光合作用 (3)精选课件.ppt
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1、关于光合作用(3)第一页,本课件共有71页第一节第一节 光合作用光合作用一、光合作用的概念光合作用的概念CO2+H2O (CH2O)+O2光光叶绿体叶绿体绿色植物吸收光能,同化二氧化碳和水,制造有机物质并释放氧气的过程。光合作用合成的有机物质是糖类。第二页,本课件共有71页二、光合作用的意义二、光合作用的意义(一一)合成有机物质合成有机物质 (二二)蓄积太阳能量蓄积太阳能量 (三三)调节大气成份调节大气成份第三页,本课件共有71页n温室效应温室效应n温室气体温室气体CO2及甲烷。能透过太阳短透过太阳短波辐射,不能透过长波辐射。波辐射,不能透过长波辐射。n由于温室气体不能透过长波辐射,把由于温室
2、气体不能透过长波辐射,把一部分地球上辐射出去的能量又反射到地一部分地球上辐射出去的能量又反射到地球,使地球散热下降,因这种效应类似温球,使地球散热下降,因这种效应类似温室,故称温室效应室,故称温室效应。第四页,本课件共有71页Section2 Chloroplast and its pigments 第二节第二节 叶绿体及其色素叶绿体及其色素第五页,本课件共有71页一、一、叶绿体的形态结构叶绿体的形态结构叶绿体的形态结构叶绿体的形态结构 高等植物的叶绿体多呈扁平的椭圆形,20200/cell。第六页,本课件共有71页叶绿体的超微结构模式图叶绿体的超微结构模式图第七页,本课件共有71页叶绿体的结
3、构和功能叶绿体的结构和功能 叶绿体膜叶绿体膜类囊体类囊体 叶绿体叶绿体 外膜外膜内膜内膜膜膜光合色素、光合链光合色素、光合链原初反应、原初反应、电子传递和光合磷酸化电子传递和光合磷酸化腔腔光合放光合放O2 基基质质光光合合碳碳循循环环酶酶(Rubisco),CO2固固定定(同同化化)第八页,本课件共有71页光合色素光合色素叶绿素类:叶绿素类:叶绿素叶绿素a、叶绿素叶绿素b类胡萝卜素类类胡萝卜素类:胡萝卜素、叶黄素藻胆素藻胆素:仅存藻类植物中仅存藻类植物中二、光合色素二、光合色素(一)光合色素的种类(一)光合色素的种类第九页,本课件共有71页Chl aChl b1、叶叶绿绿素素:不不溶溶于于水水
4、,溶溶于于有有机机溶溶剂剂(乙乙醇醇、丙丙酮酮、石油醚)。石油醚)。叶叶绿绿素素a蓝蓝绿绿色色,叶绿素叶绿素b黄绿色。黄绿色。第十页,本课件共有71页CCCCNCCCCNCCCCNCCCCNMgCCHHCCCH2CHCH3H3CH2CH2CH3CCH3O=CCHH3C-O-C=OCH2CH2C=OOHCH2CH2CHCCH3 HC HC HC HC HC H2CH2C H2C H2C H2C H2C H2CCH3 CH3 CH312345678910镁卟啉镁卟啉亲水的亲水的“头部头部”颜色来源颜色来源叶醇基(双萜)叶醇基(双萜)亲脂的亲脂的“尾部尾部”HCOChlbIIIIIIIVV第十一页,
5、本课件共有71页()皂化反应()皂化反应分离叶绿类和类胡萝卜素C32H30ON4MgCOOCH3COOC20H39+2KOHC32H30ON4MgCOOCOO+2K+CH3OH +C20H39OH第十二页,本课件共有71页()取代反应()取代反应 H+取代Mg2+,Cu2+(Zn2+)取代H+。CCCCNCCCCNCCCCNCCCCNHHCCHHCCCH2CHCH3R1H2CH3CCH3CCCCNCCCCNCCCCNCCCCNCuCCHHCCCH2CHCH3R1H2CH3CCH3褐色褐色绿色绿色第十三页,本课件共有71页2、类胡萝卜素、类胡萝卜素 类胡萝卜素都不溶于水类胡萝卜素都不溶于水,而溶
