当前位置：文档之家 › 植物生理学光合作用

植物生理学光合作用

  • 格式：ppt
  • 大小：16.91 MB
  • 文档页数：135

下载文档原格式

  / 135

合集下载

第三章植物光合作用 浙江大学植物生理学理论课件

第三章植物光合作用 浙江大学植物生理学理论课件


Fig3-16 叶绿素和细胞色素的电子云分布 和吸收光波长
• 叶绿素发荧光和磷光 . • 磷光是三线态分子退激发的产物，波长
比荧光强。
•(See a cartoon)
• 集光色素 (light-harvesting pigment) 或 天线色素 (antenna pigment)—— 只起 吸收和传递光能 , 不进行光化学反应 的光合色素。 Chlb 、类胡萝卜素和 Ch a。
• 作用中心色素 (reaction centre pigment) 又名陷井 (trap) —— 吸收光或由集光 色素传递而来的激发能后 , 发生光化 学反应引起电荷分离的光合色素， Ch a ( 少量 ).
图 3-17 光合作用中能量传递和转化
• 3.1.2 激发能传递 • 诱导共振、激子传递和电子迁移 , 但以诱
非垛叠区都有分布。 • PSI 的作用中心色素是 P700; • 原初电子供体 PC; • 原初电子受体 A0; • 最终推动 NADPH 形成。
图 3 － 22 PSI 复合体结构与核心组分
2 、光系统Ⅱ (PhotosystemⅡ PSⅡ) ～ 110Å—— ～ 145Å, 在类囊体膜的垛 叠部分。
• 浓度足够的叶绿素溶液照光后可以在 透射光下呈绿色 , 而在反射光下呈红 色的现象称为荧光现象。
• 这是由于光下激发态的叶绿素分子返 回基态时发出的光。
• 荧光的寿命很短 , 约为 10-9s 。光照停 止 , 荧光也随之消失。在进行光合作用的叶 片很少发出荧光。
• 叶绿素还会发出红色磷光 , 磷光的寿命 为 10-2 ～ 103 秒 , 强度仅为荧光的 1% 。
+ 2KOH
C32H30ON4Mg
COO— + 2KOH +CH3OH +C20H39OH
植物生理学课后习题答案

植物生理学课后习题答案

植物生理学课后习题答案一、名词解释1. 光合作用：光合作用是绿色植物利用光能，把CO2和H2O同化为有机物，并释放O2的过程。

2. 作用中心：原初电子供体、反应中心色素分子对＋蛋白质、原初电子受体3. 作用中心色素：少数特殊状态的叶绿素a分子（其吸收峰在680nm或700nm），具光化学活性，既能捕获光能，又能将光能转换为电能。

4. 聚光色素：无光化学活性，能吸收光能并传递到反应中心色素，绝大部分叶绿素a，全部的叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素都属此类。

5. 光合单位：约300个左右的色素分子围绕1个反应中心色素组成一个光合单位。

6. 爱默生效应（增益效应、双光增益效应）：在用远红光（700nm）照射小球藻的同时，如补充红光(650nm)，则量子产额或光合效率比用两种波长的光分别照射时的总和要大。

