李合生植物生理学第五章光合作用1案例.ppt

一、光合作用(photosynthesis)概念 1.狭义的概念 2.广义的概念 3.光合作用的实质 光合作用的通式：（广义的） CO２+2H２A 光 光养生物 (CH２O)+2A+H２O H2A代表一种还原剂，可以是H２O、 H2S、有机酸等。 CO２+2H２A 光 光养生物 (CH２O)+2A+H２O 光合作用研究简史 1771——1864（第一阶段，近93年） 1864——1945（第二阶段，共81年） 1945——至今（第三阶段） 当前，光合作用的分子生理学研究 光系统Ⅰ（PSI） 光系统Ⅱ（PSⅡ） Organization of the protein subunits of the cytochrome b6f complex. ATP酶复合体（ATPase） 光合色素种类 光+CO2 O2+CH2O 低渗 光+Fe3+ O2 Hill反应 离心 光合膜 基质 完整叶绿体 破损叶绿体 光+ Fe3+ O2 CO2 CH2O 证实叶绿体中CO2同化和光合放氧反应部位的实验 问题：如何证明CO2同化场所是在叶绿体的基质，而光合放氧反应是在叶绿体的膜上进行？ 二、光合色素 在光合作用的反应中吸收光能的色素称为光合色素 图5 主要光合色素的结构式 叶绿素 类胡萝卜素 藻胆素 —— 高等植物 藻类 共同特点： 分子内具有许多共轭双键，能捕获光能，捕获光能能在分子间传递。 (一)光合色素的结构和性质 叶绿素是双羧酸的酯，一个羧基被甲醇所酯化，另一个羧基被叶绿醇所酯化。 叶绿素a与b的不同之处是叶绿素a比b多两个氢少一个氧。两者结构上的差别仅在于叶绿素a的第Ⅱ吡咯环上一个甲基(－CH3)被醛基(－CHO)所取代。 叶绿素结构 含有由中心原子Mg连接四个吡咯环的卟林环结构和一个使分子具有疏性长的碳氢链。 1.叶绿素 使植物呈现绿色的色素。 叶绿素a 叶绿素b 叶绿素c 叶绿素d 高等植物 藻类中 细菌叶绿素—— 叶绿素 光合细菌 Mg--卟啉环结构图 卟啉环由四个吡咯环与四个甲烯基(－CH＝)连接而成。 卟啉环的中央络合着一个镁原子，镁偏向带正电荷，与其相联的氮原子带负电荷，因而“头部”有极性。 卟啉环上的共轭双键和中央镁原子容易被光激发而引起电子的得失，这决定了叶绿素具有特殊的光化学性质。 叶绿素分子含有一个卟啉环的“头部” 和一个叶绿醇(植醇)的“尾巴”。 另外卟啉环还有一个含羰基的同素环（Ⅴ环上含相同元素），其上一个羧基以酯键与甲醇相结合。 环Ⅵ上有一个丙酸侧链以酯键与叶绿醇相结合，叶绿醇是由四个异戊二烯单位所组成的双萜，具有亲脂性。 叶绿醇 卟啉环 叶绿素是一种酯，因此不溶于水。通常用含有少量水的有机溶剂如80％的丙酮，或者95%乙醇，或丙酮∶乙醇∶水＝4.5∶4.5∶1的混合液来提取叶片中的叶绿素，用于测定叶绿素含量。 之所以要用含有水的有机溶剂提取叶绿素，这是因为叶绿素与蛋白质结合牢，需要经过水解作用才能被提取出来。 叶绿素的提取 研磨法提取光合色素 提取方法 研磨法 浸提法 0.1g叶+10ml混合液浸提 卟啉环中的镁可被H+所置换。当为H＋所置换后，即形成褐色的去镁叶绿素。 去镁叶绿素中的H＋再被Cu2+取代，就形成铜代叶绿素，颜色比原来的叶绿素更鲜艳稳定。 根据这一原理可用醋酸铜处理来保存绿色标本。 铜代叶绿素反应 向叶绿素溶液中放入两滴5％盐酸摇匀，溶液颜色的变为褐色，形成去镁叶绿素。 当溶液变褐色后，投入醋酸铜粉末，微微加热，形成铜代叶绿素 制作绿色标本方法： 用50%醋酸溶液配制的饱和醋酸铜溶液浸渍植物标本(处理时可加热) 2.类胡萝卜素(carotenoid) 是由8个异戊二烯形成的四萜，含有一系列的共轭双键，分子的两端各有一个不饱和的取代的环己烯，也即紫罗兰酮环，类胡萝卜素包括胡萝卜素(C40H56)和叶黄素(C40H56O2)两种。 3 (紫罗兰酮环) 环己烯 橙黄色 黄色 胡萝卜素(carotene)呈橙黄色，有α、β、γ三种同分异构体，其中以β-胡萝卜素在植物体内含量最多。β-胡萝卜素在动物体内经水解转变为维生素A。 叶黄素(xanthophyll)呈黄色，是由胡萝卜素衍生的醇类，也叫胡萝卜醇,通常叶片中叶黄素与胡萝卜素的含量之比约为2:1。 一般来说，叶片中叶绿素与类胡萝卜素的比值约为3∶1，所以正常的叶子总呈现绿色。秋天或在不良的环境中，叶片中的叶绿素较易降解，数量减少，而类胡萝卜素比较稳定，所以叶片呈现黄色。 类胡萝卜素总是和叶绿素一起存在于高等植物的叶绿体中，此外也存在于果实、花冠、花粉、柱头等器官的有色体中。 类胡萝卜素都不溶于水,而溶于有机溶剂。 深秋树叶变黄是叶中叶绿素降解的缘故 * 第五章 植物的光合作用 第一节