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第四章 植物的光合作用

第四章 植物的光合作用. 第一节光合作用的意义和研究历史. 一、光合作用的概念 1. 定义： 光合作用 是绿色植物利用光能，把 CO 2 和 H 2 O 同化为有机物，并释放 O 2 的过程。 光 CO 2 +2H 2 O (CH 2 O)+O 2 +H 2 O 光合细胞. 第一节光合作用的意义和研究历史. 一、光合作用的概念 光 6CO 2 +6H 2 O (C 6 H 12 O 6 )+O 2 光合细胞. 基本公式.

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第四章 植物的光合作用

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Presentation Transcript

  1. 第四章 植物的光合作用

  2. 第一节光合作用的意义和研究历史 一、光合作用的概念1.定义：光合作用是绿色植物利用光能，把CO2和H2O同化为有机物，并释放O2的过程。 光CO2+2H2O (CH2O)+O2+H2O光合细胞

  3. 第一节光合作用的意义和研究历史 一、光合作用的概念 光6CO2+6H2O (C6H12O6)+O2光合细胞 基本公式

  4. 第一节光合作用的意义和研究历史 一、光合作用的概念 植物的绿色部分(叶茎果等),主要是叶片. 细胞中的叶绿体 光合作用的部位

  5. 第一节光合作用的意义和研究历史 一、光合作用的概念 CO2来自于空气 H2O 来自于土壤 光合作用的原料 C6H12O6 O2 光合作用的产物

  6. 第一节光合作用的意义和研究历史 一、光合作用的概念 可见光中 380----720nm波长光 光合作用的能源

  7. 第一节光合作用的意义和研究历史 一、光合作用的概念 光合作用的特点 是一个氧化还原反应 1.水被氧化为分子态氧, 2.二氧化碳被还原到糖水平 3.同时发生日光能的吸收,转化和贮藏

  8. 第一节光合作用的意义和研究历史 二、光合作用的意义 (1)是制造有机物质的主要途径；(2)大规模地将太阳能转变为贮藏的化学能，是巨大的能量转换系统；(3)吸收CO2，放出O2，净化空气，是大气中氧的源泉。

  9. 第一节光合作用的意义和研究历史 三、光合作用的研究历史： 1 光合作用总反应式确定 2 光反应和暗反应； 3 光合单位 4 两个光系统。

  10. 第一节光合作用的意义和研究历史 1 光合作用总反应式确定 （1）细菌光合作用 光CO2+2H2S (CH2O)+O2+H2O光合细菌 光 CO2+2HOOCCH2CH2COOH 2HOOCCH=CHCOOH +O2+H2O光合细菌 光CO2+2H2A (CH2O)+2A+H2O光合细菌

  11. 第一节光合作用的意义和研究历史 三、光合作用的研究历史： （2）希尔反应和希尔氧化剂； 4Fe3++2H2O 4Fe2++4H++O2 2NAPD++2H2O 2NADPH+2H++O2 (3)18O的研究: CO2+2H2O* (CHO)+O2*+H2O 光 破碎的叶绿体 希尔氧化剂 光 叶绿体 光 叶绿体

  12. 第一节光合作用的意义和研究历史 三、光合作用的研究历史： （2）光反应和暗反应: 光合作用需要光，但并不是光合作用中任何过程都需要光。光合作用笼统的可分为两个反应----光反应和暗反应。光反应是必须在光下才能进行的、由光引起的光化学反应；暗反应是在暗处（也可在光下进行）进行的、由若干酶所催化的化学反应。光反应在类囊体（光合膜）上进行，暗反应是在叶绿体的基质中进行。

  13. 第一节光合作用的意义和研究历史 三、光合作用的研究历史： (3) 光合单位 光合单位=聚光色素系统+反应中心 叶绿体类囊体上的色素从功能上可分为反应中心色素和聚光色素。 反应中心色素具有光化学活性，即是光能的“捕捉器”，又是光能的“转换器”。 聚光色素没有光化学活性，只起收集光能的作用。聚光色素亦称天线色素。

