植物光合作用

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；◆1779年荷兰人JanIngenhousz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）类胡萝卜素：主要有胡萝卜素（多为β-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bluered%oflightabsorbedbychlorophyll

green6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、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

D·P·A→D·P*·A→D·P+·A-→D+·P·A-

D·P·A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）D·P·A3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：

2H2O→O2＋4H+＋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）PSⅠ和PSⅡ的概念PSⅠ：作用中心色素为P700，P700被激发后，把电子供给Fd。

PSⅡ：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+PiATP3.3.2光合磷酸化的方式1）非循环式光合磷酸化：

PSⅡ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PSⅠ，提高能位，最后用去还原NADP+。这样，电子经PSⅡ传出后不再返回。2）循环式光合磷酸化：从PSⅠ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:ADP＋Pi→ATP。

A）光反应靠光发动，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叶绿素a（多数）、b,叶黄素,胡萝卜素特殊的叶绿素a2e2H2e2HH2O1/2O2NADP+NADPHADP+PiATPCO2(CH2O)光反应暗反应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途径的比较植物种类

CO2的受体

CO2固定后的产物

CO2固定后的场所

CO2还原的场所

ATP和NADPH的作用对象

CO2固定的途径

C3植物

C5

C3

叶肉细胞的叶绿体叶肉细胞的叶绿体C3C3途径