光能的吸收和传递光子的能量与其波长成反比。因此蓝紫光能量比红光高。 h基态 激发态 h 第二十三张，PPT共七十一页，创作于2022年6月1、集光色素或天线色素只起吸收和传递光能,不进行光化学反应的光合色素，指叶绿素b、类胡萝卜素、叶绿素a(大量）。2、作用中心色素吸收光或由集光色素传递而来的激发能后,生发光化学反应引起电荷分离的光合色素，指叶绿素a（少量）。第二十四张，PPT共七十一页

9、，创作于2022年6月（二）光化学反应光化学反应是指反应中心色素分子受光激发引起的氧化还原反应。由 (P,中心色素), (A,受体),(D,供体)组成。 h DPA DP*A DP+A- D+PA-第二十五张，PPT共七十一页，创作于2022年6月二、光合电子传递和光合磷酸化 电能变为活跃的化学能（ATP和NADPH）（一） 光系统 小球藻红降现象和双光增益效应（爱默生效应） 相对量子产额第二十六张，PPT共七十一页，创作于2022年6月红降现象：仅用波长长于685nm的长波红光照射时，其量子效率大为下降的现象。爱默生效应（双光增益效应）：在长波红光照射的同时，补以短波红光照射，则其量子效率比

10、单一的短波红光或长波红光照射时的总和还要高的现象。第二十七张，PPT共七十一页，创作于2022年6月2、光系统（ PS）较大PS的作用中心色素是P680。1、光系统（ PSI）较小PSI的作用中心色素是P700;第二十八张，PPT共七十一页，创作于2022年6月（二）电子传递1、光合链 光合链是类囊体膜上由两个光系统(PS和PS)和若干电子传递体,按一定的氧化还原电位依次排列而成的体系。 第二十九张，PPT共七十一页，创作于2022年6月Fig 12-22-1 The current Z-scheme, showing Em values of electron carries第三十张，PPT

11、共七十一页，创作于2022年6月在“Z”链的起点,H2O是最终的电子供体;在“Z”链的终点,NADP+是电子的最终受体。在整个链只有两处(P680P680*,P700P700*)是逆氧化还原电位梯度,需光能推动的需能反应。第三十一张，PPT共七十一页，创作于2022年6月2、光合电子传递 (1)非环式光合电子传递 H2OPSII PSI NADP +涉及两个光系统；产生O2, NADPH和ATP；占总电子传递的70%以上。第三十二张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 (2) 环式光合电子传递PSI PSI 只涉及PSI；能产生ATP, 是ATP的补充形式；占总电子传递的30%左右。 第三

12、十三张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 (3) 假环式电子传递涉及两个光系统，形成超氧自由基O2对植物体造成危害。在强光下，CO2不足，NADPH过剩下发生。第三十四张，PPT共七十一页，创作于2022年6月(三)光合磷酸化(PSP )光下叶绿体在光合电子传递的同时,使ADP和Pi形成ATP的过程称为光合磷酸化。非环式PSP,环式PSP和假环式PSP。通过电子传递和光合磷酸化，形成活跃的化学能ATP和NADPH，两者将用于CO2同化，因此，把ATP和NADPH合称为“同化力” 。第三十五张，PPT共七十一页，创作于2022年6月第三十六张，PPT共七十一页，创作于2022年6月三、碳同

13、化活跃的化学能转化为稳定的化学能 C3途径、C4途径和CAM途径。其中C3途径是最基本和最普遍的。（一）C3途径 C3途径是指光合作用中CO2固定后的最初产物是三碳化合物的CO2同化途径。 只具有C3途径的植物称C3植物。如水稻、棉花、菠菜、青菜,木本植物几乎全为C3植物。第三十七张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 1、羧化阶段RuBP+CO2RuBPCaseMg2+, H2O(2) 3-PGA核酮糖二磷酸3-磷酸甘油酸第三十八张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 2.还原阶段 利用“同化力”把3-PGA还原为GAPPGA KinaseATP ADPGAP dehydrogena

