植物生理-光合作用

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1、植物的光合作用photosynthesis第一节光合作用的概念和意义绿色植物吸收光能，同化二氧化碳和水，制造有机物并释放氧气的过程，称为光合作用光合作用的意义1.把无机物变成有机物2.光能转变成化学能3.维持大气O2与CO2的相对平衡第二节叶绿体及其色素一、叶绿体的结构与化学成分1.叶绿体(chloroplast)结构stromagranathylakoid高等植物的叶绿体一般呈扁平的椭圆形。每个叶肉细胞约有20-200个叶绿体。每个典型的叶绿体约有40－60个基粒，每个基粒约有10－100个类囊体类囊体膜也叫光合膜(photosyntheticmembrane

2、)，因为光能的吸收、传递、转化以及电子传递和光合磷酸化等过程均在类囊体膜上进行叶绿体在细胞中能够随光照的方向与强度发生移动2.叶绿体的化学成分叶绿体含有75%的水分叶绿体间质中有一半的蛋白质是Rubisco,另外还有核糖体、DNA、RNA,以及与复制、转录和翻译有关的一些物质二、光合色素及其性质高等植物的光合色素存在于叶绿体中类囊体膜上，分为两大类：叶绿素类(chlorophylls)：叶绿素a、b；类胡萝卜素类(carotenoid)：β-胡萝卜素(carotene)、叶黄素(xanthophyll)1、光合色素的化学性质叶绿素分子具有双亲媒性，“头部”具有亲

3、水性，可以和蛋白质结合。“尾部”具有亲脂性，对叶绿素分子在类囊体片层上的固定起重要作用叶绿素a呈蓝绿色叶绿素b呈黄绿色卟啉环中的镁可被H+、Cu2+、Zn2+等离子取代。H+取代后的产物为去镁叶绿素，褐色；Cu2+、Zn2+等离子取代后的产物为铜代叶绿素、锌代叶绿素等，绿色类胡萝卜素均为脂溶性的色素分子β-胡萝卜素呈橙黄色叶黄素呈鲜黄色2.光合色素的光学特性光束通过三棱镜，可分成七色连续光谱。如果把叶绿体色素溶液放在光源和分光镜之间，即可看到光谱中有些波长的光线被吸收，光谱上出现暗带，这就是叶绿体色素的吸收光谱(aboorptionspectra)荧光现象叶绿素

4、溶液在透射光下呈绿色，在反射光下呈红色的现象称为荧光现象磷光现象叶绿素溶液停止光照后，仍能在一定的时间放出极微弱红光的现象，称为磷光现象荧光（fluorescence)磷光(phosphorescence)叶绿素的荧光和磷光现象都是叶绿素被光激发后产生的，叶绿素分子的激发是光能转变为化学能的第一步三、叶绿素的生物合成及其与环境条件的关系1.叶绿素的生物合成植物体内的叶绿素是不断地进行代谢的。叶绿素的生物合成是以谷氨酸与α-酮戊二酸为原料，合成δ-氨基戊酸（ALA）开始的,是在一系列酶的作用下形成的1）光照2）温度最适温度30℃左右3）矿质元素：N、Mg、Fe、

5、Cu、Mn、Zn4）氧气5）水分与蛋白质合成受阻有关2.影响chl合成的外界条件3.植物的叶色植物的叶色是各种色素的综合表现。取决于叶绿素和类胡萝卜素的比例叶片出现红色是由于花色素积累的缘故第三节光合作用的机理光合作用的机理分为三个主要阶段：原初反应、电子传递和光合磷酸化、碳同化一、原初反应原初反应(primaryreaction)是光合作用的起点。包括光能的吸收、传递和光化学反应。原初反应速度极快，为10-12－10-9s，可以在液氮温度下进行1.光能的吸收光能是依赖光合色素吸收的。根据光合色素功能的不同，可将其分为：①反应中心色素(reactioncentr

6、epigments)②聚光色素(lightharvestingpigments)反应中心色素：少数特殊状态的chla分子属于此类。它既能捕获光能，又能将光能转换为电能，即具有光化学活性。存在于反应中心(reactioncentre)聚光色素：绝大多数的chla和全部的chlb以及类胡萝卜素属于此类。它们只能收集光能，将光能聚集起来传递到反应中心色素，没有光化学活性。存在于光合膜上的色素蛋白复合体上聚光色素和反应中心色素是协同作用的。一般来说，约250-300个色素分子所聚集的光能传给一个反应中心色素分子，形成一个光合单位(photosyntheticunit)2

7、.激发能的传递聚光色素吸收光量子而被激发，激发能是以“激子”或“共振”两种方式在色素分子间进行能量传递，最后传递到反应中心色素分子，启动光化学反应。激发能传递的速度非常快3.光化学反应光化学反应指反应中心色素分子受光激发引起的氧化还原反应反应中心是类囊体上最基本的色素蛋白结构，包括：反应中心色素分子、原初电子受体和原初电子供体合反应中心发生的光化学反应（氧化还原反应）：hv二、电子传递和光合磷酸化1.两个光系统量子产额(quantumyield)：吸收一个光量子后绿藻放出的O2分子数或固定的CO2分子数当用长波红光(大于685nm)照射绿藻时，虽然光波仍被叶绿素

8、大量吸收，但量子产额急剧