意义：导致两个光系统的发现。

PSⅡ和PSⅠ7. 荧光现象：叶绿素溶液经日光等复合光照射时，其透射光呈绿色，反射光呈红色。

叶绿素溶液反射光为红色的现象。

8. 光合链：指定位在光合膜上的，由多个电子传递体组成的电子传递的总轨道。

9. 光合磷酸化：人们把光下在叶绿体(或载色体)中发生的由ADP与Pi合成ATP的反应。

10. C3途径与C3植物：C3途径是碳同化的基本途径，可分为羧化、还原和再生三个阶段。

每同化1个CO2要消耗3个ATP与2个NADPH。

初产物为磷酸丙糖，它可运出叶绿体，在细胞质中合成蔗糖，也可留在叶绿体中合成淀粉而被临时贮藏。

11. C4途径和C4植物：在叶肉细胞的细胞质中，由PEPC催化羧化反应，形成C4二羧酸， C4二羧酸运至维管束鞘细胞脱羧，释放的CO2再由C3途径同化。

根据形成C4二羧酸的种类以及参与脱羧反应的酶类，可将C4途径分为NADP-ME、NAD-ME和PCK三种亚类型。

12. CAM途径和CAM植物：晚上气孔开启，在叶肉细胞质中由PEPC固定CO2，形成苹果酸；白天气孔关闭，苹果酸脱羧，释放的CO2由Rubisco羧化。

植物生理学的重要实验技术

植物生理学的重要实验技术

植物生理学的重要实验技术植物生理学是研究植物内部各种生理过程的科学，通过实验技术的应用，可以深入研究植物的生理特性和调控机制。

本文将介绍几种重要的植物生理学实验技术，包括光合作用测定、光周期实验、蒸腾作用研究和植物生长素的测定。

一、光合作用测定光合作用是植物通过光能将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气的过程。

光合作用的测定可以通过净光合速率的测定来进行。

测定方法可以使用荧光法或者气体交流法。

荧光法是通过测定叶片上的荧光信号的强度来计算净光合速率，而气体交流法是通过测定进出叶气体的浓度变化来计算净光合速率。

这些方法需要使用一些仪器设备，如荧光测定仪或气体交流测定系统。

二、光周期实验光周期是植物在一定时间内接受光照和黑暗的周期性变化。

光周期实验主要用于研究植物的花期控制、休眠期控制等生理过程。

常用的方法是通过控制植物所接受的光照时间和黑暗时间的比例来模拟不同的光周期条件。

可以使用光周期系列灯来实现对光周期的控制。

在实验过程中，可以观察植株的生长状况、花期的调控以及激素含量的变化等指标。

三、蒸腾作用研究蒸腾作用是植物体内水分的散失过程，是植物体内水分运输和植物生长发育的关键过程之一。

蒸腾作用研究常用的技术是测定植物叶片表面的水蒸气压，并结合气孔开闭情况来研究蒸腾作用的影响因素。

测定水蒸气压时通常使用水分压差传感器或者电子秤等设备，观察气孔开闭可以通过显微镜或者扫描电子显微镜等工具进行。

四、植物生长素的测定植物生长素是一类植物内源激素，调控着植物体内的生长和发育过程。

研究植物生长素的测定可以使用生物测定法、免疫测定法和色谱法等。

生物测定法使用生物体来测定生长素的活性，如使用阿片酸促进小麦胚芽的生长来测定生长素含量。

免疫测定法则是利用抗体和抗原之间的特异性结合来测定生长素含量。

色谱法是利用气相色谱或者液相色谱来分离和测定植物生长素的含量，通常需要先对样品进行提取和纯化。

结论植物生理学的实验技术是理解植物各种生理过程和调控机制的关键。

植物的光合作用

植物的光合作用


第二单线态
第一单线态
(10-8-10-9 s) 10-2 S
（第一三单线态）
10-2 s
Figure. 3-8
荧光与磷光：
三、叶绿素的生物合成及与环境的关系

1）、叶绿素的生物合成
5－氨基酮戊
谷氨酸（α酮戊二酸） 酸（ALA）
２ 个
胆色素原 ４个 阶段I
-4NH3
尿卟啉 原III
-4CO2
厌氧环境
第四节 光合作用的机制

近年来的研究表明，光反应的过程并不都需要光，而暗反应 过程中的一些关键酶活性也受光的调节。
整个光合作用可大致分为三个步骤：

① 原初反应；包括光能的吸收、传递和转换过程（即光化 学反应）。

② 电子传递和光合磷酸化；将电能转变为活跃的化学能过
程。 ③ 碳同化过程；将活跃的化学能转变为稳定的化学能。 第一、二两个步骤基本属于光反应，第三个步骤属于暗反应。
粪卟啉原III
在有氧条件下，粪卟啉原III再脱羧、脱氢、氧化形
成原卟啉 Ⅸ。
阶段II
Fe Mg
亚铁血红素 Mg- 原卟啉 Ⅸ
一个羧基被 甲基酯化
叶绿醇 叶绿素a 被红光还原 叶绿酸酯a 原叶绿酸酯
谷氨酸或 酮戊二酸
δ－氨基酮酸 （ALA）
胆色素原
原卟啉 IX
叶绿酸酯a
原叶绿酸酯
叶绿素b
Figure 3-9
２、电镜下： 被膜（envelope membrane) 外膜
内膜
有控制代谢物质进出叶绿体的功能
基质（stroma) 成分：可溶性蛋白质和其他代谢活性物 质，有固定CO2能力。 嗜锇滴：在基质中有一类易与锇酸结合的颗粒较嗜锇 滴—脂类滴，其主要成分是亲脂性的醌类物质。功能： 脂类仓库。 类囊体 (thylakoid) 由许多片层组成的片层系统，每个 片层是由自身闭合的薄片组成，呈压扁了的包囊装，称 类囊体。
中国科学院大学植物生理学课件：第三章 植物的光合作用

