植物的光合作用ppt课件

叶绿体是由叶绿体被膜、基质和类囊体三部分组成
1.叶绿体 被膜
2.基质及 内含物
3.类囊体
高等植物的类囊体垛叠成基粒，其意义有 二：
膜的垛叠意味着捕 获光能机构的高度 密集，更有效地收 集光能，加速光反 应；
膜系统是酶的排列 支架，膜垛叠就犹 如形成一条长的代 谢传递带，使代谢 顺利进行。
（二）类囊体膜上的蛋白复合体
(3) 营养元素
➢ 叶绿素的形成必须有一定的营养元素。
氮和镁是叶绿素的组成成分，铁、锰、铜、锌是叶绿素合 成过程中酶促反应的辅因子。缺少这些元素时就会引起缺 绿症。
➢ 因此，缺少这些元素时都会引起缺绿症，其中尤以氮的影 响最大，因而叶色的深浅可作为衡量植株体内氮素水平高 低的标志。
缺N
CK
萝卜缺N的植株老叶发黄 缺N老叶发黄枯死，新叶色淡,生长矮小，
类囊体膜上含有由多种亚基、多种成分组成的蛋白复合体， 主 要 有 四 类 ， 即 光 系 统 Ⅰ （ PSI ） 、 光 系 统 Ⅱ （ PSⅡ ） 、 Cytb６/f复合体和ATP酶复合体（ATPase），它们参与了光能 吸收、传递与转化、电子传递、H+输送以及ATP合成等反应。 由于光合作用的光反应是在类囊体膜上进行的，所以称类囊 体膜为光合膜(photosynthetic membrane) 。
两者结构上的差别仅在于叶绿素a第二个吡咯环上的 一个甲基(-CH3)被醛基(-CHO)•所取代(•图)。
叶绿素的结构特点
叶绿素分子含有一个卟啉 环的“头部”和一个叶绿醇( 植醇，phytol)“尾巴”。卟 啉环由四个吡咯环以四个甲烯 基(-CH=)连接而成。
卟啉环的中央结合着一个 镁离子。镁离子带正电荷,而 与其相连的氮原子则带负电荷 ,因而具有极性,是亲水的。
物免受伤害.
所以，绿色植物的光合作用是地球上一切生命存在、繁衍 和发展的根本源泉。
叶绿体是由叶绿体被膜、基质和类囊体三部分组成
1.叶绿体 被膜
2.基质及 内含物
3.类囊体
➢ 叶绿体被膜(chloroplast envelope) 由两层单位膜组成，被膜上无叶绿素， 它的主要功能是控制物质的进出，维持 光合作用的微环境。
类囊体膜超分子蛋白质复合物
蛋白复合体在类囊体膜上的分布：
➢PSⅡ主要存在 于基粒片层的堆 叠区， ➢PSⅠ与ATPase 存在于基质片层 与基粒片层的非 堆叠区， ➢Cytb6/f复合体 分布较均匀。
蛋白复合体在类囊体膜上的分布：
二、光合色素的化学特性
在光合作用的反应中吸收光能的色素 称为光合色素。
(2) 温度
➢ 叶绿素的生物合成是一系列酶促反应，受温度 影响。
➢ 叶绿素形成的最低温度约 2℃，最适温度约 30℃,最高温度约40℃。
➢ 秋天叶子变黄和早春寒潮过后秧苗变白，都与 低温抑制叶绿素形成有关。
➢ 高温下叶绿素分解大于合成，因而夏天绿叶蔬 菜存放不到一天就变黄；相反，温度较低时， 叶绿素解体慢，这是低温保鲜的原因之一。
叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱很相似，但也略有不同。 类胡萝卜素的吸收带在400-500nm蓝紫光区。
➢ 叶绿素最强的吸收区有两 处：波长640～660nm的红光部分 和430～450nm的蓝紫光部分。叶 绿素对橙光、黄光吸收较少，尤 以对绿光的吸收最少，所以叶绿 素的溶液呈绿色。
➢ 叶绿素a和叶绿素b的吸收
基质类囊体(stroma thylakoid),又称为基 质片层(stroma lamella),伸展在基质 中彼此不重叠;
基粒类囊体(grana thylakoid),或称基粒 片层(grana lamella),可自身或与 基质类囊体重叠,组成 基粒。
