植物生理 光合作用精.ppt

植物生理 光合作用第1页，本讲稿共48页 光6CO2+6H2O (C6H12O6)+O2 光合细胞基本公式一、光合作用的概念一、光合作用的概念 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。第2页，本讲稿共48页光合作用的原料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.细胞中的叶绿体光合作用的能源可见光中380-720nm波长光第3页，本讲稿共48页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.同时发生光能的吸收,转化和贮藏第4页，本讲稿共48页光合作用的意义 (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5页，本讲稿共48页二、叶绿体及叶绿体色素二、叶绿体及叶绿体色素第6页，本讲稿共48页(一)结构与成分被膜 外膜 内膜间质：(含可溶性蛋白质，酶类，DNA，RNA 核糖体等)类囊体(基粒)基粒片层 间质片层第7页，本讲稿共48页（二）、叶绿体色素种类（二）、叶绿体色素种类1、种类 叶绿素 叶绿素a，兰绿色 叶绿素b，黄绿色 类胡萝卜素 胡萝卜素(、)橙黄色 叶黄素 黄色 藻胆素 藻红蛋白(仅存在于红藻、蓝藻中)藻蓝蛋白第8页，本讲稿共48页叶绿素分子的结构叶绿素分子的结构2、叶绿素的性质叶绿素的性质：1、吸收光谱：640660nm 红光部分 叶绿素特有 410470nm 蓝紫光部分 卟啉环化合物共有第9页，本讲稿共48页胡萝卜素和叶黄素结构第10页，本讲稿共48页叶绿素a和b的吸收光谱主要在兰兰紫紫光光区和红红光光区。最强吸收区：430-450nm;640-660nm。胡萝卜素和叶黄素在兰紫光兰紫光区，它们都不吸收绿光不吸收绿光，所以叶片主要为绿色。第11页，本讲稿共48页叶绿素a和b吸收光谱：第12页，本讲稿共48页2、皂化反应3、荧光 叶绿素溶液在反射光下呈现棕红色-荧光.叶绿素的化学性质：第13页，本讲稿共48页荧光与磷光：第14页，本讲稿共48页(三三)叶绿素生物合成：叶绿素生物合成：以以谷谷氨氨酸酸和和-酮酮戊戊二二酸酸为为原原料料，经经一一系系列列酶酶的的催催化化，首首先先形形成成无无色色的的原原叶叶绿绿素素，然然后后在在光光下下被被还还原原成成叶绿素。叶绿素。第15页，本讲稿共48页生物合成途径单乙烯基原叶绿单乙烯基原叶绿素酯素酯a叶绿素酯叶绿素酯a第16页，本讲稿共48页影响叶绿素合成的条件：影响叶绿素合成的条件：（1）光照）光照（2）温度）温度（3）矿质元素）矿质元素（4）水分）水分（5）O2第17页，本讲稿共48页 叶色是植物叶子各种色素的综合表现。但主要叶色是植物叶子各种色素的综合表现。但主要为叶绿素和类胡萝卜素两类色素的比例。为叶绿素和类胡萝卜素两类色素的比例。正常叶片中主要色素的比例：正常叶片中主要色素的比例：叶绿素叶绿素/类胡萝卜素约为类胡萝卜素约为 3：1 叶绿素叶绿素a/叶绿素叶绿素b约为约为 3：1 叶黄素叶黄素/胡萝卜素约为胡萝卜素约为 2：1叶色变化：叶色变化：决决定定于于叶叶绿绿素素含含量量，间间接接反反映映植植株株的的营营养养水水平平和和生生长长发发育育状状况况，生生产产上上常常以以此此作作为为氮氮肥肥施施用用的的指指标标以以及及高产栽培的指标之一。高产栽培的指标之一。第18页，本讲稿共48页根据反应中是否需光分为光反应和暗反应两个阶根据反应中是否需光分为光反应和暗反应两个阶段；段；1.光反应（光反应（light reaction）：必须在光下进行，由：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所引起的光化反应，它主要在基粒类囊体膜（光合膜）上进行；（光合膜）上进行；2.暗反应（暗反应（dark reaction）：可以在暗处进行的由若：可以在暗处进行的由若干酶所催化的化学反应，暗反应是在间质中进行的。干酶所催化的化学反应，暗反应是在间质中进行的。三、光合作用机理三、光合作用机理第19页，本讲稿共48页光能光能电能电能活跃的活跃的化学能化学能稳定的稳定的化学能化学能量子量子电子电子ATPNDAPH2碳水化碳水化合物等合物等电子传递电子传递碳同化碳同化能量能量变化变化能量能量物质物质转变转变过程过程光合磷酸化光合磷酸化叶绿体内膜（基粒膜叶绿体内膜（基粒膜）叶绿体间质叶绿体间质反应反应部位部位原初反应原初反应光反应光反应暗反应暗反应第20页，本讲稿共48页（一)原初反应光能的吸收光能的传递光能的转化第21页，本讲稿共48页第三节 原初反应第22页，本讲稿共48页(二）电子传递和光合磷酸化1、电子传递：电子传递：1).光合链：光合链：光合作用的光反应是由光系统光合作用的光反应是由光系统和光系统和光系统这两个光系统启动的，两个光系统由电子传递这两个光系统启动的，两个光系统由电子传递链连接起来。连接两个光反应的排列紧密而互相链连接起来。