第03章 光合作用

（二）激发能的传递和作用中心对激发能的捕获 （图3 - 9 ） （三）光化学反应 指作用中心色素分子吸收光能后所引起的氧化 还原反应，也就是电荷分离， 还原反应，也就是电荷分离，将光能转换为电能的 过程
光 D+.P.AD.P.A D.P*.A D.P+.AP-作用中心色素、A-原初电子受体、D-原初电子供体 作用中心色素、 原初电子受体、
（二）是太阳能转变成稳定的化学能的主要途径。 是太阳能转变成稳定的化学能的主要途径。
将5×1011J日光能转化为化学能
（三）维持大气中氧气和CO2的平衡，保护环境。 维持大气中氧气和CO 的平衡，保护环境。
释放出Байду номын сангаас.35 释放出5.35×1011t 氧气 5.35×
(四) 作物产量构成的主要因素。 作物产量构成的主要因素。
（二）光合电子传递链
连接两个光系统以及H NADP之间的传递电子的物质 之间的传递电子的物质。 连接两个光系统以及H2O和NADP之间的传递电子的物质。 叫光合电子传递链，简称光合链（图3-10，）。光合链在 叫光合电子传递链，简称光合链（ 10，）。
类囊体上的排列和电子与质子的传递（ 类囊体上的排列和电子与质子的传递（ 3-11）。
主目录 本章目录 退 出
三、光合色素的光学特性 1.辐射能量 1.辐射能量 E=Nhν E=Nhν=Nhc/λ 2.吸收光谱（ 2.吸收光谱（图3-6） 吸收光谱 叶绿素吸收光谱的两个最强区：红光区640叶绿素吸收光谱的两个最强区：红光区640640 660nm蓝紫光区430-450nm。 660nm蓝紫光区430-450nm。 蓝紫光区430 类胡萝卜素的最大吸收带在蓝紫光部分。 类胡萝卜素的最大吸收带在蓝紫光部分。 3.荧光现象和磷光现象( 3.荧光现象和磷光现象(图3-7) 荧光现象和磷光现象 光子的能量与波长成反比。 光子的能量与波长成反比。
作物产量 =光合速率× 光合面积×光合时间×经 光合速率× 光合面积×光合时间× 济系数
第二节 叶绿体及叶绿体色素
chloroplast and chloroplast pigments
一、叶绿体的结构和成分 （一）叶绿体的形态结构（图3-1） 叶绿体的形态结构（ 被膜、间质、类囊体（光合膜） 被膜、间质、类囊体（光合膜） （二）叶绿体的成分 叶绿体的化学成分：75%的水、蛋白质、脂类、 叶绿体的化学成分：75%的水、蛋白质、脂类、 的水 色素和无机盐。 色素和无机盐。
四、二氧化碳同化 （一）C3途径
光合作用最先生成的有机物是含有三个碳的 3-PGA，称为C3途径。又称卡尔文循环、卡尔文-PGA，称为C 途径。又称卡尔文循环、卡尔文-本生循环或光合环。 本生循环或光合环。它是所有植物光合作用碳同 化的基本的和共同具有的途径。 化的基本的和共同具有的途径。
主目录
本章目录
主目录
本章目录
退 出
四、叶绿素的形成
1.叶绿素的生物合成（ 1.叶绿素的生物合成（图3-8） 叶绿素的生物合成 2.影响叶绿素形成的条件 2.影响叶绿素形成的条件 原叶绿酸酯转变为叶绿酸酯需要光照； 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. 叶绿素会被氧化. 最低温2 最适温30 最高温40 ②温：最低温2 ℃ 、最适温30 ℃ 、最高温40 ℃ ，高 温下叶绿素分解大于合成。 温下叶绿素分解大于合成。 营养物：（ ：（N Mg、Fe、Mn、Cu、Zn等 ③营养物：（N、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn等）。 缺氧引起Mg 原卟啉Ⅸ Mg-原卟啉甲酯积累， Mg④氧：缺氧引起Mg-原卟啉Ⅸ或Mg-原卟啉甲酯积累，影响 叶绿素合成。 叶绿素合成。 影响叶绿素的合成,缺水使叶绿素分解加剧。 ⑤水：影响叶绿素的合成,缺水使叶绿素分解加剧。 3.植物的叶色 3.植物的叶色 叶绿素:类胡萝卜素=3:1 叶绿素a:叶绿素b=3:1 a:叶绿素 叶绿素:类胡萝卜素=3:1 叶绿素a:叶绿素b=3:1 叶黄素:胡萝卜素=2:1 阴生植物叶绿素a:叶绿素b =2:1； a:叶绿素 叶黄素:胡萝卜素=2:1；阴生植物叶绿素a:叶绿素b＜3:1
