第四章 植物的光合作用
植物生理学光合作用课件
类型
非环 式电 子传 递
环式 电子 传递
原初电子供体P 原初电子受体A 次级电子供体D 蛋白质
维持微环境
直接供给电子的物质
光化学反应
D·P ·A
h→ v
* D· P ·A
＋＋
－
－
→ D·P ·A →D ·P ·A
由光引起的反应中心色素分子与原初 电子受体、供体间的氧化还原反应
二、电子传递与光合磷酸化＋来自ee－e eD ·P ·A
场所：光合膜 特点：受光促进，不受温度影响
光化学反应
激发态
第二单线态
放热
第一单线态
放荧 热光
放热
磷 光
Chl
三线态
基态
吸收光能
基态
激发态
第一单线态 第二单线态 第一三线态
第一单线态Chl分子的去向：
放热
发射荧光（溶液） 进入第一三线态
浪费！
光化学反应 （活体）
第二单线态Chl分子不能直接用于光合作用
吸收光谱---
PSI和PSII串联
二处逆电势梯度 PQ穿梭(ΔμH+ )
（三）水的光解和放氧 P156 光
2H2O* + 2A 叶绿体 2AH2 + O2*
氧化剂
----希尔反应
（四）光合磷酸化
1．概念 P158
条件--光下 部位--叶绿体 原料--ADP+Pi 产物--ATP
2．类型
驱动力---ΔμH+
一、原初反应
场所：光合膜
特点：速度快，需光
概念：P152
光能吸收
植物的光合作用
植物的光合作用光合作用是植物进行能量转化的重要过程。
通过光合作用，植物能够利用太阳光的能量将二氧化碳和水转化为有机物质，并释放出氧气。
光合作用的过程及原理光合作用包括光能捕捉、化学反应和能量转化三个主要步骤。
在光能捕捉阶段，植物叶绿素吸收太阳光的能量，并将其转化成化学能。
叶绿素是植物叶片中主要的光合色素，它能吸收可见光中的红光和蓝光。
叶绿素分子中的镁离子起到了捕获和转移光能的关键作用。
化学反应阶段发生在叶绿体中的光合色素固定反应中。
叶绿体内有叶绿体内膜、基粒和嗜光体等结构组成，基粒内含有光合色素和电子传递链。
光合色素固定反应的主要作用是将被光能激发的电子通过电子传递链传递给辅酶NADP+，并最终还原成辅酶NADPH。
能量转化阶段是光合作用的最后一个步骤。
在这个阶段，光合作用产生的化学能转化为植物体内的能量形式，主要有两种：一种是ATP（三磷酸腺苷）、另一种是辅酶NADPH。
这些能量形式可以被植物用于合成有机物质，如葡萄糖和其他营养物质。
光合作用的意义光合作用对地球上的生态系统和生物圈有着重要影响。
通过光合作用，植物能够将大气中的二氧化碳转化为有机物质，从而在一定程度上减缓全球气候变暖和温室效应。
同时，光合作用也是维持地球上生物多样性的重要过程。
植物通过光合作用合成的有机物质是其他生物的重要食物来源。
动物们通过摄食植物，将植物合成的有机物质转化为自身所需的能量。
此外，光合作用还能释放出大量的氧气。
氧气是人类及其他动物进行呼吸所必需的气体，对维持生命起着至关重要的作用。
总之，光合作用是植物生命活动的重要组成部分。
它不仅为植物提供了能量和有机物质，也对整个生态系统起到了重要的调节和维持作用。
第四章光合作用
第四章光合作用第一节光合作用的概念和意义一定义:绿色植物吸收光能，同化二氧化碳和水，合成有机物并释放氧，同时将光能转变为化学能，贮存在有机物中的过程。
二特点：三讨论1 原料：CO2、H2O2动力：光能3场所：绿色细胞（叶绿体）4产物：糖类（主要）、蛋白质和脂肪，氧。
5本质：能量转变与物质转变的问题四光合作用的意义1把无机物转化为有机物；2把光能转化为化学能贮存于有机物中；3清除空气中的CO2、释放02,根本改变了地面的生活坏境，达到净化空气的目的；4是人类寻求新能源和人工合成食物的理想模型。
第二节叶绿体和叶绿体色素_叶绿体（一）叶绿体的形态：椭圆形大小：直径3〜6微米，厚约2~3微米。
数量：多（如：魂麻叶3〜5X107个/mm2）（-）叶绿体的基本结构叶绿体膜：外膜：透性大内膜：透性小，主要控制物质进出的屏障。
基质（间质）：组成：主要为可溶性蛋白质（酶）和其它代谢活跃的物质，呈高度流动性状态，具有固定二氧化碳的能力。
（光合作用的暗反应即淀粉的形成与贮存是在此进行的。
）嗜饿颗粒（滴）（脂滴）：是一类易与饿酸结合的颗粒，其主要成分是亲脂性的醍类物质。
功能是：脂类仓库。
片层系统（类囊体）：类囊体：是由双层膜组成中间含有间体物质、自身闭合的、呈压扁了的包囊体。
基粒：由两个以上的类囊体垛叠而成。
基粒片层（类囊体）：小类囊体基质片层（类囊体）：横跨两个基粒之间的片层（大类囊体）膜的成分：月旨、蛋白质、色素（按一定方式排列在膜上，并分布有电子传递体）。
光合作用的能量转化功能是在类囊体膜上进行的（光和膜）。
（三）叶绿体的成分1水…75%2干物质—25%:蛋白质：30-45%脂类：29-40%色素：8%灰分：10%贮存物质：10〜20% 核苛酸：二光合（叶绿体）色素在光合作用的反应中吸收光能的色素称为光合色素 （一） 种类 叶绿素（a 、b 、c ）类胡萝卜素（胡萝卜素、叶黄素） 浹胆素（浹蓝蛋白、浹红蛋白） （二） 叶绿体色素的结构和化学特性1叶绿素的结构与性质分子式 水溶性颜色 叶绿素a C55H72O5N4Mg 不溶于水，溶于有机溶剂 蓝绿色 叶绿素bC55H70O6N4Mg不溶于水，溶于有机溶剂黄绿色结构：作用••吸收光，传递光，并能将光能转化为电能。
