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植物生理学植物光合作用
第三章 植物的光合作用
本章内容提要???? 碳素同化作用有三种类型:细菌光合作用和化能合成作用以及绿色植物光合作用。绿色植物光合作用是地球上规模最大的转换日光能的过程。???? 高等植物光合色素主要有2类:叶绿素与类胡萝卜素。叶绿体是光合作用的细胞器,光合色素就存在于内囊体膜(光合膜)上。????光合作用可分为三大步骤: (1)原初反应,包括光能的吸收、传递和转换的过程;(2)电子传递和光合磷酸化,合成的ATP和NADPH(合称同化力)用于暗反应;(3)碳同化,将活跃化学能变为稳定化学能。????碳同化包括三种生化途径:C3途径、C4途径和CAM途径。C3途径是碳同化的基本途径,可合成糖类、淀粉等多种有机物。C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用,最终还是通过C3途径合成光合产物等。????光呼吸是乙醇酸的氧化过程,由叶绿体、过氧化体和线粒体三个细胞器协同完成的、耗O2、释放出CO2的耗能过程。其底物乙醇酸及许多中间产物都是C2化合物,也简称为C2循环。在C3植物中光呼吸是一个不可避免的过程,对保护光合机构免受强光的破坏具有一定的生理功能。???? C4植物的光合速率比C3植物高,主要原因是C4植物CO2的固定由PEPC完成,PEPC对CO2亲和力高;而CO2的同化在BSC中进行,C4植物BSC花环式结构类似一个CO2泵,因而光呼吸很低。但C4植物同化CO2需要消耗额外的能量,其高光合速率只有在强光、较高温度下才能表现出来。????光合作用受光照、CO2、温度、水分和矿质元素等环境条件的影响。植物的光能利用率很低。改善光合性能是提高光能利用率的根本措施。提高作物提高光能利用率的途径是:提高光合能力,增加光合面积,延长光合时间,减少有机物质消耗,提高经济系数。
第一节 光合作用的意义
自养生物吸收二氧化碳转变成有机物的过程叫碳素同化作用(carbon assimilation)。????不能进行碳素同化作用的生物称之为异养生物,如动物、某些微生物和极少数高等植物。????碳素同化作用三种类型:细菌光合作用、绿色植物光合作用和化能合成作用。其中以绿色植物光合作用最为广泛,合成有机物最多,与人类的关系也最密切,因此,本章重点介绍绿色植物的光合作用。????光合作用(photosynthesis)是指绿色植物吸收光能,同化二氧化碳和水,制造有机物质并释放氧气的过程。????光合作用的最简式:????CO2+H2O→(CH2O)+O2????S.Ruben和M.D.Kamen(1941,美国)通过18O2和C18O2同位素标记实验,证明光合作用中释放的O2来自于H2O。为了把CO2中的氧和H2O中的氧在形式上加以区别,用下式作为光合作用的总反应式:????CO2 + 2H2O* → (CH2O) + O*2 +H2O????至此,人们已清楚地知道光合作用的反应物和生成物,由于植物体内含水量高,变化较大,一般不用含水量的变化来衡量植物的光合速率。而根据光合产物或者释放O2或吸收CO2的量计算光合速率。例如,用改良半叶法测定有机物质的积累,用红外线CO2气体分析仪法测定CO2的变化,用氧电极测定O2的变化等。????光合作用的意义:????1.将机物转变成有机物。地球上的自养植物一年同化的碳素约为2×1011吨,其中60%是由陆生植物同化的,余下的40%是由浮游植物同化的;????2.将光能转变成化学能。绿色植物每年同化碳所储藏的总能量约为全球能源消耗总量的10倍。人类所利用的能源,如煤炭、天然气、木材等都是现在或过去的植物通过光合作用形成的。光合作用是一个巨型能量转换站。????3.维持大气O2和CO2的相对平衡。绿色植物在吸收CO2的同时每年释放O2量约5.35×1011吨,使大气中O2能维持在21%左右。????因此,探讨光合作用的规律和机理,对于有效利用太阳能,更好地为人类服务,具有重大的理论和实际意义。
第二节 叶绿体及光合色素
叶绿体结构
1、被膜
2、类囊体
3、基质
二、光合色素
光合色素主要有三类:叶绿素、类胡萝卜素和藻胆素。高等植物叶绿体中含有前两类,藻胆素仅存在于藻类。 1、光合色素的结构与性质 (1) 叶绿素(chlorophyll ,chl)????不溶于水,溶于有机溶剂,如乙醇、丙酮、乙醚、氯仿等。通常用80%的丙酮或丙酮:乙醇:水(4.5:4.5:1)的混合液来提取叶绿素。容易降解。????
??叶绿素是叶绿酸的酯,能发生皂化反应。叶绿酸是双羧酸,其中一个羧基被甲醇酯化,另一个被叶醇酯化。????叶绿素a与b很相似,不同之处仅在于叶绿素a第二个吡咯环上的一个甲基(-CH3)被醛基(-CHO)所取代,即为叶绿素b。????叶绿
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