中国科学院大学植物生理学课件：第三章 植物的光合作用


类胡萝卜素
• 类胡萝卜素(carotenoid)是由8个异戊二烯形 成的四萜，含有一系列的共轭双键，分子的两 端各有一个不饱和的取代的环己烯，也即紫罗 兰酮环(图)，它们不溶于水而溶于有机溶剂。 类胡萝卜素包括胡萝卜素(carotene,C40H56O2) 和叶黄素(xanthophyll, C40H56O2)。前者呈橙 黄色，后者呈黄色。胡萝卜素是不饱和的碳氢 化合物，有α、β、γ三种同分异构体，其中 以β 胡萝卜素在植物体内含量最多
绿色植物在吸收CO2的同时每年释放O2量约 5.35×1011吨，使大气中Oቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能维持在21％左右
• 光合作用每年向大气中释放5.53×1011吨O2是地球上氧气的来 源，由于大气中O2的存在，其它需氧生物才能够在地球上产生， 进化和发展。（其它需O2生物产生后，光合作用又担负了维持 大气中O2和CO2相对平衡的任务。） • 目前，由于人类活动大量释放CO2，以及绿色植被减少，大气中 O2和CO2的平衡正在被打破。据记载: 1900年 300ppm
Wood Fibers Stored Carbohydrates Amino Acids Clothing Shelter Food
2．将光能转变成化学能
• 绿色植物在把CO2转化为有机物的过程中， 把光能转化为化学能，贮存在有机物中， 是人类和其它异养生物生命活动最终的 能量来源，也为人类提供了其它能量。 我们现在燃烧的植物材料，是现在光合 作用的结果，燃烧的石油、天然气、煤 是远古时代光合作用的结果。（1.65亿 亿吨水升高1℃度，1.65×1014卡）
叶绿素分子含有一个卟啉环（porphyrin ring）的“头部”和一个叶绿醇(植醇， phytol)的“尾巴”。卟啉环由四个吡咯环 与四个甲烯基(－CH＝)连接而成，它是各 种叶绿素的共同基本结构。卟啉环的中央 络合着一个镁原子，镁偏向带正电荷，而 与其相联的氮原子则带负电荷，因而“头 部”有极性，是亲水的。另外还有一个含 羰基的同素环（含相同元素的环），其上 一个羧基以酯键与甲醇相结合 叶绿素a与b的分子式很相似，不同之处是叶绿素a比b
【植物生理学】光合作用-PQ总结讲解

【植物生理学】光合作用-PQ总结讲解


1个传给 Cytb6/f 复合体中的
FeSR，再交给Cytf，进而传给 PC。 PQH2又将第2个电子交给低 电位的Cytb６，并释放2个H+ 到膜腔内，获得电子的Cytb６ 进一步将电子传至PQ。 经过两次电子循环，PQ两 次被还原，双还原的PQ又从 膜外结合又称辅酶Q （CoQ），为一类 脂溶性醌类化合 物，带有由不同 数目（6～10）异 戊二烯单位组成 的侧链。其苯醌 结构能可逆地加 氢还原成对苯二 酚化合物。是呼 吸链中的氢传递 体。
质体醌是双电子、双质子传递体，氧化态的质体醌可在 膜的外侧接收由PSⅡ(也可是PSⅠ)传来的电子，同时与 H＋结合；还原态的质体醌在膜的内侧把电子传给Cyt b６ /f，氧化时把H＋释放至膜腔。这对类囊体膜内外建立质 子梯度起着重要的作用。
PQ 循环
关于Cytb６/f 复合体介导的跨 膜质子转移的机理，Mitchell 曾提出PQ循环假设： 还原的PQH2将2个电子中的
PQ
结构：一 个醌的头 和一个长 的非极性 的尾，尾 部使质体 醌定位于 膜中 质体醌的 氧化还原 反应；
PSII和cytb6/f之间，可扩散的质体醌（plastoquinone，PQ）
质体醌结构 和电子传递
质体醌特点：脂溶性分子，在膜脂中能进行扩散运动， 有氧化态（PQ）、还原态（PQH2）和半醌（PQ-）等状 态。质体醌是类囊体膜上最丰富的电子载体，在膜中含 量很高，约为叶绿素分子数的5%～10%，常被称之为质 体醌库（PQ pool）。 功能：不仅传递电子，而且传递质子。
植物生理学之 第四章 植物的光合作用

