植物生理学--光合作用

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1、02-11-121植物生理学PlantPhysiology内蒙古农大学植物生理教研室InnerMongoliaAgriculturalUniversity2021/7/211第三章植物的光合作用第一节光合作用的研究意义第二节叶绿体和叶绿体色素第三节光合作用的机理第四节光呼吸第五节影响光合作用的因素第六节光合作用与作物生产第七节光合作用产物的运输与分配2021/7/2121早期研究光合作用的早期研究基本概念碳素同化作用:自养生物将CO2转变为有机物的过程。碳素同化作用包括:细菌光合作用绿色植物光合作用化能合成作用绿色植物光合作用:绿

2、色植物吸收光能、同化CO2和水、合成有机物、释放氧的过程,如下式所表达:2021/7/213历程早期研究历程18世纪初，尚未认识到气体的营养作用；1727年，Hales提出植物营养也可能来自于空气；1771年，J.Priestley做薄荷枝条、小鼠、燃烧蜡烛的钟罩试验。是年被定为光合作用的发现年代；1782年，J.Senebier证明CO2为必需，O2为产物；1804年，N.T.DeSaussure指出水参与光合作用；1864年，J.V.Sachs观测到淀粉粒的生成；19世纪末，光合作用总反应式完成。2021/7/214二十世纪初

3、确定了光合作用的总反应式:光6CO2+6H2O───→C6H12O6+6O2绿色植物后来又将其简化为:光CO2+H2O───→(CH2O)+O2叶绿体光合作用的意义1、合成有机物；2、蓄积太阳能；3、净化空气2021/7/215Figure3-1第二节叶绿体和叶绿体色素1、叶绿体1.1叶绿体的发育、形态及分布1.2叶绿体的基本结构（1）叶绿体被膜；（2）基质及内含物；（3）类囊体2021/7/216图3-1玉米的叶绿体（A）和类囊体（B）的超微结构CE：被摸；GL：基粒片层；P：基粒；sl：基质片层；s：基质。Granum（基粒）

4、；stroma（间质）；thylakoid（类囊体）；lumen（通道）；stromathylakoid（间质片层）；Appressedregion（）；nonappressedregion（）2021/7/2172、叶绿体色素2.1叶绿体色素的结构与性质（1）叶绿素（2）类胡萝卜素（3）藻胆素2.2叶绿体色素的吸收光谱（1）辐射能量q=hυυ=c/λE=Nhυ=Nhc/λ（2）吸收光谱2.3叶绿素的生物合成及其与环境条件的关系2.3.1叶绿素的生物合成2.3.2影响叶绿素形成的条件(1)光(2)温度(3)营养元素(4)氧(5)水

5、2021/7/2182光合色素2光合色素2.1光合色素的结构与性质光合色素的种类:叶绿素、类胡萝卜素、藻胆素。(1)叶绿素a和b:叶绿素是一个双羧酸的酯类，其羧基分别被叶醇和甲醇所酯化.不溶于水，溶于有机溶剂;叶绿素a蓝绿色，b黄绿色；双羧酸酯，可发生皂化反应。2021/7/219Chl结构叶绿素的结构特点：头部卟啉环中，Mg带正电荷，N带负电荷，具极性，亲水，易与蛋白质结合；尾部叶醇长链亲脂，决定了叶绿素的脂溶性；Mg原子可被H+、Cu、Zn置换；卟啉环的共扼双键与中央Mg原子受光激发后，以直接能量传递方式（共扼传递）或电子传递

6、方式表现出光化学性质。2021/7/2110(2)类胡萝卜素:不溶于水，溶于有机溶剂;胡萝卜素呈橙黄色，叶黄素呈黄色；不易被光氧化破坏；保护叶绿素免受光氧化破坏；吸收和传递光能。2021/7/2111波长能量波长与能量的关系:E=Nhν=Nhc/λE—每mol光子(即爱因斯坦)的能量(KJ)；N—阿伏伽德罗常数(6.02×1023)；h—普郎克常数(6.63×10–34J.s)；ν—频率c—光速λ—波长几种光波的能量:波长(nm)400500600700800能量(KJ/mol光子)2892591971721612021/7/21

7、12激退激发3.2.3荧光现象和磷光现象激发:蓝光激发—叶绿素分子能量上升至第一单线态红光激发—叶绿素分子能量上升至第二单线态退激发:①第二单线态→第一单线态，放热；②第一单线态→基态，荧光；③第一单线态→三线态，放热；④三线态→基态,磷光；⑤第一单线态→A，光化学反应2021/7/21132021/7/2114生物合成3.2.4叶绿素的生物合成特点：(1)以谷安酸和α-酮戊二酸为原料，合成过程复杂（2）主要分为两个阶段：生物氧化阶段和光氧化阶段；前者主要受酶调节，后者主要受光调节。（3）合成与分解代谢旺盛，叶绿素更新迅速（4）叶

8、绿素与血红素合成同出一源，结构功能各异（5）叶绿素的生物合成受内、外因素的调控:外界条件主要有：光、温度、营养元素、氧和水等方面。1）光照为必需条件，光照不足发生“黄化现象”，但许多植物种类可在暗中合成叶绿素，机制尚不明；2）为酶促反应，受温度影响