第四章-光合作用
原初反应 (primary reaction) 指光合作用中最 初旳反应，从光合色素分子受光激发起到引起 第一种光化学反应为止旳过程，它涉及光能旳 吸收、传递与光化学反应。原初反应旳成果使 反应中心发生电荷分离。
光合单位 (photosynthetic unit) =聚光色素＋反应中心
反应中心色素分子 (reaction center pigment) 是处于反应中心中旳 一种特殊性质旳叶绿素 a 分子，它不但能捕获光能，还具有光化学活 性，能将光能转换成电能。光系统Ⅰ和光系统Ⅱ旳反应中心色素分子 分别是 P700 和 P680 ，这里 P 代表色素 (pigment) ， P 后旳数值代 表色素分子在受光激发被氧化时，该色素分子吸收光谱中变化最大旳 波长位置，也即用氧化态吸收光谱与还原态吸收光谱间旳差值最大处 旳波长来作为色素分子旳标志。 P700 和 P680 表达它们受光激发被 氧化时，吸收光谱中变化最大旳波长位置分别是近 700nm 和 680nm 处。是光能旳“捕获器”、“转换器”。
➢ Chl（基态）+hυ 10－15s Chl*（激发态）
激发态旳叶绿素分子 回至基态时，能够光 子形式释放能量。
处于第一单线态旳叶 绿素分子回至基态时 所发出旳光称为荧光。
而处于三线态旳叶绿 素分子回至基态时所 发出旳光称为磷光。
➢因为叶绿素分子吸收旳光能有一 部分消耗在分子内部旳振动上，且 荧光又总是从第一单线态旳最低振 动能级辐射旳，辐射出旳光能肯定 低于吸收旳光能，所以叶绿素旳荧 光旳波长总要比被吸收旳波长长些。
温保鲜旳原因之一
(3) 营养元素
➢ 叶绿素旳形成必须有一定旳营养元素。
➢ 氮和镁是叶绿素旳构成成份，铁、锰、铜、锌等则在叶绿素旳生物合 成过程中有催化功能或其他间接作用。
植物的光合作用
植物的光合作用植物的光合作用是指植物利用光能将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气的生物化学过程。
光合作用是地球上生命存在的基础，也是维持生态平衡的重要环节。
本文将从光合作用的定义、过程、影响因素以及意义等方面进行探讨。
光合作用的定义光合作用是植物利用光能合成有机物质的过程，是一种光合成反应。
在光合作用中，植物通过叶绿素等色素吸收光能，将二氧化碳和水转化为葡萄糖等有机物质，并释放氧气。
光合作用是植物生长发育的重要能量来源，也是维持生态系统稳定的重要环节。
光合作用的过程光合作用主要包括光反应和暗反应两个阶段。
光反应发生在叶绿体的类囊体内，需要光能的参与，产生氧气和ATP、NADPH等能量物质。
暗反应则发生在叶绿体基质中，不需要光能直接参与，利用光反应产生的能量物质将二氧化碳还原为有机物质。
光合作用的影响因素光合作用受到光照、温度、二氧化碳浓度等因素的影响。
光照越强，光合作用速率越快；适宜的温度有利于酶的活性，促进光合作用进行；二氧化碳浓度的增加也能提高光合作用速率。
然而，过高或过低的光照、温度以及二氧化碳浓度都会对光合作用产生负面影响。
光合作用的意义光合作用是地球上生命存在的基础，通过光合作用，植物能够合成有机物质，为自身生长提供能量和物质基础，也为其他生物提供食物来源。
同时，光合作用释放的氧气也是维持地球大气中氧气含量的重要来源，有助于维持生态平衡。
此外，光合作用还能够净化空气、改善环境，对维护生态系统的稳定起着重要作用。
总结植物的光合作用是一项复杂而重要的生物化学过程，通过光合作用，植物能够利用光能合成有机物质，为生命的延续提供能量和物质基础。
光合作用不仅是植物生长发育的基础，也是维持生态平衡的重要环节。
因此，加深对光合作用的理解，有助于我们更好地保护和利用植物资源，促进生态环境的可持续发展。
第四章 光合作用
光合作用是地球上最重要的化学反应
摘自1988年诺贝尔奖金委员会宣布光合作用 研究成果的评语。
主要内容：
4.1 4.2 4.3 4.4
总论 光合器和光合色素 光合作用的机理 光呼吸
4.5
影响光合作用的因素
4.1 总论
光合生物
不放氧的光合生物——紫色硫细菌 CO2+2H2S ——（CH2O）+2S+H2O
细菌反应中心结构
一、光反应 1、光系统（photosystem，PS）
红降现象（red drop）：当光的波长大于690nm（远红光）时，光
合速率突然下降（20世纪四五十年代发现）。 双光增益效应（enhancement effect，爱默生效应Emerson effect）： 用640nm和720nm两种波长的光分别作为光源时的光合效率之和小 于同时使用两种波长的光作为光源时的光合效率。
暗反应：发生在叶绿体
的基质中;利用ATP和NADPH 将CO2还原成糖的过程。
4.3 光合作用的机理
光合作用的三个步骤
第三步
第二步 第一步
