【精品】植物光合作用讲义
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光合作用讲义光合作用是指植物通过光能转化为化学能的过程,也是维持地球上生态平衡的关键过程之一、光合作用通过光能将水和二氧化碳转化为氧气和葡萄糖。
这个过程中,光合作用的两个阶段分别是光能的捕获和化学反应。
一、光能的捕获1.叶绿体结构叶绿体是植物中进行光合作用的器官,它主要存在于植物的叶片细胞内。
叶绿体由外膜、内膜、基粒和间充质构成。
2.叶绿素叶绿体中含有一种叫做叶绿素的色素,它赋予了植物绿色。
叶绿素是一种吸收光能的主要化合物,它能够吸收红光和蓝光,但对绿光的吸收很弱。
3.光合色素吸收光谱光合色素的吸收光谱显示了在不同波长的光下叶绿素的吸收情况。
通过光合色素的吸收光谱,我们可以了解到植物哪种波长的光能量吸收最大,进而掌握光合作用的规律。
4.光合作用的光反应光反应是光合作用的第一阶段,它发生在叶绿体的基粒膜上。
在光反应中,叶绿体中的叶绿素吸收到光能后,将其转化为化学能。
这个过程发生在光系统Ⅰ和光系统Ⅱ中:(1)光系统Ⅱ:光系统Ⅱ负责光能的吸收和水的分解。
当叶绿素吸收到光能后,它激发出一对电子,这对电子被传递到光系统Ⅱ中的反应中心,同时将水分解为氧气、氢离子和电子。
(2)光系统Ⅰ:光系统Ⅰ负责产生还原力。
光系统Ⅰ中的反应中心吸收到来自光系统Ⅱ的电子后,将它们激发为高能电子,并将它们传递到电子传递链中。
二、化学反应1.光合磷酸化在化学反应中,电子传递链将来自光系统Ⅰ和光系统Ⅱ的高能电子传递给载体分子NADP+,将它还原成NADPH。
同时,氢离子也被电子传递链运输,形成了电化学势差。
2.三羧酸循环三羧酸循环是光合作用的第二阶段,它发生在叶绿体的间充质中。
在三羧酸循环中,NADPH提供了还原力,CO2通过酶的作用被固定为含有三个碳的有机物甲酸,最后通过一系列反应形成葡萄糖。
3.光合作用的产物光合作用的最终产物是葡萄糖和氧气。
葡萄糖是生物体的一种重要能量资源,能够被生物体分解为ATP,提供细胞工作所需的能量。
而氧气则作为废物排出。
浙教版八年级下册第三章第6节光合作用【知识点分析】一.光合作用的条件与产物1.植物光合作用的产物探究12.操作步骤与结论3.光合作用的场所与作用:光合作用发生在叶肉细胞的叶绿体中。
绿色植物利用光提供的能量,在叶绿体内合成淀粉等有机物,并把光能转化为化学能,储存在有机物中。
4.光合作用的产物探究25.结论:光合作用的产物还有氧气。
二.光合作用的原料1.实验探究是否需要二氧化碳2.结论:光合作用需要二氧化碳。
3.光合作用还需要水的参与。
三.光合作用的原理1.光合作用:绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存这能量的有机物,并释放氧气的过程。
2.反应式:3.光合作用的影响:一方面制造有机物并释放氧气,另一方面把光能转化为化学能。
四.光合作用和呼吸作用的关系1.思维导图2.相互关系:植物通过光合作用把二氧化碳和水转化为有机物并释放氧气,动植物均可进行呼吸作用把有机物氧化分解为二氧化碳和水,并释放能量供生命活动利用。
光合作用和呼吸作用既相互对立又相互依赖,他们共同存在于统一的有机体--植物中。
【例题分析】一、选择题1.在做“绿叶在光下制造有机物”的实验过程中,有如图所示的实验环节,(提示:1标准大气压下,酒精的沸点是78℃)以下对该环节的描述不正确...的是()A.大烧杯中装有水,小烧杯中装有酒精B.该环节结束后叶片变成黄白色C.酒精的作用是溶解叶绿素D.持续加热小烧杯中的温度会达到100℃【答案】D【解析】A.酒精能溶解叶绿素,而且酒精是易燃、易挥发的物质,直接加热容易引起燃烧发生危险。
