植物生理学第三章.ppt

第三章、光合作用 基本要求 　　了解光合作用的概念、意义、研究历史、光合作用总反应式；叶绿体的结构、光合色素的种类；光合作用过程以及能量吸收转变的情况；光合碳同化的基本生化途径以及不同碳同化类型植物的特性；光呼吸的含义、基本生化途径和可能的生理意义；影响光合作用的内部和外部因素；光合产物的运输、分配和调控；掌握提高光能利用率的途径与措施。 重点：光合作用过程以及能量吸收转变的情况； 难点：光合作用过程以及能量吸收转变的情况； 主要内容 3.1光合作用的概念及其重要性 3.2叶绿体和光合色素 3.3光合作用的机理 3.4光呼吸 3.5光合作用的影响因素 3.6光合产物的运输、分配和调控 3.7植物的光能利用 3.1光合作用的概念及其重要性 说明 3.1.1光合作用的研究简史 3.1.2光合作用的概念和意义 说明 碳素营养:植物吸收、转运和同化碳水化合物的过程。 据碳素营养方式 碳素同化作用 3.1.1光合作用的研究简史 英国 Pristley1771年（植物可以净化空气） 荷兰Ingenhousz1773年(植物在光下净化空气) 瑞士Senebier 1782年(CO2为光合必需，O2为产物) 瑞士Saussure 1804年(水参与光合) Sachs1864年光合形成碳水化合物(淀粉) Wilstatter1915年阐明叶绿素结构 20世纪初提出光反应和暗反应 1932年Emerson,Arnold 提出光合单位 1937年Hill光合放氧来自水 1943年Emerson红降现象 1957年Emerson双光增益效应 20世纪40-50年代Calvin碳同化途径 1960年Hill两个光系统 1960年Thomas CAM途径 1966年Hatch and Slack C4途径 1965年Woodward合成叶绿素分子 20世纪60年代Michell化学渗透假说 1992年Macus光合电子传递 20世纪90年代ATP酶与催化机理 神奇的光合作用 3.1.2光合作用的概念和意义 概念 广义（教材P66） 狭义：绿色植物吸收光能，把二氧化碳和水合成有机物，同时释放氧气的过程。 意义 (1)把太阳能转变为可贮存的化学能 (2)将无机物合成有机物 (3)维持大气CO2和O2平衡 (4)生物界获得能量、食物以及氧气的根本途径 依靠光合作用我们获得粮食 光合作用的研究重点 当前光合作用的研究拟将进一步阐明以下几个关键问题：①光合作用结构与功能的关系及其遗传控制 ②反应中心的结构与功能 ③放氧复合体的结构与功能 ④能量转换与电子、质子传递的规律 ⑤CO2同化调节机理等。 3.2叶绿体和光合色素 说明 3.2.1叶绿素的形态结构与成分 3.2.2光合色素的种类与理化性质 3.2.3叶绿素的形成及条件 说明 质体包括白色体、有色体和叶绿体。其中叶绿体是最重要的一种,是进行光合作用的主要细胞器。 高等植物的叶绿体由前质体(proplastid)发育而来，前质体是近乎无色的质体，它存在于茎端分生组织中。当茎端分生组织形成叶原基时，前质体的双层膜中的内膜在若干处内折并伸入基质扩展增大，在光照下逐渐排列成片，并脱离内膜形成囊状结构的类囊体，同时合成叶绿素，使前质体发育成叶绿体。 叶肉细胞中的叶绿体较多分布在与空气接触的质膜旁，在与非绿色细胞(如表皮细胞和维管束细胞)相邻处，通常见不到叶绿体。这样的分布有利于叶绿体同外界进行气体交换。 叶绿体在细胞中不仅可随原生质环流运动，而且可随光照的方向和强度而运动。在弱光下，叶绿体以扁平的一面向光以接受较多的光能；而在强光下，叶绿体的扁平面与光照方向平行，不致吸收过多强光而引起结构的破坏和功能的丧失。 3.2.1叶绿素的形态结构与成分 1.叶绿素的形态结构 高等植物中叶绿体象双凸或平凸透镜，长径5~10um，短径2~4um，厚2~3um。 高等植物的叶肉细胞一般含50～200个叶绿体，可占细胞质的40%，叶绿体的数目因物种细胞类型，生态环境，生理状态而有所不同。 叶绿体由叶绿体外被（chloroplast envelope）、类囊体（thylakoid）和基质（stroma）3部分组成，叶绿体含有3种不同的膜：外膜、内膜、类囊体膜和3种彼此分开的腔：膜间隙、基质和类囊体腔 被膜 被膜上无叶绿素，它的主要功能是控制物质的进出，维持光合作用的微环境。 外膜(outer membrane)为非选择性膜，分子量小于10000的物质如蔗糖、核酸、无机盐等能自由通过。 内膜(inner membrane)为选择透性膜，CO2、O2、H2O可自由通过；Pi、磷酸丙糖、双羧酸、甘氨酸等需经膜上的运转器(translocator)才能通过；蔗糖、C5`C7糖的二磷酸酯、NADP+、PPi等物质则不能通过。 基质 基质以水为主