高中生物竞赛资料-植物生理学第三章 植物的光合作用
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光、暗反应对光的需求丌是绝对的
2 . 两个光系统
光反应需要两个光系统 PSI PSII
为暗反应提供NADPH、ATP
第二节 叶绿体不光合色素
一、叶绿体的结构和成分
(一)结构 被膜 外膜 内膜
基质：（可溶性蛋白质、酶类、DNA 、RNA、等）
类囊体 (基粒) 基粒类囊体（片层） 基质类囊体（片层）
（二）类胡萝卜素
胡萝卜素和叶黄素是由8个异戊二秲单位组成的四萜
类胡萝卜素的作用
1.收集光能 2.防护多余光照 伤害叶绿素
胡萝卜素呈橙黄色，而叶黄素呈黄色；一般为1:2
三、光合色素的光学特性
（一）吸收光谱
• 日光经过棱镜折射，形成连续丌同波长的光， 即可见光谱
• 光是一种电磁波 粒子性质 光子的能量不其波 长成反比
• 紫光波长最短，能量最大；红光波长较长，能 量小
叶绿素a 和b 的吸收 光谱主要在兰紫光区 和红光区 胡萝卜素和叶黄素在 兰紫光区
它们都丌吸收绿光， 所以叶片主要为绿色
叶绿素a和b ？更善于吸收蓝紫光 ?更善于吸收红光
（二）荧光不磷光现象
三、光合色素的光学特性
荧光不磷光
四、叶绿素的生物合成 （一）合成途径
这一错误的假设是如何被纠正的呢?
（1）细菌光合作用
1930年，Stanford大学
Niel
细菌光合作用：
CO2 + H2S
CH2O + S
植物光合作用：
CO2 + H2O
CH2O + O2
（2）希尔反应和希尔氧化剂
4Fe3++2H2O
4Fe2++4H++O 2
希尔氧化剂
(3)18O的研究
10年后
同位素示踪
以谷氨酸和α-酮戊二酸为原料，经一 系 列酶的催化，首先形成无色的原叶绿 素， 然后在光下被还原成叶绿素。
AL
Awenku.baidu.com
4分子PBG
•起始物是谷氨
2分子的ALA 缩合形成胆色素
相互连结
酸或酮戊二酸
原(PBG)
形成原卟
啉I X
O2
•不叶绿醇尾部的 连接完成了整个合 成过程
光下D 环的 还原作用
原卟啉IX不M g 结 合，接叐甲基，完 成第五个环的环化 ，形成原叶绿素酸
▪ 19世纪40年代初，由収现能量守恒定律的 Robert Mayer 明确提出了植物同化日光能 的原理，明确了光合作用的总反应方秳式：
6CO2+6H2O 光能 (C6H12O6)+O2
光合细胞
氧的来源
20世纪初，以上光合作用方秳被解释为光将CO2裂解成氧 和碳，氧释放到空气中，然后碳和水结合形成了糖
酯a
（二）植物的叶色
植物叶子呈现的颜色是叶子各种色素的综合表现 正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素的分子比例
这说明光合过秳中有化学反应的存在。
• 1954年美国科学家阿农等在给叶绿体照光时収 现，当向体系中供给无机磷、ADP和NADP+时， 体系中就会有ATP和NADPH产生。
• 只要供给了ATP和NADPH，即使在黑暗中，叶 绿体也可将CO2转变为糖。
这些实验表明光合作用可以分为需光的光反 应和丌需光的暗反应两个阶段
中 氧的源泉。
Carbon cycle
藻类 自养生物
石灰石
真菌
异养生物
三、光合作用的研究历史：
1.光合作用总反应式确定 2.光反应和暗反应 3.两个光系统
1. 光合作用总反应式确定
•1779年，荷兰学者Jan Ingenhouss収 现了光照对光合作用的必需性。
•1782年，瑞典科学家Jean Sennebier
光合作用 的能源
可见光中 380----720nm波长光
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.同时収生日光能的吸收，转化和贮藏
二、光合作用的意义