使用水对酒精进行加热,起到控温作用,以免酒精燃烧发生危险。
因此小烧杯中装的是酒精,大烧杯中装的是清水,正确。
B.放在盛有酒精的小烧杯中隔水加热,使叶片中的叶绿素溶解到酒精中,叶片变成黄白色,正确。
C.酒精能溶解叶绿素,而且酒精是易燃、易挥发的物质,正确。
D.大烧杯中的液体是水,该液体的沸点是100℃,这就保证了小烧杯中液体的温度不会超过100℃,因此隔水对酒精进行加热,能起到控温作用,以免酒精燃烧发生危险,错误。
光合作用一、光合作用的概念:光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并释放出氧气的过程。
光合作用总反应式:二、叶绿体的结构和功能绿叶中色素的提取和分离【实验原理】a、实验中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇(丙酮,汽油,苯等)中,所以,可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。
b、色素在层析液中的溶解度不同;溶解度高的随层析液在滤纸上扩散的快;反之则慢。
【实验步骤】(1)提取色素:研磨(碳酸钙、二氧化硅、95%乙醇),过滤(单层尼龙布)。
(2)制备滤纸条:剪去两角(防止两边滤液扩散速度太快),画铅笔线。
(3)点样:画滤液细线,细、直、齐,重复几次。
(4)分离:用层析液,液面不能淹没滤液细线。
【实验结果】【注意事项】在研磨绿叶时,加入少许SiO2是为了使研磨更充分,加入少许的CaCO3是为了防止研磨过程中色素受到破坏,加入10ml无水乙醇是使色素溶解在其中,便于提取。
光反应暗反应条件光、色素、酶 [H]、ATP、酶时间短促较缓慢场所叶绿体类囊体薄膜上叶绿体基质物质变化①水的光解:2H2O →4[H] + O2②ATP的合成:ADP + Pi + 光能→ATP①CO2的固定:CO2 + C5 →2C3②CO2的还原:2C3 + [H] →(CH2O)能量变化光能→ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能联系1、光反应是暗反应的基础,光反应为暗反应的进行提供NADPH和ATP2、暗反应是光反应的继续,暗反应水解ATP生成ADP和Pi为光反应的物质(ATP)合成提供原料光合作用的实质通过光反应把光能转变成活跃的化学能,通过暗反应把二氧化碳和水合成有机物,同时把活跃的化学能转变成稳定的化学能贮存在有机物中。
光合作用的意义①制造有机物,实现物质转变,将CO2和H2O合成有机物,转化并储存太阳能;②调节大气中的O2和CO2含量保持相对稳定;③生物生命活动所需能量的最终来源;注:光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。
第三章植物的光合作用自养生物吸收二氧化碳转变成有机物的过程叫碳素同化作用(carbon assimilation)。
生物的碳素同化作用包括细菌光合作用、绿色植物光合作用和化能合成作用三种类型,其中以绿色植物光合作用最为广泛,合成有机物最多,与人类的关系也最密切,因此,本章重点介绍绿色植物的光合作用。
光合作用(photosynthesis)是指绿色植物吸收光能,同化二氧化碳和水,制造有机物质并释放氧气的过程。
光合作用对整个生物界产生巨大作用:一是把无机物转变成有机物。
