高中生物第一节光合作用的意义和研究历史

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
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
Complicated but important (Taiz & Zeiger)… RUBSICO catalyses C-uptake
Thus:
First stable compound is 3phosphoglycerate
RUBSICO catalyses O-uptake, and some CO2 is lost
Ribulose 1-5 phosphate carboxylase oxygenase /pdb/molecules/pdb11_2.html
Calvin cycle
Movie
(二) C3循环的调 节
1. 自动催化作用
(二) C3循环的调节 2.光调节作用
二、光合磷酸化
1.类型 2.机理
环式光合磷酸化 非环式光合磷酸化 假环式光合磷酸化
第四节 电子传递和光合磷酸化
二、光合磷酸化 3.ATP复合
电子传递抑制剂 4.光合磷酸化抑制剂 解偶联剂
ATP酶抑制剂 5.光合磷酸化和氧化磷酸化比较
光合磷酸化与氧化磷酸化的异同
项目
进行 部位 ATP 形成 电子 传递 能量 状况
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。
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+2HOOCCH2CH2COOH
过多过少，施肥过量或不足，CO2浓 度太低等。 4.其他：环境污染，病虫为害。
第七节 光合作用与农业生产
三、光合性能的变化规律及其与作物产 量的关系
1.光合系统的光合性能，即物质的生产性能， 也是决定作物光能利用和产量形成的关键。
光合产量＝光合面积×光合能力×光合时间 生物产量＝光合产量-光合产物消耗 经济产量＝生物产量×经济系数
(1)夜间固定CO2，产生苹果酸， 贮藏于液泡中。
(2)白天有机酸脱羧，参加卡尔文 循环。
(三) C3植物、C4植物和 CAM植物光合、生理特 性比较
A good summary...
第五节 光呼吸
光呼吸是指绿色细胞在 光下吸收O2与释放CO2的 过程。
一、光呼吸的生化途径
1. 乙醇酸的生成
2HOOCCH=CHCOOH +O2+H2O
光合细菌
光
CO2+2H2A
(CH2O)+2A+H2O
光合细菌
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
希尔氧化剂
(3)18O的研究:
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；
四 、改善光合性能提高作物产量的途径
1.提高净同化率 2.增加光合面积
1)合理密植 2)改变株型 3.延长光合时间 1)合理间作套种,提高复种指数 2)延长生育期 3)补充人工光照
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。
2.电子传递体的组成与功能
2.电子传递体的组成与功能
ATP
<
<
4. 电子传递的类型
1)非环式电子传递 2)环式电子传递 3)假环式电子传递
5. 光合放氧
第四节 电子传递和光合磷酸化
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。
第三节 原初反应
能量 变化
能量物 质
转变 过程
反应 部位
光能
量子 原初反应
PSⅠ，PSⅡ
电能
电子 电子传递
类囊体
活跃的 化学能
C4 how it works
Has PEPcarboxylase
Creates high conc of CO2
4. C4途径的调节 1)光对酶活性调节 2)光对酶量的调节 3)代谢物调节
三. CAM(景天酸代谢)途径：
在仙人掌科，凤梨科等 植物中进行。
Fini
Saguaro cactus
H2O 的关系
质子泵
相同点
均在膜上进行 均 经 ATP 合 成 酶 形 成 均有一系列电子传 递体
均有能量转换
均与H2O有关
均有质子泵产生
不同点
光合磷酸化 氧化磷酸化
类襄体膜
线粒体内膜
在膜外侧
在膜内侧
在光合链上
来自光能的激发 ，贮藏能量
在呼吸链上
来自底物的分解， 释放能量
H2O的光解
PQ穿梭将H+泵到膜 内
第七节 光合作用与农业生产
2.光合性能五大因素 （1）光合面积
①组成-叶、茎、鞘、穗、蕾等面积 ②大小—叶面积指数 ③分布—群体结构 ④动态—发生，发展和调节过程
（2）光合能力—光合强度或光合生产率 （3）光合时间—昼夜光照时间长短，生育期长短 （4）光合产物消耗——呼吸(含光呼吸)，脱落，病虫害 （5）光合产物分配——经济系数
荧光与磷光：
皂化反应 H、Cu取代
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。
生物 合成 途径
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
第六节 影响光合速率的外界条件
1. 光照 2. CO2(CO2饱和点与CO2补偿点) 3. 温度(三基点) 4.化水受分阻：缺水时气孔阻力增大，CO2同 5. 矿质：N、P、K、Mg、Fe、Cu、B、
Mn、Cl、Zn等 6. 光合作用的变化(午休现象)
1.光 光强
1.光
光饱和点 与光补偿 点
1.光