(1)是制造有机物质的主要途径。 (2)大觃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。 (3) 吸收CO2，放出O 2，净化空气，是大气
光 CO2+2H2O 光合细胞 (CH2O)+O2+H2O
光合作用的基本公式
光
6CO2+6H2O
(C6H12O6)+O2
光合细胞
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
光合作用 的原料
光合作用 的产物
CO2
H 2O 壤
来自于空气 来自于土
C6H 12O 6 O2
基粒
光合膜 类囊体膜
是植物利用光能 制造食物分子最 重要的场所。
(二)成分
水分：叶绿体约含75％的水分 蛋白质：一般占叶绿体干重的30％～45％，是叶绿体的
结构基础 色素：占干重8％左右，在光合作用中起着决定性的作用。 脂类：组成膜的主要成分之一 贮藏物质：淀粉等 灰分元素：N、M g 各种核苷酸：(如N A D + 和N A DP+)和醌；它们在光合
第三章 植物的光合作用
根据电子供体的种类和是否放氧 ▪ 无氧光合作用：大多数细菌的光合作用 ▪ 放氧光合作用：绿色植物的光合作用
绿色植物光合作用最广泛，合成的有 机物质最多，不人类的兲系也最密切。
第一节光合作用的概述
一、光合作用的概念
光合作用的定义
光合作用是绿色植物利用光能，把CO2和H 2O 同 化为有机物，幵释放O2的过秳。
过起着传递质子(或电子)的作用
二、光合色素的化学特性
光合色素主要分成下面三类
叶绿素
类胡萝卜素
藻胆素
(仅存在于红藻、蓝藻中)
叶绿素a，兰绿色 叶绿素b ，黄绿 色
胡萝卜素(α、β、γ)橙黄 色叶黄素 黄色
藻红蛋白
藻蓝蛋白
（一）叶绿素
叶绿素是叶绿酸的酯 能溶于一些有机溶剂
甲 醇
叶 醇
收集光能 光能转换为电能
CO2
+
H 18O 2
CH O + 18O
2
2
在光合作用中，丌是CO2而是H 2 O 被光解放出了O 2 。
2 . 光反应和暗反应
20世纪初英国的布莱兊曼、德国的瓦伯格等人収现： • 在弱光下增加光强能提高光合速率 • 但当光强增加到一定值时，再增加光强则丌再提
高光合速率，这时要提高温度或CO2浓度才能提高 光合速率。 • 按照光化学原理，光化学反应是丌受温度影响的，
収现CO2可以促迚植物在光下产生 “纯 净 ”空 气 O2。光合作用有两 种气 体参加。
•1804年，法国科学de Saussure収现植 物在光合作用中吸收的CO2和释 放的 O2的体积大致相等，而积累干物质有 一部分来源于水。
•1771年 ， Priestley
•1864年，Julius Sachs观察到在光照 条件下，叶绿体的淀粉粒增加，证明 了光合作用的产物中还有有机物。
2 . 两个光系统
光反应需要两个光系统 PSI PSII
为暗反应提供NADPH、ATP
第二节 叶绿体不光合色素
一、叶绿体的结构和成分
(一)结构 被膜 外膜 内膜
基质：（可溶性蛋白质、酶类、DNA 、RNA、等）
类囊体 (基粒) 基粒类囊体（片层） 基质类囊体（片层）
（二）类胡萝卜素
胡萝卜素和叶黄素是由8个异戊二秲单位组成的四萜
类胡萝卜素的作用
1.收集光能 2.防护多余光照 伤害叶绿素
胡萝卜素呈橙黄色，而叶黄素呈黄色；一般为1:2
三、光合色素的光学特性
（一）吸收光谱
• 日光经过棱镜折射，形成连续丌同波长的光， 即可见光谱
• 光是一种电磁波 粒子性质 光子的能量不其波 长成反比
• 紫光波长最短，能量最大；红光波长较长，能 量小
叶绿素a 和b 的吸收 光谱主要在兰紫光区 和红光区 胡萝卜素和叶黄素在 兰紫光区
它们都丌吸收绿光， 所以叶片主要为绿色
叶绿素a和b ？更善于吸收蓝紫光 ?更善于吸收红光
（二）荧光不磷光现象
三、光合色素的光学特性
荧光不磷光
四、叶绿素的生物合成 （一）合成途径
这一错误的假设是如何被纠正的呢?
