光合作用与生物固氮
生物固氮
3、从海洋的不同深 度采集到四种类型 浮游植物（Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、Ⅳ），测定了 每种类型在不同光 照强度下光合作用 效率，如下图所示， 在最深的海域采集 到的应是（ ）
Ａ.Ⅰ Ｃ.Ⅲ
Ｄ.Ⅳ
Ｄ Ｂ.Ⅱ
练习
4、右图显示了四联藻光合作用 速度与环境因素之间的关系：
A
光照强度 （1）在光线弱的情况下，光合作用速度与_________ 成正比增加，这种情况可以认为光合作用的速度受 光照强度 _________的影响。 （2）当光照强度一定时，光合作用速度取决于_____， 温度 这种情况可以认为光合作用的速度主要取决于____的 催化效率。 酶 （3）请画出光照强度为A时，光合速率与温度的变化 曲线
练习
5.根瘤菌在根内不断繁殖，并且刺激根内的 一些细胞分裂，进而使该处的组织逐渐膨大， 形成根瘤，其刺激的细胞是 （ ）B A、厚壁细胞 B、薄壁细胞
C、表皮细胞
D叙述中，不正确的一项是 （ D） A、根瘤菌可以单独着生，也可以聚集在一起 生在根上 B、一般豆科植物的主根和侧根上都可以着生 根瘤
光 O2 合 释 速 放 率
0 A： C3植物 B
A CO2浓度 B： C4植物
（三）二氧化碳的供应
空气中的CO2一般占空气体积的0.03%， 当植物旺盛生长时，所需的CO2就更多，若 只靠空气中CO2本身的浓度差所造成的扩散 作用满足不了CO2的需求。
• 如何提高空气中CO2的浓度？ 作物需要良好的通风，使大量空气通 过叶面，使光合作用正常进行。
类囊体
ATP ADP+Pi
2C3
NADPH
NADP+
供
能
多 种 酶 催 化
氢
CO2
光合作用和生物固氮
第二章光合作用与生物固氮教材分析光合作用和生物固氮在理论上和实践上都有着重要的意义，是植物生理学中的热门研究领域。
对其机理的深入探索，有助于解决当今世界上如何经济有效地利用太阳能量，满足能源需求，解决粮食危机和进行环境保护等重大问题，为人类做出更大贡献。
通过本章教学，可以使学生在原有的学习基础上，运用物理、化学等知识，进一步深入了解光合作用和生物固氮的基础知识以及在农业生产上的应用，提高探索生物奥秘的兴趣，以积极的态度进行实践，保护自然环境。
本章包括《光合作用》和《生物固氮》两节内容和一个实验：《自生固氮菌的分离》。
第一节《光合作用》包括光能在叶绿体中的转换。
C3植物和C4植物和提高农作物的光合作用效率三部分内容。
光能在叶绿体中的转换内容与必修课中的光反应和暗反应阶段及色素的功能，特别是光反应阶段的知识内容衔接，进一步深层次讲述能量转换的三个步骤（光能转换成电能，电能转换成活跃的化学能，活跃的化学能转换成稳定化学能）。
着重在由光能转换成电能，电能转换成活跃的化学能的两个步骤中，突出与必修课中光反应阶段内容的区别，并借助两幅示意图，把光合作用过程中比较复杂抽象的内容形象化，使学生对能量转换过程，更易于理解。
C3植物和C4植物内容，教材从科学家发现CO2固定新途径的介绍开始，比较C3植物和C4植物在叶片结构上的特点和区别，使学生在此基础上学习C4植物的光合作用过程特点，从而理解C4植物比C3植物对CO2具有更高利用能力和具有较强光合作用效率的原因。
提高农作物光合作用效率的教学内容，是让学生运用已经学过的相关知识内容，从影响光合作用的光照强弱、二氧化碳的供应、必需矿质元素的供应等因素考虑，多层次、多侧面分析植物光合作用的强弱变化情况，自觉、主动、积极地应用于农业生产实践中，提高农作物的光合作用效率，达到增产增收的目的。
第二节《生物固氮》讲述固氮微生物的种类和生物固氮的简要过程，生物固氮在氮循环中的意义及在农业生产中的作用。
光合作用与生物固氮
暗反应 O2+4H++4e-
NADP++2e+H+
NADPH
ATP
ATP的形成： ADP + Pi + 电能
（活跃化学能） 酶
暗反应
• 场所： 叶绿体的基质 • 条件： 多种酶参与催化、ATP 、NADPH • 过程： CO2的固定： CO2的还原： ATP ADP+Pi
NADP+
NADPH
(CH2O)
CO2
光能在叶绿体中的转换
反应阶段 光反应 能量变化 光能转化成电能 物质变化 水在光下分解
电能转换成活跃 的化学能
活跃的化学能转 换成稳定化学能
NADPH的形成 ATP的形成
CO2的固定 CO2还原及糖类 等有机物的形成
暗反应
练习
1、在光合作用中，光能转换成电能时，电子 水 NADP+，ADP和Pi 。 来自___，最终传递给 2、在光合作用中，电能转换成的活跃的化学 能，是指储存在 NADPH和ATP 中的化学能。 3、在光合作用中，二氧化碳被固定时，既要 接受 NADPH和ATP 释放的能量，又要被 NADPH _________还原。
H+
NADPH
• 在电子传递过程中还形成了什么物质？ 写出其反应式。 ADP + Pi + 能量(电能)
酶
ATP
（二）电能转换成 活跃的化学能
• 电能转换成的活跃的化学能，贮存在什么 物质中？ 贮存在NADPH 和 ATP 中
• 活跃的化学能意味着什么? 意味着能量很容易释放，供暗反应阶 段合成有机物利用。
第二章
光合作用与生物固氮
《人体的调节与免疫》和《光合作用和生物固氮》――高考试题
《遗传和基因工程》和《细胞与细胞工程》――高考试题1．（09浙江理综）3．下列关于基因工程的叙述，错误的是A ．目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物B ．限制性核酸内切酶和DNA 连接酶是两类常用的工具酶C ．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性D ．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA 的细胞和促进目的基因的表达2．（09全国卷I ）4.下列关于植物体细胞杂交或植物细胞质遗传的叙述，错误的是A 利用植物体细胞杂交技术可以克服生殖隔离的限制，培育远缘杂种。
B 不同植物原生质体融合的过程属于植物体细胞杂交过程。
C 两个不同品种的紫茉莉杂交，正交反交F1的表现型一致。
D 两个不同品种的紫茉莉杂交，F 1的遗传物质来自母本的多余父本的。
3．(08江苏生物)2．线粒体DNA 上的基因所表达的酶与线粒体功能有关。
若线粒体DNA 受损伤，则下列细胞的功能受影响最大的是A ．红细胞吸收葡萄糖B ．小肠上皮细胞吸收水C ．神经细胞吸收K ＋D ．肺泡细胞吸收氧气4．(08理综Ⅰ)4．已知某种限制性内切酶在一线性DNA 分子上有3个酶切位点，如图中箭头所指，如果该线性DNA 分子在3个酶切位点上都被该酶切断，则会产生a 、b 、c 、d 四种不同长度的DNA片段。
