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第二章光合作用与生物固氮本讲稿第一页，共三十五页第一节光合作用第一节光合作用一一.光能在叶绿体光能在叶绿体 中的转换中的转换本讲稿第二页，共三十五页（一）光能转换成电能（一）光能转换成电能光能是怎样转换成电能的？光能是怎样转换成电能的？在光的照射下，少数处于特殊状态的叶绿在光的照射下，少数处于特殊状态的叶绿素素a，连续不断地丢失电子和获得电子连续不断地丢失电子和获得电子，从而，从而形成形成电子流电子流，使光能转换成电能。，使光能转换成电能。本讲稿第三页，共三十五页类囊体类囊体（二）电能转换成（二）电能转换成 活跃的化学能活跃的化学能光光光光O2H2OeH+NADP+NADPHADP+PiATP本讲稿第四页，共三十五页多多种种酶酶催催化化CO2C52C3(CH2O)ATPADP+Pi供供能能NADPHNADP+供供能能氢氢供供(三三)活跃的活跃的化学能化学能转换成稳定的转换成稳定的化学能化学能本讲稿第五页，共三十五页光能在叶绿体中的转换光能在叶绿体中的转换光光光光O2H2OeH+NADP+NADPHADP+PiATP(CH2O)CO2本讲稿第六页，共三十五页反应阶段反应阶段能量变化能量变化物质变化物质变化光反应光反应暗反应暗反应光能光能转化成转化成电能电能水在光下分解水在光下分解电能电能转换成转换成活跃的活跃的化学能化学能NADPHNADPH的形成的形成ATPATP的形成的形成CO2的固定的固定CO2还原及糖类还原及糖类等有机物的形成等有机物的形成活跃的化学能转换活跃的化学能转换成成稳定化学能稳定化学能光能在叶绿体中的转换光能在叶绿体中的转换本讲稿第七页，共三十五页二二 C C3 3植物和植物和C C4 4植物植物什么叫什么叫C C4 4植物？举例。植物？举例。光合作用时光合作用时COCO2 2中的中的C C首先转移到首先转移到C C4 4里，里，然后再转移到然后再转移到C C3 3中的植物，叫做中的植物，叫做C C4 4植物。植物。例如：玉米、甘蔗、高粱等热带植物。例如：玉米、甘蔗、高粱等热带植物。什么叫什么叫C C3 3植物？举例。植物？举例。光合作用时光合作用时COCO2 2中的中的C C直接转移到直接转移到C C3 3里的里的植物，叫做植物，叫做C C3 3植物。植物。例如：小麦、水稻、大麦、大豆、马铃薯、例如：小麦、水稻、大麦、大豆、马铃薯、菜豆和菠菜等温带植物。菜豆和菠菜等温带植物。本讲稿第八页，共三十五页2 2 2 2、C CC C3 3 3 3植物和植物和植物和植物和C CC C4 4 4 4植物叶片结构的特点：植物叶片结构的特点：植物叶片结构的特点：植物叶片结构的特点：CC33植物叶片植物叶片CC44植物叶片植物叶片维管束维管束维管束鞘细胞维管束鞘细胞栅栏组织栅栏组织海绵组织海绵组织叶肉细胞叶肉细胞本讲稿第九页，共三十五页CO2C4C4CO2多种酶多种酶参加催化参加催化叶肉细胞叶肉细胞的叶绿体的叶绿体维管束鞘细胞的叶绿体维管束鞘细胞的叶绿体(CH2O)NADP+NADPHATPADP+Pi2C3C5C4途径途径C3ADP ATPC3(丙酮酸）丙酮酸）C3途经途经本讲稿第十页，共三十五页（二）（二）C C3 3途径和途径和C C4 4途径途径C4植物和植物和C3植物植物CO2固定的途径分别有几条？固定的途径分别有几条？C4植物有两条：植物有两条：C4途径和途径和C3途径途径C3植物有一条：植物有一条：C3途径途径上述途径分别发生在什么细胞内？上述途径分别发生在什么细胞内？