植物生理学之 第四章 植物的光合作用

第四章植物的光合作用一、名词解释1．光合作用2．光合午休现象3．希尔反应4．荧光现象与磷光现象5．天线色素6．光合色素7．光合作用中心8．光合作用单位9．红降现象10．双光增益现象11.C3途径12．C4途径13．光合磷酸化14．非环式光合磷酸化l5. 量子效率16．暗反应17．同化力18．光反应19．CAM途径20．光呼吸21．表观光合速率22．光饱和点23．光补偿点24．CO2饱合点25．CO2补偿点26．光能利用率27．瓦布格效应28．原初反应29．碳素同化作用30．叶面积指数二、将下列缩写翻译成中文1．CAM 2．Pn 3．P700 4．P680 5．LHC 6．PSl 7．PSⅡ8．PQ 9．PC 10．Fd 11．Cytf12 12．RuBP 13．3-PGA 14．PEP l5.GAP 16．DHAP 17．OAA 18．TP 19．Mal 20．ASP 21．SBP 22．G6P 23．F6P 24．FDP 25．LAI 26．X5P 27. Fe-S 28. Rubisco 29.P* 30.DPGA三、填空题1.叶绿体的结构包括______、______、______和片层结构，片层结构又分为_____和______。

2.光合色素可分为______、______、______三类。

3.叶绿素可分为______ 和______两种。

类胡萝卜素可分为______和______。

4.叶绿素吸收光谱的最强吸收带在______ 和______。

5. 光合作用原初反应包括光能的______过程。

6. 叶绿体色素中______称作用中心色素，其他属于______。

7. 缺水使光合速率下降的原因是______、______、______。

8. 卡尔文循环中，同化１分子CO2需消耗______分子ATP和______ 分子NADPH+H+。

9. 高等植物CO2同化的途径有______、______、______三条，其中最基本的是______。

植物生理学—光合作用3

植物生理学—光合作用3

认为放氧复合体存在五 个状态，从S0→S4的每 一次状态改变都丧失一 个电子，S4从2分子水 中获得4个电子，回复 到S0状态。每循环一次 吸收4个光量子，氧化 两分子H2O，向PSⅡ作 用中心传递4个电子， 释放4个H+和1分子O2。 这种循环也称为水氧化 钟。
三、碳同化
绿色植物碳同化是利用光合磷酸化形成的同化力，还 原CO2合成碳水化合物，使活跃的化学能能进一步转变 为稳定的化学能。
2. Z型光合链的特点
③整个光合电子传递过程偶联着磷酸化作 用，形成ATP。
④各电子载体是以氧化还原电位高低成Z形 串联排列，有两处的电子传递（P680— >*P680 ， P700—>*P700 ） 是 “ 上 坡 传 递”，需光能予以推动，而其余过程 “下坡传递”可自发进行。
PQ穿梭输送H+造成跨膜质子浓度梯度
反应过程中各中间产物均为二羧酸
根据催化C4- 二羧酸脱羧反应的酶不同，将C4 植物分为三类：
（1）NADP-苹果酸酶型（NADP-ME型）叶绿体脱 羧
（2）NAD-苹果酸酶型（NAD-ME型）线粒体脱羧
（3）PEP羧激酶型（PCK型）细胞质脱羧
3、Calvin循环与PEP再生
Mal或Asp从叶肉细胞运送到维管束鞘细胞后， 脱羧放出CO2，在鞘细胞叶绿体中经Calvin循环 固定还原为碳水化合物。
（3）假环式光合电子传递途径
P*680
Pheo
P*700
Fd NADP+
Q
O2
PQ PC PSI
O2
H2O e- Mn-Z-PSII
H2O2
H2O + O2
（二）光合磷酸化
1. 光合磷酸化的概念 叶绿体的类囊体膜
植物生理学期末复习5 第5章 植物的光合作用-自测题及参考答案+重点

植物生理学期末复习5 第5章 植物的光合作用-自测题及参考答案+重点

第5章 植物的光合作用自测题：一、名词解释:1．光合色素 2．原初反应 3．红降现象 4．爱默生效应 5．光合链 6．光合作用单位 7．作用中心色素 8．聚光色素 9．希尔反应 10．光合磷酸化 11．光呼吸 12．光补偿点 13．CO2 补偿点 14．光饱和点 15．光能利用率 16.光合速率 17.叶面积系数 18. 压力流动学说 19.细胞质泵动学说 20.代谢源与代谢库 21.比集转运速率 22 .P-蛋白 23.有机物质装载 24.有机物质卸出 25 收缩蛋白学说 26. 磷酸运转器27.转移细胞 28.生长中心 29.库－源单位 30.供应能力 31.竞争能力 32.运输能力二、缩写符号翻译:1.Fe-S2.Mal3.0AA4.BSC5.CF l _ Fo6.NAR7.PC8. CAM9.NADP 10.Fd 11.PEPCase 12.RuBPO 13.P680 14.PQ 15.PEP 16.PGA 17.Pn 18.Pheo 19.PSP 20.RuBP 21.RubisC(RuBPC)22.Rubisco(RuBPCO) 23.LSP 24. LCP 25. DCMU 26.FNR 27. LHC 28. TP 29. PSI 30. PSII 31.SMTR 32. SMT 33. SE-CC 34.SC三、填空题:1．光合生物所含的光合色素可分为四类， 即 、 、 、。