6、于有机而溶于有机溶剂。溶剂。胡萝卜素呈橙黄色胡萝卜素呈橙黄色,叶黄素呈鲜黄叶黄素呈鲜黄色。色。吸收和传递光能。吸收和传递光能。第十四页,本课件共有71页(二)光合色素的光学特性(二)光合色素的光学特性1、吸收光谱、吸收光谱ab400 500 600 700 Waverlength(nm)Relative absorbtanceChl吸收光区吸收光区:红红光区光区(640-660 nm),蓝紫光区蓝紫光区(410-470nm)。第十五页,本课件共有71页n类胡萝卜素的吸收类胡萝卜素的吸收光区:光区:蓝紫光部分。n类胡萝卜素除吸收类胡萝卜素除吸收和传递光能以外和传递光能以外,还可稳定质体中的还可稳
7、定质体中的叶绿素分子叶绿素分子,防止防止其自身氧化或被阳其自身氧化或被阳光破坏。光破坏。Waverlength(nm)Relative absorbtance第十六页,本课件共有71页2、荧光现象和磷光现象、荧光现象和磷光现象n叶叶绿绿素素溶溶液液在在透透射射光光下下呈呈绿绿色色,而而在在反反射射光光下呈红色的现象称为下呈红色的现象称为荧光现象荧光现象。n荧荧光光的的寿寿命命很很短短,约约为为10-9s。光光照照停停止止,荧荧光光也也随随之之消消失失。在在进进行行光光合合作作用用的的叶叶片片很很少少发出荧光。发出荧光。n当当叶叶绿绿素素溶溶液液停停止止光光照照后后,仍仍能能在在一一定定时时间间
8、放放出出暗暗红红色色的的光光,这这就就是是磷磷光光。磷磷光光的的寿命为寿命为10-210-3秒秒,强度仅为荧光的强度仅为荧光的1%。第十七页,本课件共有71页第二单线态第二单线态(E2)第一单线态第一单线态(E1)基态(基态(E0)h h 三线态三线态吸收兰紫光吸收兰紫光吸收红光吸收红光发射荧光发射荧光发射磷光发射磷光叶绿素电子云能级及激发和发射光示意图叶绿素电子云能级及激发和发射光示意图激激发发能能的的传传递递或或光化学反应光化学反应第十八页,本课件共有71页(三)叶绿素生物合成及其与环境条件的关系(三)叶绿素生物合成及其与环境条件的关系1、光、光:缺光黄化缺光黄化。2、温度、温度:约2-4
9、0,最适为30。喜温植物10。3、矿质元素、矿质元素:缺N、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu时出现缺绿病。4、O2:5、H2O:缺水时,Chl形成受阻,分解加速。第十九页,本课件共有71页Section 3 Mechanism of photosynthesis第三节第三节 光合作用的机理光合作用的机理第二十页,本课件共有71页第二十一页,本课件共有71页原初反应:原初反应:光能光能电能电能电子传递和光合磷酸化:电子传递和光合磷酸化:电能电能活跃的化学能活跃的化学能碳同化:碳同化:活跃的化学能活跃的化学能稳定的化学能稳定的化学能第二十二页,本课件共有71页一、原初反应一、原初反应 原初反应包括光能
10、的吸收原初反应包括光能的吸收,传递和光化学反应传递和光化学反应。(一)光能的吸收和传递(一)光能的吸收和传递光子的能量与其波长成反比光子的能量与其波长成反比。因此蓝紫光能量比红光高。h 基态基态 激发态激发态 h 第二十三页,本课件共有71页1、集光色素或天线色素、集光色素或天线色素只起吸收和传递只起吸收和传递光能光能,不进行光化学反应的光合色素,指叶不进行光化学反应的光合色素,指叶绿素绿素b、类胡萝卜素、叶绿素、类胡萝卜素、叶绿素a(大量)大量)。2、作用中心色素、作用中心色素吸收光或由集光色素传吸收光或由集光色素传递而来的激发能后递而来的激发能后,生发光化学反应引起电生发光化学反应引起电荷
11、分离的光合色素,指叶绿素荷分离的光合色素,指叶绿素a(少量)。(少量)。第二十四页,本课件共有71页(二)光化学反应(二)光化学反应n光化学反应是指反应中心色素分子受光激光化学反应是指反应中心色素分子受光激发引起的氧化还原反应。发引起的氧化还原反应。n由(P,中心色素),(A,受体),(D,供体)组成。h DPA DP*A DP+A-D+PA-第二十五页,本课件共有71页二、光合电子传递和光合磷酸化二、光合电子传递和光合磷酸化 电能变为活跃的化学能(电能变为活跃的化学能(ATP和和NADPH)(一)(一)光系统光系统 小球藻红降现象和双光增益效应(小球藻红降现象和双光增益效应(爱默生效应)相对
