光合作用的过程PPT讲稿.ppt

光合作用的过程中药教研室-贾晗第1页，共25页，编辑于2022年，星期四第三节第三节 光合作用的光合作用的过程过程需光的光反应和不需光的暗反应。需光的光反应和不需光的暗反应。1.光反应：必须在光下进行，由光所引起的光化反应，光反应：必须在光下进行，由光所引起的光化反应，它主要在基粒类囊体膜（光合膜）上进行；它主要在基粒类囊体膜（光合膜）上进行；2.暗反应：可以在暗处进行的由若干酶所催化的化学反应，暗反应：可以在暗处进行的由若干酶所催化的化学反应，暗反应是在暗反应是在叶绿体基叶绿体基质中进行的。质中进行的。光合作用的三大步骤光合作用的三大步骤：1.光能的吸收、传递和转换（原初反应）；光能的吸收、传递和转换（原初反应）；2.电能转变为活跃的化学能（电子传递和光合磷酸化）；电能转变为活跃的化学能（电子传递和光合磷酸化）；3.活跃的化学能转变为稳定的化学能（碳素同化）；活跃的化学能转变为稳定的化学能（碳素同化）；中药教研室-贾晗第2页，共25页，编辑于2022年，星期四一、原初反应一、原初反应（一）光能的吸收和传递（一）光能的吸收和传递 1、光辐射的、光辐射的1个质点称作个质点称作1个光子，携带的能量是个光子，携带的能量是1个量子，称为个量子，称为光量子光量子。单位是。单位是J（焦耳）。波长越（焦耳）。波长越长，量子能量越小。长，量子能量越小。中药教研室-贾晗第3页，共25页，编辑于2022年，星期四 2.光合单位光合单位：是指吸收、传递和转化是指吸收、传递和转化1个光量子所需要的光合色个光量子所需要的光合色素分子数目。素分子数目。是是存在于存在于类囊体膜上能进行类囊体膜上能进行完整光反应完整光反应的最小的最小结构单位。结构单位。（1）光合单位的组成：光合单位的组成：聚光色素系统聚光色素系统+反应中心色素反应中心色素。（2）按功能光合色素可分为以下两类：按功能光合色素可分为以下两类：反应反应中心色素中心色素：少数特殊状态的：少数特殊状态的叶绿素叶绿素a分子属于此类，分子属于此类，它具有光化学活性。是光能的捕捉器和转换器。将光能转它具有光化学活性。是光能的捕捉器和转换器。将光能转化为电能。化为电能。中药教研室-贾晗第4页，共25页，编辑于2022年，星期四 聚光色素聚光色素又叫天线色素：没有光化学活性，只具有收集光能又叫天线色素：没有光化学活性，只具有收集光能的作用，除作用中心色素以外的色素均具有聚光作用的作用，除作用中心色素以外的色素均具有聚光作用，属于此，属于此类。类。3.光能的吸收：激发聚光色素分子光能的吸收：激发聚光色素分子 4.色素分子间的能量色素分子间的能量传递：传递：从吸收短波光（能量较高）色素向吸收长波光（能从吸收短波光（能量较高）色素向吸收长波光（能量较低）色素方向传递。最终激发中心色素分子，启动量较低）色素方向传递。最终激发中心色素分子，启动光化学反应。光化学反应。中药教研室-贾晗第5页，共25页，编辑于2022年，星期四（二）光化学反应（二）光化学反应 作用中心色素分子吸收光能所引起的氧化作用中心色素分子吸收光能所引起的氧化-还还原反应。有原反应。有2个反应系统。个反应系统。