每年约合成5×1011吨有机物,可直接或间接作为人类或动物界的食物,据估计地球上的自养植物一年中通过光合作用约同化2×1011吨碳素,其中40%是由浮游植物同化的,余下的60%是由陆生植物同化的;二是将光能转变成化学能,绿色植物在同化二氧化碳的过程中,把太阳光能转变为化学能,并蓄积在形成的有机化合物中。
人类所利用的能源,如煤炭、天然气、木材等都是现在或过去的植物通过光合作用形成的;三是维持大气O2和CO2的相对平衡。
在地球上,由于生物呼吸和燃烧,每年约消耗3.15×1011吨O2,以这样的速度计算,大气层中所含的O2将在3000年左右耗尽。
然而,绿色植物在吸收CO2的同时每年也释放出5.35×1011吨O2,所以大气中含的O2含量仍然维持在21%。
由此可见,光合作用是地球上规模最大的把太阳能转变为可贮存的化学能的过程,也是规模最大的将无机物合成有机物和释放氧气的过程。
目前人类面临着食物、能源、资源、环境和人口五大问题,这些问题的解决都和光合作用有着密切的关系,因此,深入探讨光合作用的规律,弄清光合作用的机理,研究同化物的运输和分配规律,对于有效利用太阳能、使之更好地服务于人类,具有重大的理论和实际意义。
一、光合作用的早期研究直到18世纪初,人们仍然认为植物是从土壤中获取生长发育所需的全部元素的。
《光合作用的原理和应用》讲义一、光合作用的定义光合作用,简单来说,就是绿色植物利用光能,将二氧化碳和水转化为有机物,并释放出氧气的过程。
这是地球上绝大多数生命得以生存和繁衍的基础,也是维持生态平衡的关键环节。
二、光合作用的原理1、光合色素植物细胞中的叶绿体含有多种光合色素,其中最主要的是叶绿素a、叶绿素 b 以及类胡萝卜素。
这些色素能够吸收光能,就像一个个小小的“光能收集器”。
叶绿素 a 和叶绿素 b 主要吸收红光和蓝紫光,而类胡萝卜素则主要吸收蓝紫光。
不同波长的光被吸收后,为光合作用提供了能量来源。
2、光反应阶段当光线照射到叶绿体上时,光合色素吸收光能,引发一系列的化学反应。
在类囊体膜上,水被分解为氧气、氢离子(H+)和电子(e)。
同时,光能被转化为活跃的化学能,储存在 ATP(三磷酸腺苷)和NADPH(还原型辅酶Ⅱ)中。
这一过程就像是在为后续的反应“充电”,准备好所需的能量和物质。
3、暗反应阶段有了光反应产生的 ATP 和 NADPH,二氧化碳在叶绿体基质中经过一系列复杂的酶促反应,被转化为有机物(如葡萄糖)。
这个过程并不直接依赖于光,但需要光反应提供的能量和物质来推动。
三、光合作用的影响因素1、光照强度光照强度直接影响光合作用的速率。
在一定范围内,光照强度越强,光合作用速率越快。
但当光照强度达到一定程度后,光合作用速率不再增加,因为其他因素(如二氧化碳浓度、温度等)成为了限制因素。
2、二氧化碳浓度二氧化碳是光合作用的原料之一。
在一定范围内,增加二氧化碳浓度可以显著提高光合作用速率。
但过高的二氧化碳浓度对植物可能会产生不利影响。
3、温度温度通过影响酶的活性来影响光合作用。
每种植物都有其最适的光合作用温度范围。
温度过低或过高都会导致酶活性下降,从而影响光合作用速率。
4、水分水分是光合作用的原料之一,同时也影响着植物的生理状态。
缺水会导致植物气孔关闭,减少二氧化碳的吸收,从而影响光合作用。
5、矿质元素例如氮、镁等矿质元素是叶绿素的组成成分,缺乏这些元素会影响叶绿素的合成,进而影响光合作用。
植物的光合作用正式版课件一、教学内容本节课我们将探讨《植物生物学》第3章“植物的光合作用”。
具体内容包括:光合作用的基本概念、过程、影响因素,以及其在生态系统中的作用。