2． 合成叶绿素分子中吡咯环的起始物质是 。

光在形成叶绿素时的作用是使 还原成 。

3．根据需光与否，笼统地把光合作用分为两个反应： 和 。

前者是在叶绿体的 上进行的，后者在叶绿体的 中进行的，由若干酶所催化的化学反应。

4．P700的原初电子供体是 ，原初电子受体是 。

P680的原初电子供体是 ， 原初电子受体是 。

5．在光合电子传递中最终电子供体是 ，最终电子受体是 。

6．水的光解是由 于1937年发现的。

植物生理学第三章 植物的光合作用

植物生理学第三章 植物的光合作用

第三章植物的光合作用一、名词解释1. C3途径2. C4途径3. 光系统4. 反应中心5. 原初反应6. 荧光现象7. 红降现象8. 量子产额9. 爱默生效应10. PQ循环11. 光合色素12. 光合作用13. 光合单位14. 反应中心色素15. 聚光色素16. 解偶联剂17. 光合磷酸化18. 光呼吸19. 光补偿点20. CO2补偿点21. 光饱和点22. 光能利用率23. 光合速率二、缩写符号翻译1. Fe-S2. PSI3. PSII4. OAA5. CAM6. NADP＋7. Fd 8. PEPCase 9. RuBPO10. P680、P700 11. PQ 12. PEP13. PGA 14. Pheo 15. RuBP16. RubisC(RuBPC) 17. Rubisco(RuBPCO) 18.TP三、填空题1. 光合作用的碳反应是在中进行的，光反应是在中进行的。

2. 在光合电子传送中最终电子供体是，最终电子受体是。

3. 在光合作用过程中，当形成后，光能便转化成了活跃的化学能；当形成后，光能便转化成了稳定的化学能。

4. 叶绿体色素提取掖液在反射光下观察呈色，在透射光下观察呈色。

5. P700的原初电子供体是，原初电子受体是。

6. 光合作用的能量转换功能是在类囊体膜上进行的，所以类囊体亦称为。

7. 光合作用中释放的氧气来自于。

8. 与水光解有关的矿质元素为。

9. 和两种物质被称为同化能力。

10. 光的波长越长，光子所持有的能量越。

11. 叶绿素吸收光谱的最强吸收区有两个：一个在，另一个在。

12. 光合磷酸化有三种类型：、、。

13. 根据C4化合物和催化脱羧反应的酶不同，可将C4途径分为三种类型：、、。

14. 一般来说，正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素的分子比例为；叶黄素和胡萝卜素的分子比例为。

15. 光合作用中，淀粉的形成是在中，蔗糖的形成是在中。

16. C4植物的C3途径是在中进行的；C3植物的卡尔文循环是在中进行的。

上海师范大学 植物生理学 光合作用

上海师范大学 植物生理学 光合作用

（2）光合磷酸化
叶绿体在光下把无机磷和ADP转化为ATP的过程,叫 做光合磷酸化（photosynthetic phosphorylation）。 光合磷 酸化与电 子传递相 偶联。通 过ATP酶联 系在一起， ATP酶又叫 ATP合成酶、 偶联因子 或CF1-CF0 复合体。
ATP酶，也称偶联因子或CF1-CFo复合体
Ru5Pkinase
C3途径的总反应式：
3CO2 + 5H2O + 9ATP + 6NADPH → GAP + 9ADP + 8Pi + 6NADP + 3H＋
C）再生阶段
所以，每同化一个CO2,要消耗3个ATP和2个NADPH。 还原3个CO2可输出一个磷酸丙糖(GAP或DHAP)。
22
C3 途径的调节
9
电子传递与光合磷酸化的结果 产生ATP和NADPH。
ATP和NADPH是光合作用中重要的中间产物。一 方面两者都能暂时将能量（活跃的化学能）贮存,并 向下传递;另一方面NADPH的H 又能进一步还原 CO2,这样就把光反应和暗反应联系起来了。由于 ATP和NADPH在暗反应用于CO2 的同化,故合称为 同化力。
光合膜上电子与质子的传递及ATP的生成
5
光合磷酸化的类型
A）非环式光合磷酸化(noncyclic photophosphorylation) 与非环式电子传递偶联产生ATP的反应。 在进行非环式光合磷酸化的反应中，体系除生成ATP 外，同时还有NADPH的产生和氧的释放。非环式光 合磷酸化仅为含有基粒片层的放氧生物所特有，它在 光合磷酸化中占主要地位。 B）环式光合磷酸化(cyclic photophosphorylation) 与环式电子传递偶联产生ATP的反应。 环式光合磷酸化是非光合放氧生物光能转换的唯一形 式，主要在基质片层内进行。它在光合演化上较为原 始，在高等植物中可能起着补充ATP不足的作用。