中药教研室-贾晗第6页，共25页，编辑于2022年，星期四二、电子传递和光合磷酸化二、电子传递和光合磷酸化（一）电子传递（一）电子传递1、电子传递链电子传递链：电子传递的过程是一系列的氧化还原反：电子传递的过程是一系列的氧化还原反应。电子传递方向是从氧化还原电势较高处向较低处传应。电子传递方向是从氧化还原电势较高处向较低处传递。递。分为非环式、环式和假环式电子传递。分为非环式、环式和假环式电子传递。2、水的氧化与放氧水的氧化与放氧：水在光照下经过光系统水在光照下经过光系统2的作用，释放氧气，产生电子，释放的作用，释放氧气，产生电子，释放质子到类囊体腔内。质子到类囊体腔内。中药教研室-贾晗第7页，共25页，编辑于2022年，星期四（二二）光合磷酸化）光合磷酸化1.定义：定义：利用光合电子在传递过程中建立的跨膜类囊膜的质子利用光合电子在传递过程中建立的跨膜类囊膜的质子梯度，把梯度，把ADP和无机磷合成为和无机磷合成为ATP的过程。的过程。2.分类：分类：（1）非循环式光合磷酸化）非循环式光合磷酸化（2）循环式光合磷酸化）循环式光合磷酸化（3）假环式光合磷酸化）假环式光合磷酸化中药教研室-贾晗第8页，共25页，编辑于2022年，星期四三、碳同化三、碳同化碳素同化是光合作用的一个重要方面。碳素同化是光合作用的一个重要方面。从能量转换角度看从能量转换角度看，碳同化是将碳同化是将ATP和和NADP中的活跃化学能转换为储存在糖类中中的活跃化学能转换为储存在糖类中稳定的化学能，较长时间供给生命活动的需要；稳定的化学能，较长时间供给生命活动的需要；从物质生产角从物质生产角度看度看，占植物体干重，占植物体干重90%以上的有机物基本上都是通过碳同以上的有机物基本上都是通过碳同化形成的。化形成的。碳同化碳同化在叶绿体在叶绿体基基质中进行质中进行，需要多种酶协同作用。，需要多种酶协同作用。碳同化的途径有三条：卡尔文循环、碳同化的途径有三条：卡尔文循环、C4途径、景天科酸途径、景天科酸代谢途径，代谢途径，但只有卡尔文循环才具有合成淀粉的能力，其但只有卡尔文循环才具有合成淀粉的能力，其他两条途径只能固定转运二氧化碳，仍需通过卡尔文循环他两条途径只能固定转运二氧化碳，仍需通过卡尔文循环才能完成才能完成。中药教研室-贾晗第9页，共25页，编辑于2022年，星期四（一）卡尔文循环（一）卡尔文循环 1.卡尔文循环的别名：卡尔文循环的别名：光合环、还原磷酸戊糖途径（光合环、还原磷酸戊糖途径（RPPP）、）、C3途径途径等。等。2.卡尔文循环分为四个阶段：卡尔文循环分为四个阶段：（1）羧化）羧化阶段阶段（固定二氧化碳）（固定二氧化碳）固定二氧化碳，形成固定二氧化碳，形成3-磷酸甘油酸（磷酸甘油酸（PGA）中药教研室-贾晗第10页，共25页，编辑于2022年，星期四（2）还原）还原阶段阶段（贮能完成）（贮能完成）由由PGA到到BPGA（1，3-二磷酸甘油酸），再到二磷酸甘油酸），再到GALP（3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛）。）。BPGAGALPBPGA中药教研室-贾晗第11页，共25页，编辑于2022年，星期四（3）RuBP的的再合成再合成：由由GALP经过一系列变化，再形成经过一系列变化，再形成RuBP的过程。的过程。