C4植物的植物的C4途径发生在：叶肉细胞的叶绿体内途径发生在：叶肉细胞的叶绿体内C4植物的植物的C3途径发生在：途径发生在：维管束鞘细胞的叶绿体内维管束鞘细胞的叶绿体内C3植物的植物的C3途径发生在：途径发生在：叶肉细胞叶肉细胞的叶绿体内的叶绿体内本讲稿第十一页，共三十五页COCO2 2的的的的受体受体受体受体COCO2 2固定固定固定固定后的产物后的产物后的产物后的产物COCO2 2固定固定固定固定的场所的场所的场所的场所C C3 3还原还原还原还原的场所的场所的场所的场所ATPATP和和和和NADPHNADPH的的的的作用对象作用对象作用对象作用对象暗反应暗反应暗反应暗反应途径途径途径途径C C3 3植物植物植物植物C C4 4植物植物植物植物C C C C3 3 3 3PEPPEPPEPPEPC C C C5 5 5 5C C C C3 3 3 3C C C C3 3 3 3途径途径C C C C3 3 3 3C C C C4 4 4 4途径途径C C C C3 3 3 3途径途径C C C C4 4 4 4C C C C3 3 3 3C C C C5 5 5 5叶肉细胞叶肉细胞叶肉细胞叶肉细胞的叶绿体的叶绿体的叶绿体的叶绿体叶肉细胞叶肉细胞叶肉细胞叶肉细胞的叶绿体的叶绿体的叶绿体的叶绿体维管束鞘细维管束鞘细维管束鞘细维管束鞘细胞的叶绿体胞的叶绿体胞的叶绿体胞的叶绿体叶肉细胞叶肉细胞叶肉细胞叶肉细胞的叶绿体的叶绿体的叶绿体的叶绿体维管束鞘维管束鞘维管束鞘维管束鞘细胞的叶细胞的叶细胞的叶细胞的叶绿体绿体绿体绿体C C3 3植物和植物和C C4 4植物光合作用比较植物光合作用比较本讲稿第十二页，共三十五页三三 提高农作物的提高农作物的光合作用效率光合作用效率什么叫光合作用效率？什么叫光合作用效率？绿色植物通过光合作用制造的有机物中所绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含有的能量，与光合作用中吸收的光能的比值。含有的能量，与光合作用中吸收的光能的比值。光合作用效率光合作用效率=光合作用制造的有机物中所含能量光合作用制造的有机物中所含能量光合作用中吸收的光能光合作用中吸收的光能本讲稿第十三页，共三十五页（一）光照强度的控制（一）光照强度的控制AB光照强度光照强度光光合合速速率率0吸吸收收CO2 2阳生植物阳生植物阴生植物阴生植物A：光补偿点：光补偿点B：光饱合点：光饱合点应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。本讲稿第十四页，共三十五页（二）不同光质的影响二）不同光质的影响红光红光和和蓝紫光蓝紫光有利于提高光合效率。有利于提高光合效率。黄绿光黄绿光不利于提高光合效率。不利于提高光合效率。在在蓝紫光蓝紫光的照射下，光合产物中的照射下，光合产物中蛋白质蛋白质和和脂肪脂肪的的含量较多。含量较多。在在红光红光的照射下，光合产物中的照射下，光合产物中糖类糖类的含量较多。的含量较多。本讲稿第十五页，共三十五页（三）二氧化碳的供应（三）二氧化碳的供应BACO2 2浓度浓度光光合合速速率率0释释放放O2 2A：C3 3植物植物B：C4 4植物植物本讲稿第十六页，共三十五页（三）二氧化碳的供应（三）二氧化碳的供应如何提高空气中如何提高空气中CO2的浓度？的浓度？空气中的空气中的CO2一般占空气体积的一般占空气体积的0.03%，当，当植物旺盛生长时，所需的植物旺盛生长时，所需的CO2就更多，若只靠就更多，若只靠空气中空气中CO2本身的本身的浓度差所造成的扩散作用浓度差所造成的扩散作用满满足不了足不了CO2的需求。