连接两个光反应的排列紧密而互相衔接的电子传递物质称为光合链。衔接的电子传递物质称为光合链。第23页，本讲稿共48页光合磷酸化光合磷酸化第24页，本讲稿共48页电子传递体的组成与功能电子传递体的组成与功能第25页，本讲稿共48页2.电子传递体的组成与功能电子传递体的组成与功能第26页，本讲稿共48页光合链的特点电子传递链主要由光合膜上的 PS、Cytb6/f、PSI三个复合体串联组成。电子传递有二处是逆电势梯度，这种逆电势梯度的“上坡”电子传递均由聚光色素复合体吸收光能后推动，而其余电子传递都是顺电势梯度进行的。水的氧化与PS 电子传递有关，NADP+的还原与 PSI电子传递有关。PQ是双电子双H+传递体，它伴随电子传递，把H+传递类囊体膜内，造成类囊体内外的H+电化学势差，推动ATP形成。第27页，本讲稿共48页ATP第28页，本讲稿共48页2、光合磷酸化、光合磷酸化 叶绿体在光下把无机磷和叶绿体在光下把无机磷和ADP转化为转化为ATP，形成，形成高能磷酸键的过程，称为光合磷酸化。高能磷酸键的过程，称为光合磷酸化。2ADP+2Pi+2NADP+H2O 2ATP+2NADPH+H+O2光光ADP+Pi ATP光光电子传递的类型(1)非环式电子传递(2)环式电子传递第29页，本讲稿共48页（三）暗反应：碳同化（三）暗反应：碳同化1.C3循环循环：在所有植物中进行。如：水稻、小麦、棉花等大多数植物为C3植物，只有该途径。2.C4循环循环：在C4植物中进行。如：玉米、高梁、甘蔗等植物。第30页，本讲稿共48页(1)羧化阶段：Rubisco 3RuBP+3CO2+3H2O 6PGA+6H+(2)还原阶段(3)再生阶段第31页，本讲稿共48页Calvin cycleMovie第32页，本讲稿共48页Calvin cycle 总反应式:n3CO2+3H2O+3RuBP+9ATP+6NADPH PGAld+6NADP+9ADP+9Pi第33页，本讲稿共48页2.C4循环(C4一二羧酸途径)：在C4植物中进行。如玉米、高梁、甘蔗等植物。第34页，本讲稿共48页第35页，本讲稿共48页(1)羧化阶段：羧化阶段：(2)还原或转氨阶段还原或转氨阶段(3)脱羧阶段脱羧阶段(从叶肉细胞转移到维管束鞘细胞，从叶肉细胞转移到维管束鞘细胞，然后脱去然后脱去CO2，参加卡尔文循环，参加卡尔文循环)(4)再生阶段再生阶段第36页，本讲稿共48页第37页，本讲稿共48页3.CAM(景天酸代谢)途径：在仙人掌科，凤梨科等植物中进行。(1)夜间固定夜间固定CO2，产生苹果酸，贮藏，产生苹果酸，贮藏于液泡中。于液泡中。(2)白天有机酸脱羧，参加卡尔文循白天有机酸脱羧，参加卡尔文循环。环。第38页，本讲稿共48页第39页，本讲稿共48页第40页，本讲稿共48页第41页，本讲稿共48页四、光合作用的产物1.叶绿体中合成淀粉2.胞质溶胶合成蔗糖3.淀粉和蔗糖合成的调节光合产物转运：叶绿体的磷酸光合产物转运：叶绿体的磷酸丙糖与胞质溶胶的正磷酸交换丙糖与胞质溶胶的正磷酸交换第42页，本讲稿共48页五、光呼吸五、光呼吸 光呼吸光呼吸是指是指绿色细胞绿色细胞在光下吸收在光下吸收O2与释放与释放CO2的过程。的过程。1、在、在叶绿体叶绿体形成呼吸底物：形成呼吸底物：乙醇酸乙醇酸 2、过氧化物体过氧化物体发生氧化反应，生成发生氧化反应，生成水水 3、线粒体线粒体释放出释放出二氧化碳二氧化碳。第43页，本讲稿共48页五、影响光合作用的外界条件五、影响光合作用的外界条件1.光照 光饱和点光饱和点与与光补偿点光补偿点2.CO2 CO2饱和点饱和点与CO2补偿点补偿点3.光合作用的日变化(午休现象午休现象)第44页，本讲稿共48页植物类群植物类群 光补偿点光补偿点 光饱和点光饱和点阳生植物阳生植物 1-2 50-80阴生植物阴生植物 0.2-0.3 5-10 第45页，本讲稿共48页C3与与C4植物的植物的CO2-光合曲线比较光合曲线比较第46页，本讲稿共48页光合速率的日变化光合速率的日变化n1.在温暖的日子里，如水分供应充足，太阳光照成为主在温暖的日子里，如水分供应充足，太阳光照成为主要矛盾，光合过程为单峰曲线。要矛盾，光合过程为单峰曲线。n2.当晴天无云而太阳光照强烈时，光合进程便形成当晴天无云而太阳光照强烈时，光合进程便形成双峰曲线双峰曲线，中午前后光合速率下降，呈现中午前后光合速率下降，呈现“午休午休”现象。现象。n3.为什么会出现午休现象？为什么会出现午休现象？n（1）水分在中午供给不上，气孔关闭；）水分在中午供给不上，气孔关闭；n（2）二氧化碳供应不足。）二氧化碳供应不足。第47页，本讲稿共48页六、六、C3植物植物和和C4植物植物光合特性比较光合特性比较 vC4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vC4植物植物CO2补偿点低（补偿点低（5-10ul/L）,C3植物高（植物高（40-70ul/L)vC4植物光呼吸弱（由于提高了植物光呼吸弱（由于提高了CO2/O2的比率）的比率）第48页，本讲稿共48页