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时间:2018-09-26
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1、生物奥赛之植物生理学光合作用专题[竞赛要求]1.光合作用的概念及其重大意义2.光合作用的场所和光合色素3.光合作用的全过程(光系统I和光系统II)4.C3和C4植物的比较(光呼吸)5.外界条件对光合作用的影响(饱和点、补偿点)6.光合作用的原理在农业生产中的应用外膜[知识梳理]一.光合作用概述内膜叶绿体膜(分布与暗反应有关的酶,暗反应进行的场所)基质1.叶绿体(分布与光反应有关的酶和色素,光反应进行的场所)基粒类囊体:叶绿体中由许多片层组成的片层系统。基粒类囊体:组成基粒的类囊体。基质类囊体:贯穿在基粒间的基质中的类囊体。2.光合色
2、素⑴分布:类囊体膜(光合膜)⑵种类及作用①、叶绿素(3):叶绿素a、b(3:1),吸收、传递光能,少数叶绿素a能转换光能。主要吸收蓝紫光和红橙光②、类胡萝卜素(1):胡萝卜素和叶黄素(2:1),吸收、传递光能。主要吸收蓝紫光③、藻胆素:常结合成藻胆蛋白。主要有藻红蛋白、藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白三类。作用:吸收传递光能。仅存在藻类。应注意吸收光谱只说明光合色素吸收的光段,不能进一步说明这些被吸收的光段在光合作用中的效率,要了解各被吸收光段的效率还需研究光合作用的作用光谱,即18第18页共18页不同波长光作用下的光合效率称为作用光谱。荧光现
3、象:叶绿素溶液在透射光下呈绿色,而在反射光下呈红色的现象。磷光现象:叶绿素在去掉光源后,还能继续辐射出极微弱的红光(用精密仪器测知)的现象。荧光现象和磷光现象图示3、光合过程光反应暗反应三个阶段1、原初反应2、电子传递和光合磷酸化3、碳同化能量转变光能→电能电能→活跃化学能活跃化学能→稳定化学能贮能物质量子→电子ATP、NADPH糖类(磷酸丙糖)转变部位类囊体片层类囊体片层叶绿体基质一光能的吸收、传递和转换原初反应:为光合作用最初的反应,它包括光合色素对光能的吸收、传递以及将光能转换为电能的具体过程(图5-1)。图5-1原初反应图解
4、附:参加原初反应的色素18第18页共18页反应中心色素(“陷阱”色素):具光化学活性,作用捕获光能,将光能转换为电能。少数特殊状态的叶绿素a属此类聚光色素(天线色素):无光化学活性,作用吸收光能并传递到反应中心色素。绝大部分叶绿素a和全部叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素属此类⑴按功能分:⑵光合单位:每吸收与传递1个光子到反应中心完成光化学反应所需起协同作用的色素分子。包括聚光色素系统和光合反应中心两部分。所以光合单位又定义为:结合于类囊体膜上能完成光化学反应的最小结构的功能单位。⑶原初反应的基本过程:①聚光色素分子吸收光能本身被激发。②光
5、能由聚光色素分子传递到作用中心色素分子。③作用中心色素分子被激发成激发态。④激发态作用中心色素分子将电子传递给原初电子受体。⑤失去了一个电子的作用中心色素分子从原初电子供体获得一个电子,色素分子恢复原状。该过程可表示为:D·P·A→D·P*·A→D·P+·A-→D+·P·A-D·P·A为光系统或反应中心Donor(原初电子供体)Pigment(作用中心色素)Acceptor(原初电子受体)注意:高等植物的最终电子供体是水,最终电子受体是NADP+。这一氧化还原反应(光化学反应)的完成,实现了将光能转化为电能。二、电能转化为活跃的化学
6、能光系统:指色素和蛋白质及其他物质的复合体,呈颗粒状,存在于类囊体膜上。每一系统包含250-400个叶绿素和其他色素分子。分光系统I和光系统II,2个光系统之间有电子传递链相连接。图5-2光系统示意图18第18页共18页光系统I(PSI):作用中心色素为P700,P700被激发后的主要特点是把电子供给Fd(铁氧还蛋白),在NADP+还原酶的参与下,Fd把NADP+还原成NADPH。PSI的光化学反应是长波长反应。光系统II(PSII):作用中心色素为P680,P680被激发后的主要特点,电子供给pheo(去镁叶绿素),引起水的光解和
7、放氧,并把从水分子中夺取的电子传给PSI两个光化学反应的关系可用下式来表示:证据:红降现象:当光合作用作用光的波长大于685nm时,虽然这仍在叶绿素的吸收范围,但光合量子产额(植物每吸收1个光子所释放氧分子的个数或吸收CO2分子的个数)却急剧下降的现象。双光增益效应(爱默生效应):在远红光(波长大于685nm)条件下,如果补充红光(波长650nm),则量子产额大增,并且比这两种波长的光单独照射时的总和要大。这样两种波长的光促进光合效率的现象叫双光增益效应(爱默生效应)。⑴①水的光解:H2O是光合作用中O2来源,也是光合电子的最终供体
8、。18第18页共18页水光解的反应:2H2O→O2+4H++4e-②光合电子传递链(光合链)概念:光合链是指定位在光合膜上的、一系列互相衔接的电子传递体组成的电子传递的总轨道。由于各电子传递体具不同的氧化还原电位,负值越大代表还原势越
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