的需求。作物需要良好的作物需要良好的通风通风，使大量空气通过叶，使大量空气通过叶面，使光合作用正常进行。面，使光合作用正常进行。齐民要术齐民要术记载：记载：“正其行，通其风正其行，通其风”。本讲稿第十七页，共三十五页（四）必需矿质元素的供应（四）必需矿质元素的供应哪些必需元素会影响光合作用？哪些必需元素会影响光合作用？（1 1）N N：是各种：是各种酶酶以及以及NADPNADP+和和ATPATP的重要组成的重要组成成分。成分。（2 2）P P：是：是叶绿体膜、叶绿体膜、NADPNADP+和和ATPATP的重要组的重要组成成分。成成分。（3 3）K K：在：在合成糖类合成糖类，以及将其，以及将其运输运输到块根、块到块根、块茎和种子等器官过程中起作用。茎和种子等器官过程中起作用。（4 4）MgMg：叶绿素叶绿素的重要组成成分。的重要组成成分。本讲稿第十八页，共三十五页（1 1）根据植物的）根据植物的生长规律和需肥规律进行适时适量生长规律和需肥规律进行适时适量施肥。施肥。（2 2）可进行）可进行根外施肥根外施肥。（3 3）与）与豆科植物豆科植物进行进行间种间种和和轮作轮作，提高土壤的肥力，提高土壤的肥力，使植物获得更多的使植物获得更多的氮肥氮肥。（4 4）将植物）将植物秸秆秸秆尤其是豆科植物的秸秆进行尤其是豆科植物的秸秆进行深耕翻深耕翻压压，也是增加土壤肥力的有效措施。，也是增加土壤肥力的有效措施。应如何进行合理施肥应如何进行合理施肥？（四）必需矿质元素的供应（四）必需矿质元素的供应本讲稿第十九页，共三十五页小小 结结提高光合作用效率的方法有：提高光合作用效率的方法有：1 1、控制光照；、控制光照；2 2、控制温度；、控制温度；3 3、提供适量的必需矿质元素；、提供适量的必需矿质元素；4 4、提供适量的二氧化碳；、提供适量的二氧化碳；5 5、提供适量的水分、提供适量的水分本讲稿第二十页，共三十五页第二节第二节 生物固氮生物固氮氮在植物体中的含量与作用氮在植物体中的含量与作用1)、氮在植物体中含量很小、氮在植物体中含量很小2)、氮是构成、氮是构成蛋白质蛋白质的主要成分，占其含量的的主要成分，占其含量的1618，而细胞质、细胞核和酶都含有蛋白质，而细胞质、细胞核和酶都含有蛋白质，所以氮也是所以氮也是细胞质、细胞核细胞质、细胞核和和酶酶的组成成分。的组成成分。3)、核酸、辅酶、磷脂、叶绿素核酸、辅酶、磷脂、叶绿素等化合物中都含等化合物中都含有氮。有氮。所以氮为所以氮为基本生命元素基本生命元素，必须不断补充氮必须不断补充氮素素本讲稿第二十一页，共三十五页第二节第二节 生物固氮生物固氮什么叫做生物固氮？什么叫做生物固氮？固氮微生物固氮微生物将大气中的将大气中的N N2 2还原为还原为NHNH3 3的过程。的过程。共生固氮微生物共生固氮微生物自生固氮微生物自生固氮微生物根瘤菌根瘤菌豆科植物豆科植物放线菌放线菌非豆科植物非豆科植物蓝藻蓝藻水生蕨类等水生蕨类等圆褐固氮菌（好氧）圆褐固氮菌（好氧）梭菌（厌氧）梭菌（厌氧）鱼腥藻等为代表的固氮蓝藻鱼腥藻等为代表的固氮蓝藻固氮微生物有哪些种类？固氮微生物有哪些种类？本讲稿第二十二页，共三十五页原核生物原核生物无核仁、核膜、染色体等结构，无核仁、核膜、染色体等结构，有有DNADNA和核糖体和核糖体根瘤菌结构特点根瘤菌结构特点：异养需氧异养需氧型的型的细菌细菌(有氧呼吸的场所在细胞膜有氧呼吸的场所在细胞膜)根瘤菌的新陈代谢类型根瘤菌的新陈代谢类型：1 1）根瘤菌只有）根瘤菌只有侵入豆科植物根侵入豆科植物根内才能固氮。内才能固氮。2 2）不同的根瘤菌各自只能侵入）不同的根瘤菌各自只能侵入特定种类特定种类的豆科植的豆科植物。