退 出
effect） effect）
红降和双光增益效应证明：光合作用存在两个光系统； 红降和双光增益效应证明：光合作用存在两个光系统；并且
光系统I photosystemI，简称PSI）：在类囊体膜的 光系统I（photosystemI，简称PSI）：在类囊体膜的 PSI）： 外侧， PSI的作用中心色素分子是 的作用中心色素分子是P 是长波光反应， 外侧， PSI的作用中心色素分子是P700。是长波光反应，其 主要特征是NADP的还原。 主要特征是NADP的还原。 NADP的还原 光系统II（photosystemII，简称PSII）：在类囊体膜 光系统II（photosystemII，简称PSII）：在类囊体膜 II PSII）： 内侧。 PSII的作用中心色素分子是 680。是短波光反应， 的作用中心色素分子是P 内侧。 PSII的作用中心色素分子是P680。是短波光反应，其 主要特征是H 的光解和放氧。 主要特征是H2O的光解和放氧。
2.叶绿素的理化性质 2.叶绿素的理化性质 （1）叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色 叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b 不溶于水， （2）不溶于水，溶于有机溶剂 （3）皂化反应
COOCH3 C32H30ON4Mg 叶绿素a 叶绿素a +2KOH COOC20H39 C32H30ON4Mg COOK + CH3OH+CH20H39OH COOK 叶绿素a 甲醇 叶绿醇 叶绿素a的钾盐
第三章 光合作用 Photosynthesis of plant
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 光合作用的重要性 叶绿体及叶绿体色素 光合作用的机理 光呼吸 影响光合作用的因素 植物对光能的利用
第一节光合作用的重要性 第一节光合作用的重要性 Importances of photosynthesis
1.非环式电子传递链（ 方案） 1.非环式电子传递链（Z方案） 非环式电子传递链 2.环式电子传递链 2.环式电子传递链 3.假环式电子传递链 3.假环式电子传递链
三、光合磷酸化
概念：叶绿体在光下把无机磷和ADP转化成ATP。 概念：叶绿体在光下把无机磷和ADP转化成ATP。 ADP转化成ATP （一）光合磷酸化的类型 1.非循环式光合磷酸化 1.非循环式光合磷酸化 2ADP+2Pi+2NADP++2H2O 光 2ATP+2NADPH+O2 2.循环式光合磷酸化 2.循环式光合磷酸化 光 ADP +Pi ATP 3.ATP合成酶：头部（CF1）和柄部（CF0）组成，CF1在 3.ATP合成酶：头部（ 和柄部（ 组成， 合成酶 类囊体表面， 伸入类囊体内部。 βγδε） 类囊体表面， CF0伸入类囊体内部。 CF1有（3α3βγδε） 种多肽; 种多肽， 5种多肽; CF0有a、b、b、、c12 4种多肽，横跨类囊体膜 组成质子通道（ 13） 组成质子通道（图3-13） (二)光合磷酸化的机理 米切尔(P.Mitchell)提出的化学渗透学说 提出的化学渗透学说（ 14） 米切尔(P.Mitchell)提出的化学渗透学说（图3-14） 同化力:ATP.NADPH。 同化力:ATP.NADPH。
主目录 本章目录 退 出
第三节 光合作用的机理 Mechanisms of photosynthesis
一、原初反应（primary reaction） 原初反应（ ）
