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1、第四章第四章 光合作用光合作用l光合作用的定义、意义和度量指标光合作用的定义、意义和度量指标l高等植物光合色素的种类、作用及影响叶绿高等植物光合色素的种类、作用及影响叶绿素合成的因素素合成的因素l光合作用的光合作用的大致过程大致过程l了解光呼吸的定义、细胞定位及意义了解光呼吸的定义、细胞定位及意义l影响光合作用的影响光合作用的环境因素环境因素（光照和（光照和CO2）l了解光合作用与作物产量形成的关系了解光合作用与作物产量形成的关系本章要求：本章要求：第一节第一节 光合作用概述光合作用概述一、光合作用的概念一、光合作用的概念P144叶片（主要）叶片（主要）l部位部位l能源能源l原料原料l产物产物
2、400-700nmCO2和和H2O有机物和有机物和O2CO2H2OO2有机物有机物总反应式：总反应式：氧化还原反应氧化还原反应本质：本质：1.H2O被氧化为被氧化为O22.CO2被还原到糖被还原到糖3.光能的吸收光能的吸收特点：特点：光推动的光推动的6CO2+6H2OC6H12O6+O2光光绿色植物绿色植物ECO2/（CH2O)=-0.42E1/2O2/H2O=+0.82E00G00二、光合作用的意义二、光合作用的意义1、把无机物转变为有机物、把无机物转变为有机物2、把光能转变为化学能、把光能转变为化学能3、维持大气、维持大气O2与与CO2的相对平衡的相对平衡绿色绿色工厂工厂空气净空气净化器化
3、器能量转能量转换站换站三、光合作用的度量三、光合作用的度量P1821、光合速率、光合速率（光合强度）（光合强度）呼吸速率呼吸速率umol.dm-2.h-1单位：单位：umol.m-2.s-1真正真正光合速率光合速率净净光合速率光合速率=+2、光合生产率、光合生产率（净同化率）（净同化率）单位：单位：g.m-2.d-1第二节第二节 叶绿体与光合色素叶绿体与光合色素一、叶绿体一、叶绿体1.被膜被膜2.类囊体类囊体3.间质间质控制物质进出控制物质进出（光合膜）（光合膜）吸收、传递、吸收、传递、转变光能转变光能同化同化CO2（基质）（基质）蛋白质，脂类等蛋白质，脂类等酶酶，水，水，核酸等核酸等光合色素
4、光合色素，蛋白质等，蛋白质等叶绿素叶绿素类胡萝卜素类胡萝卜素藻胆素藻胆素胡萝卜素胡萝卜素叶黄素叶黄素叶绿素叶绿素a叶绿素叶绿素b按照分子组成和结构，可分为：按照分子组成和结构，可分为：(一一)光合色素的种类光合色素的种类二、光合色素二、光合色素聚光色素聚光色素反应中心色素反应中心色素功能功能吸收、传递光能吸收、传递光能吸收、转换光能吸收、转换光能种类种类大多数大多数Chla全部全部Chlb全部全部类胡萝卜素类胡萝卜素少数处于特殊少数处于特殊状态的状态的Chla按照功能，可分为：按照功能，可分为：P152（P680和和P700）1.叶绿素叶绿素l种类：种类：Chla（蓝绿色）（蓝绿色）Chlb（
5、黄绿色）（黄绿色）化学结构化学结构：双羧酸酯双羧酸酯|极性，极性，亲水亲水|与与类囊体类囊体膜蛋白结合膜蛋白结合|共轭双键共轭双键 卟啉环头部卟啉环头部叶绿醇叶绿醇尾部尾部|羧基与羧基与叶绿叶绿醇结合醇结合|非极性，非极性，亲脂亲脂|插入类囊体的疏水区插入类囊体的疏水区CH3CHOT吸收、传递光能吸收、传递光能T转换光能转换光能l作用：作用：2.类胡萝卜素类胡萝卜素l种类：种类：胡萝卜素（橙黄色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）叶黄素（黄色）l化学结构：化学结构：不饱和碳氢化合物不饱和碳氢化合物T四萜（共轭双键）四萜（共轭双键）T对称紫罗兰酮环对称紫罗兰酮环T疏水、亲脂疏水、亲脂l作用：吸收、
6、传递光能；保护作用作用：吸收、传递光能；保护作用光合光合色素色素叶绿素叶绿素类胡萝卜素类胡萝卜素结构结构双羧酸酯双羧酸酯不饱和碳氢化物不饱和碳氢化物种类种类ChlaChlb胡萝卜素胡萝卜素叶黄素叶黄素颜色颜色蓝绿蓝绿黄绿黄绿橙色橙色黄色黄色特点特点CH3CHOOH作用作用吸收、传递与吸收、传递与转换光能转换光能吸收、传递光能；吸收、传递光能；保护作用保护作用含量含量31叶色叶色绿色绿色1.光合色素的吸收光谱光合色素的吸收光谱(二二)光合色素的光学特性光合色素的光学特性 P148 类胡萝卜素的吸收光谱类胡萝卜素的吸收光谱:400-500nm(蓝紫蓝紫)2叶绿素的荧光和磷光现象叶绿素的荧光和磷光现
