植物生理PPT

第一章植物的光合作用

植物生理学（Plant Physiology）

碳素营养是植物的生命基础：（1）植物体干物质中有90%是有机物，有机物中碳元素约占干物质重量的45%；（2）构成有机物的骨架是碳链，其结构决定了物质的多样性。

异养植物---少数高等植物（食

虫、寄生），某些微生物；

碳素营养方式

自养植物---绝大多数高等植物，

少数微生物。

自养植物吸收无机态C，转变成为有机物的过程，称为植物的碳素同化作用。

细菌的光合作用

绿色植物的光合作用（最广

碳素同化作用泛，合成物质最多，与人类关系

最密切）

化能合成作用

第一节光合作用的特点和意义

光合作用：绿色植物利用叶绿体，吸收光能，同化CO2和水，制造有机物并释放O2的过程。

6CO2+6H2O C6H12O6+6O2↑+能量

CO2+H2O (CH2O)+O2↑+能量

特点：

（1）是一个氧化-还原过程；（CO2中的C被还原为(CH2O)n中还原态的C；H2O中的O被氧化成O2）

（2）需要在光照下，叶绿体内进行；

（3）发生了光能的吸收、转化和贮存。

意义：

（1）完成了自然界巨大规模的物质转变；

地球上自养植物每年约同化2×1011吨碳素，60%由陆生绿色植物的光合作用完成，相当于产生了4～5百亿吨葡萄糖。

（2）同时完成了巨大规模的能量转变；

如上计算，相当于产生3×1021J的能量，每年全世界消耗的能量约为其十分之一。（3）能够保护环境，净化空气；

维持大气中O2含量的相对稳定，一部分O2转化为O3形成紫外线屏障。（4）带动自然界其他物质的循环。

同化1吨C，相应可带动同化30公斤N，及5公斤S和P元素。

第二节叶绿体和叶绿体色素

一、叶绿体的结构和成分：

（一）结构：高等植物的叶绿体直径为3～6μm，厚约2～3μm，呈椭球体。

1.被膜：由内、外两层半透膜组成，具有选择吸收性，内膜的选择性更强；

细胞质中的CO2可透过被膜进入叶绿体，叶绿体中合成的物质也可透过它运送到细胞质中。

被膜有保护内部结构的作用，形成一个相对稳定的特殊区域。

2.基质：淡黄色，高度流动状态。

可溶性蛋白（酶）和其他代谢活跃物质；羧基岐化酶可固定CO2，光合作用中的CO2同化固定在基质中完成。

3.基粒：浓绿色颗粒，圆柱状，由类囊体基粒片层垛叠形成；相邻基粒之间由类囊体基质片层连接。

由于光合色素主要集中在基粒膜结构上，因此光能转化成化学能的过程主要在基粒中进行。

基粒在高等植物中，直径一般为0.5～1μm，厚度约0.1～0.2μm，每个成熟叶绿体中约含20～200个。

4.类囊体：由自身闭合的双层薄膜组成，呈压扁了的包囊状，内为水溶液。

在原核细胞中，类囊体伸展于整个细胞；在真核细胞中，则被被膜包裹于叶绿体内。

类囊体垛叠后形成基粒，为基粒片层；个别伸展于相邻基粒间，形成桥状连接，为基质片层。

★垛叠后形成基粒的意义：

（1）有效收集光能，加速光反应；

（2）膜系统是酶的排列支架，垛叠后形成一个长的代谢传送带，是代谢能够顺利且迅速进行。

5.嗜锇颗粒：散布在基质中的颗粒，易被锇酸染色。主要成分是亲脂性的醌类物质，在叶绿体中为醌类化合物的储存库，亦称脂类滴。

（二）叶绿体的成分：

水分（75%）

蛋白质（30～45%）:酶或色素蛋白

色素（8%）

干物质（25%）脂类（20～40%）:膜系统

贮藏物质（10～20%）:（CH2O）n

灰分元素（10%）:组分或酶活性调节剂

¤灰分中有Fe、Cu、Zn、K、P、Ca、Mg等。

此外，还含有核酸物质，辅酶I、辅酶II及质体醌等，在光合过程中传递电子或氢原子。

二、叶绿体色素：

叶绿素：a、b、c、d

类胡萝卜素：胡萝卜素和叶黄素

藻胆素：藻红素（蛋白）和藻蓝素（蛋白）

不同类型植物所含的叶绿体色素类型不同，高等植物中为叶绿素（a、b）和类胡萝卜素；且不同的色素分子吸收的光波波长也不同。

¤叶绿素c、d出现在原生生物及细菌中。

（一）化学结构：

1.叶绿素（chlorophyll）：为叶绿酸的酯，较难溶于水，易溶于酒精、丙酮等有机溶剂。

叶绿素a为蓝绿色，叶绿素b为黄绿色，分子组成分别为：

Chl a：C55H72O5N4Mg

COOCH3

或C32H30ON4Mg C2H4COOC20H39

Chl b：C55H70O6N4Mg

COOCH3

或C32H28O2N4Mg C2H4COOC20H39

叶绿素分子含有四个吡咯环和四个甲烯基，连接成一个大的卟啉环，Mg原子位于卟啉环的中央；另有一个含羰基和羧基的副环（同素环V），羧基以酯键与甲醇结合。在吡咯环IV上有一侧链丙酸，以酯键与叶绿醇相结合，形成叶绿素分子的尾部；其余部位则形成头部，头部与尾部相互垂直，分别具亲水性和亲脂性。

Chl a与Chl b的区别在第二个吡咯环上，Chl a为-CH3，Chl b为-CHO。

绝大多数Chl a与全部的Chl b具有收集光能的作用；少数不同状态的Chl a分子，具有将光能转换为电能的作用，即作用中心色素分子。

卟啉环中的Mg可被H或Cu置换，分别形成去镁或铜代叶绿素，后者可使组织长期保持绿色。

2.类胡萝卜素：

完全不溶于水，可溶于有机溶剂。

胡萝卜素：C40H56，有α-、β-、γ-三种同分异构体，常见为β-型。呈橙黄色。分子两端各具有一个对称排列的紫罗兰酮环，中间以共轭双键相连（由4个异戊二烯单位形成的双萜）。

叶黄素：C40H56O2，呈黄色，是由胡萝卜素氧化形成的羟基衍生物（羟基在两端的环上）。

类胡萝卜素除了能收集光能外，还有防止叶绿素光氧化的功能，防护光照过强对叶绿素造成的伤害。

（二）叶绿体色素的光化学性质：

1.吸收光谱：

太阳光到达地表的波长约为300nm（紫外）～2600nm（红外），其中可见光为390～760nm之间。

太阳光透过三棱镜后，形成连续光谱。如把某一物质放置在光源和三棱镜之间，构成连续光谱的某些波长的光则被吸收，在光谱上则出现黑线或暗带，这种光谱被称为该物质