中国科学院大学植物生理学课件：第三章植物的光合作用
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
绿色植物在吸收CO2的同时每年释放O2量约 5.35×1011吨，使大气中O2能维持在21％左右
• 光合作用每年向大气中释放5.53×1011吨O2是地球上氧气的来 源，由于大气中O2的存在，其它需氧生物才能够在地球上产生， 进化和发展。（其它需O2生物产生后，光合作用又担负了维持 大气中O2和CO2相对平衡的任务。） • 目前，由于人类活动大量释放CO2，以及绿色植被减少，大气中 O2和CO2的平衡正在被打破。据记载: 1900年 300ppm
Wood Fibers Stored Carbohydrates Amino Acids Clothing Shelter Food
2．将光能转变成化学能
• 绿色植物在把CO2转化为有机物的过程中， 把光能转化为化学能，贮存在有机物中， 是人类和其它异养生物生命活动最终的 能量来源，也为人类提供了其它能量。 我们现在燃烧的植物材料，是现在光合 作用的结果，燃烧的石油、天然气、煤 是远古时代光合作用的结果。（1.65亿 亿吨水升高1℃度，1.65×1014卡）
• 每个叶肉细胞含 有20-100个叶绿 体，据计算，每 平方毫米（mm2） 蓖麻叶片上有35×107（千万） 个叶绿体，因此， 在叶片中，叶绿 体的总表面积非 常大，有利于接 受光能和吸收CO2。
• 在高等植物中，尤其是在被子植物中，叶绿体在细胞质中的 位置随光照强度而变化，在强光下，叶绿体以窄面受光，避 免过强的光照对叶绿体的伤害，在弱光下，以宽面受光，以 接受更多的光能。
第三章 植物的 光合作用
主讲教师：吴传书
中国科学院大学 2013.10.26
• 植物的碳素营养方式分两种：自养生物吸收二氧化碳转变 成有机物的过程叫碳素同化作用(carbon assimilation)。 不能进行碳素同化作用的生物称之为异养生物，如动物、 某些微生物和极少数高等植物 • 碳素同化作用三种类型：细菌光合作用、绿色植物光合作 用和化能合成作用。其中以绿色植物光合作用最为广泛， 合成有机物最多，与人类的关系也最密切，因此，本章重 点介绍绿色植物的光合作用
•
荒漠化 desertification
第二节 叶绿体及叶 绿体色素
• 绿色植物进行光合 作用的主要器官是： 叶片，而叶绿体则 是光合作用的主要 细胞器。
一 叶绿体的结构和成分
（一） 叶绿体的结构
在显微镜下观察，发现高 等植物的叶绿体大多数呈 椭圆形，一般直径约为36微米，厚约2-3微米。而 每平方毫米的叶绿体数目 十分庞大，这样叶绿体的 表面积比叶片大得多。在 电子显微镜下贯产，发现 叶绿体是由叶绿体被膜、 基质和类囊体三部分组成
叶绿体亚显微结构
1.叶绿体被膜(chloroplast envelope) 2.基质及内含物
叶绿体被膜由两层单位膜组成，两膜间距 5-10nm。被膜上无叶绿素，它的 主要功能是控制物质的进出，维持光合作用的微环境。外膜 (outer 被膜以内的基础物质称为基质 (stroma)，基质以水为主体，内含多种离子、低 主要功能是控制物质的进出，维持光合作用的微环境。外膜 (outer membrane)为非选择性膜，分子量小于10000的物质如蔗糖、核酸、无机盐 分子的有机物，以及多种可溶性蛋白质等。基质是进行碳同化的场所，它含有 类囊体 (thylakoid) 是由单层膜围起的 10000的物质如蔗糖、核酸、无机盐 membrane) 为非选择性膜，分子量小于 等能自由通过。