7、象概念概念P148-149基态基态 激发态激发态 第一单线态第一单线态 第二单线态第二单线态 三线态三线态 荧荧光光磷磷光光放热放热放放热热放热放热Chl光化学反应光化学反应|第一单线态第一单线态Chl分子的去向：分子的去向：l放热放热l发射荧光（溶液）发射荧光（溶液）l进入第一三线态进入第一三线态l光化学反应光化学反应|第二单线态第二单线态Chl分子分子不能不能直接用于光合作用直接用于光合作用基态基态激发态激发态|第一单线态第一单线态|第二单线态第二单线态|第一三线态第一三线态吸收光能吸收光能浪浪费！费！（活体活体）l吸收光谱吸收光谱-l荧光与磷光现象荧光与磷光现象-光能光能转变为转变为化学
8、能化学能Chl吸收光能吸收光能Chl分子照光激发分子照光激发(三三)叶绿素的合成及其所需条件叶绿素的合成及其所需条件l原料：原料：l步骤：步骤：-氨基酮戊酸（氨基酮戊酸（ALA）粪卟啉原粪卟啉原原卟啉原卟啉原叶绿素酸酯原叶绿素酸酯叶绿酸酯叶绿酸酯a叶绿素叶绿素a叶绿素叶绿素b1.生物合成生物合成P150谷氨酸和谷氨酸和-酮戊二酸酮戊二酸光光2.影响叶绿素合成的外界条件：影响叶绿素合成的外界条件：（1）光照）光照（2）温度）温度（3）矿质元素）矿质元素（4）水分）水分（5）O2最低温度约最低温度约2最适温度约最适温度约30最高温度约最高温度约40氮、镁、铁、锰、铜、锌等氮、镁、铁、锰、铜、锌等原
9、叶绿素酸酯原叶绿素酸酯叶绿酸酯叶绿酸酯a第三节第三节 光合作用机理光合作用机理|原初反应原初反应|电子传递和光合磷酸化电子传递和光合磷酸化|碳同化碳同化将光合作用分为三个步骤：将光合作用分为三个步骤：光能光能电能电能电能电能活跃的活跃的化学能化学能活跃活跃的的化学能化学能稳定稳定的的化学能化学能光反应光反应暗反应暗反应光能传递光能传递l概念：概念：P152一、原初反应一、原初反应光能吸收光能吸收光能转换光能转换l场所：光合膜场所：光合膜l特点：速度快，需光特点：速度快，需光起点起点光合单位光合单位 P152P152每吸收与传递一个光子到每吸收与传递一个光子到反应中心反应中心完成完成光化学反应光
10、化学反应所需起协同作用的色素分子所需起协同作用的色素分子250-300250-300个个聚光色素聚光色素分子分子1 1个个反应中心色素反应中心色素分子分子反应中心反应中心P153原初电子供体原初电子供体P原初电子受体原初电子受体A次级电子供体次级电子供体D蛋白质蛋白质反应中心色素反应中心色素直接接受电子的物质直接接受电子的物质直接供给电子的物质直接供给电子的物质维持微环境维持微环境 色素蛋白复合体色素蛋白复合体光化学反应光化学反应hvDPA*DPADPADPA由光引起的由光引起的反应中心色素分子反应中心色素分子与原初与原初电子电子受体受体、供体供体间的氧化还原反应间的氧化还原反应二、电子传递与
11、光合磷酸化二、电子传递与光合磷酸化 l场所：场所：光合膜光合膜l特点：受光促进，不受温度影响特点：受光促进，不受温度影响NADPH+H+ATP同化力同化力eeeeDPA光反应由两个光反应由两个光系统光系统接力进行接力进行结论：结论：PSPS长波光反应长波光反应短波光反应短波光反应反应中心色素反应中心色素P700P680NADP+的还原的还原水的光解和放氧水的光解和放氧作作 用用反应类型反应类型供供Cytb6/f电子电子产生产生H+（囊腔）（囊腔）（一）光系统（一）光系统P155定位定位组成组成作用作用-光合膜光合膜-电子传递体电子传递体-传递电子传递电子1.概念概念（二）光合链（二）光合链PS
12、II（H2OPQ）Cytb6f(PQPC)PSI(PCNADP+)2.组成组成膜上（内）移动膜上（内）移动PQ（PSIICytb6f）PC（Cytb6fPSI）Fd（PSINADP+）固定在膜上固定在膜上PQPQH22e+2H+-2e-2H+3.“Z”链特点链特点 PSI和和PSII串联串联电子电子H2ONADP+二处逆电势梯度二处逆电势梯度PQ穿梭穿梭(H+)（三）水的光解和放氧（三）水的光解和放氧P156-希尔反应希尔反应2H2O*+2A2AH2+O2*光光叶绿体叶绿体氧化剂氧化剂（四）光合磷酸化（四）光合磷酸化l条件条件-光下光下l部位部位-叶绿体叶绿体l原料原料-ADP+Pil产物产物-ATP1概念概念P158l非环式光合磷酸化非环式光合磷酸化l环式光合磷酸化环式光合磷酸化l假环式光合磷酸化假环式光合磷酸化2类型类型驱动力驱动力-H+类型类型组成组成产物产物非环非环式电式电子传子传递递PSI和和PSIIO2、ATP、NADPH+H+环式环式电子电子传递传递PSIATP假环假环式电式电子传子传递递PSI和和PSIIO2、ATP电子传递与光合磷酸化的结果电子传递与光合磷酸化的结果:|H2O的裂解放的裂解放O2|NADP+还原为还原为NADPH|产生产生ATP同化力同化力电能电能活跃的化学能活跃的化学能