在在CO2的固定和还原中，的固定和还原中，RuBP会不断减少，影响会不断减少，影响CO2固固定的继续，因此，定的继续，因此，RuBP的再合成是卡尔文循环正常运转的组的再合成是卡尔文循环正常运转的组成部分成部分。5GAP+3ATP+2H2O-3RuBP+3ADP+2Pi+3H+中药教研室-贾晗第12页，共25页，编辑于2022年，星期四（4）糖类的糖类的合成：合成：还原过程中形成的还原过程中形成的3-磷酸甘油醛在叶绿体内合成淀粉，也可透出叶绿体磷酸甘油醛在叶绿体内合成淀粉，也可透出叶绿体在细胞质中合成蔗糖。在细胞质中合成蔗糖。C3循环变化简图：循环变化简图：GALPGALP中药教研室-贾晗第13页，共25页，编辑于2022年，星期四3.卡尔文循环的贮能情况：卡尔文循环的贮能情况：每每固定固定3分子二氧化碳，要分子二氧化碳，要6个个NADPH分子和分子和9个个ATP分子，形成分子，形成1个个GALP分子。分子。中药教研室-贾晗第14页，共25页，编辑于2022年，星期四（二）（二）C4途径途径 1.C4途径，是甘蔗、玉米等植物在卡尔文循环前附加的固定二氧化碳途径，是甘蔗、玉米等植物在卡尔文循环前附加的固定二氧化碳途径。途径。2.C4途径的过程：途径的过程：羧化羧化转移转移脱羧与还原脱羧与还原再生再生 叶肉细胞胞质中的叶肉细胞胞质中的PEP为二氧化碳受体，在为二氧化碳受体，在PEPC作用下，生成作用下，生成OAA，OAA被还原为苹果酸或天冬氨酸，被还原为苹果酸或天冬氨酸，之后之后被运输到维管束鞘细胞中去。被运输到维管束鞘细胞中去。再脱羧再脱羧释放出释放出CO2进入进入C3途径，形成的途径，形成的Pyr运回到叶肉细胞运回到叶肉细胞再合成再合成PEP。优点：可以在很低的浓度下固定优点：可以在很低的浓度下固定CO2，促进，促进C3循环的进行。循环的进行。中药教研室-贾晗第15页，共25页，编辑于2022年，星期四 （三）景天酸代谢（三）景天酸代谢 景天科植物酸代谢过程景天科植物酸代谢过程（CAM途径）：途径）：晚上气孔开放，吸进晚上气孔开放，吸进CO2，进一步，进一步还原为苹果酸还原为苹果酸，积累于，积累于液泡中；白天气孔关闭，苹果酸氧化脱羧，放出液泡中；白天气孔关闭，苹果酸氧化脱羧，放出CO2，参与卡尔，参与卡尔文循环，形成淀粉等。文循环，形成淀粉等。这种植物体内的有机酸合成日变化的代谢类型称为景天酸代谢。这种植物体内的有机酸合成日变化的代谢类型称为景天酸代谢。如仙人掌等。如仙人掌等。中药教研室-贾晗第16页，共25页，编辑于2022年，星期四四四、光呼吸光呼吸 植物的绿色细胞依赖光照，放出植物的绿色细胞依赖光照，放出CO2和吸收和吸收O2的过程，被的过程，被称为称为光呼吸光呼吸。一般生活细胞的呼吸在光照或黑暗中都可以进行，对光照一般生活细胞的呼吸在光照或黑暗中都可以进行，对光照没有特殊要求，这种呼吸相对地称为没有特殊要求，这种呼吸相对地称为暗呼吸暗呼吸，通常所说的呼，通常所说的呼吸就是指暗呼吸。吸就是指暗呼吸。中药教研室-贾晗第17页，共25页，编辑于2022年，星期四（一一）光呼吸的生化光呼吸的生化途径途径1.进行部位：叶绿体、线粒体、过氧化体进行部位：叶绿体、线粒体、过氧化体2.底物：乙醇酸底物：乙醇酸3.