原初反应： 光能的吸收 ，传递和转 化过程。
电子传递和 光合磷酸化 ： 电能转化为 活跃的化学 能的过程
碳同化：活 跃化学能转 变为稳定化 学能的过程
4.3 光合作用的机理
4.2 光合器和光合色素
（A）：植物叶绿体 图解
（B）：电子显微镜 下的叶绿体超微结 构
光合器官—叶 光合细胞器--叶绿体
4.2 光合器和光合色素
一、光合色素及其对光的吸收
光合色素的种类
叶绿素 色素种类 a b c d β-胡萝 卜素 叶黄 素 藻蓝素 藻红 素 类胡萝卜素 藻胆素
植物的光合作用(初中生物
植物的光合作用(初中生物
首先，植物叶片中的叶绿素吸收光能，将光能转化为光化学能。
这个
过程涉及到两个类型的叶绿素分子：PSI和PSII。
PSII能够捕获光能，
将其传递给电子传输链中的酶复合物，并将光能转化为光化学能。
而PSI
能够接收来自PSII的电子，将其重新激发，并将光能传递给细胞色素f
复合物，该复合物能够将电子传递给辅助色素NDH。
然后，通过光合电子传递链，光化学能转化为化学能。
在这个过程中，光合作用产生的高能电子将从一个酶复合物传递到下一个酶复合物，以释
放能量。
这个过程是依赖于氧化还原反应的，称为光合作用的氧化反应。
这些电子最终将被用于还原NADP+，形成NADPH。
NADPH将在暗反应中用
于合成有机化合物。
此外，光合作用还会产生氧气。
在发生光化学反应时，水分子被分解
为氢离子、电子和氧气。
其中氧气是光合作用的副产品，被释放到大气中。
这也是植物通过光合作用释放氧气，维持地球上氧气含量的原因之一总结起来，植物的光合作用通过叶绿素捕获太阳能，将其转化为光化
学能，并通过光合电子传递将光化学能转化为化学能。
在这个过程中，植
物合成有机物质，并释放氧气到大气中。
这个过程不仅使植物能够生长和
发育，还对地球生态系统的稳定和维持起着重要的作用。
同时，光合作用
也是地球上碳循环的一个重要组成部分，通过吸收二氧化碳，有助于减少
温室气体的含量。
植物生理学之 第四章 植物的光合作用
第四章植物的光合作用一、名词解释1．光合作用2．光合午休现象3．希尔反应4．荧光现象与磷光现象5．天线色素6．光合色素7．光合作用中心8．光合作用单位9．红降现象10．双光增益现象11.C3途径12．C4途径13．光合磷酸化14．非环式光合磷酸化l5. 量子效率16．暗反应17．同化力18．光反应19．CAM途径20．光呼吸21．表观光合速率22．光饱和点23．光补偿点24．CO2饱合点25．CO2补偿点26．光能利用率27．瓦布格效应28．原初反应29．碳素同化作用30．叶面积指数二、将下列缩写翻译成中文1．CAM 2．Pn 3．P700 4．P680 5．LHC 6．PSl 7．PSⅡ8．PQ 9．PC 10．Fd 11．Cytf12 12．RuBP 13．3-PGA 14．PEP l5.GAP 16．DHAP 17．OAA 18．TP 19．Mal 20．ASP 21．SBP 22．G6P 23．F6P 24．FDP 25．LAI 26．X5P 27. Fe-S 28. Rubisco 29.P* 30.DPGA三、填空题1.叶绿体的结构包括______、______、______和片层结构，片层结构又分为_____和______。
2.光合色素可分为______、______、______三类。
3.叶绿素可分为______ 和______两种。
类胡萝卜素可分为______和______。
4.叶绿素吸收光谱的最强吸收带在______ 和______。
5. 光合作用原初反应包括光能的______过程。
6. 叶绿体色素中______称作用中心色素，其他属于______。
7. 缺水使光合速率下降的原因是______、______、______。
8. 卡尔文循环中，同化１分子CO2需消耗______分子ATP和______ 分子NADPH+H+。
9. 高等植物CO2同化的途径有______、______、______三条，其中最基本的是______。
《植物生理学》第四章 光合作用ppt课件
二、类囊体膜上的蛋白复合体
1.蛋白复合体的概念和种类 蛋白复合体：由多种亚基、多种成分组成的复合体。 主要有四类：光系统Ⅰ（PSI）
光系统Ⅱ（PSⅡ） Cytb６/f复合体 ATP酶复合体（ATPase）。
15
2.蛋白复合体在类囊体膜上的分布特点
➢ 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。
它的主要功能是控制物质的进出，维持光 合作用的微环境。
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通 过；蔗糖、C5`C7糖的二磷酸酯、NADP+、 PPi等物质则不能通过。
第四章 植物的光合作用
1
碳素营养方式的不同分为两大类：
自养植物 （antophyte）
异养植物 （heterophyte）
自养生物把二氧化碳转变成有机物的过程叫 碳素同化作用(carbon assimilation)。
细菌光 合作用
