植物学--光合作用解题.ppt

2015.1.4 CO2 + H2O (CH2O)+ O2 光能 叶绿体 一、光合作用的概念及其意义 绿色植物利用光能，将CO2和H2O合成有机 物，并释放O2的过程。 1、将无机物转换为有机物：每年合成的有机物约5×1011t； 2、巨型能量转化过程：每年同化的太阳能约为3×1021J； 3、调节大气成分：每年释放约5.35×1011t的氧气，有一部分氧气转化为臭氧。 二、叶绿体和叶绿体素 （一）形态结构 大多呈扁椭圆形；由叶绿体被膜、类囊体 和叶绿体基质三部分构成。 （二）成分 约75%~80%的水分，干物质中主要以蛋白质、脂类、色素、碳水化合物、无机盐为主。 色素 位置：基粒类囊体膜 分类： 叶绿素 类胡萝卜素 叶绿素a（蓝绿色） 叶绿素b（黄绿色） 叶黄素（黄色） 胡萝卜素（橙黄色） 藻胆素 （仅存在于红藻和蓝藻中） 功能：吸收、传递、转化光能 连 续 光 谱 光 光 吸 收 光 谱 叶绿素a和叶绿素b吸收光谱的特点：有两个吸收高峰，都在蓝紫光区、红光区，对绿光吸收很少。 胡萝卜素、叶黄素吸收光谱的特点：都只吸收蓝紫光，而不吸收红、橙及黄光。藻胆素反之。 叶绿素荧光的测量 (活跃的化学能 稳定的化学能) 原初反应 电子传递与 光合磷酸化 光能的吸收、传递和转换 （光能转换成电能） (电能 活跃的化学能) 类囊体膜上 叶绿体 基质中 碳素同化 光 反 应 暗 反 应 三、光合作用机理和光合作用过程 原初反应:指从光合色素分子被光激发到引起第一个光化学反应为止的过程，包括光能的吸收、传递和光化学反应过程。 特点： 1、速度快(10-12~10-9秒内完成)； 2、与温度无关(可在液氮-196℃或液氦- 271℃下进行)。 两类色素 （1）聚光色素（天线色素）：指吸收和传递光 能，但不能发生光化学反应的色素。聚光色素 系统像一个漏斗，收集光能，最终把它传给反 应中心色素。包括绝大部分叶绿素a和全部的叶 绿素b、类胡萝卜素。 （2）作用中心色素：指吸收由天线色素传递来 的光能，激发后能发生光化学反应引起电荷分离 的色素。它是一些处于特殊状态的叶绿素a分子， 数量很少。 光化学反应：作用中心色素吸收光能所引起的氧化还原反应 D·P·A D·P+·A D·P+·A- D+·P·A- hv D:酪氨酸侧链 A:去Mg叶绿素a 光合碳同化 碳同化： 指植物利用光反应中形成的同 化力，将CO2还原成有机物的过程。 C3 途径：卡尔文循环、还原戊糖途径 C4 途径：四碳双羧酸途径 CAM 途径：景天酸代谢途径 C3途径 1、羧化阶段（固定CO2 ） 3、再生阶段 3-GAP除了用于合成蔗糖或淀粉外，有一部分 用于再生成RuBP。 RuBP + CO2 2、还原阶段 2（3—PGA） RuBP羧化酶 Mg 3—PGA ATP ADP NADPH NADP + 激酶 DPGA 3—GAP 脱氢酶 C4途径 2、脱羧与再生阶段 C4途径的作用：转运与浓缩CO2（CO2泵） C4植物：包括C4途径、C3途径，在叶肉细胞、维 管束鞘细胞两类细胞中完成。 1、羧化阶段（固定CO2 ） PEP — 羧化酶 PEP + CO2 + H2O OAA + Pi OAA MAL ASP 维管束 鞘细胞 脱羧 CO2 C3 在干旱地区生长的景天科、仙人掌科等 植物有一个特殊的CO2同化方式：即夜间气 孔开放，吸收CO2，形成苹果酸，积累于液 胞中，细胞液变酸。白天气孔关闭，液胞 中的苹果酸运至细胞质氧化脱羧释放CO2， 再由C3途径同化。这类植物体内白天糖分 含量高，而夜间有机酸含量高。 景天酸代谢途径（CAM途径） C3、C4、CAM植物对比 特征 C3植物 C4植物 CAM植物 植物类型 温带植物 热带或亚热带植物 干旱区植物 CO2固定途径 只有C3 C4和C3 CAM和C3 CO2最初产物 C3 C4 白天： C3 晚上： C4 四、光呼吸 概念：植物绿色细胞在光下吸收氧气、 放出二氧化碳的过程称为光呼吸。 光呼吸 暗呼吸 底物 新形成的乙醇酸 新形成或贮存的碳水化合物等 发生条件 有光 有光或无光均可 发生部位 光合细胞 细胞质及线粒体 光呼吸是光合作用一个损耗能量的副反应。此过程中O2被消耗，并且会生成CO2。光呼吸约抵消30%的光合作用。因此降低光呼吸被认为是提高光合作用效能的途径之一。但是人们后来发现，光呼吸有着很重要的细胞保护作用 光呼吸的生理功能 降低光呼吸的措施 1．回收碳素 2C2（乙醇酸）→C3（PGA，3-磷酸甘油酸）+CO2 2．维持C3光合碳循环的