内膜 (inner membrane)为选择透性膜，CO2、 O2 、 H2O 可自 还原 CO2与合成淀粉的全部酶系；基质中含有氨基酸、蛋白质、 DNA 、 RNA 、脂 扁平小囊，膜厚度 5-7nm ，囊腔 (lumen) 等能自由通过。内膜 (inner membrane)为选择透性膜，CO2、O2、H2O可自 由通过； Pi、磷酸丙糖、双羧酸、甘氨酸等需经膜上的运转器 类( 糖脂、磷脂、硫脂 ) 、四吡咯 (叶绿素类、细胞色素类)和萜类(类胡萝卜素、 空间为 10nm 左右，片层伸展的方向为叶 由通过； Pi 、磷酸丙糖、双羧酸、甘氨酸等需经膜上的运转器 (translocator) 才能通过；蔗糖、C5-C7糖的二磷酸酯、NADP+、PPi等物质 叶醇 )等物质及其合成和降解的酶类，还含有还原亚硝酸盐和硫酸盐的酶类以 绿体的长轴方向。类囊体分为二类：一 (translocator) 才能通过；蔗糖、C5-C7糖的二磷酸酯、NADP+、PPi等物质 则不能通过 及参与这些反应的底物与产物 ；基质中有淀粉粒(starch grain)与质体小球 类是基质类囊体 (stroma thylakoid), 则不能通过 (plastoglobulus) ，它们分别是淀粉和脂类的贮藏库 又称基质片层(stroma lamella)，伸展 在基质中彼此不重叠；另一类是基粒类 囊体(grana thlylakoid)，或称基粒片 层(grana lamella)，可自身或与基质 类囊体重(granum)。片层与片层互相接 触的部分称为堆叠区(appessed region)，其他部位则为非堆叠区 (nonappressed region) 叶绿体被膜由两层单位膜组成，两膜间距 5-10nm。被膜上无叶绿素，它的 3. 类囊体
• 目前人类每年消耗的能量约为7×1019J。 而光合作用固定的太阳能是它的100倍， 7×1021J（=165亿亿吨水）。
Photosynthesis Provides Consumers with Energy Through the Ingestion of Producers
3．维持大气O2和CO2的相对平衡
1960年
1970年 1990年
310ppm
320ppm 330-350ppm
2003年
•ຫໍສະໝຸດ Baidu
375.64ppm
CO2过多已经产生温室效应，使气温升高。
CO2的危害和益处
• CO2浓度升高，产生温室效应，它的危害是 （1）使干旱地区更干旱，沙漠化扩大； （2）南北极冰川融化，海平面上升，沿海低洼 地淹没 CO2浓度升高也有有利之处： （1）在部分地区有利于光合作用； （2）气温升高扩大植物的分布范围。 内蒙古阿拉善地区的沙尘暴 duststorm
光合作用的意义
探讨光合作用的规律和机理，对于有效 利用太阳能，更好地为人类服务，具有 重大的理论和实际意义。其意义在于： 1．将无机物转变成有机物
地球上的自养植物一年同化的碳素约为2×1011吨， 其中60％是由陆生植物同化的，余下的40％是由浮 游植物同化的
光合作用的结果之一是将简单的无机物CO2， 转化为有机物，这不仅满足了植物自身发展 的需要，而且也成为其它异养生物的碳素来 源。因此，在生物圈中，绿色植物是基础生 产者。 据估计，地球上每年固定7×1011吨CO2，折 合成碳素为1.39×1011吨，折合为有机物为 5×1011吨。
第一节 光合作用的重要性
• 光合作用（photosynthesis）是 指绿色植物吸收光能，同化二氧 化碳和水，制造有机物质并释放 氧气的过程。光合作用的最简式： CO2＋H2O→（CH2O）＋O2 • S.Ruben和M.D.Kamen（1941，美 国）通过18O2和C18O2同位素标记实 验，证明光合作用中释放的O2来自 于H2O。为了把CO2中的氧和H2O中 的氧在形式上加以区别，用下式 作为光合作用的总反应式：CO2 + 2H2O* → (CH2O) + O*2 ＋H2O