（物。（特异性特异性）根瘤菌的固氮特点根瘤菌的固氮特点：共生固氮微生物共生固氮微生物本讲稿第二十三页，共三十五页（一）生物固氮过程（一）生物固氮过程固氮酶的特点固氮酶的特点：1 1）固氮酶由两种蛋白质构成，）固氮酶由两种蛋白质构成，分别是分别是铁蛋白铁蛋白和和铁钼蛋白铁钼蛋白，只有两种蛋白，只有两种蛋白质同时存在，固氮酶才具有固氮作用。质同时存在，固氮酶才具有固氮作用。2 2）固氮酶具有）固氮酶具有底物多样性底物多样性的特点，的特点，即即N N2 2NHNH3 3，乙炔，乙炔乙烯乙烯 固氮酶催化乙炔还原乙烯的化学反应，常被固氮酶催化乙炔还原乙烯的化学反应，常被科学家用来测定科学家用来测定固氮酶的活性固氮酶的活性。本讲稿第二十四页，共三十五页铁蛋白铁蛋白 铁钼蛋白铁钼蛋白e+H+ATPADP+PiN2固氮酶固氮酶C2H2NH3C2H4（一）生物固氮过程（一）生物固氮过程固氮过程固氮过程：本讲稿第二十五页，共三十五页（二）氮循环（二）氮循环工业工业工业工业固氮固氮固氮固氮高能高能高能高能固氮固氮固氮固氮生物生物生物生物固氮固氮固氮固氮有机氮有机氮有机氮有机氮合成合成合成合成氨化作用氨化作用氨化作用氨化作用硝化作用硝化作用硝化作用硝化作用反硝化作用反硝化作用反硝化作用反硝化作用OO2 2不足不足不足不足硝化细菌硝化细菌硝化细菌硝化细菌反硝化细菌反硝化细菌反硝化细菌反硝化细菌亚硝亚硝亚硝亚硝酸盐酸盐酸盐酸盐本讲稿第二十六页，共三十五页（三（三)生物固氮在农业生产中的应用生物固氮在农业生产中的应用1）含氮肥料含氮肥料的施用的施用2）生物固氮生物固氮1.土壤可通过哪两条途径获得氮素？土壤可通过哪两条途径获得氮素？选择与该种豆科植物相适应的选择与该种豆科植物相适应的选择与该种豆科植物相适应的选择与该种豆科植物相适应的根瘤菌根瘤菌进行进行拌种拌种 新开垦的农田新开垦的农田新开垦的农田新开垦的农田和和未种植过豆科作物的土壤未种植过豆科作物的土壤未种植过豆科作物的土壤未种植过豆科作物的土壤2.提高豆科作物产量的有效措施是什么提高豆科作物产量的有效措施是什么？8108107 7t t4104108 8t t3.豆科植物在农业生产上有何应用？豆科植物在农业生产上有何应用？制作制作绿肥绿肥-直接耕埋直接耕埋或或堆沤堆沤饲养家畜饲养家畜，再将家畜的粪便还田，再将家畜的粪便还田本讲稿第二十七页，共三十五页 将固氮细菌体内的将固氮细菌体内的固氮基因转移固氮基因转移到非到非豆科豆科粮食作物粮食作物的细胞内，在固氮基因的调控下，让的细胞内，在固氮基因的调控下，让非豆科粮食作物的细胞内非豆科粮食作物的细胞内合成出固氮酶合成出固氮酶并且并且固固氮氮，这是解决非豆科粮食作物自行固氮的一条重，这是解决非豆科粮食作物自行固氮的一条重要途径，这一途径叫做要途径，这一途径叫做固氮基因工程固氮基因工程。（四）生物固氮研究前景（四）生物固氮研究前景固氮基因工程：固氮基因工程：本讲稿第二十八页，共三十五页练习练习1 1、在光合作用过程中，碳同化伴随的能量变化、在光合作用过程中，碳同化伴随的能量变化是是 （）A A、将、将ATPATP和和NADPHNADPH中活跃的化学能，转中活跃的化学能，转换成贮存在有机物中稳定的化学能换成贮存在有机物中稳定的化学能 B B、光能转换为电能、光能转换为电能 C C、电能转换为活跃的化学能、电能转换为活跃的化学能 D D、光能转换为活跃的化学能、光能转换为活跃的化学能 A本讲稿第二十九页，共三十五页2 2、甲、乙两个密闭的玻璃钟罩内，分别喂养同样、甲、乙两个密闭的玻璃钟罩内，分别喂养同样小鼠各一只，和长势良好的同样绿色植物各一盆。