详细内容涉及光合作用的历史发展、光合色素、光反应、暗反应、C3和C4光合作用途径以及光合作用对环境因素的响应。
二、教学目标1. 理解并掌握光合作用的基本概念、过程及其生物学意义。
2. 学习并了解影响光合作用效率的各种因素,以及植物如何适应这些因素。
3. 培养学生的实验操作能力和科学思维。
三、教学难点与重点难点:光合作用的具体过程及其调控机制。
重点:光合作用的基本原理、影响光合作用效率的因素以及植物适应策略。
四、教具与学具准备1. 教具:PPT课件、实验视频、光合作用教具模型。
2. 学具:实验器材、显微镜、载玻片、植物样本。
五、教学过程1. 导入:通过展示绿色植物的光合作用动画,引发学生对本节课的兴趣。
2. 理论讲解:1) 光合作用的基本概念、历史发展及生物学意义。
2) 光合色素、光反应、暗反应的详细过程。
3) C3和C4光合作用途径的对比及环境适应。
3. 实践操作:1) 学生分组进行光合色素的提取与观察实验。
2) 学生观察植物光合作用速率与环境因素的关系。
4. 例题讲解:讲解光合作用相关的典型例题,引导学生运用所学知识解决实际问题。
5. 随堂练习:设计光合作用相关知识点的选择题、填空题和简答题,检验学生学习效果。
六、板书设计1. 光合作用基本概念、过程、影响因素。
2. 光合色素、光反应、暗反应的详细过程。
3. C3和C4光合作用途径的对比及环境适应。
七、作业设计1. 作业题目:1) 简述光合作用的基本过程。
2) 列举影响光合作用效率的因素,并说明植物如何适应。
3) 解释C3和C4光合作用途径的区别。
2. 答案:1) 光合作用基本过程:光反应、暗反应。
2) 影响因素:光照强度、温度、二氧化碳浓度等。
植物通过调节气孔、改变光合作用途径等策略适应环境。
《光合作用》讲义一、什么是光合作用光合作用,简单来说,就是植物将光能转化为化学能,并将二氧化碳和水转化为有机物和氧气的过程。
这个过程对于地球上几乎所有的生命来说,都至关重要。
我们生活的这个世界,植物无处不在。
从高大的树木到矮小的花草,从广袤的森林到路边的小草,它们都在默默地进行着光合作用。
想象一下,如果没有光合作用,我们的地球将会是怎样的一番景象?二、光合作用的过程光合作用可不是一个简单的步骤就能完成的,它实际上是一个相当复杂的过程,大致可以分为光反应和暗反应两个阶段。
光反应阶段主要发生在叶绿体的类囊体薄膜上。
当阳光照射到植物的叶片上时,叶绿体中的色素分子,比如叶绿素,就像一个个小小的“光能捕捉器”,它们会吸收光能。
这些光能被用来将水分子分解成氢和氧。
氢会进一步参与后续的反应,而氧气则被释放到空气中。
这就是为什么植物会产生氧气,为我们提供了呼吸所必需的气体。
暗反应阶段则发生在叶绿体的基质中。
在这个阶段,二氧化碳被固定和还原,最终形成有机物。
这个过程就像是一个精细的化学工厂,各种酶和分子协同工作,将简单的无机物转化为复杂的有机物,比如葡萄糖等。
三、光合作用的场所——叶绿体要了解光合作用,就不能不提到叶绿体。
叶绿体是植物细胞中进行光合作用的“工厂”。
它有着独特的结构,由外膜、内膜、基粒和基质组成。
基粒就像是一堆小小的盘子堆叠在一起,上面布满了进行光反应所需的色素和酶。
而基质中则充满了进行暗反应所需的各种物质和酶。
叶绿体的存在,为光合作用提供了一个完美的环境。
它的膜系统能够有效地分隔和组织各种反应,确保光合作用的高效进行。
四、影响光合作用的因素既然光合作用对植物如此重要,那么有哪些因素会影响它呢?首先是光照强度。
就像我们前面说的,光是光合作用的能量来源。
如果光照太弱,植物就无法获得足够的能量来进行光合作用;但如果光照太强,也可能会对植物造成伤害。
