第03章 光合作用

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+。
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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。
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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。
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
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。
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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
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。
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
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。
（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5.35 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）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）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）。
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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。
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。
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1.CO2 1.CO2的固定 CO2的固定 CH2O P C=0 Mg2+ HCOH+*CO2+H2O
①
CH2O HCOH
*COOH
P +