基粒 基粒类囊体
基质 基质
基质类囊体
囊腔
示意基质类囊体与基粒类囊体
叶 醇
叶绿素a
（二）植物的叶色
高等植物叶子所含各种色素的数量与植 物种类、叶片老嫩、生育期及季节有关。一般 来说，正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素的分子 比例约为3：1，叶绿素a和叶绿素b也约为3：1， 叶黄素和胡萝卜素约为2：1。由于绿色的叶绿 素比黄色的类胡萝卜素多，占优势，所以正常 的叶子总是呈现绿色。
秋天、条件不正常或叶片衰老时，叶绿素较 易被破坏或降解，数量减少，而类胡萝卜素 比较稳定，所以叶片呈现黄色。至于红叶， 因秋天降温，体内积累了较多糖分以适应寒 冷，体内可溶性糖多了，就形成较多的花色 素苷（红色），叶子就呈红色。枫树叶子秋 季变红，绿肥紫云英在冬春寒潮来临后叶茎 变红，都是这个道理。花色素苷吸收的光不 传递到叶绿素，不能用于光合作用。
➢ 外膜(outer membrane) 非选择性膜，分 子量小于10000的物质如蔗糖、核酸、无 机盐等能自由通过。
➢ 内 膜 (inner membrane) 选 择 透 性 膜 ， CO2、O2、H2O可自由通过；Pi、磷酸丙糖、 双羧酸、甘氨酸等需经膜上的运转器才 能NAD通P+过、P；Pi蔗等糖物、质C则5`不C7能糖通的过二。磷 酸 酯 、
Rubisco）,占基质总蛋白的一半以上。 还含有淀粉粒(starch grain)和嗜锇滴 （又称脂质球或亲锇颗粒，是脂类的贮 藏库）。
叶绿体是由叶绿体被膜、基质和类囊体三部分组成
1.叶绿体 被膜
2.基质及 内含物
3.类囊体
由单层膜围 起的扁平小 囊。根据类 囊体堆叠的 情况,将类囊 体分为二类:
植物体内不同光合色素对光波的选择吸收是植物在长期进化 中形成的对生态环境的适应，这使植物可利用各种不同波长的光 进行光合作用。
四、叶绿素的形成
（一）叶绿素的生物合成
（1）原料：
谷氨酸（或α—酮戊二酸）
5 - 氨基酮戊酸（ALA）
（2）不需要光的阶段
ALA
原叶绿素酸脂
（3）需光阶段
原叶绿素酸脂 光 叶绿酸脂a H+
2. 蓄 积 太阳能
3. 环 境 保护
光合作用制造了生 物所需的几乎所有 的有机物，是规模 巨大的将无机物合 成有机物的“化工 厂”。
光合作用积蓄 了生物所需的 几乎所有的能 量，是一个巨 大的“能量转 换站”。
维持大气中 光合释放氧
氧气和二氧 形成臭氧/O3 化碳浓度保 层，它滤去 持基本稳定； 紫外光使生
➢ 推测各色素分子在 蛋白中的排列和取向有 一定规律，以使光能在 色素分子间迅速传递。
二、光合色素的吸收光谱
将叶绿素溶液放在光源和分光镜之间，就可以看到光谱中 有些波长的光线被吸收了，光谱上出现了暗带，这就是叶绿体 色素的吸收光谱。
叶绿素最强的 吸收区有两个：
640-660nm的红光 430-450nm的蓝紫光
叶绿素
(a：b = 3：1
)3
三
1
大 类胡萝卜素 (胡萝
类
卜素：叶黄素=
1:2)
藻胆素
(一) 叶绿素（chlorophyll)
1.叶绿素的结构
叶绿素包括a、b、c、d四种，高等植物含有叶 绿素a、b两种。
叶绿素是双羧酸酯,其中一个羧基被甲醇所酯化,另一 个被叶醇所酯化 。
叶绿素a(chla)呈蓝绿色, 叶绿素b(chlb)呈黄绿色。
光谱很相似，但也稍有不同：叶
绿素a在红光区的吸收峰比叶绿
素b的高，而蓝紫光区的吸收峰
则比叶绿素b的低，也就是说，
叶绿素b吸收短波长蓝紫光的能
主要光合色素的吸收光谱
吸收光谱上端显示地球上入射光的光谱。
