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第四章 光合作用(Photosynthesis) 地球上生命的故事如同地球本身的故事一样是从太阳开始的。 　光合作用的一般概念 叶绿体及其色素 光合作用机制 1—光反应 光合作用机制 2—CO2的固定和还原 影响光合作用的因子及光能利用率 光合作用的意义 自然界最大规模的物质转变。 自然界规模巨大的能量转变， 对环境的维持和保护， 带动了自然界其他物质的循环， 理论和实践的重大意义。 早期研究 1642年 比利时科学家Helmont 1770年英国牧师 Priestley 大玻璃罩 老鼠 蜡烛 碳素营养方式 碳素是植物体内含量最多的一种元素，一切有机物都是在碳素骨架的基础上形成的，因此碳素营养是植物生命活动的基础。光合自养生物是生物圈的生产者。 按碳素营养方式的不同，植物可分为两种： 碳素同化作用 自养植物吸收无机碳（CO2）转变成有机物质的过程称为植物的碳素同化作用（Carbon assimilation）。 自然界的碳素同化有三种类型： 植物的光合作用、细菌的光合作用和化能合成作用 碳素同化作用 细菌光合作用 红硫细菌：CO2+2H2S (CH2O)+2S+H2O 红色非硫细菌： CO2+2（CH3）2CHOH （CH2O）+2（CH3）2C=O+H2O 化能合成作用 亚硝化细菌：2NH3+3O2 2HNO2+2H2O 硝酸细菌：2HNO2+O2 2HNO3 绿色植物光合作用 CO2+2H2O* （CH2O）+O2* §1 光合作用的一般概念 10年后 同位素示踪isotopic tracingCO2 + H218O CH2O + 18O2 证明：在光合作用中，不是CO2而是H2O被光解放出了O2。 §2 叶绿体及其色素 叶绿体的结构及化学组成 叶绿体中的色素 叶绿素的光学特性 叶绿素的形成 一、叶绿体的结构和化学组成 1. 叶绿体的形状、大小和数目 2. 叶绿体的结构 叶绿体的结构及化学组成 双层膜包被 基质(间质) 基粒 类囊体 基粒类囊体 基质类囊体 3 叶绿体的化学组成 水75%~78% 干物质中: 蛋白质30%~50%—酶及结构基础 脂类(含色素)20%~30%—膜，光反应的场所 色素8%—光能的吸收和转换，存在于膜系统中 无机盐10%—Fe、Cu、Zn、K、P、Ca、Mg等 糖10%~20%—贮藏物及反应中间物 DNA、RNA、核糖体—相对独立的遗传体系 二 叶绿体中的色素 包括叶绿素类、类胡萝卜素类和藻胆素类 A. 叶绿素类：叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c，d B. 类胡萝卜素类：叶黄素和胡萝卜素 叶黄素C40H56O2 胡萝卜素C40H56 植物的叶色 是由叶片中各色素的相对含量决定的，除取决与叶绿体色素外，也与细胞中花青素含量有关。花青素的合成与胞内可溶性糖累积有关 叶绿素类/类胡萝卜素类≈3/1 chla/chlb ≈3/1 叶黄素/胡萝卜素≈2/1 1 叶绿素的结构及理化性质 chla的分子结构示意 四个吡咯环通过四个甲烯基连接成的卟啉环 叶绿素的理化性质 溶解特性：含有长的叶醇烃链，具脂溶性 皂化反应：叶绿素是二羧酸酯 取代反应：卟啉环中的镁不稳定，可被质 子取代——去镁叶绿素，进而可形成铜代叶绿素 2. 类胡萝卜素（carotenoids） 高等植物叶绿体中类胡萝卜素有两种：胡萝卜素（carotene）和叶黄素（xanthophyll）； 类胡萝卜素不溶于水，溶于有机溶剂； 颜色：胡萝卜素是橙黄色；叶黄素是黄色； 结构： 两种类胡萝卜素结构区别 类胡萝卜素类的作用 对叶绿素的光氧化起保护作用 吸收并传递能量 类胡萝卜素类对光的吸收 胡萝卜素最大吸收蓝光和蓝绿光 叶黄素最大吸收波长为430、450、480nm 三、叶绿素的光学特性 叶绿体色素吸收光波后所呈现的吸收光谱。 叶绿素的吸收光谱 chla：430nm、 663nm； chlb：453nm、 645nm 叶绿素的荧光现象和磷光现象 荧光现象：叶绿素溶液在透射光下呈绿色，反射光下呈红色 磷光现象：叶绿素溶液当去掉光源后，还能继续辐射出极微弱的红光 荧光现象和磷光现象 荧光现象：叶绿素溶液在透射光下呈翠绿色，在反射光下呈棕红色的现象。 四、 叶绿素的形成 1.活体内叶绿素代谢旺盛 2.叶绿素的生物合成途径 3.影响叶绿素形成的条件： 光照 温度 营养元