• 光合作用每年向大气中释放5.53×1011吨O2是地球上氧气的来 源，由于大气中O2的存在，其它需氧生物才能够在地球上产生， 进化和发展。（其它需O2生物产生后，光合作用又担负了维持 大气中O2和CO2相对平衡的任务。） • 目前，由于人类活动大量释放CO2，以及绿色植被减少，大气中 O2和CO2的平衡正在被打破。据记载: 1900年 300ppm
Wood Fibers Stored Carbohydrates Amino Acids Clothing Shelter Food
2．将光能转变成化学能
• 绿色植物在把CO2转化为有机物的过程中， 把光能转化为化学能，贮存在有机物中， 是人类和其它异养生物生命活动最终的 能量来源，也为人类提供了其它能量。 我们现在燃烧的植物材料，是现在光合 作用的结果，燃烧的石油、天然气、煤 是远古时代光合作用的结果。（1.65亿 亿吨水升高1℃度，1.65×1014卡）
• 每个叶肉细胞含 有20-100个叶绿 体，据计算，每 平方毫米（mm2） 蓖麻叶片上有35×107（千万） 个叶绿体，因此， 在叶片中，叶绿 体的总表面积非 常大，有利于接 受光能和吸收CO2。
• 在高等植物中，尤其是在被子植物中，叶绿体在细胞质中的 位置随光照强度而变化，在强光下，叶绿体以窄面受光，避 免过强的光照对叶绿体的伤害，在弱光下，以宽面受光，以 接受更多的光能。
第三章 植物的 光合作用
主讲教师：吴传书
中国科学院大学 2013.10.26
• 植物的碳素营养方式分两种：自养生物吸收二氧化碳转变 成有机物的过程叫碳素同化作用(carbon assimilation)。 不能进行碳素同化作用的生物称之为异养生物，如动物、 某些微生物和极少数高等植物 • 碳素同化作用三种类型：细菌光合作用、绿色植物光合作 用和化能合成作用。其中以绿色植物光合作用最为广泛， 合成有机物最多，与人类的关系也最密切，因此，本章重 点介绍绿色植物的光合作用
•
荒漠化 desertification
第二节 叶绿体及叶 绿体色素
• 绿色植物进行光合 作用的主要器官是： 叶片，而叶绿体则 是光合作用的主要 细胞器。
一 叶绿体的结构和成分
（一） 叶绿体的结构
在显微镜下观察，发现高 等植物的叶绿体大多数呈 椭圆形，一般直径约为36微米，厚约2-3微米。而 每平方毫米的叶绿体数目 十分庞大，这样叶绿体的 表面积比叶片大得多。在 电子显微镜下贯产，发现 叶绿体是由叶绿体被膜、 基质和类囊体三部分组成
叶绿体亚显微结构
1.叶绿体被膜(chloroplast envelope) 2.基质及内含物
叶绿体被膜由两层单位膜组成，两膜间距 5-10nm。被膜上无叶绿素，它的 主要功能是控制物质的进出，维持光合作用的微环境。外膜 (outer 被膜以内的基础物质称为基质 (stroma)，基质以水为主体，内含多种离子、低 主要功能是控制物质的进出，维持光合作用的微环境。外膜 (outer membrane)为非选择性膜，分子量小于10000的物质如蔗糖、核酸、无机盐 分子的有机物，以及多种可溶性蛋白质等。基质是进行碳同化的场所，它含有 类囊体 (thylakoid) 是由单层膜围起的 10000的物质如蔗糖、核酸、无机盐 membrane) 为非选择性膜，分子量小于 等能自由通过。内膜 (inner membrane)为选择透性膜，CO2、 O2 、 H2O 可自 还原 CO2与合成淀粉的全部酶系；基质中含有氨基酸、蛋白质、 DNA 、 RNA 、脂 扁平小囊，膜厚度 5-7nm ，囊腔 (lumen) 等能自由通过。