植物生理学光合作用.ppt

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1、光合作用光合作用返回返回光合作用光合作用【重、难点提示重、难点提示】 光合作用的机理，即原初反应、电子传递、光合作用的机理，即原初反应、电子传递、光合磷酸化及碳同化的基本过程与特点；光合磷酸化及碳同化的基本过程与特点； 光合色素的光学特性；光合色素的光学特性； 光呼吸的过程；光呼吸的过程； C C3 3与与C C4 4光合作用的比较光合作用的比较返回返回v绿色植物吸收太阳光能绿色植物吸收太阳光能,同化同化CO2和和H2O,制造有机制造有机物并释放物并释放O2的过程。的过程。 光光 CO2 + H2O* （CH2O) + O2* 叶绿体叶绿体光合作用概念光合作用概念返回返回光合作用类型光合作用类

2、型 绿色植物的光合作用绿色植物的光合作用 细菌光合作用细菌光合作用 细菌化能合成作用细菌化能合成作用同化作用同化作用返回返回（一）（一）是自然界巨大的物质转换站是自然界巨大的物质转换站（二）（二）是自然界巨大的能量转换站是自然界巨大的能量转换站（三）（三）净化环境，维持大气净化环境，维持大气O2、CO2 平衡平衡注：注：由于光合作用，大气中的由于光合作用，大气中的CO2大约每大约每300年循年循环一次，环一次，O2大约每大约每2000年循环一次年循环一次全球范围全球范围CO2的升高，会产生的升高，会产生温室效应温室效应光合作用的意义光合作用的意义地球地球热辐射到大气热辐射到大气热反射到大气热反

3、射到大气CO2分子分子地球变暖地球变暖强裂吸强裂吸收红外收红外线线地球大气中地球大气中CO2的温室效应的温室效应叶绿体的结构叶绿体的结构返回返回（一）光合色素的种类、结构、功能（一）光合色素的种类、结构、功能v叶绿素类：叶绿素类：chla(C55H72O5N4Mg,所有放氧生物所有放氧生物,包括蓝细菌包括蓝细菌,不放氧的含细菌叶绿素不放氧的含细菌叶绿素)、chlb(C55H70O6N4Mg)、 chlc、chldv类胡萝卜素类：类胡萝卜素类：胡萝卜素胡萝卜素(C40H56)、叶黄素、叶黄素(C40H56O2)v藻胆素类：藻胆素类：藻红素、藻蓝素藻红素、藻蓝素（与蛋白质结合紧密（与蛋白质结合紧密

4、） 藻红蛋白、藻蓝蛋白藻红蛋白、藻蓝蛋白（藻胆蛋白）（藻胆蛋白）第一节第一节 光合色素及其性质光合色素及其性质1 叶绿素叶绿素a的结构式的结构式 chlb此处以此处以- CHO代替代替-CH3 CH2 CH H CH3 C H3C CH2-CH3 N N H-C Mg C-H N N H3C CH3 H C H CH2 HC C=O CH2 C-O-CH3 C=O O O C2OH39 1.1.色素合成条件色素合成条件: :光光/ /特殊元素特殊元素2.2.色素含量及稳定性色素含量及稳定性问题以及与树叶颜色问题以及与树叶颜色变化关系变化关系3.3.枫树红叶成因枫树红叶成因返回返回v 叶绿素功能

5、叶绿素功能（1）少数特殊少数特殊chla具有将光能转为电能作用具有将光能转为电能作用（2）绝大部分）绝大部分chla和全部和全部chlb、c、d具有收集并具有收集并传递光能的作用传递光能的作用 类胡萝卜素功能类胡萝卜素功能（1）辅助吸收光能）辅助吸收光能（2）保护叶绿素免受光氧化破坏）保护叶绿素免受光氧化破坏v 藻胆素功能藻胆素功能 辅助吸收光能辅助吸收光能功能辅助色素辅助色素(集光色素集光色素)返回返回 吸收光谱吸收光谱-叶绿体色素吸收部分光质后，在光叶绿体色素吸收部分光质后，在光谱上出现的暗带。谱上出现的暗带。 *地面上太阳光：地面上太阳光：300nm 2600nm *可见光：可见光：39