生化过程：生化过程：（1）叶绿体内叶绿体内：RuBP+氧氧+水水2-磷酸乙醇酸磷酸乙醇酸 2-磷酸乙醇酸磷酸乙醇酸+水水乙醇酸乙醇酸+磷酸磷酸（2）过氧化过氧化物酶物酶体内体内：乙醇酸：乙醇酸+氧氧乙醛酸乙醛酸+过氧化氢过氧化氢 乙醛酸乙醛酸+谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸+a-酮戊二酸酮戊二酸（3）线粒体线粒体：甘氨酸：甘氨酸丝氨酸丝氨酸+二氧化碳二氧化碳（4）过氧化过氧化物酶物酶体体：丝氨酸：丝氨酸羟基丙酮酸羟基丙酮酸甘油酸甘油酸（5）叶绿体叶绿体：甘油酸：甘油酸3-磷酸甘油酸，进入卡尔文循环磷酸甘油酸，进入卡尔文循环中药教研室-贾晗第18页，共25页，编辑于2022年，星期四思考思考：在整个循环中氧的吸收发生于哪些细胞器？二氧化碳的在整个循环中氧的吸收发生于哪些细胞器？二氧化碳的释放又发生于哪些细胞器？释放又发生于哪些细胞器？4.光呼吸的调节与外界条件密切有关光呼吸的调节与外界条件密切有关（1）首先是氧及二氧化碳的浓度，二氧化碳抑制光呼吸）首先是氧及二氧化碳的浓度，二氧化碳抑制光呼吸而促进光合作用，氧则抑制光合作用而促进光呼吸；而促进光合作用，氧则抑制光合作用而促进光呼吸；（2）随着光强、温度和）随着光强、温度和 PH的增高，光呼吸也加强，其实的增高，光呼吸也加强，其实质也是二氧化碳和氧对质也是二氧化碳和氧对RuBP的竞争。的竞争。中药教研室-贾晗第19页，共25页，编辑于2022年，星期四5.光呼吸的生理功能光呼吸的生理功能光呼吸释放的光呼吸释放的CO2量占光合作用量占光合作用CO2固定量的固定量的2027，也就是把光合作用固定四分之一左右的碳又变成也就是把光合作用固定四分之一左右的碳又变成 CO2释释放出去。光呼吸是一个消费过程。放出去。光呼吸是一个消费过程。（1）回收碳素回收碳素：回收乙醇酸中：回收乙醇酸中3/4的碳素；的碳素；（2）近年来不少人认为光呼吸可）近年来不少人认为光呼吸可保护光合器免受伤害保护光合器免受伤害。在。在干旱和高辐射期间，气孔关闭光合组织合成乙醇酸，并干旱和高辐射期间，气孔关闭光合组织合成乙醇酸，并使光呼吸的使光呼吸的CO2重新固定，消耗过剩的光能，保护叶绿体重新固定，消耗过剩的光能，保护叶绿体免受伤害。免受伤害。（3）磷酸丙糖和氨基酸合成的补充途径磷酸丙糖和氨基酸合成的补充途径中药教研室-贾晗第20页，共25页，编辑于2022年，星期四1.概念：概念：C3植物（最初产物为植物（最初产物为3-磷酸甘油酸）、磷酸甘油酸）、C4植物（最初产植物（最初产物为草酰乙酸）物为草酰乙酸）2.C4植物比植物比C3植物具有较强的光合作用，其原因主要从两植物具有较强的光合作用，其原因主要从两个方面来探讨：个方面来探讨：（1）从结构上看：）从结构上看：C4植物植物叶片的维管束薄壁细胞较大，其中含有许多较大叶片的维管束薄壁细胞较大，其中含有许多较大的叶绿体，叶绿体没有基粒或基的叶绿体，叶绿体没有基粒或基粒粒发育不良；维管束鞘的发育不良；维管束鞘的外侧密接一层成环状或近于环状排列的叶肉细胞，组成外侧密接一层成环状或近于环状排列的叶肉细胞，组成了了“花环花环型型”结构。结构。C3植物的维管束鞘薄壁细胞较小，不含或很少叶绿体，没有植物的维管束鞘薄壁细胞较小，不含或很少叶绿体，没有“花环型花环型”结构，维管束鞘周围的叶肉细胞排列松散。