第三章植物光合作用

• 温室气体 (Greenhouse gases)——CO2 和 C H4 导致温室效应 ( greenhouse effect)
• 温室效应引起全球气候变暖。
• Why?
透过太阳短波辐射，反回地球长 波辐射，地球散失能量减少，地 球变暖，这种效应类似温室效应 。
温室气体
factory
Earth
第 3 章 植物光合作用
光合作用是地球上最重要的化学反应， 绿色植物通过光合作用合成了自身 95% 以上 的有机物质，不仅满足自身的需要，还为地 球上的异养生物提供有机物质。
重点 : 光合细胞器的结构和功能 , 光能吸收 、传递和光化学反应 , 碳同化 , 环境条件对 光合作用的影响 , 提高光能利用率的途径。
透过太阳短波辐射，反回地球长 波辐射，地球散失能量减少，地 球变暖，这种效应类似温室效应 。
温室气体
factory
Earth
• 第 2 节 叶绿体的结构与功能
• 2.1 叶绿体形态的结构
•
• 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 > 阳叶 . • 20 ～ 200/ 细胞 . •
图 3-6 叶绿素、类胡萝卜素和藻胆素的结
• 2.2.1 叶绿体色素的吸收光谱 • 1. 吸收光谱
图 3-7 吸收光谱示图
图 3-8 主要光合色素的吸收光谱
1 、细菌叶绿素 a ， 2 、叶绿素 a ， 3 、叶绿素 b ， 4 、 藻红素， 5 、 β- 胡萝卜素。除藻红素为水溶液外，其余 均为非极性溶剂。
COOC20 H39
COOCH3
C32 H28 O2 N4 Mg
Chl b
COOC20 H39
带色的 Mg 卟啉亲水 “头”
酯
无色的 植醇 ( 二萜 ) 的“尾 ”
图 3-5 叶绿素分子的结构
（ a ）皂化反应——分离叶绿类和类胡萝卜 素
C32H30ON4Mg
COOCH3 COOC20H39
+ 2KOH
相对吸收
• 类胡萝卜素的吸
300
收 蓝紫光部分。
250
• 类胡萝卜素除吸
200
收和传递光能以
150
外 , 还可稳定质体
100
中的叶绿素分子 ,
50
防止其自身氧化
或被阳光破坏。
C32H30ON4Mg
COO— COO—
+ 2KOH +CH3OH +C20H39OH
类胡萝卜素
• （ B ）取代反应 • H+ 取代 Mg2+, Cu2+ (Zn2+) 取代 H+ 。
C CC CN
C CC CN
H2C
CC R1—C C N
HC
Fra Baidu bibliotek
CCHH2
C
CC C NC
CH3
HH
CH
—CH3
H3C—
2.1.1 叶绿体的结构
图 3-1 叶绿体的电镜 图
40-60 基粒 / 叶绿体 , 10-1 00 类囊体 / 基粒 , 决定植 物类型、年龄和生长环境 。
基质类囊体 内外被膜 基粒
基粒类囊体
基质
图 3-2 叶绿体和类囊体形态结构
弱光
强光
弱光下叶绿体的扁平面 与光作垂直排列
强光下叶绿体的扁平面与 光作平行排列
相对吸收
200
150
a
100
b
50
0 400 450 500 550 600 650 700
波长 (nm)
图 3-9 叶绿素的吸收光谱
Chl 吸收光区 , 红光 区 (640-660 nm), 蓝紫 光区 (410-470nm) 。 在红光区 Chla 的吸收 峰波长长于 Chlb 的吸 收峰波长 , 在蓝紫光 区 Chla 的吸收峰波长 短于叶绿素 b 的吸收 峰波长。
• 图 3-3 叶绿体在不同光照条件下的分布图
2.1.2 叶绿体的功能
•
叶绿体
(Chloroplast ）
外被膜— permeability
被膜 (env
elope)
内被膜— selective permeability (H2O,O2,
CO2—Free; Pi,TP,aa--Transporters)
2.1.3 叶绿体的发育
原始质体
光照
黑暗
前质体
light
图 3-4 叶绿体发育示意图
•2.2 光合色素及其性质
光合色素 ( 三大类 )
叶绿素类 (chlorophylls), Chla,Chlb, Chlc,Chld,Chle 和细菌叶绿素 a,b
等类胡萝卜素类 (carotenoids) , 胡萝卜 素 (carotene) 叶黄素 (xanthophyll)
第 1 节 光合作用的概念和意义 1.1 光合作用 (photosynthesis) 的概念
光能
CO2+H2O
+O2
绿色植物 光能
CO2+H2O
+O2
叶绿体
光能
CO2+H2A
+2A
绿色细胞
(H2S, 异炳醇 )
（ CH2O ） (1) （ CH2O ） (2) （ CH2O ） (3)
• 从进化的角度看 , 光合细菌绿色植 物光合化能合成细菌。
藻胆素 : 藻蓝素 (phycocyanobilin) 藻红素 (phycoerythrobilin)
。
2.2.1 叶绿体色素的化学性质
(1) 叶绿素 (Chl) 不溶于水，
溶于有机溶剂（ 乙醇、丙酮、石 油醚），干叶必 须用含水的有机 溶剂抽提。
COOCH3
C32 H30 ON4 Mg
Chl a
膜—光合色素、光合链——原初反应、电
类囊体 子传递和光合磷酸化（光合膜
ph
(thylakoid) otosynthetic membrane ）
腔—光合放 O2
间质（ stroma ） ——光合碳循环酶（ Rubis co), CO2 固定 ( 同化 ); DNA ， RNA ，核糖体 7 0S—— 部分遗传自主
• 1.2 光合作用的意义
• (1) 无机物转化为有机物的主要途径
• CO2——7×1014Kg/ 年 ( 有机物 5×1014Kg/ ye ar)——“ 绿色工厂” .
• (2) 巨大的能量转化系统 • 3×1021J/year.
• (3) 维持 O2 和 CO2 的相对平衡
• O2 21%. CO2?
C
C CC
NC
C CC
NC
H2C
CC R1—C C N
HC
CCHH2
C
CC C NC
CH3
Cu
CH
—CH3
H3C—
C
褐色
绿色
• (2) 类胡萝卜素 (Car)
• 类胡萝卜素都不溶于水 , 而溶于有机 溶剂。
•
胡萝卜素——橙黄
色
• 类胡萝卜素
•
叶黄素——鲜黄色
。
• 四萜化合物——共轭双键体系——吸收 和传递光能。