6、0nm 770nm（红红橙橙黄黄绿绿青青蓝蓝紫紫） *用于光合作用光：用于光合作用光：400nm 700nm二二.光合色素的光学性质光合色素的光学性质(一一)吸收光谱吸收光谱返回返回（1）叶绿素吸收光谱）叶绿素吸收光谱 最大吸收区最大吸收区：红光区红光区640 660nm（特有）（特有） 蓝紫光区蓝紫光区 430 450nm 注注 chlb在蓝紫光区的吸收带比在蓝紫光区的吸收带比chla宽、吸收宽、吸收峰高，更利于吸收短波蓝紫光。故阴生植物比阳峰高，更利于吸收短波蓝紫光。故阴生植物比阳生植物生植物chlb含量高含量高。 150 chlb 消消 100 660 光光 chla 系系 50 643

7、 数数mmol-1.cm-1 50 O 400 500 600 700 (/nm) Chla和和Chlb在乙醇溶液中的吸收光谱在乙醇溶液中的吸收光谱返回返回（2）类胡萝卜素）类胡萝卜素、叶黄素吸收光谱叶黄素吸收光谱 最大吸收区域：最大吸收区域：蓝紫光区蓝紫光区,红光区几乎无红光区几乎无吸收吸收（3） 藻胆素吸收光谱藻胆素吸收光谱 藻蓝素吸收峰：藻蓝素吸收峰：橙红区橙红区 藻红素吸收峰：藻红素吸收峰：绿光区绿光区、黄光区黄光区光合色素的吸收光谱光合色素的吸收光谱 (二二)荧光现象和磷光现象荧光现象和磷光现象荧光现象：荧光现象：叶绿素在透射光下呈绿色，反射光下呈红色叶绿素在透射光下呈绿色，反射光下

8、呈红色返回返回 E2 第二单线态第二单线态（250KJ) 放放 热热 第一单线态第一单线态(179KJ) 能能 蓝蓝 放放 量量 光光 红红 热热 吸吸 光光 三线态三线态 收收 吸吸 （125KJ） E1 收收 热热 热热 荧荧 磷磷 光光 光光 EO 基态基态转向反应中心转向反应中心转向反应中心转向反应中心返回返回荧光荧光第一单线态回到基态时发出的光，第一单线态回到基态时发出的光，寿命短，寿命短，10-8 10-9 S，强度大。，强度大。磷光磷光三线态回到基态时发出的光，寿命三线态回到基态时发出的光，寿命较长，较长，10-2 10-3S，强度小，为荧光的，强度小，为荧光的1%。概念概念返回

9、返回磷光现象磷光现象: 指去掉光源后指去掉光源后, ,用精密仪器还能测用精密仪器还能测量到叶绿素溶液继续辐射出微弱的量到叶绿素溶液继续辐射出微弱的红光的现象红光的现象 原初反应原初反应 光反应光反应 电子传递（光合放氧）电子传递（光合放氧） （基粒片层）（基粒片层） 光合磷酸化光合磷酸化 C3途经途经 暗反应暗反应 C4途经途经 碳同化碳同化 （叶绿体基质）（叶绿体基质） CAM途径途径 第二节第二节 光合作用的机理光合作用的机理光合作用的步骤光合作用的步骤1 原初反应：原初反应：光能的吸收、传递和转换光能的吸收、传递和转换 光能光能（光子）（光子） 电能电能（高能电子）（高能电子）2 电子传

10、递和光合磷酸化电子传递和光合磷酸化 电能（电能（高能电子高能电子） 活跃化学能活跃化学能（ATP、NADPH）3 碳同化（碳同化（酶促反应，受温度影响酶促反应，受温度影响） 活跃化学能活跃化学能 稳定化学能（碳水化合物等）稳定化学能（碳水化合物等） 三条：三条：C3 途途 径径 -C3植物植物 C4 途途 径径 -C4植物植物 CAM途径途径-CAM植物植物 返回返回v聚光色素聚光色素（天线色素）（天线色素） 不能发生光化学不能发生光化学反应只能吸收和传递光能的色素分子（包括大部反应只能吸收和传递光能的色素分子（包括大部分分chla、全部、全部chlb、胡萝卜素和叶黄素、藻红素和、胡萝卜素和叶

11、黄素、藻红素和藻蓝素）。相对藻蓝素）。相对-(反应中心色素反应中心色素,少数特殊状少数特殊状态的态的chla)v光合反应中心光合反应中心指类囊体中进行光合作用指类囊体中进行光合作用原初反应的最基本的色素蛋白复合体，它至少包原初反应的最基本的色素蛋白复合体，它至少包括作用中心色素括作用中心色素P、原初电子受体、原初电子受体A、原初电子供原初电子供体体D（D.P.A）概念概念第一阶段:原初反应返回返回v作用中心色素作用中心色素引起光化学反应的少引起光化学反应的少数特殊状态的数特殊状态的 Chla分子。分子。 P680 P700光合单位光合单位 = 聚光色素系统聚光色素系统 +光合反应中心光合反应中