绿色植物 光合作用
化能合 成作用
三种碳素同化方式的异同点：
过程
碳素来源 能量来源 供H体
示意基质类囊体与基粒类囊体
光合色素存在于类囊体膜上，类囊体是光能吸收 与转换的场所，所以，类囊体膜也称光合膜 (photosynthetic membrane)。 高等植物的类囊体垛叠成基粒，其意义有二：
1、膜的垛叠意味着捕获光能机构的高度密集，
植物生理学第四章光合作用
光合作用的全过程分为三大步骤：
①原初反应 ②电子传递和光合磷酸化
（光反应）
类囊体膜上进行
③碳素同化 （暗反应）基质中进行
光反应
光能的吸 收、
传递和转 换
电子传递和 光合磷酸化
ATP 形成同化力
NADPH
一、原初反应 原初反应指从光合色素分子被光激发开始到引
起第一个光化学反应为止的过程。
一、原初反应（primary reaction）
四、叶绿素的形成
1. 叶绿素的生物合成（图4-8） ⑴起始物质：谷氨酸或α-酮戊二酸; ⑵重要中间产物：δ-氨基酮戊酸（5-氨基酮戊
酸，原卟啉Ⅸ （protoporphyrin Ⅸ）等;
2. 影响叶绿素形成的条件 ① 光：原叶绿酸酯转变为叶绿酸酯需要光照；但强光下
叶绿素会被氧化. ② 温：最低温2℃、最适温30℃、最高温40℃，高温下
光合链始端是H2O光解产生电子，终端是还原NADP+ 产生NADPH＋H+ 。
过程：H2O→PSⅡ复合体→PQ→Cytb6f复合体→ PC →PSⅠ复合体→Fd→NADP+（产生NADPH＋H+）
⑶非循环式电子传递 （noncyclic electron transport）
定义：高能电子从H2O到NADP+的跨类囊体膜传 递途径是非闭合的，称为非循环式电子传递。
H2O
Cytb6f
环式光合电子传递
⑸假环式光合电子传递 （pseudocyclic electron transport）
H2O光解所产生的电子不是被NADP+接受，而 是传递给分子态氧（O2），形成超氧阴离子自由基 （O-·2）。
PSⅡ
O-·2 O2
植物的光合作用
植物的光合作用光合作用是一种重要的生命过程，它的存在使得植物能够利用光能将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气。
本文将介绍光合作用的基本原理、过程以及与植物生长发育的关系。
一、光合作用的基本原理光合作用依赖于植物细胞中的叶绿素，它是光合作用的主要色素。
光合作用的基本原理如下：1. 吸收光能：叶绿素能够吸收可见光中的红、橙、黄、绿、蓝和紫光波段，其中红光和蓝光的吸收效率最高。
2. 光合色素的激发：当叶绿素吸收光能后，其中的电子会被激发到一个高能态。
3. 电子传递：植物细胞中存在一系列电子传递链，激发的电子会通过这些链的传递，释放出能量。
4. 光解水过程：在光合作用的过程中，植物通过光解水的方式，将水分解为氧气和氢离子。
5. ATP合成：激发的电子在电子传递链的过程中会释放能量，并用于合成三磷酸腺苷（ATP），这是一种储存能量的分子。
6. CO2固定：通过一系列酶的作用，植物将二氧化碳与ATP和NADPH（一种携带能量的分子）反应，最终产生有机物质，如葡萄糖。
二、光合作用的过程光合作用通常包括光合细胞中的两个主要过程：光反应和暗反应。
1. 光反应：光反应发生在植物叶绿体的脉络束区域，需要光的存在。
在此过程中，光能被吸收，并且产生ATP和NADPH。
2. 暗反应：暗反应发生在植物细胞质基质中，不需要光能。
通过一系列酶的参与，暗反应将ATP和NADPH以及二氧化碳转化为有机物质。
三、光合作用与植物生长发育的关系光合作用对植物的生长发育至关重要。
以下是光合作用与植物生长发育的关系：1. 有机物质生产：光合作用通过合成有机物质，为植物提供能量和碳源，这是植物生长发育的基础。
2. 植物呼吸：光合作用产生的有机物质可以用于植物的呼吸作用，为细胞提供能量。
3. 水分蒸腾：光合作用产生的氧气在植物的叶片中释放出来，同时植物通过气孔释放过量的水分。
这种蒸腾作用有助于维持植物体内的水分平衡。
4. 植物形态：光合作用的强弱和植物的形态发育密切相关。
植物生理学-第四章ppt课件
第二节 叶绿体与光合色素
一、叶 绿 体
二、光合色素
1 分类
叶绿素类 (chlorophyll)
类胡萝卜素类 (carotenoid)
叶绿素类a
(蓝绿色)
叶绿素类b
(黄绿色)
磷 光
~ 31千卡
叶绿素分子受光激发时电子能量水平图解
叶绿素的生物合成
合成前体： ð- 氨基酮戊酸
合成途径：
合成条件：
光照 温度 矿质元素
光合作用的机理
原初反应
光
反 应 电子传递和
光合磷酸化
光能的吸收、传递与转换
（光能转换成电能）
基粒片层上
（电能 活跃的化学能）
暗 反 碳素同化 应
（活跃的化学能
H2O的光解和O2的释放，但不能形 成NADPH。（NADP+不足）
光合磷酸化机理
化学渗透学说（P. Mitchell 1961）
第四节 二氧化碳的固定与还原
• C3 途径（还原的戊糖途径、卡尔文循环
The Calvin cycle）：C3植物