植物生理学003 植物的光合作用2

2020/10/27
2020/10/27
2020/10/27
➢ 铁氧还蛋白(Fd)和铁氧还蛋白-NADP＋还原酶(FNR 、Fp)都是存在类囊体膜表面的蛋白质。
➢ Fd是通过它的2铁-2硫活性中心中的铁离子的氧化还 原传递电子的。
➢ FNR(Fp) 含1分子的黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)，依 靠核黄素的氧化还原来传递H+。FNR(Fp)是光合电 子传递链的末端氧化酶，接收Fd传来的电子和基质 中的H＋，还原NADP＋为NADPH，反应式可用下 式表示：
网络式地进行。
➢ 质体醌是双电子、双质子传
Cytb6/f
递体，对类囊体膜内外建立
质子梯度起着重要的作用。
2020/10/27
质蓝素
➢ 质蓝素(PC)是位于类囊体膜内侧表面的含铜的蛋白 质，氧化时呈蓝色。它是介于Cyt b６/f复合体与 PSⅠ之间的电子传递成员。通过蛋白质中铜离子的 氧化还原变化来传递电子。
第三节 光合作用的机理
通过小球藻闪光实验发现，同等光强相同时间下，连续照射， 光合效率 小，放氧少；间歇照射(每次闪光0.0034S，间歇 0.0166S，每秒50次)， 光合效率高，放氧多——说明光合作用需要光照，但并不是任何过程都 需要光照。
因此提出光反应（light reaction）和暗反应（dark reaction）的概念。 光反应是必须在光下才能进行的、由光所引起的光化学反应；暗反应是 在暗处（也可在光下）进行的，由若干酶所催化的化学反应。光反应是 在类囊体（光合膜）上进行的，而暗反应是在叶绿体的基质中进行的。
3、光能的吸收与传递
光照到叶绿体上时，类囊体膜上的叶绿体色素吸收光能而激发，由于色素分子 排列紧密及其特殊的共轭体系，激发能可在相同色素分子间(2nm)以激子传递 （exciton transfer)或相同及不同色素分子间(>2nm)共振传递（resonance transfer)的方式传递，最后传给反应中心的中心色素（chla）。 激发能的传递速度及效率很高，一个红光量子可传过几百个chla分子(30ps/个)， 效率达90~100%。

【植物生理学】第3章 光合作用


这一错误的假设是如何被纠正的呢?
（1）细菌光合作用
1930年，Stanford大学 Niel
细菌光合作用：
CO2 + H2S
CH2O + S
植物光合作用：
CO2 + H2O
CH2O + O2
三、光合作用的研究历史：
（2）希尔反应和希尔氧化剂；
4Fe3++2H2O
4Fe2++4H++O 2
希尔氧化剂
秋天叶片呈现黄色、红色。
影响叶绿素合成的条件 第二节 叶绿体与光合色素 （1）光照 黄化 度
（3）矿质元素 缺绿病 分
（5）O2
第三节 光合作用的机理
能量 变化
光能
电能
活跃的 化学能
稳定的 化学能
能量 物质
转变 过程
反应 部位
量子
电子
原初反应 电子传递
ATP NADPH2
碳水化 合物等
光合磷酸化 碳同化
光 合 链 的 特 点
光合链的特点
①电子传递链主要由光合膜上的 PSⅡ、Cytb6/f、PSI三个复 合体串联组成。
②电子传递有二处是逆电势梯度，这种逆电势梯度的“上坡” 电子传递均由聚光色素复合体吸收光能后推动，而其余电 子传递都是顺电势梯度进行的。
③水的氧化与PS Ⅱ 电子传递有关，NADP+的还原与 PSI电子 传递有关。
• 光系统Ⅱ (photosystem Ⅱ，简称PSⅡ)的颗粒较大，直径为17.5nm， 主要分布在类囊体膜的叠合部分。
• 两者的组成成分有所不同。
（二）光合电子传递体及其功能 1. PSⅡ （1）PSII的结构与功能

植物生理学-光合作用的概念和意义知识点

光合作用的概念和意义名词解释温室效应：透过太阳短波辐射，返回地球长波辐射，地球散失能量减少，地球变暖光合膜：光合作用中光能吸收和电子传递过程都是在类囊体的膜片层上进行，因此类囊体膜也称为光合膜荧光现象：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，荧光寿命很短。