其次是温度。
温度会影响酶的活性,从而影响光合作用的速率。
第三章植物的光合作用自养生物吸收二氧化碳转变成有机物的过程叫碳素同化作用(carbonassimilation).生物的碳素同化作用包括细菌光合作用、绿色植物光合作用和化能合成作用三种类型,其中以绿色植物光合作用最为广泛,合成有机物最多,与人类的关系也最密切,因此,本章重点介绍绿色植物的光合作用。
光合作用(photosynthesis)是指绿色植物吸收光能,同化二氧化碳和水,制造有机物质并释放氧气的过程.光合作用对整个生物界产生巨大作用:一是把无机物转变成有机物.每年约合成5×1011吨有机物,可直接或间接作为人类或动物界的食物,据估计地球上的自养植物一年中通过光合作用约同化2×1011吨碳素,其中40%是由浮游植物同化的,余下的60%是由陆生植物同化的;二是将光能转变成化学能,绿色植物在同化二氧化碳的过程中,把太阳光能转变为化学能,并蓄积在形成的有机化合物中。
人类所利用的能源,如煤炭、天然气、木材等都是现在或过去的植物通过光合作用形成的;三是维持大气O2和CO2的相对平衡。
在地球上,由于生物呼吸和燃烧,每年约消耗3。
15×1011吨O2,以这样的速度计算,大气层中所含的O2将在3000年左右耗尽。
然而,绿色植物在吸收CO2的同时每年也释放出5.35×1011吨O2,所以大气中含的O2含量仍然维持在21%。
由此可见,光合作用是地球上规模最大的把太阳能转变为可贮存的化学能的过程,也是规模最大的将无机物合成有机物和释放氧气的过程。
目前人类面临着食物、能源、资源、环境和人口五大问题,这些问题的解决都和光合作用有着密切的关系,因此,深入探讨光合作用的规律,弄清光合作用的机理,研究同化物的运输和分配规律,对于有效利用太阳能、使之更好地服务于人类,具有重大的理论和实际意义。
一、光合作用的早期研究直到18世纪初,人们仍然认为植物是从土壤中获取生长发育所需的全部元素的。
1727年S.Hales提出植物的营养有一部分可能来自于空气,并且光以某种方式参与此过程。
那时人们已经知道空气含不同的气体成分。
1771年英国牧师、化学家J。
Priestley发现将薄荷枝条和燃烧着的蜡烛放在一个密封的钟罩内,蜡烛不易熄灭;将小鼠与绿色植物放在同一钟罩内,小鼠也不易窒息死亡。
因此,他在1776年提出植物可以“净化”由于燃烧蜡烛和小鼠呼吸弄“坏"的空气.接着,荷兰医生J.Ingenhousz证实,植物只有在光下才能“净化”空气。
于是,人们把1771年定为发现光合作用的年代。
1782年瑞士的J。
Senebier用化学分析的方法证明,CO2是光合作用必需的,O2是光合作用的产物。
1804年N.T.DeSaussure进行了光合作用的第一次定量测定,指出水参与光合作用,植物释放O2的体积大致等于吸收CO2的体积。
1864年J.V。
Sachs观测到照光的叶片生成淀粉粒,从而证明光合作用形成有机物。
到了19世纪末,人们写出了如下的光合作用的总反应式:光6CO2+6H2O ───→C6H12O6+6O2(3—1)绿色植物由(3—1)式可以看出,光合作用本质上是一个氧化还原反应,H2O是电子供体(还原剂),CO2是电子受体(氧化剂)。
20世纪30年代末,英国人R.Hill发现光照射离体叶绿体可以将水分解释放氧气,并且在任何氧化剂存在下,同时可以将CO2还原为糖。
如上所述,光合作用的突出特点是:H2O被氧化到O2的水平;CO2被还原到糖的水平;氧化还原反应所需的能量来自光能,即发生光能的吸收、转换与贮存.几十年后,(3—1)式被进一步简化成下式:光CO2+H2O ───→(CH2O)+O2(3—2)叶绿体(3-2)式用(CH2O)表示一个糖类分子的基本单位,用叶绿体代替绿色植物,说明叶绿体是进行光合作用的基本单位与场所。