12、量子产额第二十六页,本课件共有71页n红降现象:仅用波长长于红降现象:仅用波长长于685nm的长波红的长波红光照射时,其量子效率大为下降的现象。光照射时,其量子效率大为下降的现象。n爱默生效应(双光增益效应):在长波红爱默生效应(双光增益效应):在长波红光照射的同时,补以短波红光照射,则其光照射的同时,补以短波红光照射,则其量子效率比单一的短波红光或长波红光照量子效率比单一的短波红光或长波红光照射时的总和还要高的现象。射时的总和还要高的现象。第二十七页,本课件共有71页2、光系统、光系统(PS)较大较大PS的作用中心色素是的作用中心色素是P680。1、光系统、光系统(PSI)l较小较小lPSI
13、的作用中心色素是的作用中心色素是P700;第二十八页,本课件共有71页(二)电子传递(二)电子传递1、光合链、光合链 光合链是类囊体膜上由两个光系统光合链是类囊体膜上由两个光系统(PS和和PS)和若干电子传递体和若干电子传递体,按一定按一定的氧化还原电位依次排列而成的体系。的氧化还原电位依次排列而成的体系。第二十九页,本课件共有71页Fig 12-22-1 The current Z-scheme,showing Em values of electron carries第三十页,本课件共有71页n在在“Z”链的起点链的起点,H2O是最终的电子供体是最终的电子供体;在在“Z”链的终点链的终点,
14、NADP+是电子的最终受是电子的最终受体。体。n在整个链只有两处在整个链只有两处(P680P680*,P700P700*)是逆氧化还原电是逆氧化还原电位梯度位梯度,需光能推动的需能反应。需光能推动的需能反应。第三十一页,本课件共有71页2、光合电子传递、光合电子传递(1)非环式光合电子传递非环式光合电子传递 nH2OPSII PSI NADP+n涉及两个光系统;产生涉及两个光系统;产生O2,NADPH和和ATP;占总电子传递的;占总电子传递的70%以上。以上。第三十二页,本课件共有71页(2)环式光合电子传递环式光合电子传递nPSI PSI n只只涉涉及及PSI;能能产产生生ATP,是是ATP
15、的的补补充充形形式;占总电子传递的式;占总电子传递的30%左右。左右。第三十三页,本课件共有71页(3)假环式电子传递假环式电子传递n涉及两个光系统,涉及两个光系统,形成超氧自由基O2n对对植植物物体体造造成成危危害害。在在强强光光下下,CO2不不足,足,NADPH过剩下发生过剩下发生。第三十四页,本课件共有71页(三三)光合磷酸化光合磷酸化(PSP)n光光下下叶叶绿绿体体在在光光合合电电子子传传递递的的同同时时,使使ADP和和Pi形形成成ATP的过程称为光合磷酸化。的过程称为光合磷酸化。n非环式非环式PSP,环式环式PSP和假环式和假环式PSP。n通过电子传递和光合磷酸化,形成活跃的化学通过
16、电子传递和光合磷酸化,形成活跃的化学能能ATP和和NADPH,两者将用于,两者将用于CO2同化,因此,同化,因此,把把ATP和和NADPH合称为合称为“同化力同化力”。第三十五页,本课件共有71页第三十六页,本课件共有71页三、碳同化三、碳同化活跃的化学能转化为稳定的化活跃的化学能转化为稳定的化学能学能 C3途径、C4途径和CAM途径。其其中中C3途径是最基本和最普遍的。途径是最基本和最普遍的。(一)(一)C3途径途径 C3途途径径是是指指光光合合作作用用中中CO2固固定定后后的的最初产物是三碳化合物的最初产物是三碳化合物的CO2同化途径。同化途径。只只具具有有C3途途径径的的植植物物称称C3
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