内膜 (inner membrane)为选择透性膜，CO2、O2、H2O可自 由通过； Pi、磷酸丙糖、双羧酸、甘氨酸等需经膜上的运转器 类( 糖脂、磷脂、硫脂 ) 、四吡咯 (叶绿素类、细胞色素类)和萜类(类胡萝卜素、 空间为 10nm 左右，片层伸展的方向为叶 由通过； Pi 、磷酸丙糖、双羧酸、甘氨酸等需经膜上的运转器 (translocator) 才能通过；蔗糖、C5-C7糖的二磷酸酯、NADP+、PPi等物质 叶醇 )等物质及其合成和降解的酶类，还含有还原亚硝酸盐和硫酸盐的酶类以 绿体的长轴方向。类囊体分为二类：一 (translocator) 才能通过；蔗糖、C5-C7糖的二磷酸酯、NADP+、PPi等物质 则不能通过 及参与这些反应的底物与产物 ；基质中有淀粉粒(starch grain)与质体小球 类是基质类囊体 (stroma thylakoid), 则不能通过 (plastoglobulus) ，它们分别是淀粉和脂类的贮藏库 又称基质片层(stroma lamella)，伸展 在基质中彼此不重叠；另一类是基粒类 囊体(grana thlylakoid)，或称基粒片 层(grana lamella)，可自身或与基质 类囊体重(granum)。片层与片层互相接 触的部分称为堆叠区(appessed region)，其他部位则为非堆叠区 (nonappressed region) 叶绿体被膜由两层单位膜组成，两膜间距 5-10nm。被膜上无叶绿素，它的 3. 类囊体
• 目前人类每年消耗的能量约为7×1019J。 而光合作用固定的太阳能是它的100倍， 7×1021J（=165亿亿吨水）。
Photosynthesis Provides Consumers with Energy Through the Ingestion of Producers
3．维持大气O2和CO2的相对平衡
1960年
1970年 1990年
310ppm
320ppm 330-350ppm
2003年
•ຫໍສະໝຸດ Baidu
375.64ppm
CO2过多已经产生温室效应，使气温升高。
CO2的危害和益处
• CO2浓度升高，产生温室效应，它的危害是 （1）使干旱地区更干旱，沙漠化扩大； （2）南北极冰川融化，海平面上升，沿海低洼 地淹没 CO2浓度升高也有有利之处： （1）在部分地区有利于光合作用； （2）气温升高扩大植物的分布范围。 内蒙古阿拉善地区的沙尘暴 duststorm
光合作用的意义
探讨光合作用的规律和机理，对于有效 利用太阳能，更好地为人类服务，具有 重大的理论和实际意义。其意义在于： 1．将无机物转变成有机物
地球上的自养植物一年同化的碳素约为2×1011吨， 其中60％是由陆生植物同化的，余下的40％是由浮 游植物同化的
光合作用的结果之一是将简单的无机物CO2， 转化为有机物，这不仅满足了植物自身发展 的需要，而且也成为其它异养生物的碳素来 源。因此，在生物圈中，绿色植物是基础生 产者。 据估计，地球上每年固定7×1011吨CO2，折 合成碳素为1.39×1011吨，折合为有机物为 5×1011吨。
第一节 光合作用的重要性
• 光合作用（photosynthesis）是 指绿色植物吸收光能，同化二氧 化碳和水，制造有机物质并释放 氧气的过程。光合作用的最简式： CO2＋H2O→（CH2O）＋O2 • S.Ruben和M.D.Kamen（1941，美 国）通过18O2和C18O2同位素标记实 验，证明光合作用中释放的O2来自 于H2O。为了把CO2中的氧和H2O中 的氧在形式上加以区别，用下式 作为光合作用的总反应式：CO2 + 2H2O* → (CH2O) + O*2 ＋H2O