第三章 光合作用

浸提法 0.1g叶+10ml混合液浸提 0.1g叶+10ml混合液浸提
铜代叶绿素反应
卟啉环中的镁可被H 卟啉环中的镁可被H+所 置换。当为H 所置换后， 置换。当为H＋所置换后，即 形成褐色的去镁叶绿素 褐色的去镁叶绿素。 形成褐色的去镁叶绿素。 去镁叶绿素中的H 去镁叶绿素中的H＋再被 取代，就形成铜代叶绿 Cu2+取代，就形成铜代叶绿 素，颜色比原来的叶绿素更 鲜艳稳定。 鲜艳稳定。 根据这一原理可用醋酸 铜处理来保存绿色标本。 铜处理来保存绿色标本。
２. 从原生质体分离(酶解法) 从原生质体分离(酶解法) 离心 酶解 挤压 叶组织 质膜与细胞器 原生质体 叶绿体 <20µm尼龙网 尼龙网 果胶酶,纤维素酶 果胶酶 纤维素酶 0.5mol／L甘露醇 ／ 甘露醇 pH5.0～pH5.5 ,40℃, ～ ℃ 振荡 Chlor被膜 被膜 完整度较高
第二节 叶绿体与光合色素
卟啉环 另外卟啉环还有一个含羰基的同素环 环上含相同元素）， ），其上一个羧 （Ⅴ环上含相同元素），其上一个羧 基以酯键与甲醇相结合。 基以酯键与甲醇相结合。 环Ⅵ上有一个丙酸侧链以酯键与叶绿 醇相结合， 醇相结合，叶绿醇是由四个异戊二烯 单位所组成的双萜，具有亲脂性。 单位所组成的双萜，具有亲脂性。
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1.叶绿体被膜 1.叶绿体被膜
由两层单位膜组成，两 两层单位膜组成， 组成 膜间距5 10nm。 膜间距5～10nm。被膜上 无叶绿素， 无叶绿素， 主要功能 功能是控制物质的 主要功能是控制物质的 进出， 进出，维持光合作用的微 环境。 环境。 膜对物质的透性受膜成 分和结构的影响。 分和结构的影响。膜中蛋 白质含量高， 白质含量高，物质透膜的 受控程度大。 受控程度大。
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
☼将照光的叶片研磨成匀浆 将照光的叶片研磨成匀浆 离心， 离心，沉淀在离心管底部 的白色颗粒就是淀粉粒。 的白色颗粒就是淀粉粒。 ☼质体小球又称脂质球或亲 质体小球又称脂质球或亲 锇颗粒。（叶片衰老时， 。（叶片衰老时 锇颗粒。（叶片衰老时， 叶绿体膜解体， 叶绿体膜解体，基质中脂 质球增多） 质球增多）
叶绿素分子含有一个卟啉环的“头部” 叶绿素分子含有一个卟啉环的“头部” 和一个叶绿醇(植醇 植醇)的 尾巴” 和一个叶绿醇 植醇 的“尾巴”。
Mg--卟啉环结构图
卟啉环由四个吡咯环与四个 甲烯基(－ ＝ 连接而成 连接而成。 甲烯基 －CH＝)连接而成。 卟啉环的中央络合着一个镁 原子，镁偏向带正电荷， 原子，镁偏向带正电荷，与 其相联的氮原子带负电荷， 其相联的氮原子带负电荷， 因而“头部”有极性。 因而“头部”有极性。 卟啉环上的共轭双键和中央 镁原子容易被光激发而引起 电子的得失， 电子的得失，这决定了叶绿 素具有特殊的光化学性质。 素具有特殊的光化学性质。
第一节 光合作用的重要性
一、光合作用的概念 光 6CO2+6H2O (C6H12O6)+6O2 绿色细胞
基本公式
第一节 光合作用的重要性
一、光合作用的概念
光合作用 的部位 植物的绿色部分 (叶、茎、果等), 主要是叶片. 细胞中的叶绿体
第一节 光合作用的重要性
一、光合作用的概念源自文库
光合作用 的原料 光合作用 的产物
3.类囊体 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, 1.膜的堆叠意味着捕获光能机构高度密集,更有效地 膜的堆叠意味着捕获光能机构高度密集 收集光能。 收集光能。 2.膜系统常是酶排列的支架 膜系统常是酶排列的支架， 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。 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 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。 结构,它有利于光合作用的进行。
叶绿醇
叶绿素的提取