随着研究的不断深入,1941年美国科学家S.Ruben和M.D。
Kamen通过18O2和C18O2同位素标记实验,证明光合作用中释放的O2来自于H2O。
为了把CO2中的氧和H2O中的氧在形式上加以区别,用下式作为光合作用的总反应式:光CO2+2H2O*───→(CH2O)+O*2+H20 (3—3)叶绿体至此,人们已清楚地知道光合作用的反应物和生成物,并依据光合产物和O2释放的增加或CO2的减少来计算光合速率。
例如,用改良半叶法测定有机物质的积累,用红外线CO2气体分析仪法测定CO2的变化,用氧电极测定O2的变化等.由于植物体含水量高,光合作用所利用的水分只占体内总含水量的极小部分,一般不用含水量的变化来衡量植物的光合速率.二、光合色素光合色素即叶绿体色素,主要有三类:叶绿素、类胡萝卜素和藻胆素.高等植物叶绿体中含有前两类,藻胆素仅存在于藻类。
(一)光合色素的结构与性质1。
叶绿素高等植物叶绿素(chlorophyll,chl)主要有叶绿素a和叶绿素b两种。
它们不溶于水,而溶于有机溶剂,如乙醇、丙酮、乙醚、氯仿等。
通常用80%的丙酮或丙酮:乙醇:水(4.5:4。
5:1)的混合液来提取叶绿素。
在颜色上,叶绿素a呈蓝绿色,而叶绿素b呈黄绿色。
按化学性质来说,叶绿素是叶绿酸的酯,能发生皂化反应。
叶绿酸是双羧酸,其中一个羧基被甲醇所酯化,另一个被叶醇所酯化。
叶绿素a和叶绿素b的分子式如下:COOCH3叶绿素a C55H72O5N4Mg 或C32H30ON4MgCOOC20H39COOCH3叶绿素b C55H70O6N4Mg 或C32H28O2N4MgCOOC20H39叶绿素a与b很相似,不同之处仅在于叶绿素a第二个吡咯环上的一个甲基(—CH3)被醛基(—CHO)所取代,即为叶绿素b(图3—1a)。
叶绿素分子含有一个卟啉环的“头部”和一个叶绿醇(植醇,phytol)的“尾巴”。
卟啉环由四个吡咯环以四个甲烯基(—CH=)连接而成。
镁原子居于卟啉环的中央,偏向于带正电荷,与其相联的氮原子则偏向于带负电荷,因而卟啉具有极性,是亲水的,可以与蛋白质结合。
另外还有一个含羰基和羧基的同素环,羧基以酯键和甲醇结合。
环Ⅳ上的丙酸基侧链以酯键与叶醇相结合.叶醇是由四个异戊二烯单位组成的双萜,是一个亲脂的脂肪链,它决定了叶绿素的脂溶性.卟啉环上的共轭双键和中央镁原子易被光激发而引起电子得失,从而使叶绿素具有特殊的光化学性质.以氢的同位素氘或氚试验证明,叶绿素不参与氢的传递或氢的氧化还原,而仅以电子传递(即电子得失引起的氧化还原)及共轭传递(直接能量传递)的方式参与能量的传递。
卟啉环中的镁原子可被H+、Cu2+、Zn2+所置换。
用酸处理叶片,H+易进入叶绿体,置换镁原子形成去镁叶绿素,使叶片呈褐色。
去镁叶绿素易再与铜离子结合,形成铜代叶绿素,颜色比原来更稳定。
人们常根据这一原理用醋酸铜处理来保存绿色植物标本。
2。
类胡萝卜素类胡萝卜素(carotenoid)是一类由八个异戊二烯单位组成的,含有40个碳原子的化合物(图3-1b),不溶于水而溶于有机溶剂。
叶绿体中的类胡萝卜素含有两种色素,即胡萝卜素(carotene)和叶黄素(lutein),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,分子式是C40H56,有α、β、γ三种同分异构体。
在一些真核藻类中还含有ε-类胡萝卜素。