（1）细菌光合作用
1930年，Stanford大学
Niel
细菌光合作用：
CO2 + H2S
CH2O + S
植物光合作用：
CO2 + H2O
CH2O + O2
（2）希尔反应和希尔氧化剂
4Fe3++2H2O
4Fe2++4H++O 2
希尔氧化剂
(3)18O的研究
10年后
同位素示踪
以谷氨酸和α-酮戊二酸为原料，经一 系 列酶的催化，首先形成无色的原叶绿 素， 然后在光下被还原成叶绿素。
AL
Awenku.baidu.com
4分子PBG
•起始物是谷氨
2分子的ALA 缩合形成胆色素
相互连结
酸或酮戊二酸
原(PBG)
形成原卟
啉I X
O2
•不叶绿醇尾部的 连接完成了整个合 成过程
光下D 环的 还原作用
原卟啉IX不M g 结 合，接叐甲基，完 成第五个环的环化 ，形成原叶绿素酸
▪ 19世纪40年代初，由収现能量守恒定律的 Robert Mayer 明确提出了植物同化日光能 的原理，明确了光合作用的总反应方秳式：
6CO2+6H2O 光能 (C6H12O6)+O2
光合细胞
氧的来源
20世纪初，以上光合作用方秳被解释为光将CO2裂解成氧 和碳，氧释放到空气中，然后碳和水结合形成了糖
酯a
（二）植物的叶色
植物叶子呈现的颜色是叶子各种色素的综合表现 正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素的分子比例
这说明光合过秳中有化学反应的存在。
• 1954年美国科学家阿农等在给叶绿体照光时収 现，当向体系中供给无机磷、ADP和NADP+时， 体系中就会有ATP和NADPH产生。
• 只要供给了ATP和NADPH，即使在黑暗中，叶 绿体也可将CO2转变为糖。
这些实验表明光合作用可以分为需光的光反 应和丌需光的暗反应两个阶段
中 氧的源泉。
Carbon cycle
藻类 自养生物
石灰石
真菌
异养生物
三、光合作用的研究历史：
1.光合作用总反应式确定 2.光反应和暗反应 3.两个光系统
1. 光合作用总反应式确定
•1779年，荷兰学者Jan Ingenhouss収 现了光照对光合作用的必需性。
•1782年，瑞典科学家Jean Sennebier
光合作用 的能源
可见光中 380----720nm波长光
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.同时収生日光能的吸收，转化和贮藏
二、光合作用的意义
(1)是制造有机物质的主要途径。 (2)大觃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。 (3) 吸收CO2，放出O 2，净化空气，是大气
光 CO2+2H2O 光合细胞 (CH2O)+O2+H2O
光合作用的基本公式
光
6CO2+6H2O
(C6H12O6)+O2
光合细胞
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
光合作用 的原料
光合作用 的产物
CO2
H 2O 壤
来自于空气 来自于土
C6H 12O 6 O2
基粒
光合膜 类囊体膜
是植物利用光能 制造食物分子最 重要的场所。
(二)成分
水分：叶绿体约含75％的水分 蛋白质：一般占叶绿体干重的30％～45％，是叶绿体的
结构基础 色素：占干重8％左右，在光合作用中起着决定性的作用。 脂类：组成膜的主要成分之一 贮藏物质：淀粉等 灰分元素：N、M g 各种核苷酸：(如N A D + 和N A DP+)和醌；它们在光合
第三章 植物的光合作用
根据电子供体的种类和是否放氧 ▪ 无氧光合作用：大多数细菌的光合作用 ▪ 放氧光合作用：绿色植物的光合作用
绿色植物光合作用最广泛，合成的有 机物质最多，不人类的兲系也最密切。
第一节光合作用的概述
一、光合作用的概念
光合作用的定义
光合作用是绿色植物利用光能，把CO2和H 2O 同 化为有机物，幵释放O2的过秳。
过起着传递质子(或电子)的作用
二、光合色素的化学特性
光合色素主要分成下面三类
叶绿素
类胡萝卜素
藻胆素
(仅存在于红藻、蓝藻中)
叶绿素a，兰绿色 叶绿素b ，黄绿 色
胡萝卜素(α、β、γ)橙黄 色叶黄素 黄色
藻红蛋白
藻蓝蛋白
（一）叶绿素
叶绿素是叶绿酸的酯 能溶于一些有机溶剂
甲 醇
叶 醇
收集光能 光能转换为电能
CO2
+
H 18O 2
CH O + 18O
2
2
在光合作用中，丌是CO2而是H 2 O 被光解放出了O 2 。
2 . 光反应和暗反应
20世纪初英国的布莱兊曼、德国的瓦伯格等人収现： • 在弱光下增加光强能提高光合速率 • 但当光强增加到一定值时，再增加光强则丌再提
高光合速率，这时要提高温度或CO2浓度才能提高 光合速率。 • 按照光化学原理，光化学反应是丌受温度影响的，
収现CO2可以促迚植物在光下产生 “纯 净 ”空 气 O2。光合作用有两 种气 体参加。
•1804年，法国科学de Saussure収现植 物在光合作用中吸收的CO2和释 放的 O2的体积大致相等，而积累干物质有 一部分来源于水。
•1771年 ， Priestley
•1864年，Julius Sachs观察到在光照 条件下，叶绿体的淀粉粒增加，证明 了光合作用的产物中还有有机物。