• C4 途径(C4 pathway)（四碳双羧酸途径）：
电子传递和光合磷酸化(photophosphorylation) （电能转换成活跃的化学能）
两个光系统
光合链（“Z”链）
光系统 I ： 光系统 II ：
证明：“红降”现象 双光增益效应（爱默生效应Emerson effect）
光合电子传递链（“Z”链）
光合磷酸化
在光下叶绿体把光合电子传递与磷
photophosphorylation 酸化作用相偶联，使ADP与Pi形
植物的光合作用
植物的光合作用植物的光合作用是一种重要的生物化学过程，通过这一过程，植物能够利用光能将二氧化碳与水转化为有机物质，同时释放出氧气。
光合作用不仅对植物本身的生长和发育起着重要的促进作用，还为整个生态系统的平衡提供了支持。
1. 光合作用的基本过程光合作用发生在植物的叶绿体中。
故名思意，光合作用的核心在于光能的转化。
首先，植物吸收来自太阳的光能，这个过程通过叶绿素来完成。
然后，光能被转化为化学能，用于将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气。
这一过程主要包括光能被吸收、光合色素的激发、电子传递、光化学反应等步骤。
光合作用的最终产物为葡萄糖，它是植物维持生命活动所必需的有机物质。
2. 光合作用对植物的生长发育的影响光合作用是植物生长发育的基础和动力。
通过光合作用，植物能够合成足够的葡萄糖来供应生命活动所需的能量。
葡萄糖不仅是植物的能源来源，还是构建细胞壁、蛋白质和核酸等生物大分子的重要原料。
如果植物缺乏光合作用，其生长会受限制，可能导致植株体型矮小、叶片发黄等现象。
此外，光合作用还对植物的形态发育和物质积累起着至关重要的作用。
光合作用的光合产物葡萄糖可以储存为淀粉，使得植物在光照不足或夜间没有光照的情况下仍能正常生长。
光合作用还能调控植物的开花、开花时间和果实成熟的过程。
因此，在调节植物的生长和开花时间上，光合作用起着关键的调控作用。
3. 光合作用对环境的影响光合作用是地球上最重要的化学反应之一，对整个生态系统有着重要的影响。
通过光合作用，植物能产生大量的氧气，维持了地球上氧气的丰富，为人类和其他生物提供了呼吸的氧气。
另一方面，植物通过光合作用吸收二氧化碳，从而减缓了全球气候变化的速率，起到了地球的“绿肺”作用。
光合作用还通过植物的生长和繁殖对土壤和水源的保护起着重要作用。
植物通过光合作用合成的有机物质可用于生物修复和修补土壤，改善土壤的肥力和结构，促进土壤固碳和保水。
此外，水生植物通过光合作用将水中的有机物质分解，提高水体的透明度和氧含量，维持水体生态的平衡。
第四章植物的光合作用知识要点
第四章植物的光合作用一、教学大纲基本要求了解光合作用的概念、意义、研究历史、光合作用总反应式；了解叶绿体的结构、光合色素的种类；了解光合作用过程以及能量吸收转变的情况；了解光合碳同化的基本生化途径以及不同碳同化类型植物的特性；理解光呼吸的含义、基本生化途径和可能的生理意义；了解光合作用的测定方法；了解影响光合作用的内部和外部因素；理解光合作用与作物产量的关系；掌握提高光能利用率的途径与措施。
二、本章知识要点（一）名词解释1．光合作用(photosynthesis) 常指绿色植物吸收光能，把二氧化碳和水合成有机物，同时释放氧气的过程。
从广义上讲，光合作用是光养生物利用光能把二氧化碳合成有机物的过程。
2.碳素同化作用(carbon assimilation) 自养植物吸收二氧化碳，将其转变成有机物质的过程。
植物的碳素同化作用包括细菌光合作用、绿色植物的光合作用和化能合成作用三种类型。
3．光合细菌(photobacteria) ：能进行光合作用的一类原核生物。
可分为两类：一些仅有光系统Ⅰ，是不释放分子氧的种类，属于无氧光细菌亚纲，包括红螺菌目和绿菌目；另一些有光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是释放分子氧的种类，属于生氧光细菌亚纲，包括蓝细菌目（又称蓝绿藻）和原绿菌目。
4．希尔反应(Hill reaction) 离体叶绿体在有适当的电子受体存在时，光下分解水并放出氧气的反应。
希尔(Robert.Hill，1939)发现在分离的叶绿体(实际是被膜破裂的叶绿体)悬浮液中加入适当的电子受体(如草酸铁)，照光时可使水分解而释放氧气，(同时高铁盐被还原成低铁盐)，这个反应被称为希尔反应。
其中的电子受体被称为希尔氧化剂。
5．光反应(light reaction) 光合作用中需要光的反应。
为发生在类囊体上的光的吸收、传递与转换、电子传递和光合磷酸化等反应的总称。
6．暗反应(dark reaction) 光合作用中的酶促反应，即发生在叶绿体间质中的同化二氧化碳生成碳水化合物等有机物的反应。
植物的光合作用
植物的光合作用植物的光合作用是指植物利用太阳能将水和二氧化碳转化为有机物质的过程。
这个过程是植物生长与发育的基础，同时也是维持地球生态平衡的重要环节。
本文将从光合作用的定义、光合作用的步骤、光合作用的影响因素以及光合作用对人类的重要意义等方面加以论述。