现在多个上述线性DNA 分子，若在每个DNA 分子上至少有1个酶切位点被该酶切断，则从理论上讲，经该酶切后，这些线性DNA 分子最多能产生长度不同的DNA 片段种类数是A ．3B ．4C ．9D ．125．(10理综2)5．下列叙述符合基因工程概念的是A.B 淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B 淋巴细胞中的抗体基因B.将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株C.用紫外线照射青霉菌，使其DNA 发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株D.自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA 整合到细菌DNA 上6．(10山东理综)1．下列实例与基因的作用无关的是A ．细胞分裂素延迟植物衰老B ．极端低温导致细胞膜破裂C ．过量紫外线辐射导致皮肤癌D ．细菌感染导致B 淋巴细胞形成效应B （浆）细胞7．（天津理综）1．下列关于细胞基因复制与表达的叙述，正确的是A ．一种密码子可以编码多种氨基酸B ．基因的内含子能翻译成多肽C ．编码区增加一个碱基对，只会改变肽链上的一个氨基酸D ．DNA 分子经过复制后，子代DNA 分子中（C+T ）/（A+G ）=18．(江苏生物)16．下图为一个真核基因的结构示意图，根据图中所示，对该基因特点叙述正确的是A ．非编码区是外显子，编码区是内含子B ．非编码区对该基因转录不发挥作用C ．编码区是不连续的D ．有三个外显子和四个内含子9．（理综II ）4．下列有关基因工程中限制内切酶的描述，错误的是A ．一种限制性内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列B ．限制性内切酶的活性受温度的影响C ．限制性内切酶能识别和切割RNAD ．限制性内切酶可从原核生物中提取10．(北京理综)2．利用外源基因在受体细胞中表达，可生产人类所需要的产品。
生物固氮六要素
生物固氮六要素生物固氮六要素是指氮、磷、钾、钙、镁和硫，它们是植物生长和发育的重要元素，也是植物体内的重要组成部分。
氮是植物生长发育的重要元素，它可以促进植物的生长，增加植物的叶绿素含量，提高植物的光合作用，促进植物的营养吸收，增加植物的抗逆性，提高植物的产量。
磷是植物生长发育的重要元素，它可以促进植物的根系发育，增加植物的叶绿素含量，提高植物的光合作用，促进植物的营养吸收，增加植物的抗逆性，提高植物的产量。
钾是植物生长发育的重要元素，它可以促进植物的花芽发育，增加植物的叶绿素含量，提高植物的光合作用，促进植物的营养吸收，增加植物的抗逆性，提高植物的产量。
钙是植物生长发育的重要元素，它可以促进植物的细胞壁发育，增加植物的叶绿素含量，提高植物的光合作用，促进植物的营养吸收，增加植物的抗逆性，提高植物的产量。
镁是植物生长发育的重要元素，它可以促进植物的细胞分裂，增加植物的叶绿素含量，提高植物的光合作用，促进植物的营养吸收，增加植物的抗逆性，提高植物的产量。
硫是植物生长发育的重要元素，它可以促进植物的抗病性，增加植物的叶绿素含量，提高植物的光合作用，促进植物的营养吸收，增加植物的抗逆性，提高植物的产量。
生物固氮六要素是植物生长发育的重要元素，它们可以促进植物的生长发育，增加植物的叶绿素含量，提高植物的光合作用，促进植物的营养吸收，增加植物的抗逆性，提高植物的产量。
因此，在植物的生长发育过程中，要注意补充这六种元素，以保证植物的正常生长发育。
Biological nitrogen fixation six elements refer to nitrogen, phosphorus, potassium, calcium, magnesium and sulfur, which are important elements for plant growth and development, and also important components in plant body.Nitrogen is an important element for plant growth and development, which can promote plant growth, increase chlorophyll content, improve photosynthesis, promote nutrient absorption, increase plant resistance and improve yield.Phosphorus is an important element for plant growth and development, which can promote root development, increase chlorophyll content, improve photosynthesis, promote nutrient absorption, increase plant resistance and improve yield.Potassium。
光合作用与生物固氮
A代表处于特殊状态下的叶绿素a，B代表具有吸收和传递光能作用的色素，C和D代表传递电子的物质
②电能转换成活跃的化学能
O2
e-
A
C
h
h
H2O
H++e-
e-
NADP+
NADPH
NADP+
H+
2e-
+
+
NADPH
酶
随着光能转换成电能，NADP+得到两个电子和一个氢离子，就形成了NADPH。这样，一部分电能就转化成活跃的化学能储存在NADPH中。
第二章 光合作用与生物固氮
人类社会面临的危机
人口爆炸、环境污染、资源匮泛、能源短缺和粮食危机。
粮食危机严重地影响人类的生存和发展，是当今世界面临的重大问题之一。而我国可耕地面积只有世界总量的7%，却要养活世界人口的22%。如何解决十多亿人口的吃饭问题，是我国面临各种问题的重中之重！
耕地面积不可能增加，如何解决13亿多人口的吃饭问题？ 答案只有一个，那就是提高单位面积的粮食产量！也就是说，提高作物光合作用的效率是解决我国13亿人口吃饭问题的唯一出路！
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
B
