植物生理学-光合作用.ppt

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1、第1节光合作用的研究历史及意义第2节能量转换细胞器—叶绿体第3节光合色素第4节光反应第5节光合碳同化第6节影响光合作用的因素第7节提高植物光能利用率的途径第1节光合作用的研究历史及意义光合作用的研究历史：有机物质的来源?（CO2）O2的来源?（H2O）光合作用的本质?（氧化还原反应）挖掘光合作用的潜力?超级稻、高光效能源植物……袁隆平院士、匡廷云院士光CO2+2H2O*(CH2O)+O2*+H2O叶绿体氧化剂还原剂光合作用的意义：把无机物变为有机物的重要途径约合成5×1011t/y有机物；同化2.0×1011t/y

2、碳素(6400t/s)。“绿色工厂”巨大的能量转换过程将3.2×1021J/y的日光能转化为化学能。维持大气中O2和CO2的相对平衡释放出5.35×1011t氧气/y。“环保天使”光合作用是生物界获得食物、能量和氧气的根本途径。光合作用是地球上最重要的化学反应。——摘自1988年诺贝尔奖金委员会宣布光合作用研究成果获奖的评语与光合作用相关的诺贝尔奖Wilstatter(1915)纯化叶绿素并阐明其结构；Fischer(1930sEmerson-光合单位)叶绿素化学；Calvin等(1962)阐明光合碳循环；Wood

3、ward(1965)合成叶绿素分子；Mitchell(1978)ATP合成——化学渗透学说；Deisenhofer等(1988)阐明光合细菌反应中心结构；Marcus(1992)生命体系（包括光合作用）的电子传递体系；Walker等(1997)ATP合酶的动态结构和反应机理；……人口依赖粮食人类面临光合生产五大问题能源资源环境因此，深入探讨光合作用的规律，揭示光合作用的机理，使之更好地为人类服务，愈加显得重要和迫切。第2节能量转换细胞器——叶绿体叶片是光合作用的主要器官，叶绿体（chloroplast）是光合作用最

4、重要的细胞器。叶绿体的基本结构：由双层细胞膜围成的、通常呈椭圆形的相对独立的细胞器（亚细胞单位）；内外膜之间的空隙为膜间隙；类囊体(Thylakoids)：由膜构成的囊状结构。每个类囊体的膜围成一个腔，腔内充满水和盐类；——基粒类囊体（granathylakoid,基粒片层~lamella）——基质类囊体（stromathylakoid,基质片层）基质：不定型凝胶状，含丰富的酶、核酸、嗜饿体、核糖体、淀粉粒等。第3节光合色素（叶绿体色素）ü叶绿素(Chlorophyll):Chla,bü类胡萝卜素(Caroteno

5、ids):胡萝卜素&叶黄素ü藻胆素(Phycocobilins)：藻类光合色素一）叶绿素的化学结构和性质1.卟啉环头部：4个吡咯环，其中心1个Mg与4个环上的N配位结合；带电，是发生电子跃迁和氧化还原反应的位置；呈极性，亲水，与类囊体膜上的蛋白结合。2.双羧酸尾部：一个羧基在副环(E)上以酯键与甲醇结合—甲基酯化；另一个羧基（丙酸）在D环上与植醇（叶绿醇）结合—植醇基酯化；非极性，亲脂，插入类囊体膜的疏水区，起定位作用。叶绿素提取：纯的有机溶剂不能打破叶绿体色素与蛋白质的联系，所以必须用能与水混溶的有机溶剂并有少量

6、水存在时，才能将叶绿体色素提取出来。80%丙酮95%乙醇丙酮:乙醇:水(4.5:4.5:1)称取新鲜去大叶脉的菠菜叶片3g，剪碎放入研钵中，加少量石英砂和碳酸镁及5ml95％乙醇，研成均浆，过滤入25ml容量瓶，分别用5ml95％乙醇冲洗研钵3次，冲洗液同样过滤，收集滤液，倒入容量瓶中，最后用95％乙醇定容至25ml，放入暗处备用。二）类胡萝卜素的化学结构和性质1）8个异戊二烯单位形成的四萜；2）两头对称排列紫罗兰酮环；3）不饱和C、H结构，疏水、亲脂。β-胡萝卜素叶黄素三）光合色素的吸收光谱叶绿素：β-胡萝卜素：

7、强吸收区:640-700nm（红），强吸收区:400-500（蓝紫）;400-500nm（蓝紫）;不吸收区：500以上（呈黄色或红不吸收区:500-600nm（呈绿）棕色）叶片衰老过程中或逆境下，叶绿素：类胡萝卜素≈3∶1Chl较易降解，而Caro比较稳定。三）叶绿素的荧光现象和磷光现象颜色紫外紫蓝绿黄橙红远红红外波长100~400~425~490~550~585~640~700~>740(nm)400425490550585640700740能量40029027423021219618116685高低光合色素分子

8、对光能的吸收及能量的转变示意图基态：能量的最低状态激发态：高能、不稳定状态物质吸收光子→原子中的e重新排列→分子从基态跃迁到激发态对于Chl分子：Chl+hγ=Chl*Chl*处于不同激发态：吸收红光→第一单线态；吸收蓝光→第二单线态。第二单线态的能量＞第一单线态。处于高能激发态的分子不稳定，会迅速释放能量回到基态；处于第二单线态的Chl*以热的形式释放部分