一、光合作用的定义光合作用是指植物通过叶绿体中的叶绿素吸收太阳能，利用光能将水和二氧化碳转化为有机物质的化学反应过程。
光合作用是一种细胞内的代谢过程，其方程式可以表示为：6CO2 + 6H2O + 光能→ C6H12O6 + 6O2这个方程式显示了光合作用的反应物和产物，即二氧化碳、水、光能与葡萄糖和氧气的关系。
二、光合作用的步骤光合作用可分为光能捕捉和碳固定两个主要步骤。
1. 光能捕捉：植物的叶片中含有大量的叶绿体，其中的叶绿素可以吸收光能。
当叶绿体中的叶绿素吸收到光能时，它们将其转化为化学能，并将该能量传递给光合色素复合物。
这个过程称为光合色素系统。
2. 碳固定：在光能捕捉的基础上，光合色素复合物将化学能传递给其他酶和辅酶，从而催化碳的固定。
在这个过程中，二氧化碳被还原为葡萄糖，并释放出氧气。
同时，还有一部分碳将以其他有机物的形式储存在植物体内。
三、光合作用的影响因素光合作用的效率受到多种因素的影响。
1. 光照强度：光照强度越高，植物光合作用的速率就越快。
然而，当光照强度过高时，光合作用的速率会受到光抑制的影响。
2. 温度：适宜的温度有利于酶的催化作用，从而促进光合作用的进行。
然而，过高或过低的温度都会影响酶的活性，导致光合作用受阻。
3. 二氧化碳浓度：二氧化碳是光合作用的底物之一，二氧化碳浓度的增加会促进光合作用的进行。
然而，大气中二氧化碳浓度的增加也可能导致气候变化等问题。
四、光合作用对人类的重要意义光合作用是维持地球生态平衡的重要过程，对人类具有重要意义。
1. 能源供应：光合作用产生的有机物质为植物提供了养分，也为人类提供了食物。
同时，光合作用释放的氧气为人类呼吸提供了必要的氧气。
植物的光合作用
植物的光合作用植物的光合作用是指植物利用日光能将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气的过程。
这是一种基本的生物化学反应，对于地球的生态平衡和氧气的供应至关重要。
本文将介绍光合作用的过程、作用机制以及对人类和环境的影响。
光合作用的过程光合作用可以分为两个主要阶段：光反应和暗反应。
在光反应中，植物利用叶绿素和其他辅助色素吸收阳光的能量，将其转化为化学能。
这个过程中产生的能量被用来生成ATP（三磷酸腺苷）和NADPH（还原型辅酶），作为暗反应的能量来源。
暗反应中，植物利用ATP和NADPH，将二氧化碳还原为有机物质。
这个过程主要发生在植物叶绿体中的基质中，并且依赖于酶的催化作用。
最终产生的有机物质包括葡萄糖、淀粉和纤维素等，为植物提供能量和生长发育所需的营养物质。
光合作用的作用机制光合作用是植物生长和发育的重要过程，同时也为整个地球生态系统的平衡发挥着至关重要的作用。
首先，光合作用可以产生氧气。
植物通过光合作用释放出大量的氧气，维持了地球大气中氧气的丰富。
同时，氧气也是动物呼吸所必需的，植物的光合作用为动物提供了氧气的来源。
其次，光合作用使植物能够合成有机物质。
通过光合作用，植物将二氧化碳转化为有机物质，这些有机物质为植物提供了能量和养分，使植物能够正常生长和繁殖。
同时，植物的光合作用也为整个食物链提供了底层的营养物质。
光合作用对人类和环境的影响光合作用对人类和环境都有着重要的影响。
首先，光合作用为人类提供了食物。
大部分人类食物链的起始点都是植物的光合作用。
粮食作物、果实和蔬菜等都是依赖于光合作用为主要能量来源的植物所生产的。
因此，光合作用的效率和植物的生产力对于粮食安全和人类的健康至关重要。
其次，光合作用还能够净化环境。
植物通过光合作用吸收二氧化碳，减少了大气中的温室气体含量，缓解了全球气候变暖的问题。
同时，植物光合作用还可以吸收空气中的有害气体和颗粒物，减少大气污染，改善空气质量。
此外，光合作用对调节水循环和保持水资源稳定也起着重要作用。
第四章植物的光合作用
第四章植物的光合作用一、练习题目(一)填空1．实测表明，离体叶绿素的荧光强度较高，为_____，活体叶绿素的荧光强度较低，为______。
2．在光合过程中，主要是_____和_____两种元素发生了电子得失。
3．高等绿色植物的叶绿体随_____与_____而发生移动。
4．光合色素传递光量子是以_____方式，因为它们具有一系列的_____体系。
5．C4植物淀粉是在_____ 中形成的，而C4植物是在_____中形成的。
6．光合过程中，淀粉形成的部位是在_____，蔗糖形成的部位是在_____。
7．在生长季节，影响作物光呼吸的外界条件是_____、_____、_____。
8．C4植物的CO2补偿点是_____，C3植物的CO2补偿点是_____。
9．光合作用的反应中心包括：______、_____、_____。
10．叶绿素分子中有两个羧基，分别是被_____与_____酯化。
11. 胡萝卜素有_____ 种同分异构体，其中以_____胡萝卜奉含量最高。
12．菠菜叶片光合色素纸层析的色素环，自内向外依次是：_____、_____、_____、_____；其颜色分别为_____、_____、_____、_____。