小鼠各一只，和长势良好的同样绿色植物各一盆。与甲罩不同的是，乙罩内多了一杯氢氧化钙溶液。与甲罩不同的是，乙罩内多了一杯氢氧化钙溶液。两玻璃罩同在阳光下培养一段时间后，甲、乙两个两玻璃罩同在阳光下培养一段时间后，甲、乙两个钟罩内的小鼠和植物各发生了什么变化？分析产生钟罩内的小鼠和植物各发生了什么变化？分析产生此现象的原因。此现象的原因。练习练习甲罩内的小鼠活着，乙罩内的小鼠死亡。甲罩内的小鼠活着，乙罩内的小鼠死亡。原因是甲罩内的绿色植物能正常进行光合原因是甲罩内的绿色植物能正常进行光合作用，而乙罩内的绿色植物因缺少原料（作用，而乙罩内的绿色植物因缺少原料（COCO2 2）不能进行正常的暗反应，使小鼠缺氧死亡。）不能进行正常的暗反应，使小鼠缺氧死亡。本讲稿第三十页，共三十五页3 3、从海洋的不同深、从海洋的不同深度采集到四种类型浮度采集到四种类型浮游植物（游植物（、），测定了每种类型），测定了每种类型在不同光照强度下光合在不同光照强度下光合作用效率，如下图所示，作用效率，如下图所示，在最深的海域采集到的在最深的海域采集到的应是（）应是（）.本讲稿第三十一页，共三十五页（1 1 1 1）在光线弱的情况下，光合作用速度与）在光线弱的情况下，光合作用速度与_成成正比增加，这种情况可以认为光合作用的速度受正比增加，这种情况可以认为光合作用的速度受_的影响。的影响。的影响。的影响。（2 2）当光照强度一定时，光合作用速度取决于）当光照强度一定时，光合作用速度取决于_，这种情况可以认为光合作用的速度主要取决于这种情况可以认为光合作用的速度主要取决于_的催化的催化效率。效率。（3 3）请画出光照强度为）请画出光照强度为A A A A时，光合速率与温度的变化曲线时，光合速率与温度的变化曲线练习练习4 4、右图显示了四联藻光合作用速度、右图显示了四联藻光合作用速度与环境因素之间的关系：与环境因素之间的关系：光照强度光照强度 光照强度光照强度光照强度光照强度 温度温度温度温度 酶酶酶酶 A本讲稿第三十二页，共三十五页练习练习5.5.根根瘤瘤菌菌在在根根内内不不断断繁繁殖殖，并并且且刺刺激激根根内内的的一一些些细细胞胞分分裂裂，进进而而使使该该处处的的组组织织逐逐渐渐膨膨大大，形形成根瘤，其刺激的细胞是成根瘤，其刺激的细胞是 （）A A、厚壁细胞、厚壁细胞 B B、薄壁细胞、薄壁细胞 C C、表皮细胞、表皮细胞 DD、根冠细胞、根冠细胞B 本讲稿第三十三页，共三十五页练习练习6.6.关于根瘤菌的叙述中，不正确的一项是关于根瘤菌的叙述中，不正确的一项是 （）A A、根根瘤瘤菌菌可可以以单单独独着着生生，也也可可以以聚聚集集在在一一起起生生在在根上根上 B B、一一般般豆豆科科植植物物的的主主根根和和侧侧根根上上都都可可以以着着生生根根瘤瘤 C C、根根瘤瘤是是由由根根瘤瘤菌菌进进入入根根细细胞胞内内部部，刺刺激激根根组组织织膨大而成的膨大而成的 DD、根瘤破溃后，根瘤菌全部死亡后进入土壤、根瘤破溃后，根瘤菌全部死亡后进入土壤D 本讲稿第三十四页，共三十五页练习练习7.7.关于生物固氮的正确叙述是关于生物固氮的正确叙述是 （）A A、生生物物遗遗体体中中的的含含氮氮化化合合物物首首先先被被转转化化成成硝酸盐硝酸盐 B B、硝化细菌可以使氮元素回归大气、硝化细菌可以使氮元素回归大气 C C、圆圆褐褐固固氮氮菌菌固固定定的的氮氮可可直直接接被被植植物物吸吸收收利用利用 DD、硝硝化化细细菌菌可可以以把把植植物物不不能能吸吸收收的的氨氨转转化化为能吸收的硝酸盐为能吸收的硝酸盐 D 本讲稿第三十五页，共三十五页