脱离叶绿素a的电子，经过一系列的传递，最后传递给一种带正电荷的有机物——NADP+。失去电子的叶绿素a变成一种强氧化剂，能够从水分子中夺取电子，使水分子氧化生成氧分子和氢离子（H+），叶绿素a由于获得电子而恢复稳态。这样，在光的照射下，少数处于特殊状态的叶绿素a，连续不断地丢失电子和获得电子，从而形成电子流，使光能转换成电能。
考点4 光合作用和生物固氮
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考点4 光合作用和生物固氮一、选择题1. (2012·全国高考·T31)金鱼藻是一种高等沉水植物,有关研究结果如下图所示(图中净光合速率是指实际光合速率与呼吸速率之差,以每克鲜重每小时释放O2的微摩尔数表示)。
据图回答下列问题:(1)该研究探讨了对金鱼藻的影响。
其中,因变量是。
(2)该研究中净光合速率达到最大时的光照强度为lx。
在黑暗中,金鱼藻的呼吸速率是每克鲜重每小时消耗氧气μmol。
(3)该研究中净光合速率随pH变化而变化的主要原因是。
【解题指南】本题主要是通过实验和曲线的形式考查光合作用、酶等相关知识点,同时考查识图能力、数据处理能力和实验分析能力。
解答本题的关键是抓住坐标轴和曲线特殊转折点的含义及实验的目的。
【精讲精析】(1)NaHCO3能提供CO2,不同浓度的NaHCO3提供的CO2浓度不同,因此图c反映的是CO2浓度对净光合速率的影响;pH可以影响酶的活性,进而影响光合作用和呼吸作用的速率,所以图d反映的是pH 对净光合速率的影响。
实验过程中可以变化的因素称为变量,其中人为改变的量称为自变量,如图a和b中的光照强度、图c中的CO2浓度和图d中的pH。
随着自变量的变化而变化的量称为因变量,如图a、b、c和d中净光合速率(或每小时每克鲜重释放氧气的微摩尔数)就是因变量。
(2)由图b可以直接看出,光照强度为12.5×103 lx时,金鱼藻的净光合速率达到最大。
当光照强度为0时,金鱼藻只能进行呼吸作用,从图a可以直接看出,每克鲜重每小时消耗氧气8 μmol。
(3)pH对净光合速率的影响主要是通过影响光合作用和呼吸作用过程中所需酶的活性来实现的。
【参考答案】(1)光照强度、二氧化碳浓度和pH 净光合速率O2的释放速率(2)12.5×1038(3)pH的大小会影响光合作用和呼吸作用过程中所需酶的活性2. (2012·四川高考·T30)回答下列Ⅰ、Ⅱ小题。
光合作用和生物固氮(精)
第二章 光合作用和生物固氮一、单选题（每题的四个选项中，只有一个最符合题意要求）1. 叶绿体类囊体薄膜上能将光能转化成电能的物质是A. 全部叶绿素aB. 全部叶绿素bC. 部分类胡萝卜素D. 部分叶绿素a2. 失去电子的叶绿素a 是一种A. 强还原剂B. 强氧化剂C. 高能化合物D. 有机溶剂3. 由电能转化成的活跃化学能储存在A. NADPH ADP 和B. NADP ADP 和C. NADPH ATP 和D. NADP ATP 和4. 光合作用过程中，能在叶绿体的类囊体膜上完成的能量转换过程是A. 光能→电能→稳定的化学能B. 活跃的化学能→稳定的化学能→电能C. 光能→电能→活跃的化学能D. 光能→电能→活跃的化学能→稳定的化学能5. 光合作用过程中，活跃的化学能转变成稳定的化学能不需要的条件是A. 多种酶的催化B. ATP 供能C. NADPH 供能和供氢D. 光照6. 下列植物细胞的叶绿体中不含有基粒的是A. C 3植物叶肉细胞的叶绿体B. C 4植物维管束鞘细胞的叶绿体C. C 4植物叶肉细胞的叶绿体D. C 3植物保卫细胞的叶绿体7. 当周围空气中CO 2浓度降到很低时，对下列哪种作物的光合作用速率影响不大A. 小麦B. 水稻C. 甘蔗D. 小球藻8. C 4植物固定CO 2的物质是A. PEPB. C 5C. PEP C 和5D. C 49. C 4植物的C 4途径发生在A. 叶肉细胞的叶绿体内B. 维管束鞘细胞的叶绿体内C. 叶肉细胞的基质中D. 叶肉细胞和维管束鞘细胞的叶绿体内10. C 4植物比C 3植物固定CO 2的能力高，其原因是A. PEP 羧化酶与CO 2的亲合力高B. C 4植物能耐高温C. C 4植物的维管束细胞有叶绿体D. C 4植物叶肉细胞和维管束细胞的叶绿体都具有PEP 羧化酶11. 有些植物在春天开花时，叶子尚未生长出来，开花时期植物需要的能量主要来自A. 春天植物从土壤中吸收的矿质元素B. 春天植物从土壤中吸收的有机肥料C. 花瓣的光合作用D. 上一年贮存在植物体中的营养物质12. 如果各种作物都能够自行固氮，能够带来的好处是（1）提高产量 （2）节省能源 （3）保护环境 （4）减少竞争（5）有利于保持生态平衡A. （1）（2）（3）（5）B. （2）（3）（4）C. （1）（2）（5）D. （1）（2）（3）13. 叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，光能的吸收发生在叶绿体的A. 内膜上B. 基质中C. 囊状结构薄膜上D. 各部位上14. 绿色植物在暗室中不能A. 生长B. 呼吸C. 合成叶绿素D. 吸收矿质元素15. 将两根枝条分别置于营养液中。
七年级生物课件 第二章光合作用固氮
根瘤的形成过程
自生固氮微生物
在土壤中能独立进行固氮的 微生物 多数是一类叫自生固氮菌的细菌 (杆菌或短杆菌)
自生固氮微生物种类
圆褐固氮菌——好氧型自生固氮菌
梭菌——厌氧型自生固氮菌 固氮蓝藻：如念珠藻、颤藻 (异形胞内有固 氮酶)
自生固氮微生物 圆褐固氮菌
圆褐固氮菌生理功能
少环境污染
生物固氮的总量占地球上固氮总量的90%，
因而在自然界的氮循环中有重要作用
氮循环
N2
+e+H+ 固氮酶 氮循环
ATP
NH3 高能固氮 闪电 N2+O2 NO 2NO+O2 3NO2 +H2O
N2+3H2
高温高压 催化剂
2NH3
生物固氮
工业固氮
2NO2 2HNO3 +NO
氮循环
3.土壤通气不良对植物N素营养的影响 硝化作用
2NH3 + 3O2 2HNO2 + O2 6CO2 + 6H2O 酶 2HNO2 + 2H2O + 能量（化学能） 酶 2HNO3 + 能量（化学能） 酶 C6H12O6 + 6O2
化学能
氮循环中作用 根瘤菌 将N2合成氨
代Hale Waihona Puke 类型生态系统中地位异养需氧型 消费者 异养需氧型 分解者
化碳和 水转化成贮存能量的有机物，释
放氧气的过程
叶绿体内进行的复杂的 能量转换和物质变
换过程
光合作用过程
能量转变 光能转变为电能 电能转变为活跃的化学能 活跃的化学能转变为稳定 物质变化 水的光解、释放氧气 CO2的固定和还原 糖类等有机物形成
2011年高考生物试题(大纲版)分类汇编7 光合作用和生物固氮 Word版含解析