叶绿素是一种酯， 叶绿素是一种酯，因此不 溶于水。 溶于水。通常用含有少量水的 80％ 有机溶剂如80 的丙酮， 有机溶剂如80％的丙酮，或者 95%乙醇 乙醇， 丙酮∶乙醇∶ 95%乙醇，或丙酮∶乙醇∶水 4.5∶4.5∶1的混合液来提 ＝4.5∶4.5∶1的混合液来提 取叶片中的叶绿素， 取叶片中的叶绿素，用于测定 叶绿素含量。 叶绿素含量。 之所以要用含 有水的有机溶剂提取叶绿素， 有水的有机溶剂提取叶绿素， 这是因为叶绿素与蛋白质结合 牢，需要经过水解作用才能被 提取出来。 提取出来。 提取方法 研磨法 研磨法提取 光合色素
第一节 光合作用的重要性
二、光合作用的意义 是制造有机物质的主要途径； (1) 是制造有机物质的主要途径； 合成有机物的“绿色工厂” 合成有机物的“绿色工厂” 约合成5千亿吨/ 约合成5千亿吨/年 大规模地将太阳能转变为贮藏的化学能， (2) 大规模地将太阳能转变为贮藏的化学能，是巨大的 能量转换系统； 能量转换系统； 转化3.2 1021J/y的日光 3.2× 转化3.2×1021J/y的日光 吸收CO 放出O 维持大气中CO 的平衡。 (3) 吸收CO2，放出O2，维持大气中CO2和O2的平衡。 释放出5.35千亿吨氧气/年 释放出5.35千亿吨氧气/ 5.35千亿吨氧气
1.叶绿体被膜 1.叶绿体被膜
外膜 非选择性膜 。 内膜 选择透性膜。 选择透性膜。 1.CO2、O2、H2O自由通过； 自由通过； 自由通过 2.Pi、 磷酸丙糖 、 双羧酸 、 甘氨 、 磷酸丙糖、 双羧酸、 酸等需经膜上的运转器才能通过； 运转器才能通过 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 、 蔗糖、 糖的二磷酸酯、 蔗糖 NADP+、 PPi等物质则不能通过 。 等物质则不能通过。 、 等物质则不能通过
环己烯
(紫罗兰酮环)
橙黄色
3
黄色
胡萝卜素(carotene)呈橙黄色，有α、β、γ三种同分异构体， 呈橙黄色， 胡萝卜素 呈橙黄色 三种同分异构体， 其中以β 胡萝卜素在植物体内含量最多。 其中以β-胡萝卜素在植物体内含量最多。β-胡萝卜素在动物体 内经水解转变为维生素A 内经水解转变为维生素A。 叶黄素(xanthophyll)呈黄色，是由胡萝卜素衍生的醇类，也叫胡 呈黄色， 叶黄素 呈黄色 是由胡萝卜素衍生的醇类， 萝卜醇,通常叶片中叶黄素与胡萝卜素的含量之比约为2:1 2:1。 萝卜醇,通常叶片中叶黄素与胡萝卜素的含量之比约为2:1。 一般来说，叶片中叶绿素与类胡萝卜素的比值约为3∶1， 叶绿素与类胡萝卜素的比值约为3∶1 一般来说，叶片中叶绿素与类胡萝卜素的比值约为3∶1，所以 正常的叶子总呈现绿色。秋天或在不良的环境中， 正常的叶子总呈现绿色。秋天或在不良的环境中，叶片中的叶绿 素较易降解，数量减少，而类胡萝卜素比较稳定， 素较易降解，数量减少，而类胡萝卜素比较稳定，所以叶片呈现 黄色。 黄色。 类胡萝卜素总是和叶绿素 一起存在于高等植物的叶 绿体中， 绿体中，此外也存在于果 花冠、花粉、 实、花冠、花粉、柱头等 器官的有色体中。 器官的有色体中。 类胡萝卜素都不溶于水, 类胡萝卜素都不溶于水,而 溶于有机溶剂。 溶于有机溶剂。
向叶绿素溶液 中放入两滴5 中放入两滴5 ％盐酸摇匀， 溶液颜色的变 为褐色，形成 去镁叶绿素。
制作绿色标本方法： 制作绿色标本方法：
50%醋酸溶液配制的饱 用50%醋酸溶液配制的饱 和醋酸铜溶液浸渍植物标 处理时可加热) 本(处理时可加热)
当溶液变褐 色后，投入 醋酸铜粉末， 微微加热， 形成铜代叶 绿素
(二)叶绿体色素 二 叶绿体色素 1、种类（按化学结构分） 、种类（按化学结构分） 叶绿素a， 叶绿素 叶绿素 ，兰绿色 C55H72O5N4Mg 叶绿素b， 叶绿素 ，黄绿色 C55H70O6N4Mg 胡萝卜素(α、 、 类胡萝卜素 胡萝卜素 、β、γ) 橙黄色 叶黄素 黄色 藻胆素 藻红蛋白 (仅存在于红藻、蓝藻中 仅存在于红藻、 仅存在于红藻 蓝藻中) 藻蓝蛋白
3.类囊体 3.类囊体
由单层膜围起的扁平小囊。膜厚度5 7nm， 由单层膜围起的扁平小囊。膜厚度5～7nm，囊腔空间 10nm左右 左右， 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 3.类囊体
类囊体分为二类： 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； 重叠； 基粒类囊体 或称基粒 片层， 片层，可自身或与基质类 囊体重叠，组成基粒。 囊体重叠，组成基粒。 堆叠区 片层与片层互相 接触的部分， 接触的部分， 非堆叠区 片层与片层非 互相接触的部分。 互相接触的部分。
第二节 叶绿体与光合色素