13．叶绿索提取液透射光视之呈_____色，反射光视之呈_____色。
14．鲜嫩菠菜叶片光合色素的95％酒精提取液，进行皂化反应时，有时呈现出三层：上层为_____色，内含_____素；中层为_____色，内含_____素。
15．在制液浸标本时，常预先用CuS04溶液处理，其目的是_____，其原因是_____。
16．光合作用的原初反应是在_____进行的。
17．PSI的反应中心色素是_____，PSⅡ的反应中心色素是_____。
18．推测光合作用包含两个光化学反应的证据是_____、_____。
19．按照功能，光合色素可分为_____和_____。
20．C3植物、C4植物和CAM植物固定CO2的受体分别是_____、_____、_____。
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光合作用(photosynthesis)
通常是指绿色植物吸收光能，把二氧化 碳和水合成有机物，同时释放氧气的过 程。 6CO2 + 6H2O
光能
叶绿体
C6H12O6 + 6O2
绿色植物和光合细菌都能利用光能将 CO2合成有机物，它们是光养生物。 从广义上讲，所谓光合作用，是指光养 生物利用光能把CO2合成有机物的过 程。
●内部因素
1.叶龄 2.叶的结构
●光合产物的输出 ●外部因素
1.光照 2.CO2 3.温度 4.水分 5.矿质营养 6.光合速率的日变化
光强-光合曲线
光补偿点 (light compensation point)
O
DPGA
CO
OP
CHO
HCOH
CH2O P
+
NADPH
+
H+
HCOH + NADP+ + Pi
CH2O P
DPGA
PGAld
再生阶段(regeneration phase)
C3途径的总反应式可写成：
3CO2+9ATP+6NADPH+3H2O+3RuBP PGAld+9ADP+9Pi+6NADP+
光合色素的吸收光谱
●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a和叶绿素b的吸收光谱很相似，但略有不同： 叶绿素a在红光区的吸收峰>叶绿素b，而蓝光区的吸收 峰<叶绿素b。 ●类胡萝卜素的吸收带在400～500nm的蓝紫光区，它 们基本不吸收红、橙、黄光，从而呈现橙黄色或黄色。
基质及内含物
●被膜以内的基础物质称为基质(stroma)，基质 以水为主体，内含多种离子、低分子的有机物， 以及多种可溶性蛋白质等; ●基质是进行碳同化的场所，它含有还原CO2与 合成淀粉的全部酶系; ●有淀粉粒(starch grain)与质体小球 (plastoglobulus)
类囊体
类囊体(thylakoid)是由单层膜围起的扁平小囊。
E2 热 E1
第二单线态
第一单线态 热 三线态 荧 光 热 磷 光 热 430 nm 670 nm
能 量 E0
吸 收
吸 收
光合作用机理
●光反应(light reaction)：必须在光下 才能进行的，由光所引起的光化学反 应。 ●暗反应(dark reaction)：在暗处进行 的，由若干酶所催化的化学反应。 光反应在类囊体上进行；暗反应在叶绿 体的基质中进行。
类囊体分为二类：
●一类是基粒类囊体(grana thlylakoid)，或称基粒 片层(grana lamella)，每个基粒是由两个以上的类囊 体垛叠在一起,像一叠镍币一样,这些类囊体称基粒类 囊体。 ●另一类是基质类囊体(stroma thylakoid),又称基质 片层(stroma lamella)，伸展在基质中彼此不重叠。
2H2O
光子
O2 + 4 H+ + 4e-
电子从PSII向PSI的传递
光合磷酸化
非循环光合磷酸化 循环光合磷酸化
ATP合酶
第四章 第三节 碳同化
将ATP和NADPH中活跃的化学能,转换为储存 在糖类中稳定的化学能,在较长时间内供给生 命活动的需要. C3途径(C3 pathway) C4途径(C4 pathway) CAM(景天科酸代谢，Crassulacean acid metabolism)途径
P·A→ P*·A → P+·AD·〔P+·A-〕·A1 →D+·〔P·A〕·A1-
D：原初电子供体；P：反应中心色素；A：原 初电子受体；A1：次级电子受体
−2.0
P700* A0 Fd P680* Pheo FNR NADPH
Em (volts)
0
PQ Cytb6/f PC P700 H2O P680 Light Light
类囊体膜上含有蛋白复合体，主要有四类(图
4-5)，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)。
1.5
Photosystem II
Photosystem I
●PSⅠ和PSⅡ反应中心色素的电子供体很相似，都 是由两个叶绿素a分子组成的二聚体，分别用 P700、P680来表示。这里P代表色素(pigment)。 ●PSⅠ的原初电子受体是叶绿素分子(A0)，PSⅡ的 原初电子受体是去镁叶绿素分子(Pheo)