考点7 光合作用和生物固氮一、选择题1．(2011·全国卷)将生长状态一致的同一品种玉米植株分为甲、乙两组，甲组培养在适宜的光照条件下，其叶维管束鞘细胞中有淀粉积累；乙组培养在光照较弱的条件下，其叶维管束鞘细胞中没有检测到淀粉。
乙组未检测到淀粉的原因是( )A．叶片不进行光合作用，只进行呼吸作用B．叶片光合作用强度低，没有淀粉的积累C．维管束鞘细胞没有与淀粉合成相关的酶D．维管束鞘细胞不含叶绿体，不能进行光合作用【解析】选B。
本题考查光合作用与呼吸作用的关系。
甲组玉米在适宜的光照条件下，细胞中有淀粉积累，说明玉米植株不但进行了光合作用，而且光合作用大于呼吸作用，同品种的乙组玉米的叶片维管束鞘细胞也应含有叶绿体，含有与淀粉合成相关的酶，条件适宜时也可以进行光合作用，C、D项错误；乙组玉米虽然培养在光照较弱的条件下，但只要有光就可以进行光合作用，A项错误；甲、乙两组实验的惟一变量是玉米植株所处环境中光照强度的不同，造成其叶维管束鞘细胞中淀粉积累存在差异的原因肯定是该实验的惟一变量，即乙组维管束鞘细胞中没有检测到淀粉的原因是光照强度弱，叶片光合作用强度低，没有淀粉的积累，B项正确。
二、非选择题2．(2011·全国卷)为探究不同条件对叶片中淀粉合成的影响，将某植物在黑暗中放置一段时间，耗尽叶片中的淀粉，然后取生理状态一致的叶片，平均分成8组，实验处理如下表所示。
一段时间后，检测叶片中有无淀粉，结果如下表。
回答问题：(1)光照条件下，组5叶片通过作用产生淀粉；叶肉细胞释放出的氧气来自于的光解。
(2)在黑暗条件下，叶片能进行有氧呼吸的组别是。
(3)组2叶片中合成淀粉的原料是，直接能源物质是，后者是通过产生的。
与组2相比，组4叶片无淀粉的原因是。
(4)如果组7的蒸馏水中只通入N2，预期实验结果是叶片中(有、无)淀粉。
【解析】本题考查光合作用的过程及外界因素对光合作用的影响。
(1)光照条件下，组5叶片通过光合作用产生淀粉；叶肉细胞释放出的氧气来自光反应中水的光解。
生物固氮
我知道现在有很多人仍然在研究固氮菌，他们研究这个问题或者说他们申请经费的一个主要理由不是为了好奇，而是有或者假装有一个远大的目标，即通过他们的研究在或久或不久的将来，可以用他们研究的细菌毫不费力的（只需要抓一把细菌往地上一撒）代替现在高耗能的氮肥厂。
但我对这个远大的目标总有一些疑惑，理由如下。
第一，目前利用生物固氮的最主要的例子还是豆科植物，而这些植物与禾本科相比，一个最大的特点就是生物产量低。
这似乎表明，豆科植物并不能利用生物固氮获得额外的优势。
第二，这其中的道理似乎也不难理解，固氮菌不是永动机，不能做无米之炊，固氮是一个耗能反应，这些能量最终都来自于寄主植物的光合作用，另外固氮菌的生活和繁殖也需要来自寄主植物的能量，这些必然降低了植物的生物产量。
这样看来，似乎要提高作物的产量，不但不能依赖于对固氮菌的开发，还要抑制固氮菌的寄生。
即使通过寄主植物和寄生菌两方面的育种而产生了长根瘤的玉米或小麦，如果其产量仅和花生大豆相当，那有什么用呢？第三，根瘤菌还有一个特点，就是当环境中的氮素浓度比较高时，其固氮活性就会受到抑制。
这就是说，要么为了利用生物固氮而使土壤中的氮素保持一个低水平，也就是低投入，低产量；要么用化肥提高氮素的浓度，抑制固氮菌的固氮活性，以追求高产量。
固氮菌是自古就有的，历史恰恰说明近代农业的历史正是一个用化肥抑制固氮菌活性的历史。
那么能不能用育种的办法找到一种对环境中氮素浓度不敏感，在高浓度氮素中仍然维持固氮活性的细菌呢？我想这是不可能的，这种细菌在环境中必然缺乏竞争力而难以自我繁殖。
因而即使有用也必须每年向土壤中大量投放这种菌，在成本上将是一个很大的问题。
因此，我一直怀疑对生物固氮的研究的意义是否如人们所说的那么巨大。
1.1.1. 演化及能力学氮，弟七号元素元素不，为在我们的行星上迄今为止所发现的生命是一不可少的元素，它比如说是所有的带遗传信息的高分子（无论是脱氧核糖核酸还是核蛋白质）的成份。
生物固氮作用
生物固氮作用生物固氮作用生物固氮作用(biological nitrogen fixation): 生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程。
生物固氮只发生在少数的细菌和藻类中。
估计全球每年生物固氮作用所固定的氮(N2)约达17500万吨，其中耕地土壤约有4400万吨，超过了每年施入土壤4000万吨肥料氮素(工业固氮)的量(Burris，1977)。
因此，生物固氮作用有很大潜力。
生物固氮概括地说是指某些微生物和藻类通过其体内固氮酶系的作用将分子氮转变为氨的作用。
因地壳含有极少的可溶性无机氮盐，所有生物几乎都需要依赖固氮生物固定大气中的氮而生存，因此生物固氮对维持自然界的氮循环起着极为重要的作用。
对固氮生物的研究和利用能为农业开辟肥源，对维持和提高土壤肥力有很大意义。
固氮生物又叫做固氮微生物。
固氮微生物种类到1982年固氮微生物达70多个属，大多数是原核微生物(细、放、蓝细菌)，也有真菌。
根据固氮微生物与高等植物以及其他生物关系，分为三个类型:自生固氮微生物、共生固氮微生物和联合固氮微生物。
1( 自生固氮微生物: 在土壤中或培养基中生活时，可以自行固定空气中的分子态氮(氨态氮)。
在进行固氮作用时对植物或其它生物没有明显的依存关系。
常见的自生固氮微生物包括以圆褐固氮菌为代表的好氧性自生固氮菌、以梭菌为代表的厌氧性自生固氮菌，以及以鱼腥藻、念珠藻和颤藻为代表的具有异形胞的固氮蓝藻(异形胞内含有固氮酶，可以进行生物固氮)。
(1) 光合固氮微生物能进行光合作用，以二氧化碳为碳源、光合产物为能源进行固氮作用的微生物。
有蓝细菌(见蓝藻门)中的许多属种(如念珠藻属、鱼腥藻属等)和光合细菌中的红螺菌属以及绿硫菌属等。
(2) 化能自养固氮微生物有些化能自养微生物(如氧化亚铁硫杆菌等)能以二氧化碳、亚铁氧化物和分子态氮为碳、能、氮源。
(3) 异养固氮微生物进行异养生活，以适宜的有机碳化合物为碳源和能源，满足生活和固氮的需要。
生物固氮(名词)
德国植物学家拜尔（1888）首次在半寄生性草本植物草山萝和大猪鼻花（属于非豆科植物）的根部发现了根 瘤，但这一奇特的现象并没有引起人们的**。特里尼克（Trinick)（1973）首次证实，豇豆属植物根系中所存在 的根瘤菌能与榆科植物共生结瘤固氮。帕甘（Pagan）等（1975）在试验中发现，在没有宿主植物细胞的情况下， 豇豆根瘤菌能在人工培养基上独立生活和自行固氮，否定了长期以来一直认为根瘤脱离宿主植物就不能固氮的传 统观念。如今已经知道，在残留的根部形成根瘤的非豆科植物的数量并不少，仅在俄罗斯的西伯利亚就有75个物 种，分属于21个科，其中在进化史中最为年青的菊科植物中，其根系形成根瘤是一种最常见的现象。在新几内亚， 在榆科的狗儿屎属植物Parasporiarogosa通常生长在茶叶树的行间，在其根部很容易发现与热带豆科植物相类似 的结瘤现象。