14、seNADPH NADP3-PGA1,3-PGAGAP磷酸甘油醛Pi3. RuBP再生 C3植物固定1分子CO2实际上消耗3分子ATP和2分子NADPH.第三十九张，PPT共七十一页，创作于2022年6月（二） C4途径 指固定CO2后的初产物是OAA四碳二羧酸的CO2同化途径,又称C4二羧酸途径,或Hatch-Slack pathway。具有C4途径加C3途径固定CO2的植物叫C4植物。第四十张，PPT共七十一页，创作于2022年6月1、CO2固定叶肉细胞PEP磷酸烯醇式丙酮酸OAA草酰乙酸PEPCase第四十一张，PPT共七十一页，创作于2022年6月2、CO2转移（ CO2 transf

15、er) PEPCO2HCO3-OAAOAAMalNADPH NADPPyrPyrPPDKMalNADPNADPHCO2RuBP3PGAC3途径ATP AMPATP 2ADP叶肉细胞维管束鞘细胞PiPEPCPEP：磷酸烯醇式丙酮酸； OAA：草酰乙酸; Mal:苹果酸; Pyr:丙酮酸; PPDK:丙酮酸磷酸双激酶第四十二张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 PEPCase对HCO3-的亲和力很强,有把外界低浓度CO2浓缩到维管束鞘细胞中的作用“CO2泵”。第四十三张，PPT共七十一页，创作于2022年6月3、PEP再生PEPPyrPPDKATP AMP+PPiATP 2ADPC4植物固定

16、1分子CO2为磷酸丙糖,实际消耗5分子ATP。第四十四张，PPT共七十一页，创作于2022年6月Section 4 Photorespiration (C2 cycle)第四节 光呼吸（C2循环）第四十五张，PPT共七十一页，创作于2022年6月一、光呼吸的概念及意义（一）光呼吸的概念光呼吸是指高等植物的绿色细胞在光下吸收O2放出CO2的过程。呼吸基质：乙醇酸完成全过程依次涉及到叶绿体、过氧化物体和线粒体三种细胞器。第四十六张，PPT共七十一页，创作于2022年6月（二）光呼吸的生理意义(1)防止高光强对光合器的破坏 (2)防止O2对光合碳同化的抑制作用 (3)消除乙醇酸毒害和补充部分氨基酸

17、第四十七张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 二、 光呼吸的过程乙醇酸代谢(一)乙醇酸的生物合成RuBP羧化酶-加氧酶 (Rubisco)具有双重功能。其羧化反应是催化RuBP羧化CO2形成2分子3PGA,进行光合碳循环；其加氧反应是催化RuBP加氧形成1分子3PGA和1分子磷酸乙醇酸,进行光呼吸。第四十八张，PPT共七十一页，创作于2022年6月当空气中CO2/O2比值较高时,有利羧化反应,比值较低时有利加氧反应。大气CO2(350l/L)和O2(21%)的条件下,羧化强于加氧。第四十九张，PPT共七十一页，创作于2022年6月 叶绿体 过氧化体 线粒体糖 O2 O2 NH3RuBP

18、乙醇酸 乙醇酸 乙醛酸 甘氨酸 甘氨酸 C3PGA 甘油酸 甘油酸 羟基丙酮酸 丝氨酸 丝氨酸 ATP NADH CO2、NH3、NADH（二）乙醇酸代谢第五十张，PPT共七十一页，创作于2022年6月三、光呼吸的控制(1)提高CO2浓度 温室或大棚干冰(固体CO2) 大田行向,增施有机肥，深施NH4HCO3。(2)应用光呼吸抑制剂 (3)筛选低光呼吸品种 “同室效应法”。(4)改良Rubisco第五十一张，PPT共七十一页，创作于2022年6月四、C4植物叶片的特征及其光合效率：花环型结构 四碳植物比三碳植物的光合效率高光呼吸低。(1)C4途径起CO2泵的作用，使C3途径可在CO2浓度高于大