力比叶绿素a强。
类胡萝 卜素的 吸收带 在 400500nm 的蓝紫 光区， 它们基 本不吸 收黄光， 从而呈 现黄色。
第三章 植物的光合作用
学习要点：
掌握光合作用的概念、叶 绿体结构、功能及叶绿体色素的种 类及其光学特性。
第一节 光合作用的研究历史
一、光合作用的概念
光合作用（photosynthesis）是指光养生物利用光能把无机 物合成有机物的过程。它是一个生物氧化还原的过程。
光能
CO2 + HH22AO* 绿色植物 (CH2O) + O2A*2+H2O
人们常根据这一原理用醋酸铜处理来 类胡萝卜素的结构特点
由8个异戊二烯形成的四萜，含有一系列的共轭双键，分子的两 端各有一个不饱和的取代的环己烯，也即紫罗兰酮环，类胡萝 卜素包括胡萝卜素(carotene, C40H56)和叶黄素 (lutein,C40H56O2)两种。
卟啉环上的共轭双键和中 央镁离子易被光激发而引起电 子得失,使叶绿素具有特殊的 光化学性质。
细菌
2.叶绿素的化学性质
叶绿素是一种酯，因此不溶于水，而溶于有机溶剂。 通常用80%的丙酮或丙酮与乙醇的混合液来提取叶绿素。
卟啉环中的镁离子可被H＋、Cu2＋、Zn2＋所置换。用酸处 理叶片，H＋易进入叶绿体,置换其中的镁离子，形成褐色的 去镁叶绿素，使叶片呈现褐色。去镁叶绿素容易再与铜离 子结合，形成铜代叶绿素，颜色比原来更鲜艳稳定。
光合作用的原料
要
产
物
点
反应场所
动力
CO2 和H2A（H2O或H2S ） CH2O、2A和H2O 绿色植物的叶绿体
光能
光合作用是一个氧化还原反应过程，该过程有 以下几个反应特点：
H2O 被氧化成分子态的氧； CO2 被还原成糖； 在反应过程中完成了光能到化学能的转变。
二、光合作用的重要性
1. 把无机物转 变成有机物
2.类胡萝卜素的化学性质
类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素， 前者呈橙黄色,后者呈黄色
类胡萝卜素除了有吸收传递光能的 作用外，还有在强光下逸散能量,保护 叶绿素免受伤害的功能。
➢ 叶绿体中的叶绿素 和类胡萝卜素在类囊体 膜中以非共价键与蛋白 质结合在一起。
➢ 一条肽链上可结合 若干色素分子，组成色 素蛋白复合体，
根系细长，分枝（蘖）减少。
棉花缺Mg网状脉
苹果缺Fe，新叶脉间失绿
小麦缺Cu叶片失水变白
柑桔缺Zn小叶症伴脉间失绿
此外，叶绿素的形成还受遗传因素控制，如水稻、 玉米的白化苗以及花卉中的斑叶不能合成叶绿素。 有些病毒也能引起斑叶。
吊兰
蟆叶海棠
金边富贵竹
叶绿体是由叶绿体被膜、基质和类囊体三部分组成
1.叶绿体 被膜
2.基质及内 含物
3.类囊体
叶绿体被膜以内的基础物质称为基质， 以水为主体,内含多种离子、低分子的有 机物以及可溶性蛋白质等。基质是碳同 化的场所。含有还原CO2与合成淀粉的 全部酶系，其中1，5-二磷酸核酮糖羧 化/加氧酶(ribulose bisphophate carboxylase/oxygenase,
影响叶绿素形成的条件
(1)光
光是影响叶绿素形成的主要 条件。从原叶绿素酸酯转变为叶 绿酸酯需要光，而光过强，叶绿 素又会受光氧化而破坏。
黑暗中生长的幼苗呈黄白色， 遮光或埋在土中的茎叶也呈黄白 色。这种因缺乏某些条件而影响 叶绿素形成，使叶子发黄的现象， 称为黄化现象。
也有例外情况，例如藻类、苔藓、蕨类和松 柏科植物在黑暗中可以合成叶绿素，其数量 当然不如在光下形成的多；柑橘种子的子叶 及莲子的胚芽在无光照的条件下也能形成叶 绿素，推测这些植物中存在可代替可见光促 进叶绿素合成的生物物质。