ATP NDAPH2
光合磷酸化
类囊体膜
稳定的 化学能
碳水化 合物等
碳同化
叶绿体间质
第三节 原初反应
光能的吸收 光能的传递 光能的转化
第三节 原初反应
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。
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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
胡萝卜素和叶黄素结构
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的吸收光谱主要在兰紫光区 和红光区
胡萝卜素和叶黄素在兰紫光区， 它们都不吸收绿光，所以叶片主要为绿色。
叶绿素a和b吸收光谱：
第二节 叶绿体与光合色素
胡萝卜素 和叶黄素 吸收光谱
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。
Thus:
Known as photorespiration
look
2.乙醇 酸途 径
二、光呼吸的生理意义
1. 防止高光强对光合器官的破坏。 2. 光呼吸降低叶绿体间质中O2浓度，保
持叶内一定的CO2浓度，防止氧对光 合碳同化的抑制。 3. 光呼吸与氮代谢有关。甘氨酸、丝氨 酸等是氨基酸合成的补充途径，为蛋 白质合成提供原料。
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 (4)两个光系统。
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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
暗呼吸与光呼吸的区别
项目 对光的要求
底物 进行部位 呼吸历程 能量状况
暗呼吸
光下，黑暗下均可进 行 糖、脂肪、蛋白质、 有机酸
活细胞的细胞质→线 粒体
糖酵解→三羧酸循环 →呼吸链→未端氧化
产生能量
光呼吸 只在光下与光合作 用同时进行 乙醇酸
叶绿体→过氧化物 体→线粒体 乙 醇 酸 循 环 (C2 循 环) 消耗能量
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 部位
植物的绿色部分 (叶茎果等),主要 是叶片.
细胞中的叶绿体
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 的原料
光合作用 的产物
CO2 来自于空气 H2O 来自于土壤
C6H12O
6
O2
第一节 光合作用的意义和研究历史
1)微环境调节 2)效应物调节
(二)C3循 环的调 节
2.光调节 作用
(二)C3循 环的调 节
3.光合产 物输出 速率的 调节
2. C4循环(C4一二羧酸途径)：在C4 植物中进行。
如玉米、高梁、甘蔗等植物。
1. C4植物的发现 2. C4植物结构特点
3. C4植物的反 应过程
(1)羧化阶段： (2)还原或转氨阶段 (3)脱羧阶段(从叶肉细胞转移到维管束鞘细胞，然后脱去CO2， 参加卡尔文循环) (4)再生阶段
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。
温度光能电能活跃的化学能稳定的化学能量子电子atpndaph2碳水化合物等原初反应电子传递碳同化能量变化能量物质转变过程psps光合磷酸化类囊体类囊体膜叶绿体间质反应部位光能的吸收光能的传递光能的转化atp环式光合磷酸化非环式光合磷酸化假环式光合磷酸化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ricepdbmoleculespdb112htmlribulose15phosphatecarboxylaseoxygenasecalvincyclemovie二c3循环的调节2
第三章 植物的光合作用
目的要求：
通过本章学习，主要了解绿色植物光合作用 机制、C3植物和C4植物的光合特性、环境因素 对光合作用的影响、作物光能利用率低的原因 及其提高途径。
本章重点：
1、影响叶绿素合成和破坏的原因。 2、C3植物和C4植物叶片解剖结构和光合生理特点。 3、影响光合作用的因素。 4、植物光合作用与作物产量。 5、植物对光能的利用。
一、光合作用的概念
光合作用 的能源
可见光中
380----720nm波长 光
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
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。
光质
1.光 光照时间
2. 二氧化碳
3. 温度
3. 温度
4. 水分
第七节 光合作用与农业生产
一 作物对光能的利用效率 光能利用率是指光合产
物中所贮藏的能量占辐射到 地麦的太阳总辐射能的百分 率。
第七节 光合作用与农业生产
二、光能利用率低的原因 1.漏光损失：作物生长初期，种植过稀。 2.光饱和所造成的浪费：强光下。 3.环境条件不适：温度过高过低，水分
H2O的生成
UQ 穿 梭 将 H+ 泵 到 膜 外
第五节 碳同化
1.C植3物循中环进(光行合。碳循环，卡尔文循环)：在所有
如：水稻、小麦、棉 物，只有该途径。
花等大
多数植
物为C3植
(1)羧化阶段：
Rubisco
3RuBP+3CO2+3H2O (2)还原阶段
6PGA+6H+
(3)再生阶段
rice
RUBP羧化 酶