19、气的微环境中进行，因此提高了合成有机物的速度。(2)由于维管束鞘细胞中CO2浓度的提高，抑制了光呼吸基质乙醇酸的形成，因此降低了光呼吸，减少了消耗。(3)在维管束鞘细胞内伴随着C3途径虽然也进行光呼吸，放出CO2 ，但由于叶肉细胞排列紧密，放出的CO2很少或不放出。第五十二张，PPT共七十一页，创作于2022年6月C3 - Wheat has no chloroplasts in bundle sheath cellsC4 - Maize has chloroplasts in bundle sheath cells维管束鞘细胞第五十三张，PPT共七十一页，创作于2022年6月Section

20、5 Factors affecting photosynthetic rate第五节 影响光合作用的因素第五十四张，PPT共七十一页，创作于2022年6月光合作用指标光合速率，通常是指单位时间、单位叶面积的CO2吸收量或O2的释放量，也可用单位时间、单位叶面积上的干物质积累量来表示。 单位：(molCO2 ( O2 ) /m2s)测定：改良半叶法,红外线CO2分析法和氧极谱法。净光合速率(Pn) =总(真)光合速率呼吸速率。第五十五张，PPT共七十一页，创作于2022年6月一、影响光合作用的内部因素(一) 叶龄：低高低(二)叶的结构：C4C3CAM植物；腹面背面；阳叶阴叶。(三)光合产物供求关

21、系 源库关系。开花结实(块根、块茎、膨大)-叶片光合速率提高。去除穗、花果等光合速率立即下降。去除部分叶片,剩余叶片的光合速会由于需求的增加而上升。第五十六张，PPT共七十一页，创作于2022年6月二、影响光合作用的主要外界因素(一)光能量来源光促进叶绿体发育和叶绿素合成。 光调节光合碳循环某些酶的活性。 强光导致光抑制。第五十七张，PPT共七十一页，创作于2022年6月1、光强光合有效辐射 PAR (Wm-2 ) ：单位面积、单位时间的辐射能。光合光子通量(密度) PPF(D) (molm-2s-1：单位面积、单位时间的量子数。第五十八张，PPT共七十一页，创作于2022年6月LSP：净光合

22、速率开始达到最大值时的光强,叫光饱和点。LCP：净光合速率等于零时的光强,叫做光补偿点。3、光抑制(Photoinhibition)： 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，这种现象就叫做光合作用的光抑制。2、光饱和点和光补偿点第五十九张，PPT共七十一页，创作于2022年6月（二）CO2光合作用的原料。 1、 CO2饱和点和CO2补偿点( CO2 CO2饱和点：再增加CO2浓度,光合速率不再增加,这时的环境CO2浓度称为CO2饱和点。 CO2补偿点：净光合速率等于0时的环境CO2浓度称CO2补偿点。2、长期的高CO2对光合的影响。 第六十张，PPT共七十一页，创作

23、于2022年6月（三）温度 光合作用温度三基点C4植物：5-1035-4550-60C3植物：（中生植物）-2-520-3535-50 （寒生植物）-7-35-2525-35Pn,Rd (molm-2s-1)Temperature ()Total photosynthetic ratePnRespiration rate第六十一张，PPT共七十一页，创作于2022年6月（四）水分 水分亏缺光合下降,幼叶光合降低受缺水影响更大。 1、气孔导度下降。 2、光合产物输出变慢。 3、光合机构受损。 4、光合面积扩展受抑。第六十二张，PPT共七十一页，创作于2022年6月(五)矿质营养(1)光合器官的组成成分。 N、Mg叶绿素，Fe、Cu光合链电子递体 , Zn碳酸酐酶。(2)参与酶活性的调节。MgRuBPCase和PEPCase等， Mn、Cl和Ca与放O2有关。(3