  14. 第一节光合作用的意义和研究历史 (3) 光合单位 光合反应中心是指在类囊体中进行光合作原初反应的最基本的色素蛋白结构。光合反应中心至少包括光能转换色素分子、原初电子受体和原初电子供体，才能导致电荷分离，将光能转换为电能，并积累起来。 高等植物的最终电子供体是水，最终电子受体为NADP。

  15. 第一节光合作用的意义和研究历史 (4)两个光系统： 光合效率，以量子产额表示，即吸收一个光量子后放出的O2分子数或固定的CO2分子数。 爱默生观察到当用波长大于685nm（远红光）照射绿藻和红藻时，虽然仍被叶绿素大量吸收但量子产额急剧下降，这种现象称为红降。如补充红光（波长约为650nm），则量子产额大增，比两种波长光单独照射的总和还多。这两种波长的光协同作用而增加光合效率的现象称为增益效应。

  16. 第一节光合作用的意义和研究历史 (4)两个光系统： 根据上述研究结果，希尔等人提出双光系统概念：PS I和PS II 由于近代研究技术的发展，可以直接从叶绿体中分离出两个光系统：光系统Ⅰ（简称PS Ⅰ），其颗粒较小，直径为11nm，主要分布在类囊体膜的非折叠部分；光系统Ⅱ（简称PS Ⅱ）的颗粒大，直径为17.5nm，主要分布在类囊体膜的折叠部分。

  17. A good summary...

  18. 第二节 叶绿体与光合色素 一、叶绿体与光合色素 (一)结构与成分 被膜 外膜 内膜 间质 ：(含可溶性蛋白质，酶类，DNA，RNA 核糖体等) 类囊体 (基粒) 基粒片层 间质片层

  19. Movie

  20. 第二节 叶绿体与光合色素 (二)叶绿体色素 1、种类 叶绿素 叶绿素a，兰绿色 叶绿素b，黄绿色 类胡萝卜素 胡萝卜素(α、β、γ)橙黄色 叶黄素 黄色 藻胆素 藻红蛋白 (仅存在于红藻、蓝藻中) 藻蓝蛋白

  21. 胡萝卜素和叶黄素结构

  22. 第二节 叶绿体与光合色素 (二)叶绿体色素 2.吸收光谱： 叶绿素a和b的吸收光谱主要在蓝紫光区和红光区 胡萝卜素和叶黄素在蓝紫光区， 它们都不吸收绿光，所以叶片主要为绿色。

  23. 叶绿素a和b吸收光谱：

  24. 第二节 叶绿体与光合色素 胡萝卜素 和叶黄素 吸收光谱

  25. 第二节 叶绿体与光合色素 (二)叶绿体色素 3.荧光与磷光： 叶绿素溶液在透射光下为翠绿色，在辐射光下呈现棕红色，称为荧光现象； 荧光出现后，立即中断光源，继续辐射出极微弱的红光，这种光称为磷光，这种现象称为磷光现象。

  26. 荧光与磷光：

  27. 第二节 叶绿体与光合色素 (二)叶绿体色素 4.生物合成：以谷氨酸和α-酮戊二酸为原料，经一系列酶的催化，首先形成无色的原叶绿素，然后在光下被还原成叶绿素。

  28. 生物 合成 途径

  29. 第二节 叶绿体与光合色素 (二)叶绿体色素 5.影响叶绿素合成的条件： （1）光照 （2）温度 （3）矿质元素 （4）水分 （5）O2

  30. 第二节 叶绿体与光合色素 (二)叶绿体色素 6.叶色变化： 决定于叶绿素含量，间接反映植株的营养水平和生长发育状况，生产上常以此作为氮肥施用的指标以及高产栽培的指标之一。

  31. 第三节 原初反应 稳定的 化学能 活跃的 化学能 能量 变化 光能 电能 能量物质 量子 ATP NDAPH2 碳水化 合物等 电子 转变过程 原初反应 电子传递 光合磷酸化 碳同化 反应部位 PSⅠ，PSⅡ 类囊体 类囊体膜 叶绿体间质

  32. 第三节 原初反应 光能的吸收 光能的传递 光能的转化

  33. 第三节 原初反应

  34. 第四节 电子传递和光合磷酸化 一、电子传递： 1.光合链：光合作用的光反应是由光系统Ⅰ和光系统Ⅱ这两个光系统启动的，两个光系统由电子传递链连接起来。连接两个光反应的排列紧密而互相衔接的电子传递物质称为光合链。