叶子中常见的是β-胡萝卜素,它在动物体内水解后即转变为维生素A。
叶黄素是由胡萝卜素衍生的醇类,分子式是C40H56O2。
一般情况下,叶片中叶绿素与类胡萝卜素的比值约为3:1,所以正常的叶子呈现绿色。
秋天,叶片中的叶绿素较易降解,数量减少,而类胡萝卜素比较稳定,所以叶片呈现黄色。
全部的叶绿素和类胡萝卜素都包埋在类囊体膜中,并以非共价键与蛋白质结合在一起,组成色素蛋白复合体(pigmentproteincomplex),各色素分子在蛋白质中按一定的规律排列和取向,以便于吸收和传递光能。
3。
藻胆素藻胆素(phycobilin)是藻类主要的光合色素,仅存在于红藻和蓝藻中,常与蛋白质结合为藻胆蛋白,主要有藻红蛋白(phycoerythrin)、藻蓝蛋白(phycocyanin)和别藻蓝蛋白(allophycocyanin)三类。
它们的生色团与蛋白质以共价键牢固地结合,只有用强酸煮沸时,才能把它们分开。
它们均溶于稀盐溶液中。
藻胆素的四个吡咯环形成直链共轭体系,不含镁和叶醇链,具有收集和传递光能的作用。
(二)光合色素的光学特性太阳辐射到地面的光,波长大约为300~2600nm,对光合作用有效的可见光的波长在400~700nm之间。
光是一种电磁波,同时又是运动着的粒子流,这些粒子叫光子(photon)或光量子(quantum)。
光子携带的能量与光的波长成反比。
它们的关系如下:q=hνν=c/λ(3-4)式中q为每个光量子所持有的能量,h为普朗克常数(6。
6262×10-34JS),ν为频率(s—1),c是光速(2.9979×108ms—1),λ是波长(nm)。
光量子的能量通常是以每摩尔光量子具有的千卡或爱因斯坦来表示。
E=Nhν=Nh c/λ(3-5)式中E为能量(kJ),N为亚伏加德罗常数(6。
02×1023).N个量子就相当于1摩尔量子或1爱因斯坦量子。
不同波长的光,每个爱因斯坦所持的能量不同(表3-1)。
表3—1不同波长的光子所持有的能量1.光合色素的吸收光谱当光束通过三棱镜后,可把白光(混合光)分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7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,就可以看到光谱中有些波长的光线被吸收了,光谱上出现了暗带,这就是叶绿体色素的吸收光谱(absorptionspectra)。
用分光光度计可精确测定叶绿体色素的吸收光谱(图3-2)。
叶绿素对光波最强的吸收区有两个:一个在波长为640~660nm的红光部分,另一个在波长为430~450nm的蓝紫光部分。
此外,叶绿素对橙光、黄光吸收较少,其中尤以对绿光的吸收最少,所以叶绿素的溶液呈绿色。
叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱很相似,但也略有不同:叶绿素a在红光区的吸收带偏向长波方面,吸收带较宽,吸收峰较高;而在蓝紫光区的吸收带偏向短光波方面,吸收带较窄,吸收峰较低。
叶绿素a对蓝紫光的吸收为对红光吸收的1.3倍,而叶绿素b则为3倍,说明叶绿素b吸收短波蓝紫光的能力比叶绿素a强。
绝大多数的叶绿素a分子和全部的叶绿素b分子具有吸收光能的功能,并把光能传递给极少数特殊状态的叶绿素a 分子,发生光化学反应。
胡萝卜素和叶黄素的吸收光谱与叶绿素不同,它们的最大吸收带在400~500nm的蓝紫光区(图3-2),不吸收红光等长波光。
藻蓝蛋白的吸收光谱最大值在橙红光部分,藻红蛋白在绿光、黄光部分。
类胡萝卜素和藻胆素均具有吸收和传递光能的作用。