指光能的吸收、传递和转换的过程，是光合色素吸收 光能的吸收、传递和转换的过程， 光能后所引起的光物理和光化学过程。 光能后所引起的光物理和光化学过程。 （一）光能的吸收和色素分子激发态的形成 光合单位( unit)是指结合在类囊体膜 光合单位(photosynthetic unit)是指结合在类囊体膜 上能进行光合作用的最小结构单位。光合单位= 上能进行光合作用的最小结构单位。光合单位=聚光色素系 反应中心,每个光合单位约含250--300 250--300个叶绿体色素分 统+反应中心,每个光合单位约含250--300个叶绿体色素分 子。 聚光色素(lightpigment)： 聚光色素(light-harvesting pigment)：只起吸收和 传递光能的色素分子。 传递光能的色素分子。 反应中心色素( pigment)： 反应中心色素(reaction centre pigment)：少数的特 殊状态的叶绿素a分子，有捕获和聚集光能， 殊状态的叶绿素a分子，有捕获和聚集光能，并将光能转换 为电动势的功能。 为电动势的功能。
②
ADP
C=0 NADPH+H NADP+ 0 P Pi HCOH
③
CHO HCOH CH2O G3P P
CH2O P PGA
CH2O DPGA
P
3.RuBP的再生( 3.RuBP的再生(图3-14) RuBP的再生 14)
主目录 本章目录 退 出
光合作用的最终电子供体是水，最终电子受体 光合作用的最终电子供体是水， 为NADP+。
主目录 本章目录 退 出
二、电子传递和光合放氧
（一）两个光系统 红降（ drop）：在大于680nm的红光照射下 ）：在大于680nm的红光照射下， 红降（red drop）：在大于680nm的红光照射下，光合 作用的量子产额急剧下降，这种现象称为红降。 作用的量子产额急剧下降，这种现象称为红降。 量子产额（量子效率）：指每吸收一个光量子所合成的 量子产额（量子效率）：指每吸收一个光量子所合成的 ）： 光合产物的量或释放的氧气的量。 光合产物的量或释放的氧气的量。 量子需要量： 量子需要量：指释放一分子氧或还原一分子二氧化碳所 需要的光量子数。一般为8个光量子。 需要的光量子数。一般为8个光量子。 双光增益效应或爱默生效应（ 双光增益效应或爱默生效应（Emerson 可以独立或者接力完成光反应过程。 可以独立或者接力完成光反应过程。
二、光合色素的化学特性 （一）叶绿素 1.叶绿素（chlorophyll）的分子结构（ 1.叶绿素（chlorophyll）的分子结构（图3-2） 叶绿素 COOCH3 叶绿素a 叶绿素a C32H30ON4Mg COOC20H39 COOCH3 叶绿素b 叶绿素b C32H28O2N4Mg COOC20H39
退 出
1.CO2 1.CO2的固定 CO2的固定 CH2O P C=0 Mg2+ HCOH+*CO2+H2O
①
CH2O HCOH
*COOH
P +
COOH HCOH CH2O PGA P
HCOH CH2O P RuBP
PGA
主目录
本章目录
退 出
2.CO 2.CO2的还原 COOH ATP HCOH
一、光合作用的概念 CO2+H2O ————→（CH2O）+ ————→
绿色细胞 氧化 光 能
O2
H2O+CO2 ————→ （CH2O）+ H20 + O2 ————→
绿色细胞
光能
还原
二、光合作用的意义 （一）是无机物转变成有机物的主要途径。 是无机物转变成有机物的主要途径。
每年地球光合作用合成5 每年地球光合作用合成5×1011t有机物
所置换。 （4）卟啉环中的镁可被H+或Cu2+所置换。 卟啉环中的镁可被H （5）容易被光分解 吸收和传递光能 3.在光合中的作用 3.在光合中的作用 少量叶绿素a 少量叶绿素a转化光能
（二）类胡萝卜素 1.类胡萝卜素结构：含胡萝卜素和叶黄素， 1.类胡萝卜素结构：含胡萝卜素和叶黄素，前者分 类胡萝卜素结构 子式为C 后者分子式是C 子式为C40H56；后者分子式是C40H56O2，分子结构如 （图3 - 3 ） 2.溶解性：不溶于水，易溶于有机溶剂。 2.溶解性：不溶于水，易溶于有机溶剂。 溶解性 3.颜色：胡萝卜素呈橙黄色，叶黄素呈黄色。 3.颜色：胡萝卜素呈橙黄色，叶黄素呈黄色。 颜色 4.在光合中的作用：可吸收和传递光能； 4.在光合中的作用：可吸收和传递光能；还可保护 在光合中的作用 叶绿素分子，使其在强光下不致被光氧化而破坏。 叶绿素分子，使其在强光下不致被光氧化而破坏。