光合概念意义

1、光合概念意义第1页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一 发现光合作用的年代 1771年英国化学家普利斯特利(J.Priestley)发现将薄荷枝条和燃烧的蜡烛放在一个密闭的钟罩里，蜡烛不易熄灭；将小鼠与植物放在同一钟罩里，小鼠也不易窒息死亡。因此，他提出植物可以净化空气，现在就把1771年定为发现光合作用的年代。 第2页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一光合作用的意义和研究历史一、光合作用的概念1.定义：光合作用是绿色植物利用光能，把CO2和H2O同化为有机物，并释放O2的过程。 光CO2+2H2O (CH2O)+O2+H2O 光合细胞第3页，共34页，2

2、022年，5月20日，3点42分，星期一自养生物吸收二氧化碳转变成有机物的过程叫碳素同化作用(carbon assimilation)。生物的碳素同化作用包括细菌光合作用、绿色植物光合作用和化能合成作用三种类型。第4页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一光合作用的意义和研究历史一、光合作用的概念 光6CO2+6H2O (C6H12O6)+O2 光合细胞基本公式第5页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一光合作用的意义和研究历史一、光合作用的概念光合作用的部位植物的绿色部分(叶茎果等),主要是叶片细胞中的叶绿体第6页，共34页，2022年，5月20日，3点42分

3、，星期一光合作用的意义和研究历史一、光合作用的概念光合作用的原料CO2 来自于空气H2O 来自于土壤光合作用的产物C6H12O6 O2第7页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一光合作用的意义和研究历史一、光合作用的概念光合作用的能源可见光中380-720nm波长光第8页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一光合作用的意义和研究历史一、光合作用的概念光合作用的特点是一个氧化还原反应1.水被氧化为分子态氧,2.二氧化碳被还原到糖水平3.同时发生日光能的吸收,转化和贮藏第9页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一光合作用的意义和研究历史二、光合作用的

4、意义 (1)是制造有机物质的主要途径；(2)大规模地将太阳能转变为贮藏的化学能，是巨大的能量转换系统；(3)吸收CO2，放出O2，净化空气，是大气中氧的源泉。第10页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一把无机物转变成有机物每年约合成51011吨有机物，可直接或间接作为人类或动物界的食物，据估计地球上的自养植物一年中通过光合作用约同化21011吨碳素，其中40是由浮游植物同化的，余下的60是由陆生植物同化的第11页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一 将光能转变成化学能绿色植物在同化二氧化碳的过程中，把太阳光能转变为化学能，并蓄积在形成的有机化合物中。人类所利

5、用的能源，如煤炭、天然气、木材等都是现在或过去的植物通过光合作用形成的第12页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一维持大气O2和CO2的相对平衡在地球上，由于生物呼吸和燃烧，每年约消耗3.151011吨O2，以这样的速度计算，大气层中所含的O2将在3000年左右耗尽。然而，绿色植物在吸收CO2的同时每年也释放出5.351011吨O2，所以大气中含的O2含量仍然维持在21 第13页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一光合作用的意义和研究历史三、光合作用的研究历史：1 光合作用总反应式确定2 光反应和暗反应3 光合单位4 两个光系统第14页，共34页，2022年

6、，5月20日，3点42分，星期一光合作用的意义和研究历史1 光合作用总反应式确定（1）细菌光合作用 光 CO2+2H2S (CH2O)+O2+H2O 光合细菌 光 CO2+2HOOCCH2CH2COOH 2HOOCCH=CHCOOH +O2+H2O 光合细菌 光 CO2+2H2A (CH2O)+2A+H2O 光合细菌第15页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一细菌光合作用 能进行光合作用的细菌称之为光合细菌(photosynthetic bacteria) 光合细菌包括蓝细菌、紫细菌和绿细菌等。其中蓝细菌的光合过程与真核生物相似，紫细菌和绿细菌则不能分解水而需利用有机物或还原

7、的硫化物等作为还原剂 从广义上讲，所谓光合作用，是指光养生物利用光能把CO2 合成有机物的过程 第16页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一光合作用的意义和研究历史三、光合作用的研究历史：（2）希尔反应和希尔氧化剂； 4Fe3+2H2O 4Fe2+4H+O2 希尔氧化剂光合细胞第17页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一希尔反应 1939年英国剑桥大学的希尔(Robert.Hill)发现在分离的叶绿体(实际是被膜破裂的叶绿体)悬浮液中加入适当的电子受体(如草酸铁)，照光时可使水分解而释放氧气这个反应称为希尔反应(Hill reaction)。其中的电子受体被

8、称为希尔氧化剂(Hill oxidant)，铁氰化钾、草酸铁、多种醌、醛及有机染料都可作为希尔氧化剂 第18页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一(3)18O的研究 1940年美国科学家鲁宾(S.Ruben)和卡门等用氧的稳定同位素18O标记H2O或 CO2进行光合作用的实验，发现当标记物为H2O时，释放的是18O2，而标记物为CO2 时，在短期内释放的则是O2。这清楚地指出光合作用中释放的O2来自于 H2O第19页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一光合作用的意义和研究历史三、光合作用的研究历史（2）光反应和暗反应 光反应的实质在于产生同化力去推动暗反应的

9、进行，而暗反应的实质在于利用同化力将无机碳转化为有机碳第20页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一第21页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一光反应和暗反应 光合作用可以分为需光的光反应(light reaction)和不需光的暗反应(dark reaction)两个阶段 第22页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一Photosynthesis requires the coordination of two phases: light reactions and carbon-linked reactions第23页，共34页，2022年

10、，5月20日，3点42分，星期一第24页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一三、光合作用的研究历史(3) 光合单位 光合作用中吸收一个光量子所能引起的光合产物量的变化(如放出的氧分子数或固定CO2的分子数)，即量子产额(quantum yield)或叫量子效率(quantum efficiency) 量子产额的倒数称为量子需要量(quantum requirement)既释放1分子氧和还原1分子二氧化碳所需吸收的光量子数 第25页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一光合单位(photosynthetic unit) 就O2的释放和CO2 的同化而言，光合单位

11、为2500；就吸收一个光量子而言，光合单位为300；就传递一个电子而言，光合单位为600个叶绿素分子。目前多数人赞同霍尔的看法，认为：所谓的光合单位，就是指存在于类囊体膜上能进行完整光反应的最小结构单位 第26页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一(4)两个光系统 以小球藻为材料研究不同光质的量子产额，发现大于680nm的远红光(far-red light)虽然仍被叶绿素吸收，但量子产额急剧下降，这种现象被称为红降现象(red drop)。1957年，爱默生观察到小球藻在用远红光照射时补加一点稍短波长的光(例如650nm的光)，则量子产额大增，比这两种波长的光单独照射的总和还

12、要高。这种在长波红光之外再加上较短波长的光促进光合效率的现象被称为双光增益效应或叫爱默生增益效应(Emerson enhancement effect) 第27页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一双光增益效应（enhancement effect) 或爱默生效应（Emerson effect)第28页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一吸收长波光的系统称为 光系统(photosystem,PS)， 吸收短波长光的系统称为 光系统(photosystem,PS) 光系统与NADP+的还原有关，光系统与水的光解、氧的释放有关第29页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一第30页，共34页，2022年，5月20日，3点42分，星期一Structure model o