自生固氮微生物的特点是在土壤中能够独立进行固氮的微生物，如圆褐固氮菌。它呈杆状或球状，它具有较 强的固氮能力，并且能够分泌生长素，促进植物的生长和果实的发育。其代谢类型为异养需氧型，其固氮量较 小。
固氮形式
联合固氮 微生物
固氮菌 根瘤菌
联合固氮
有些固氮微生物如固氮螺菌、雀稗固氮菌等。能够生活在玉米、雀稗、水稻和甘蔗等植物根内的皮层细胞之 间。这些固氮微生物和共生的植物之间具有一定的专一性，但是不形成根瘤那样的特殊结构。这些微生物还能够 自行固氮，它们的固氮特点介于自生固氮和共生固氮之间，这种固氮形式叫做联合固氮。
根瘤菌
根瘤菌根瘤菌(root nodule bacteria）是与豆科植物共生，形成根瘤并固定空气中的氮气供植物营养的 一类杆状细菌。这种共生体系具有很强的固氮能力。已知全世界豆科植物近两万种。根瘤菌是通过豆科植物根毛、 侧根杈口（如花生）或其他部位侵入，形成侵入线，进到根的皮层，刺激宿主皮层细胞分裂，形成根瘤，根瘤菌 从侵入线进到根瘤细胞，继续繁殖，根瘤中含有根瘤菌的细胞群构成含菌组织。
高三生物提高农作物的光合作用效率第二节生物固氮知识精讲 人教版
高三生物提高农作物的光合作用效率第二节生物固氮知识精讲一. 本周教学内容：提高农作物的光合作用效率第二节 生物固氮二. 学习重点：1. 掌握光强和二氧化碳的浓度对光合作用的影响。
2. 了解N 、P 、K 、Mg 等矿质元素在光合作用中作用。
3. 了解固氮微生物的种类，及生物固氮的意义。
三. 学习过程：提高农作物的光合作用效率提高农作物产量的重要条件之一，是提高农作物对光能的利用率。
主要措施⎪⎩⎪⎨⎧效率提高农作物的光合作用增加光合作用面积延长光合作用时间 光合作用效率：是指绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含有的能量，与光合作用中吸收的光能的比值。
那么，怎样才能提高农作物的光合作用效率呢？（一）光照强弱的控制光照是光合作用的条件之一，直接影响农作物光合作用效率的提高。
但是，不同的农作物，对光照强弱的需求不同，可分为阳生植物和阴生植物。
阳生植物：只有强的光照才能生长发育良好，才能提高光合作用效率，如水稻、玉米、向日葵等，应当种植在阳光充裕的地方。
阴生植物：进行光合作用时不需要太强的光照，太强的光照不利于生长发育，也就不利于提高光合作用效率。
如胡椒、人参、三七等应当种植在荫蔽的地方。
提问：请绘制光照强度与光合作用强度的关系曲线？（注意区别阳生植物和阴生植物）（二）二氧化碳的供应科学家通过研究绿色植物周围空气中二氧化碳浓度与光合作用强弱的关系：⎪⎩⎪⎨⎧浓度的提高而增强随，光合作用的强度不再浓度提高到一定程度时当逐渐增强浓度的提高，光合作用随着有机物，而且还要消耗体内的物不仅不能制造有机物的浓度很低时，绿色植2222CO CO CO CO 提问：请绘制CO 2浓度与光合作用强度的关系曲线？（注意区别C 3植物和C 4植物） 显然在一定程度上增加二氧化碳的浓度，可以提高农作物的光合作用效率。
⎪⎩⎪⎨⎧使用二氧化碳发生器增施农家肥料通风透光浓度的措施提高2CO（三）必需矿质元素的供应绿色植物进行光合作用时，需要多种必需的矿质元素。
2012届高考生物考前核心突破 2光合作用与生物固氮
2012考前突破——高考核心考点光合作用与生物固氮一、选择题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）1．如图所示的玻璃容器中，注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片，密闭后，设法减小液面上方的气体压强，会看到叶片沉入水中。
然后再用光照射容器，又会发现叶片重新浮出液面。
光照后叶片重新浮出液面的原因是A．叶片吸水膨胀，密度减小B．溶液内产生的CO2大量附着在叶面上C．叶片进行光合作用所产生的O2附着在叶面上D．NaHCO3溶液因放出CO2而密度增大2．某生物兴趣小组在密闭玻璃温室内进行植物栽培实验，他们对温室内CO2含量、O2含量及CO2吸收速率进行了24 h测定，得到如图所示曲线，则以下说法有几种是正确的①c、e两点的光合速率为零②c、d之间的区段光合速率大于呼吸速率③de段光合速率小于呼吸速率④进行细胞呼吸的区段只有ab段和fg段A．1种说法正确B．2种说法正确C．3种说法正确D．4种说法正确3.右图为光下完全营养液中的绿色植物细胞内代谢图解，随其中A表示水，请据图分析，判断下列说法错误的是A.B代表O2, E代表矿质离子（元素）B.②过程为光合作用暗反应，④过程在线粒体中进行C.将该植物由光下移到暗处（其他条件不变）后，该细胞中C3短时间内将增多D.吸收E和A是两个相互独立的过程4.（09安徽卷）叶绿体是植物进行光合作用的场所。
下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是A.叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内B.H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在基质中C.CO 2的固定过程发生在类囊体薄膜上D.光合作用的产物——淀粉是在基质中合成的5．下列关于细菌和蓝藻等固氮微生物的描述中，不正确的是 A.根瘤菌其基因的结构特点是编码区是连续、不间隔的B.固氮微生物的固氮过程的原料一定是N 2，而产物一定是NH 3C.固氮微生物在生态系统中有的属于生产者，有的属于消费者，还有的属于分解者D.根瘤菌为共生固氮菌，圆褐固氮菌为自生固氮菌，但它们同化类型均为需氧型 6．在天气晴朗的夏季，将用全素营养液培养的植株放入密闭的玻璃罩内放在室外进行培养。
光合作用和生物固氮
《光合作用和生物固氮》一章的教材分析和教学建议全日制普通高级中学教科书（试验本）生物（98人教版选修）全一册人民教育出版社刘真关于光合作用和生物固氮的研究，对于提高粮食产量、解决全球性粮食问题有着重要的意义。
本章教材在学生学习了高中生物必修教材有关知识的基础上，进一步讲述了光合作用和生物固氮的基础知识。
通过本章的学习，可以使学生比较深入地了解这两个生理作用的基本原理，及其在农业生产实践中的应用。
>一、本章的教学目的和要求本章的教学目的和要求是：了解光能在叶绿体中的转换，了解光合作用碳代谢类型的简况（选讲），了解提高农作物光合作用效率的主要措施；了解固氮微生物的种类，初步学会做分离自生固氮菌的实验（选做），了解生物固氮过程的简况（选讲），了解生物固氮在农业生产中的应用。