12、心2023-3-3PDAh h 光光合合单单位位PDA作用中心色素（用中心色素（P P），原初电子供体），原初电子供体（D D）和原初电子受体（）和原初电子受体（A A）外外围围为为天天线线色色素素v 包括光能的吸收、传递和转换。包括光能的吸收、传递和转换。v 原初反应的步骤：原初反应的步骤： 聚光色素吸收光能激发并传递。聚光色素吸收光能激发并传递。 反应中心色素吸收光能被激发反应中心色素吸收光能被激发(Chl*)。 光光 Chl Chl* ( P) (P*) 原初反应原初反应 Chl*将一个电子传递给原初电子受体（将一个电子传递给原初电子受体（A），），A获得一个电子而获得一个电子而Chl缺

13、少一个电子。缺少一个电子。 Chl* (P*) + A Chl+( P+) + A- Chl+从原初电子供体（从原初电子供体（ D）获得一个电子，）获得一个电子，Chl+ 恢复原状，恢复原状，D失去一个电子被氧化。失去一个电子被氧化。 Chl+ (P+) + D Chl (p) + D+ 小结小结:原初反应轮廓原初反应轮廓返回返回返回返回 反应速度快，产物极微量，寿命短反应速度快，产物极微量，寿命短 能量传递效率高能量传递效率高 与温度无关与温度无关 3、原初反应的特点、原初反应的特点返回返回v红降红降在大于在大于68nm的单一红光（远的单一红光（远红光区）下，光合作用的量子效率下降的现红光区

14、）下，光合作用的量子效率下降的现象。象。v双光增益效应双光增益效应在波长大于在波长大于68nm（）的远红光条件下，再补加波长小（）的远红光条件下，再补加波长小于于nm的红光，这两种波长的光协同的红光，这两种波长的光协同作用大大增加光合效率的现象称作用大大增加光合效率的现象称（Emerson效应）比单独给予两种光时引起的放氧量总和还效应）比单独给予两种光时引起的放氧量总和还要多要多第二阶段第二阶段. 电子传递和光合磷酸化电子传递和光合磷酸化（一）（一）光合作用两个光系统的发现光合作用两个光系统的发现图图3.143.14爱默生效应爱默生效应EMERSON ENHANCEMENT EFFECT返回返

15、回v光系统光系统 PSI ：小颗粒，中心色素小颗粒，中心色素P700，D是是PC（质体蓝素），（质体蓝素），A是是Ao（特化的叶绿素（特化的叶绿素a分子）分子） PS: 大颗粒，中心色素大颗粒，中心色素P680，D是是Tyr, A是是Pheo（脱镁（脱镁叶绿素）叶绿素） 返回返回光合膜上光合膜上4复合体及其电子传递复合体及其电子传递 H+ 基质基质 ADP+Pi ATP+H2O NADP+ PS 低低 2H+ Fd CF1H+ PS D2 D1 PQ 4Fe-4S 捕捕 细细 QA QB 捕捕 PQ PQ Cytb6 捕捕 捕捕 光光 胞胞 光光 PQH2 光光 A1 光光 CFO 复复 色色

16、 Pheo 复复 PQ Fe-S 复复 复复 合合 素素 h h 合合 合合 AO 合合 体体 b3 P680 体体 Cytf 体体 h h 体体 Tyr P700 高高 4Mn H+ OEC PC PC H+ O2 + 4H+ 2H+ H2O 类囊体腔类囊体腔 传递电子和质子的传递电子和质子的4个复合体个复合体 （1） PS：氧化水释放质子、氧化水释放质子、O2、电子、电子 光合链组成光合链组成（2）Ctyb6-f 复合体：复合体：（3）PS核心复合体核心复合体：（4）ATP 合酶复合体合酶复合体（偶联因子）（偶联因子）返回返回 （5）PQ：质体醌，可移动的电子载体，传递电质体醌，可移动的电子载体，传递电子和质子（子和质子（PQ穿梭）穿梭） （6）PC：质体蓝素，类囊体腔中质体蓝素，类囊体腔中(电子载体电子载体)返回返回PQ是是H+和电子的传递体，可以在膜内或和电子的传递体，可以在膜内或膜表面移动，在传递电子的同时，将膜表面移动，在传递电子的同时，将H+从从类囊体膜外（类囊体膜外（叶绿体基质叶绿体基质）移入膜内（内）移入膜内（内囊体腔），造成跨类囊体膜的囊体腔），造成跨类囊体膜的H+