是由于Chl分子吸收光能后，重新以光的形式释放所产生的。

磷光现象：在暗处叶绿素会发出弱光，磷光的寿命为10-2~103秒原初反应：包括光能的吸收，传递和光化学反应；在类囊体膜上进行（光→电）电子传递和光和磷酸化：光能经电能转化为化学能，在类囊体膜上进行碳同化：CO2固定于还原，在间质进行集光色素（天线色素）：吸收和传递光能，不进行光化学反应的光合色素，大部分Chl a中心色素：少数特殊状态的Chl a，吸收集光色素传递而来的激发能后，发生光化学反应引起电荷分离的光合色素光合单位：指在光饱和条件下吸收、传递和转化一个光量子到作用中心所需要协同作用的色素分子诱导共振：是指当某一特定的分子吸收能量达到激发态，在重新回到基态时，使另一分子变为激发态光化学反应：指中心色素分子受光激发引起的氧化还原反应。

作用中心包括原初电子供体、原初电子受体、和作用中心色素组成量子产额：每吸收一个光量子所同化的CO2分子数（或释放的氧分子数）红降现象：小球藻能大量吸收波长>690nm的长波红光，但光合作用的效率很低的现象双光增益效益（爱默生）：红降出现，如果加入辅助的短波红光（650nm）则光合效率大增，并且比这两种波长单独照射的总和还要高的现象光合链：光合链是类囊体膜上由两个光系统和若干电子传递体，按一定的氧化还原电位依次排列而成的电子传递系统PQ质体醌（质醌）：担负着传递氢H+和e-的任务PC质蓝素（质体菁）：含铜蛋白质，PSI的远处电子供体Fd铁氧还蛋白：把电子传给FNR后还原NADP为NADPH，或把电子传给Cytb6进行环式光合电子传递。