一、叶绿体与光合色素 (一)叶绿体的结构与成分 (二）叶绿素的种类
1、种类 2.吸收光谱 3.荧光与磷光现象 4.生物合成 5.影响叶绿素合成的条件 6.叶色变化
第二节 叶绿体与光合色素
一、叶绿体与光合色素
(一)叶绿体的结构与成分 被膜 外膜(outer membrane) 内膜(inter membrane) 基 质 (stroma)： 含 可溶性蛋白 质、酶类、 DNA、RNA、核糖体等 类囊体 基粒类囊体（基粒片层） (thylakoid) 基质类囊体（基质片层）
2.类胡萝卜素 2.类胡萝卜素(carotenoid) 类胡萝卜素
是由8个异戊二烯形成的四萜，含有一系列的共轭双键，分 个异戊二烯形成的四萜，含有一系列的共轭双键， 子的两端各有一个不饱和的取代的环己烯，也即紫罗兰酮环， 子的两端各有一个不饱和的取代的环己烯，也即紫罗兰酮环， 类胡萝卜素包括胡萝卜素(C 和叶黄素(C 两种。 类胡萝卜素包括胡萝卜素(C40H56)和叶黄素(C40H56O2)两种。
(一)光合色素的结构和性质
1.叶绿素 1.叶绿素
使植物呈现绿色的色素。 使植物呈现绿色的色素。
叶绿素a 叶绿素a 叶绿素b 叶绿素b 叶绿素c 叶绿素c 叶绿素d 叶绿素d 高等植物 藻类中
叶绿素
细菌叶绿素—— 细菌叶绿素 光合细菌 叶绿素是双羧酸的酯， 叶绿素是双羧酸的酯，一个 羧基被甲醇所酯化 ， 另一个 羧基被叶绿醇所酯化。 羧基被叶绿醇所酯化。 叶绿素a 叶绿素a与b的不同之处是叶 绿素a 多两个氢少一个氧。 绿素 a 比 b 多两个氢少一个氧 。 两者结构上的差别仅在于叶 叶绿素结构 绿素a 的第Ⅱ 绿素 a 的第 Ⅱ 吡咯环上一个甲 含有由中心原子Mg连接四个吡咯环的卟林环结 含有由中心原子 连接四个吡咯环的卟林环结 被醛基( CHO)所取 基(－CH3)被醛基(－CHO)所取 构和一个使分子具有疏性长的碳氢链。 构和一个使分子具有疏性长的碳氢链。 代。
(一)叶绿体的分离
１.从叶片中直接分离(机械法) 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℃ 糖醇 ± ～ ℃
匀 浆
过 匀浆4～ 层纱布或 层纱布或100目尼龙纱布 滤 匀浆 ～8层纱布或 目尼龙纱布
细胞液 叶绿体
分级离心 500g去沉淀，3000g去上清液，沉淀悬浮， 去沉淀， 去上清液， 去沉淀 去上清液 沉淀悬浮， 冰浴保存
CO2 H2O C6H12O6 O2 来自于空气 来自于土壤
第一节 光合作用的重要性
一、光合作用的概念
光合作用 的能源 可见光中 380----720nm波长光
第一节 光合作用的重要性
一、光合作用的概念
光合作用 的特点 是一个氧化还原反应
1.水被氧化为分子态氧, 2.二氧化碳被还原到糖水平 3.同时发生日光能的吸收,转化和贮藏
2.基质及内含物
被膜以内的基础物质。以水为主体， 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。 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 基质中能进行多种多样复杂的生化反应 含有还原CO 含有还原CO2 (Rubisco 1，5-二磷酸核酮糖羧化酶 加氧酶) /加氧酶)与合成淀粉的全部酶系 ——碳同化场所 碳同化场所 含有氨基酸、 蛋白质、 DNA、 RNA、 含有氨基酸 、 蛋白质 、 DNA 、 RNA 、 还原亚硝酸盐 和硫酸盐的酶类以及参与这些反应的底物与产 N 物 ——N代谢场所 脂类(糖脂、磷脂、硫脂) 四吡咯(叶绿素类、 脂类(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、叶醇) 胞色素类)和萜类(类胡萝卜素、叶醇)等物质及其 合成和降解的酶类——脂 合成和降解的酶类 脂、色素等代谢场所
第三章 植物的光合作用
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 光合作用的重要性 叶绿体及叶绿体色素 光合作用的机理 影响光合作用的因素 植物对光能的利用
第一节 光合作用的重要性
一、光合作用的概念 二、光合作用的意义 三、光合作用的研究历史
第一节 光合作用的重要性
一、光合作用的概念 1.定义：光合作用是绿色植物利用光能， 把CO2和H2O同化为有机物，并释放O2的过 程。 光 6CO2+6H2O (CH2O)6+6O2 绿色细胞