至于光呼吸，考虑到所涉及的生物化学名词比较多，并且一些机理目前尚未研究得很清楚，所以只在教师教学用书中做了简要的介绍。
二、本章的主要内容和特点本章教材包括两节：《光合作用》和《生物固氮》，此外，还有一个学生选做的实验。
本章教材在编写过程中，根据教学大纲中的教学目的和教学目标，以及对本章教学内容的规定和要求，注意认真研究和解决以下几个问题。
（一）把握基础性，认真处理好教学内容的难易程度教学大纲中明确规走，高中生物选修课要为理科学生的升学和就业打下良好的生物学基础。
这就要求选修课教材同必修课教材一样，都要体现基础性原则，避免出现深、难、重的倾向。
本章的一些教学内容，如光能在叶绿体中的转换、C4植物光合作用的特点和生物固氮过程简介等，涉及到较多的生物化学反应，这就出现两个问题：一是学生缺乏有关的生物化学基础知识；二是从大纲规定的教学要求层次看，教材不宜过多讲述这些生物化学知识。
为此，我们在教材编写过程中，力求尽量少出现有关的专有名词，力求尽量简述有关的化学变化，力求做到简明扼要、易教易学。
例如，教材在讲述C4植物光合作用的特点时，只出现了“维管束鞘细胞”和‘“磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）”这两个专有名词，至于C4植物光合作用中形成的四碳化合物。
光合作用与生物固氮
高中生物补习资料光合作用与生物固氮(修改)（一）光能转换成电能 1.转换过程2．在光的照射下，少数处于特殊状态下的叶绿素a 叶绿体中的色素二．C 3植物与C 4植物 知识详解1．C 3植物与C 4植物的概念C 3植物：光合作用“CO 2固定”时，仅将CO 2中的C 固定转移到C 3中的植物。
[ CO 2 + C 5 2C 3 ] C 3途径C 4植物：光合作用“CO 2固定”时，先将CO 2中的C 固定转移到C 4中，然后再固定转移到C 3中的植物。
[ CO 2 + C 3 C 4 ] C 4途径 [ CO 2 + C 5 2C 3 ] C 3途径 2．C 3植物与C 4植物叶片结构的特点C 4植物的叶片中，围绕着维管束的是呈“花环型”的两圈细胞3．C 4途径与C 3途径 （1）C 4植物的暗反应ADP+Pi+NADPH 糖类等有机物BACK（2）C 3植物与C 4植物CO 2固定的比较C 4植物： C 4途径发生在叶肉细胞中的叶绿体中C 3途径发生在维管束鞘细胞中的叶绿体中C （3）为什么C 4植物仅在维管束鞘细胞内出现淀粉粒？（4）在高温、光照强烈和干旱的条件下，C 4植物较C 3植物优越C 4途径中能够固定CO 2的那种酶（ “二氧化碳泵” ），对CO 2具有很强的亲和力，可以促使PEP 把大气中含量很低的CO 2以C 4的形式固定下来（即可以利用较低浓度的CO 2），并且使C 4集中到维管束鞘细胞内的叶绿体中，供维管束鞘细胞内叶绿体中的C 3途径利用。
巩固练习1．请问C 3植物与C 4植物有什么区别？ 2．（理综I ）回答下列Ⅰ、Ⅱ小题Ⅰ、玉米和小麦在适宜条件下光照一段时间后，将叶横切片用碘液染色，在显微镜下观察这两种植物的维管束鞘细胞和叶肉细胞，结果发现玉米叶片的维管束鞘细胞被染色，小麦叶片的_______被染成_______，被染色的原因是_______。
由此可知，玉米属于_______植物，小麦属于______植物。
试题高中生物必修全一册第二章光合作用和生物固氮
第二章光合作用和生物固氮一、选择题1．光合作用过程中，叶绿体中完成活跃的化学能转变为稳定化学能的结构（）A.基质B．内膜 C.外膜 D.类囊体薄膜2．在光照条件下，某些色素能够吸收并传递光能，将光能传递给少数叶绿素a，这时，叶绿素a 分子所处的状态为（）A.被抑制、得到电子B.被激发、得到电子C.被抑制．失去电子D.被激发、失去电子3．光合作用过程中，叶绿体中能量转换的正确顺序为（）A．光能→电能→稳定的化学能→活跃的化学能B.光能→活跃的化学能→电能→稳定的化学能C．光能→电能→活跃的化学能→稳定的化学能D．光能→稳定的化学能→电能→活跃的化学能4．辅酶II形成还原型辅酶II的反应方程式为（）A． NADP＋＋2e－十H—→NADPH＋B． NADP＋＋2e－十H＋—→NADPHC． NADP+e－+H＋—→NADPHD． NADP十e－＋H—→NADPH－5．在暗反应过程中， NADPH的作用是（）A.为C3化合物还原提供能量B.还原C3化合物C．与ATP的作用完全相同D．A和B6．在光合作用过程中，碳同化伴随的能量变化是（）A．将ATP和NADPH中活跃的化学能，转换成贮存在有机物中稳定的化学能B．光能转换为电能C．电能转换为活跃的化学能D．光能转换为活跃的化学能7．高等植物的最终电子供体和受体应是（）A，光能和CO2B．CO2和ATP C． ATP和水D．水和NADP＋8．光合作用过程中，不在叶绿体基粒囊状结构的薄膜上进行的是（）A． NADP＋变为NADPH B.氧气的生成C． ADP转变为ATP D.CO2的固定和还原9．光合作用过程中，叶绿素a分子将光能转变的电能，可以被下列哪种物质吸收（）A．NADP＋和ATP B．NADP＋和ADP、PiC，NADPH和ATP D．NADPH和ADP、Pi10．在光合作用暗反应阶段，将CO2还原为糖类等有机物的还原剂为（）A．ADP B．ATP C．NADP＋D．NADPH11．光合作用中，光能可以转换成电能，并且可以转化为活跃的化学能储存在（）A. NADPH中B. NADP中C. ATP中D． NADPH和ATP中12．《齐民要术》中，要求栽种农作物要“正其行，通其凤”，原理是（）A．确保通凤透光，从而有利于提高光合作用的效率B．通风透光，可以增强农作物的呼吸作用C．可以增强农作物的抗性D.增强农作物的蒸腾作用13．当绿色植物缺磷时，光合作用明显受到阻碍，这是因为（）A．磷是酶的重要组成成分B．磷是叶绿索的重要组成成分C．磷对维持叶绿体膜的结构和功能起着重要侨用D．糖类运输到块根、块茎和种子中都需要磷14．在绿色植物的合成及运输糖类过程中，必需供应的矿质元素是（）A.氮B.磷C.钾D．镁15．C４植物光合作用过程中的重要特点是（）A.既有C４途径又有C３途径B．只有C４途径没有C３途径C.先进行C３途径后进行C４途径 D．只有C３途径没有C４途径16．C４植物具有较强光合作用的原因是有关的一种酶能催化（）A． PEP固定较低浓度CO2B.C５化合物与CO2结合C． NADPH还原C３生成有机物D．特殊状态的叶绿素a将光能转换成电能17．光照与光合效率关系正确的是（）A.光照越强，光合效率越高B．阴生植物在光照条件下，光合效率为零C.适宜的光照可以提高光合效率D．阴生植物的光照强度与光合强度和光合效率成反比18．下列措施中哪项不利于光合作用效率的提高（）A.