植物生理学―植物的光合作用(上课版).ppt

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1、第三章植物的光合作用植物生理学有收无收在于水有收无收在于水收多收少在于肥第一节光合作用的重要性一、光合作用的概念定义：光合作用是绿色植物利用光能，同化CO2和H2O，制造有机物并释放O2的过程。光CO2+2H2O(CH2O)+O2+H2O光合细胞二、光合作用的意义(1)把无机物变成有机物质约合成5×1011t/y有机物“绿色工厂”；吸收2.0×1011t/y碳素(6400t/s)。(2)蓄积太阳能：大规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；将3.0×1021J/y的日光能转化为化学能(3)环境保护：吸收CO2，放出O2，净化空气，是大气中氧的源泉。释放出5.35×1011t氧气

2、/y。光合作用是“地球上最重要的化学反应”第二节叶绿体及其色素叶片:光合作用的主要器官；叶绿体:光合作用的主要细胞器。一、叶绿体的结构和成分(一)叶绿体的结构外膜:为非选择性膜被膜基质(间质):类囊体(基粒)内膜:是一个有选择性的膜基质类囊体:又称基质片层，伸展在基质中彼此不重叠；基粒类囊体:或称基粒片层，彼此垛叠，组成基粒。含可溶性蛋白、酶系等，酶促反应，同化CO2叶绿体的结构示意图A.叶绿体的结构模式；B.类囊体片层堆叠模式基粒类囊体的垛叠的生理意义：①膜的垛叠意味着捕获光能的机构高度密集，能有效的收集光能；②因为膜系统往往是酶的排列支架，膜垛叠就如形成一个长的代谢传送带，使代谢顺利进行。

3、因此，高等植物叶绿体中基粒类囊体的垛叠，有利于光合进程，是一个进化的优点。（二）叶绿体的成分蛋白质:占叶绿体干重的30%～45%脂类:20%～40%色素:8%左右无机盐:10%左右贮藏物质（淀粉等）:10%～20%核苷酸、醌等：干物质水:约含75%二、光合色素的化学特性光合色素有3类：光合色素叶绿素类胡萝卜素藻胆素：仅存在于红藻、蓝藻中高等植物中仅有这两类（一）叶绿素1、种类叶绿素叶绿素a：蓝绿色叶绿素b：黄绿色叶绿素c：叶绿素d：存在于高等植物存在于藻类中2、结构叶绿素是双羧酸的酯，其中一个羧基被甲醇所酯化，另一个被叶绿醇所酯化。分子式：叶绿素aC55H72O5N4Mg叶绿素bC55H70O

4、6N4Mg3、化学性质:叶绿素是一种酯，因此它们不溶于水，但能溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂。(1)置换反应：镁可被H+置换形成去镁叶绿素(2)铜离子的代替作用(3)叶绿素的皂化：与碱反应生成叶绿素盐、叶醇和甲醇（二）类胡萝卜素1、种类和化学性质类胡萝卜素胡萝卜素(α、β、γ)橙黄色叶黄素黄色化学性质：不溶于水，但能溶于有机溶剂。三、光合色素的光学特性（一）辐射能量光波是一种电磁波。光子携带的能量和光波长的关系是二者之间成反比。E=Lhγ=Lhc/λE：每mol光子（或爱恩斯坦）的能量L：阿伏加德罗常量6.02×1023mol-1γ：辐射频率（s-1)c：光速(2.9979×108m/s)λ

5、：波长(mm)h：为普朗克常数（6.626×10－34J·S）（二）吸收光谱１、太阳光的光谱太阳光不是单一的光，到达地表的光波长大约从300nm的紫外光到2600nm的红外光，其中只有波长大约在390～770nm之间的光是可见光。2.叶绿体色素吸收光谱：①叶绿素a和b的吸收光谱主要在蓝紫光区和红光区。450430660640叶绿素最强的吸收区有两处：波长640～660nm的红光部分；波长430～450nm的蓝紫光部分。②chla在红光区吸收带偏向长波光，吸收带宽，吸收峰高。chlb在蓝紫光区的吸收带比chla宽、吸收峰高，更利于吸收短波蓝紫光。故阴生植物比阳生植物chlb含量高。3.胡萝卜素和

6、叶黄素的吸收光谱吸收带在400～500nm的蓝紫光区，它们基本不吸收红、橙、黄光，从而呈现橙黄色或黄色.都不吸收绿光，所以叶片主要为绿色。（三）荧光现象和磷光现象1.概念：叶绿素溶液在透射光下呈绿色，在反射光下呈现棕红色，称为荧光现象；荧光出现后，立即中断光源，继续辐射出极微弱的红光，这种光称为磷光，这种现象称为磷光现象。2.产生的原因激发态转变的三条途径：以热的形式消耗回到基态；以光能的形式释放，回到基态；参与能量转移，推动光化学反应。E=Lhc/λ入射光的能量要比发射光的能量高，所以，入射光的波长，要比入射光的波长长一些，所以在入射光下呈现绿色，而在发射光在呈现红色。四、叶绿素的合成和降解

7、(一)叶绿色素的生物合成以谷氨酸为原料，经一系列酶的催化，首先形成无色的原叶绿素酯a，然后在光下被还原成叶绿素。谷氨酸5-氨基酮戊酸胆色素原原卟啉Ⅸ单乙烯基原叶绿素酯aMg2+NADPH光原叶绿素酯氧化还原酶叶绿素a叶绿素酯a（二）植物的叶色正常的叶子总呈现绿色。秋天或在不良的环境中，叶片呈现黄色或红色（花色素苷）。叶绿素类胡萝卜素叶绿素a叶绿素b3蓝绿色橙黄色黄绿色黄色3121胡萝卜素叶黄素1(