此外，Fd还在亚硝酸还原，酶活化等方面具有多种功能。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
✓ Fe、Cu、Mn、Zn是叶绿素合成的酶促反应辅助因子；
✓ 受遗传因子控制 ------
影响叶绿素形成的因素：
光： 原叶绿酸酯
NADPH 光
叶绿酸酯
弱光→黄化现象，过强光→光氧化；
温度：酶促反应的适宜温度范围：20-30℃；
矿质元素：N和Mg是Chl 组成成分，Fe、Cu、Mn、Zn是Chl合成
强吸收区: 400-500 （蓝紫）; 不吸收区：500以上（呈黄色或红 棕色）
叶绿素：类胡萝卜素 ≈ 3∶1
叶片衰老过程中或逆境下， Chl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 波长 100~ (nm) 400 能量 400
高
紫 400~ 425 290
蓝 425~ 490 274
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* 叶绿体
(CH2O)+ O2*+ H2O
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
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水存在时，才能将 叶绿体色素提取出来。
反应中心色素：
少数特殊状态的Chl a分子； 吸收光能或接受天线色素传递来的能量后，被激发的高能e脱离其分子， 转移给其它分子，发生氧化还原反应（即产生光化学反应），将光能 →电能。
天线色素复合体+反应中心→光合单位
光合单位：由250-300个叶绿素和其它天线色素分子构成的，能 完成1个光量子吸收与转化的色素蛋白复合体。
光合作用的大致过程：
①原初反应
②电子传递和 光合磷酸化
③碳同化
光合作用的过程和能量转变:
光合作用的实质是将光能转变成化学能。根据能量转变的性质，将光 合作用分为三个阶段：
1) 光能的吸收、传递和转换成电能，主要由原初反应完成； 2) 电能转变为活跃化学能，由电子传递和光合磷酸化完成； 3) 活跃的化学能转变为稳定的化学能，由碳同化完成。
人类面临 五大问题
人口 粮食 能源 资源 环境
依赖 光合生产
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）是光合作用最重要的细胞器。
叶绿体的基本结构：
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能量降到第一单线态； 处于第一单线态的Chl*以下列多种形式释放能量回到基态。 1) 释放热量 2) 发出荧光（第一单线态→基态）和磷光（第一三线态→基态） 3) 诱导共振（能量从一个分子传递给另一个分子）
hν
hν
↓
↓
---------------------------------------------------------------
e
e
e
→ PS II → → → PS I →
----------------------------------------------------------------
类囊体膜上串联着的光反应中心
现已从叶绿体的片层类囊体膜结构中分离出PSⅡ和PSⅠ 两个光系统，均为色素蛋白复合体；
PSⅡ反应中心色素（P680）吸收红光（680nm）； PSⅠ反应中心色素（P700）吸收远红光（700nm）； （LHC：捕光复合体；OEC：放氧复合体）
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：
强吸收区: 640-700nm（红）， 400-500nm（蓝紫）;
不吸收区: 500-600nm （呈绿）
β-胡萝卜素：
不一定，但受光促进
光、暗反应 光反应
光反应
暗反应
4.1 原初反应
光合作用的第一步。 光合色素分子对光能的吸收、传递和转换过程。
天线色素（antenna，聚光色素）：
所有的类胡萝卜素分子、Chl b和大多数的Chl a分子； 只是捕获吸收和传递光能； 以诱导共振方式将能量传递到光合反应中心； 没有光化学活性，不进行光化学反应； 位于光合膜上的色素蛋白复合体上，与色素蛋白构成天线复合体； 在天线复合体上完成光能的吸收与传递的过程。
诱导共振： Chl1 + hγ → Chl1* Chl1* + Chl2 →Chl1 + Chl2*
以诱导共振方式传递的能量用于光合作用； 诱导共振仅发生在处于第一单线态的Chl回到基态的过 程之中； 吸收了蓝光、处于高能态的Chl先以释放热能形式回到 第一单线态，然后第一单线态→基态。 ∴ 在能量利用上蓝光没有红光高。
③ 次级电子受体与供体等电子传递体 ④ 维持电子传递体的微环境所必需的蛋白质
二）光化学反应 光化学反应实质上是由光引起的反应中心色素分子与 原初电子受体间的氧化还原反应。
hυ ┋ D P A → D P* A → D P+ A- → D+ P A-
D
P
A
D(donar)：次级电子供体 P(pigment)：反应中 心色素
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5ml 95％乙醇，研成均浆，过滤入25ml 容量瓶，分别用5ml 95％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。
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（grana thylakoid, 基粒片层~lamella） ——基质类囊体（stroma thylakoid, 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。
2）取代反应
卟啉环中的Mg处于不稳定的状态，可被H+、Cu2+ 、Zn2+等离子取代。 叶绿素溶液与稀酸作用，Mg可以被H+所取代而成褐色的去镁叶绿素， 去镁叶绿素遇Cu2+则成为深绿色的铜代叶绿素，铜代叶绿素很稳定，在 光下不易破坏。
∴常用醋酸铜处理来保存绿色植物标本。
去镁叶绿素 铜代叶绿素
五）叶绿素 的生物合成
光合作用中各种能量转变情况
能量转变
光能
电能
活跃的化学能
稳定的化学能
贮能物质 转变过程
量子 原初反应
电子
ATP、NADPH
碳水化合物等
电子传递,光合磷酸化
碳同化
时间跨度(秒) 10-15－10-9
10-10－10-4
反应部位
基粒类囊体膜 基粒类囊体膜
101－102 叶绿体基质
是否需光
需光
不一定，但受光促进
植物生理学光合作用
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：绿色植物利用光能把CO2和水合成有机物，
同时释放氧气的过程。
第3节 光合色素（叶绿体色素）
✓ 叶绿素(Chlorophyll): Chl a, b ✓ 类胡萝卜素(Carotenoids): 胡萝卜素 & 叶黄素 ✓ 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。
的酶促反应辅助因子；
氧气： 强光→植物吸收的光能过剩→氧参与Chl的光氧化； 缺O2 → Mg-原卟啉和Mg-原卟啉甲酯积累，不能合成Chl；
水分：缺水→Chl合成受阻，分解加速；
内在遗传因子：低Chl突变体。
第4节 光反应
光合作用中的任何过程都需要光？ 光能是如何被植物转变为化学能？ 植物进行能量转换的场所？
分子（原初电子供体） A(acceptor): 原初电子受体
三）PSⅠ和PSⅡ的光化学反应 Emerson红降现象：
✓ 用不同波长的光照射绿藻，研究其光合效率。 ✓ 当吸收波长大于680nm(远红光)时，量子产额出现急剧下降的现
象，称为红降现象。 ✓ 量子产额：吸收1个光量子放出的O2或固定CO2数目。
✓ 在叶绿体或前质体中合成叶绿素；
✓ 高等植物中以谷氨酸和α-酮戊二酸为原料，在一系列酶的作用 下合成；
✓ 以尿卟啉原Ⅲ为界，前后在厌氧和有氧条件下；
✓ ‘原卟啉Ⅸ’是形成叶绿素和亚铁血红素的分水岭， ‘原卟啉 Ⅸ’与Mg结合形成‘Mg-原卟啉Ⅸ’（ ‘原卟啉Ⅸ’与Fe结合则 形成亚铁血红素）；
✓ 需光还原过程，但强光下会发生光氧化；
光合单位：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。