将人参、田七种植在遮阴处B．在苹果树周围地面铺反光膜C.用反硝化细菌拌种D．向温室内输入一定浓度的CO2 19．C４植物与C３植物相比，其发生光合作用的场所为（）A.只发生在叶肉细胞叶绿体中B．只发生在维管束鞘细胞叶绿体中C.叶肉细胞和维管束鞘细胞的叶绿体中D．叶肉细胞和导管细胞的叶绿体中20．下列植物中属于C４植物的是（）A．水稻B．小麦C．高粱D．菜豆21．C４植物叶肉细胞的叶绿体中， PEP的作用为（）A．提供能量B．吸收水分C．提供［H］D．固定CO222．C４植物维管束鞘细胞的特点为（）A．细胞个体较大，叶绿体中含有基粒B．细胞个体较大，叶绿体中不含有基粒C．细胞个体较小，叶绿体中含有基粒D．细胞个体较小，叶绿体中不含有基粒23．C４植物比C３植物固定CO2的能力强很多倍，其原因为（）A．有关酶对CO2的亲和力强 B．有关酶含量多C．有关酶对CO2的亲和力弱 D．有关酶含量少24．下列各选项中，可以作为鉴定某种植物为C４植物的特点为（）A．维管束鞘细胞中不含叶绿体B．豆科及蔷蔽科C.蕨类植物和裸子植物D．围绕维管束的是呈“花环型”两圈细胞25．C４途径中CO2是从下列哪种结构中释放出来的（）A．维管束鞘细胞的细胞质中B．叶肉细胞的细胞质中C．叶肉细胞的叶绿体中D．维管束鞘细胞的叶绿体中26．甘蔗在进行光合作用的过程中（）A．只有C４途径B．只有C３途径C.既有C４途径，又有C３途径D.只有C５途径27．从生态系统物质生产的角度来分析，碳同化的意义为（）A.将ATP和NADPH中活跃的化学能，转换成储存在有机物中稳定的化学能B．光能转换为活跃的化学能C．植物体内叶绿素的合成，是通过碳同化过程实现的D.占植物体干重90％以上的有机物，基本上是通过碳同化合成的28．光合作用过程中，电能转换成活跃化学能的反应式之一为：NADP＋＋2e－十H＋→NADPH，该反应式电子的根本来源是（）A．叶绿素a B.特殊状态的叶绿素aC.吸收和传递光能的色素分子D．参与光反应的水分子29．下列植物中，在弱光条件下生长良好的为（）A．小麦 B．杨树 C．松 D．人参30．提高农作物光能利用率，需要采取的措施是（）A．延长光合作用时间B．增加光合作用面积C．提高农作物的光合作用效率 D．ABC全是31．CO2含量过高时，光合作用强度减弱最可能的原因是（）A.CO2浓度过高，抑制了植物的光合作用B.CO2浓度过高，抑制了植物的呼吸作用C.CO2浓度过高，抑制了光反应D.CO2浓度过高，抑制了暗反应32．修建温室时，采用哪种玻璃能提高光合作用对光能的利用率（）A．红色 B.绿色 C．无色 D．黄色33．光照较强的夏季中午，下列哪种植物光合作用效率高一些（）A.菠菜 B．水稻 C．玉米 D．小麦34．如果在塑料大棚中培育水稻秧苗，有利于培育出壮秧的塑料薄膜的颜色是（）A.，红色 B．蓝色 C.黄色 D．绿色35．关于固氮微生物的叙述正确的是（）A．代谢类型是自养需氧型的B．只能与豆科植物共生C．促进了自然界的氮循环D．能将NO2还原成NH336．以下说法错误的是（）A．土壤中的氨经过硝化细菌的作用，最终转化成硝酸盐B．土壤中的反硝化细菌在氧气充足的条件下，将硝酸盐转化成亚硝酸盐，并最终转化成氨气C．植物只能利用土壤中的硝酸盐和铰盐，而不能直接利用空气中的氮气D．生物固氮在自然界物质循环中具有十分重要的作用37．下面对氮循环的说法中正确的一项是（）A．生物的固氮过程就是吟被吸收到植物体内利用B．氮素一旦进入生物体内就不会形成、C．生物体内的氮主要来源于闪电固氮D．动物产生的尿素转化成的铰可被植物体吸收利用38．在生物固氮过程中，最终电子受体是（）A.N２和乙炔B．NH3C．乙烯D． NADP＋39．圆褐固氮茵除了具有固氮能力外还能（）A．促进植物生根B．促进植物开花C．促进植物形成种子D．促进植物的生长和果实发育40．下列各项中与根瘤菌固氮过程无关的是（）A．e-和H＋ B． ATP C.NO3-D．固氮酶41．一般地说，固氮能力比较强的根瘤是着生在（）A．主根上 B．侧根上 C．须根上 D．不定根上42．合理施肥的实质是提高了光能的利用率，下列叙述与提高光合作用效率密切相关的是（）①氮使叶面积增大，增大了光合面积②氮是光合产物蛋白质的必需元素③磷是NADP＋和ATP的组成成分，可提高光合能力④钾促进光合产物的运输A．①③ B．②④ C．②③④ D．①③④43．根瘤菌在根内不断地繁殖，并且刺激根内的一些细胞分裂，进而使该处的组织逐渐膨大，形成根瘤．其刺激的细胞是（）A.厚壁细胞 B．薄壁细胞 C．表皮细胞 D．根冠细胞44．下列不能完成固氮过程的是（）A.氮肥厂B.生物固氮C.闪电D.氮肥45．根瘤菌的新陈代谢类型属于（）A．自养需氧型B．异养需氧型C．自养厌氧型 D．异养厌氧型46．从蚕豆根瘤上分离出来的根瘤菌能侵入（）A．大豆根B．蚕豆根C．大豆根和蚕豆根 D.均不能47．豆科植物提供给根瘤菌的主要物质为（）A．O2B．HNO3 C．NH3D．有机物48．N元素是以什么形式进入高等植物体内的（）A．N２B．硝酸盐和按盐C． NO D． NO２二、非选择题1.从物质方面看，光合作用包括在光下分解并释放氧气，的固定和以及的形成。
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第一节 光合作用
叶绿素空间 结构示意图
第一节 光合作用
• (1) 叶绿素吸收光谱
•
180
160
140
a
b
120
100
80
60
40
20
0
3 3 44004 4 4 4 55005 5 5 5 66006 6 6 6 7700
H2COP 5
HCOH H2COP
H2COH 8
HCOH HCOH H2COP
C=O
HOCH HCOH H2COP
HCO
4
C=O H2COP
HCOH
H2COP 3
COOP ADP ATP HCOH
H2COP
2
COOH HCOH H2COP
H2COP C=O
HCOH HCOH 1 H2COP
CO2
第一节 光合作用
CO2
第一节 光合作用
7
H2COH
Pi
C=O
H2COP
HOCH HCOH
C=O HOCH
HCOH
6
HCOH H2COP HCO
HCOH
HCOH
H2COP 5
HCOH H2COP
H2COH
HCO
4
C=O H2COP
HCOH
H2COP 3
COOP ADP ATP HCOH
H2COP
2
H2COH C=O
H2COH
Pi
C=O
H2COP
HOCH HCOH
C=O HOCH
HCOH
6
HCOH H2COP
HCOH
H2COP
5 H2COH
HCO
4
C=O H2COP
HCOH
H2COP 3
COOP ADP ATP HCOH
H2COP
2