结构，维管束鞘周围的叶肉细胞排列松散。二、二、C3植物和植物和C4植物的光合特征植物的光合特征中药教研室-贾晗第21页，共25页，编辑于2022年，星期四 C4植物进行光合作用时，只有维管束鞘薄壁细胞形成淀粉，在叶植物进行光合作用时，只有维管束鞘薄壁细胞形成淀粉，在叶肉细胞中没有淀粉。而水稻等肉细胞中没有淀粉。而水稻等 C3植物由于仅有叶肉细胞含有叶绿体，植物由于仅有叶肉细胞含有叶绿体，整个光合过程都是在对肉细胞里进行，淀粉亦只是积累在叶肉细胞整个光合过程都是在对肉细胞里进行，淀粉亦只是积累在叶肉细胞中，维管束鞘薄壁细胞不积存淀粉。中，维管束鞘薄壁细胞不积存淀粉。（2）在生理上）在生理上：C4植物一般比植物一般比C3植物具有较强的光合作用植物具有较强的光合作用，这与，这与PEP羧化羧化酶活性强（酶活性强（PEP羧化酶的活性约为羧化酶的活性约为RuBPC的的60多倍，对二氧化碳的亲合力远多倍，对二氧化碳的亲合力远远大于远大于RuBPC，故，故C4植物能利用低浓度的二氧化碳，植物能利用低浓度的二氧化碳，C3植物则不能），植物则不能），光呼吸弱（由于提高了光呼吸弱（由于提高了CO2/O2的比率的比率）有关。）有关。3.几个问题几个问题（1）为什么）为什么C4植物被称作低补偿植物？植物被称作低补偿植物？（2）为什么）为什么C4植物的耐旱性强于植物的耐旱性强于C3植物？植物？中药教研室-贾晗第22页，共25页，编辑于2022年，星期四中药教研室-贾晗第23页，共25页，编辑于2022年，星期四五五、光合作用的产物、光合作用的产物1.光合作用产物主要是光合作用产物主要是糖类，包括单糖、双糖和多糖糖类，包括单糖、双糖和多糖，其中，其中以蔗糖和淀粉最普遍。以蔗糖和淀粉最普遍。2.不同植物的主要光合产物不同不同植物的主要光合产物不同。大多数高等植物的光合产物。大多数高等植物的光合产物是淀粉，有些植物（如洋葱、大蒜）的光合产物是葡萄糖和果糖，是淀粉，有些植物（如洋葱、大蒜）的光合产物是葡萄糖和果糖，不形成淀粉。不形成淀粉。3.长期以来，糖类曾被认为是光合作用的唯一产物，而其他物质长期以来，糖类曾被认为是光合作用的唯一产物，而其他物质（如（如蛋白质、脂肪和有机酸蛋白质、脂肪和有机酸）是植物利用糖类再度合成的。的）是植物利用糖类再度合成的。的确，这些物质一部分是再度合成的，但确，这些物质一部分是再度合成的，但也有一部分却是光合作用也有一部分却是光合作用直接产物直接产物，特别是在藻类和高等植物正在发育的叶片中。，特别是在藻类和高等植物正在发育的叶片中。4.磷酸丙糖是形成光合产物的重要中间产物磷酸丙糖是形成光合产物的重要中间产物。中药教研室-贾晗第24页，共25页，编辑于2022年，星期四5.淀粉是在叶绿体内合成的。淀粉是在叶绿体内合成的。6.蔗糖是在细胞质内形成的。蔗糖是在细胞质内形成的。7.ATP是不易透过叶绿体膜的。它通过是不易透过叶绿体膜的。它通过3-磷酸甘油酸二羟丙磷酸甘油酸二羟丙酮磷酸穿梭（酮磷酸穿梭（PGADHAP）而到达细胞质的。）而到达细胞质的。8.在叶绿体里的淀粉合成和在细胞质里的蔗糖合成会竞争在叶绿体里的淀粉合成和在细胞质里的蔗糖合成会竞争底物底物磷酸丙糖。磷酸丙糖。中药教研室-贾晗第25页，共25页，编辑于2022年，星期四