植物生理学光合作用(PPT)

光合作用研究简史
➢ 1771——1864（第一阶段，近93年） ➢ 1864——1945（第二阶段，共81年） ➢ 1945——至今（第三阶段） ➢ 当前，光合作用的分子生理学研究
问题：如何证明CO2同化场所是在叶绿体的基质，而 光合放氧反应是在叶绿体的膜上进行？
光+CO2
O2+CH2O
低渗 完整叶绿体
1.把无机物变为有机物 约合成5千亿吨/年
2.把太阳能转变为可贮存的化学能 转化3.2×1021J/y的日光
3. 维持大气中O2和CO2的相对平衡 释放出5.35千亿吨氧气/年
人类面临 四大问题
人口急增 食物不足 资源匮乏 环境恶化
依赖 光合生产
……
因此深入探讨光合作用的规律，揭示 光合作用的机理，使之更好地为人类服 务，愈加显得重要和迫切。
O2 ?
光合作用的通式：（广义的）
• CO２+2H２A 光 光养生物 (CH２O)+2A+H２O
• • H2A代表一种还原剂，可以是H２O、 H2S、有机酸等。
CO２+2H２S 光 光合硫细菌(CH２O)+2S+H ２O
• 光合作用的实质
+4
-2
0
0
• CO２+2H２A 光 光养生物 (CH２O)+2A+H２O
(三) 叶绿体的基本结构
被膜 叶绿体 基质(间质)
类囊体(片层)
1.叶绿体被膜
➢两层单位膜,膜间距5～ 10nm。无叶绿素， ➢控制物质的进出，维持 光合作用的微环境。 ➢膜对物质的透性受膜成 分和结构的影响。
膜中蛋白质含量高，物 质透膜的受控程度大。
1.叶绿体被膜
➢外膜 非选择性膜 。
➢内膜 选择透性膜。 1.CO2、O2、H2O自由通过； 2.Pi、磷酸丙糖、双羧酸、甘氨 酸等需经膜上的运转器才能通 过； 3.蔗糖、C5、C7糖的二磷酸酯、 NADP+、PPi等物质则不能通过。
Chlor被膜 完整度较高
(二)叶绿体的发育、形态及分布
1.发育 2.形态
由前质体发育而来。 在光照下合成叶绿素， 使前质体发育成叶绿体。
3.分布
4.运动
1.发育 2.形态 3.分布 4.运动
扁平椭圆形， 每个细胞中叶 绿体的大小与 数目依植物种 类、组织类型 以及发育阶段 而异。
一个叶肉细 胞中约有20至 数百个叶绿体， 其长3～6μm， 厚2～3μm。
cytochrome b6f complex.
ATP酶复合体（ATPase）
二、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
叶绿素 高等
类胡萝卜素 植物
3.类囊体
类囊体片层堆叠的生理意义
1.膜的堆叠意味着捕获光能机构高度密集,更有效地收 集光能。 2.膜系统常是酶排列的支架，膜的堆叠易构成代谢的 连接带，使代谢高效地进行。 3.类囊体片层堆叠成基粒是高等植物细胞所特有的膜 结构,它有利于光合作用的进行。
(四)类囊体膜上的蛋白复合体
蛋白复合体：由多种亚基、多种成分组成的复合体。
破损叶绿体
光+Fe3+ Hill反应
O2
离心 基质
CO2 CH2O
光合膜
光+ Fe3+
O
2
第二节 叶绿体和光合色素
一、叶绿体
叶 绿 体 (chloroplast) 是 光 合 作用最重要的细胞器。它分 布在叶肉细胞的细胞质中。
小麦叶横切面
(一)叶绿体的分离
１.从叶片中直接分离(机械法)
叶片
匀 浆 化 0.4mol/L糖醇 pH7.6±, 0～4℃
水稻叶绿体
玉米叶绿体
1.发育 2.形态 3.分布 4.运动
叶肉细胞中 的叶绿体较 多分布在与 空气接触的 质膜旁，有 利于叶绿体 同外界进行 气体交换。
叶绿体 棉叶栅栏细胞
1.发育
侧源自文库
视
2.形态 图
叶绿体随光照的方向和强度而运动
3.分布 4.运动
俯 视 图
❖ 随原生质环流运动 ❖ 随光照的方向和强度而运动。
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）。
❖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。
❖光合膜。
光系统Ⅰ（PSI）
光系统Ⅱ（PSⅡ）
Organization of the protein subunits of the
☼将照光的叶片研磨成匀浆 离心，沉淀在离心管底部 的白色颗粒就是淀粉粒。
☼质体小球又称脂质球或亲 锇颗粒。（叶片衰老）
3.类囊体
由单层膜围起的扁平小囊。膜厚度5～7nm，囊腔空 间为10nm左右，片层伸展的方向为叶绿体的长轴方 向
玉米
3.类囊体
类囊体分为二类： 基质类囊体 又称基质片 层，伸展在基质中彼此不 重叠； 基粒类囊体 或称基粒片 层，可自身或与基质类囊 体重叠，组成基粒。 ➢堆叠区 片层与片层互相 接触的部分， ➢非堆叠区 片层与片层非 互相接触的部分。
植物生理学光合作用
一、光合作用(photosynthesis)概念
1.狭义的概念 2.广义的概念 3.光合作用的实质
• 狭义的：
绿色植物 利用光能把CO２和水合 成有机物，同时释放氧气的过程。
CO２+ H２O 光 绿色植物 (CH２O)＋O２ CO２+2H２O* 光 绿色植物(CH２O)+ O2*+ H２O
匀浆
过 滤 匀浆4～8层纱布或100目尼龙纱布
细胞液
分级离心 500g去沉淀，3000g去上清液，沉淀悬浮，
叶绿体 冰浴保存
２.从原生质体分离(酶解法)
酶解
挤压
离心
叶组织
原生质体 质膜与细胞器 叶绿体
果胶酶,纤维素酶 <20μm尼龙网 0.5mol／L甘露醇 pH5.0～pH5.5 ,40℃, 振荡
2.基质及内含物
基质：被膜以内的基础物质。以水为主体，内含多 种离子、低分子有机物，以及多种可溶性蛋白质等。
➢基 质 中 能 进 行 多 种多样复杂的生 化反应
❖——碳同化场所 ❖——N代谢场所 ❖—— 脂 、 色 素 等
代谢场所
2.基质及内含物
➢基质是淀粉和脂类等物的 贮藏库
– —— 淀粉粒与质体小球
• 氧化还原反应， CO２被还原； H２A被氧化。
• 但这是一个弱氧化剂和弱还原剂的反应，违背 氧化还原化学反应原理，在植物体内为什么能 发生呢？
二、光合作用的意义
CO２+H２O→(CH２O)＋O２ (△G=478kJ/mol)
为4什4 么1没8 有3光0 合3作2 用重也量就比没有繁荣的生物世界？