COOH HCOH H2COP
H2COP C=O
HCOH HCOH 1 H2COP
HCO
4
C=O H2COP
HCOH
H2COP 3
COOP ADP ATP HCOH
•
第一节 光合作用
• （1）电子传递
• 光系统Ⅰ（PSⅠ)。
• PSI的作用中心色素是P700; • 原初电子供体（D）—— PC（; • 原初电子受体（A） —— A0 叶绿素; • 最终推动NADPH形成。
第一节 光合作用
PSI的结构模型
PSI 作 用 中 心 复 合 体 电 子 载 体 的 排 列 图
第3,7,11,15……隔4次闪光出现一放氧高峰。
14
12
10
O2量
8
6
4
2
0
0
5
10
15
20
闪光次数
闪光放氧动力学
第一节 光合作用
• 放氧复合体 • S0,S1,S2,S3,S4。S0—最低,S4—最高—自发放O2—S0状态。
黑暗下,只有S0,S1状态可稳定存在,而S2,S3最终都可以逆 转到S1。光下S0：S1：S2：S3为1：1：1：1，暗中适应 后S0：S1：S2：S3为1：3：0：0
hv
S0 e-
S1 e-
1min
1min
S2 ee-
P680
e-
S3
S4
第一节 光合作用
放氧复合体中锰串的结构. 锰串中有4个 锰（Mn)原子与PSII D1蛋白的氨基酸残 基及氧、氯相连接,本模型不包括钙。
第一节 光合作用
（2）光合磷酸化 光下叶绿体在光合电子传递的同时,使ADP 和Pi形成ATP的过程称为光合磷酸化。
第一节 光合作用
b.还原阶段 这是利用“同化力”把3-PGA还原为GAP（3-磷酸 甘油醛)的过程。
Pi
COOH PGA HCOH Kinase
COOP GAP
HCOH dehydrogenase
H2COP ATP ADP H2COP NADPH NADP
3-PGA
1,3-PGA
HCO HCOH H2COP 3-GAP
第二章 光合作用与生物固氮 第一节 光合作用
CO2+H2O
光能
（CH2O）+O2
叶绿体
一、光合作用的细胞器——叶绿体
•高等植物的叶绿体多呈扁平的椭圆形,直径约3～6μ,厚约 2～3μ.
• 阴叶大于阳叶。20～200个叶绿体/细胞
第一节
光合作用
弱光
强光
叶绿体在不同光强下的 运动：低光下扁平面向 光排列，
B、光能传递：
外
围 为
光
天 线
A PD
合 单
色 素
位
A P
—— 作 用 中 心 色 素 （ P ） ， 原 初 电
D 子供体（D）和原初电子受体（A）
第一节 光合作用
第一节 光合作用
• 聚光色素或天线色素——只起吸收和传 递光能,不进行光化学反应的光合色素， 全部Chlb和类胡萝卜素,大部分 Cha。
光子能量：q hv h c
光合色素能级差：
1
0
hv
hc
第一节 光合作用
第二单线态(E2)
第一单线态(E1)
激发能的传递 或光化学反应
三线态
吸收兰紫光 吸收红光 发射荧光 发射磷光
基态（E0）
h
h
叶绿素电子云能级及激发和发射光示意图 （动画）
第一节 光合作用
h
h
2H2O+2NADP+ +2ADP+2Pi
= O2+2NADPH+2H+ +2ATP+2H2O
2×2e-
第一节 光合作用
• 3、活跃的化学能转化为稳定的化学 能——碳同化
• C3途径、C4途径和CAM途径。 （1） C3途径(Calvin 循环） • 光合作用中CO2固定后的最初产物是三
碳化合物的CO2同化途径。 • 只具有C3途径的植物称C3植物。 • 如水稻、棉花、菠菜、青菜,木本植物几
H2COP
+CO2
RuBPCase Mg2+, H2O
COOH COOH HCOH + HCOH H2COP H2COP
RuBP 核酮糖1,5-二磷酸
2 3-PGA
3-磷酸甘油酸
第一节 光合作用
RuBPCase 结 构 图 。 高等植物叶绿体中 的 RuBPCase 由 8 个 大亚基和8个小亚基 组成。红色为4个小 亚基，另4个在对面 看不到，绿和兰色 的分别为 8个大亚 基。
• 二、光合作用的全过程
•
光能转化为电能——原初反应
• 光反应
•
电能转变为活跃的化学能（ATP、
•
NADPH）——电子传递和光合磷酸化
• 暗反应：活跃的化学能变为稳定的化学能——
•
碳同化。
第一节 光合作用
第一节 光合作用
1、光能转化为电能——原初反应
• 原初反应包括光能的吸收,传递和光化学反应。 A、光能吸收
• 作用中心色素——吸收光或由集光色素 传递而来的激发能后,发生光化学反应引 起电荷分离的特殊状态的Cha.
第一节 光合作用
h
• 光能通过诱导共振在不同光合色素间的 传递，能量逐步下降。
第一节 光合作用
• C、光化学反应：
• 是指反应中心色素分子受光激发引起的氧化还 原反应。 (P，pigment), (A,accepter)、(D,Donor)
第一节 光合作用
• 光系统Ⅱ(PSⅡ)。
• • PSⅡ的作用中心色素是P680。 • 原初电子供体（D）——Z（Tyr残基） • 原初电子受体（A） —— Pheo（去Mg
叶绿素） • PSⅡ的功能常与放O2相联系。 •
第一节 光合作用
PSII作用中心的结构模型
第一节 光合作用
第一节
-1.2 -0.8
3. RuBP 再生
第一节 光合作用
H2COP C=O
HOCH HCOH HCOH H2COP
5 H2COH
HCO
4
C=O H2COP
HCOH
H2COP 3
COOP ADP ATP HCOH
H2COP
2
COOH HCOH H2COP
H2COP C=O
HCOH HCOH 1 H2COP
CO2
第一节 光合作用
高光强下窄面向光，作避 光性排列。
第一节 光合作用
1、叶绿体结构和发育
电子显微镜下的叶绿体超微结构
典型的叶绿体:40-60grana/chloroplast, 10-100 thylakoids/grana,受植物 种类,年龄与环境条件的影响。
第一节 光合作用
• 叶绿体模拟图
第第一一节节 光光合合作作用用
5
H2COH
H2COP 8
HCO
4
C=O H2COP
HCOH
H2COP 3
COOP ADP ATP HCOH
H2COP
2
COOH HCOH H2COP
H2COP C=O
HCOH HCOH 1 H2COP
CO2
第一节 光合作用
7
H2COH
C=O
H2COH
H2COH HOCH
Pi
C=O
C=O HCOH
第一节 光合作用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ• 水光解与氧释放。
• Hill(希尔)反应 (1937)。离体叶绿体(类囊体) 加到有适宜氢受体(A)的水溶液中,照光后即 有O2放出,并使氢受体(A)还原。