  35. 光合链的特点 ①电子传递链主要由光合膜上的 PSⅡ、Cytb6/f、 PSI三个复合体串联组成。 ②电子传递有二处是逆电势梯度，这种逆电势梯度的“上坡”电子传递均由聚光色素复合体吸收光能后推动，而其余电子传递都是顺电势梯度进行的。 ③水的氧化与PS Ⅱ 电子传递有关，NADP+的还原与 PSI电子传递有关。 ④PQ是双电子双H+传递体，它伴随电子传递，把H+传递类囊体膜内，造成类囊体内外的H+电化学势差，推动ATP形成。

  36. 2.电子传递体的组成与功能

  37. 2.电子传递体的组成与功能

  38. ATP <

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  40. 4.电子传递的类型 1)非环式电子传递：H2O→PSⅡ→PQ→Cyt.b6/f→PC→PSI→Fd →NADP+ 指水光解放出的电子经PSⅡ、PSI两光系统，最终传给NADP+的电子传递。 2)环式电子传递： PSI→Fd→（NADPH →PQ）→Cyt.b6/f→PC→PSI 指PSI产生的电子传给Fd，再到Cyt.b6/f复合体，然后经PC返回PSI的电子传递。 3)假环式电子传递： H2O→PSⅡ→PQ→Cyt.b6/f→PC→PSI→Fd →O2 指水光解放出电子经PSⅡ、PSI两光系统，最终传递给氧的电子传递。

  41. 第四节 电子传递和光合磷酸化 二、光合磷酸化： 叶绿体在光下把无机磷和ADP转化ATP，形成高能磷酸键的过程 1.类型 ： 环式光合磷酸化： PSI产生的电子经过一些传递体传递以后伴随形成腔内外H+浓度差，只引起ATP的形成，而不放氧，也无NADP+的还原。 非环式光合磷酸化：电子在光合传递链中传递时，伴随着类囊体外侧的H+转移到腔内，由此形成了跨膜的H+浓度差，引起ATP的形成；与此同时把电子传递到PSI去，进一步提高能位，使H+还原NADP+为NADPH，同时放氧。 假环式光合磷酸化：

  42. 第四节 电子传递和光合磷酸化 2.机理:化学渗透假说： 英国P.Mitchell1961年提出：1）由磷脂和蛋白质多肽构成的膜对离子和质子的透过具有选择性；2）具有氧化还原电位的电子传递体不匀称的嵌合在膜内；3）膜上有偶联电子传递的质子转移系统；4）膜上有转移质子的ATP酶。

  43. 3.ATP合成 在类囊体的电子传递体中，PQ可传递电子和质子，而其他传递体，只传递电子而不传递质子。光照引起的水裂解，水释放的质子留在膜内，电子进入传递连中的PQ。PQ接受水裂解传来的电子的同时，又接受膜外传来的质子。PQ将质子排入膜内侧，，将电子传给PC。这样，膜内外产生了质子浓度差和电位差，两者合称质子动力，即光合磷酸化动力。当H+沿着浓度梯度返回膜外侧时，ATP合酶催化下，ADP和Pi脱水形成ATP。

  44. 第四节 电子传递和光合磷酸化 二、光合磷酸化 电子传递抑制剂（敌草隆） 4.光合磷酸化抑制剂 解偶联剂（二硝基酚、NH4+） ATP酶抑制剂（寡霉素） 5.光合磷酸化和氧化磷酸化比较

  45. 项 目 相同点 不同点 光合磷酸化 氧化磷酸化 进行 部位 均在膜上进行 类襄体膜 线粒体内膜 ATP 形成 均经ATP合成酶形成 在膜外侧 在膜内侧 电子 传递 均有一系列电子传递体 在光合链上 在呼吸链上 能量 状况 均有能量转换 来自光能的激发，贮藏能量 来自底物的分解，释放能量 H2O 的关系 均与H2O有关 H2O的光解 H2O的生成 质子泵 均有质子泵产生 PQ穿梭将H+泵到膜内 UQ穿梭将H+泵到膜外 光合磷酸化与氧化磷酸化的异同

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