羧化阶段(carboxylation phase)
核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RuBP carboxylase/oxygenase,亦称Rubisco)
还原阶段(reduction phase)
O
COOH HCOH
CH2O P
CO
+
ATP
Mg2+
OP
HCOH
CH2O P
+
ADP
PGA
光合作用的重要性
●把无机物变成有机物 ●蓄积太阳能量 ●环境保护
第二节 光反应
叶绿体和光合色素
叶绿体
叶绿体（chloroplast）是光合作用最重要的细 胞器。
叶绿体的形态及分布 形态
高等植物的叶绿体大多呈扁平椭圆形。
分布
叶肉细胞中的叶绿体较多分布在与空气接触的 质膜旁。
运动
叶绿体在细胞中不仅可随原生质环流运动，而 且可随光照的方向和强度而运动。 在弱光下，叶绿体以扁平的一面向光以接受较 多的光能； 而在强光下，叶绿体的扁平面与光照方向平 行，不致吸收过多强光而引起结构的破坏和功 能的丧失。
光合色素
在光合作用的反应中吸收光能的色素称为光合 色素，主要有三种类型：叶绿素、类胡萝卜素 和藻胆素。高等植物中含有前两类，藻胆素仅 存在于藻类中。
叶绿素
●植物的叶绿素包括a、b、c、d四种。高等 植物中含有a、b两种，叶绿素c、d存在于藻 类中; ●叶绿素a(Chl a)呈蓝绿色，叶绿素b(Chl b) 呈黄绿色，分子量分别为892和906; ●叶绿素是双羧酸的酯，其中一个羧基被甲醇 所酯化，另一个被叶绿醇所酯化 。
第四章植物的光合作用 第一节 引论
细菌光合作用
能进行光合作用的细菌称之为光合细菌 (photosynthetic bacteria)。光合细菌包括蓝细菌、紫 细菌和绿细菌等。 紫色硫细菌(purple-sulfur bacteria)和绿色硫细菌 (green-sulfur bacteria)利用H2S为氢供体，在光下同化 CO2： CO2+2H2S→(CH2O)+2S+H2O 光合细菌在光下同化CO2而没有O2的释放。 细菌光合作用是指光合细菌利用光能，以某些无机物 或有机物作供氢体，将CO2还原成有机物的过程。
PSⅡ复合体
PSⅡ的生理功能是利用光能，氧化水和还原质 体醌，这两个反应分别在类囊体膜的两侧进 行，即在腔一侧氧化水释放质子，在基质一侧 还原质体醌。
●PSⅡ复合体的组成与反应中心中的电子传递
聚光色素复合体Ⅱ、反应中心、放氧复合体、等亚 单位组成
•水的氧化与放氧
放氧复合体(oxygen-evolving complex，OEC) 又称M，在PSⅡ靠近类囊体膜腔表面。
光合链是指定位在光合膜上的，由多个电子传 递体组成的电子传递的总轨道。 希尔(1960)等人提出并经后人修正与补充的“Z” 方案(“Z” scheme)，即电子传递是在两个光系 统串联配合下完成的，电子传递体按氧化还原 电位高低排列，使电子传递链呈侧写的“Z”形。
−2.0
P700* A0 Fd P680* Pheo FNR NADPH
类型
进入维管 束鞘细胞 脱羧 部位 的C4酸
脱羧酶
返回叶肉 细胞的主 要C3酸
丙酮酸 丙氨酸
植物种类
玉米甘蔗高梁 狗尾草马齿苋
NADP苹果酸酶类型 苹果酸 叶绿体 依赖NADP苹果酸酶 NAD苹果酸酶类型 天冬氨酸 线粒体 依赖NAD苹果酸酶
PEP羧化激酶类型 天冬氨酸 细胞质 PEP羧化激酶 丙酮酸和丙氨酸 羊草非洲鼠尾粟
双光增益效应
原初反应(primary reaction)
是指从光合色素分子被光激发，到引起 第一个光化学反应为止的过程，它包括 光能的吸收、传递与光化学反应。
光合反应中心至少包括反应中心色素，原初
电子受体，原初电子供体。
光化学反应：原初反应的光化学反应实际就
是由光引起的反应中心色素分子与原初电子受 体间的氧化还原反应。
类胡萝卜素
●类胡萝卜素(carotenoid)是由8个异戊二烯形成 的，分子的两端各有一个不饱和的紫罗兰酮环，它 们不溶于水而溶于有机溶剂。 ●类胡萝卜素包括胡萝卜素(carotene,C40H56O2)和 叶黄素(xanthophyll, C40H56O2)。前者呈橙黄 色，后者呈黄色。 ●胡萝卜素是不饱和的碳氢化合物，有α、β、γ 三种同分异构体，其中以β-胡萝卜素在植物体内含 量最多。
景天科酸气, 释放CO2的反应。 (1)仅在光下发生; (2)需叶绿体参与; (3)与光合作用同时发生。 故称作为光呼吸(photorespiration), 又称乙醇酸氧化途径。
耗氧反应部位有两处，一 是叶绿体中的Rubisco加 氧反应，二是过氧化体中 的乙醇酸氧化反应。 脱羧反应则在线粒体中进 行，2个甘氨酸形成1个丝 氨酸时脱下1分子CO2。
因为光呼吸底物乙醇酸 和其氧化产物乙醛酸， 以及后者经转氨作用形 成的甘氨酸皆为C2化合 物，因此光呼吸途径又 称为C2光呼吸碳氧化循 环(C2photorespiration carbon oxidation cycle, PCO循环)，简称C2循 环。