03 第三章 光合作用（一）.ppt

第1页：第四章 植物的光合作用

第四章植物的光合作用第一节光合作用的概念和意义

第2页：光合作用的概念

• 一、光合作用(photosynthesis)概念CO２+2H２O*光绿色植物(CH２O)+ O2*+ H２O
• (2)CO２+ H２O光绿色植物(CH２O)＋O２
• (1)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。光养生物利用光能把CO２合成有机物的过程。

第3页：光合作用的意义

二、光合作用的意义CO２+H２O→(CH２O)＋O２(△G=478kJ/mol)44 18 30 32重量比1.把无机物变为有机物约合成5千亿吨/年有机物“绿色工厂”光合作用是生物界获得能量、食物和氧气的根本途径是“地球上最重要的化学反应”问题：为什么没有光合作用也就没有繁荣的生物世界？3.维持大气中O2和CO2的相对平衡释放出5.35千亿吨氧气/年“环保天使”2.把太阳能转变为可贮存的化学能将3.2×1021J/y的日光能转化为化学能

第4页：光合作用与人类的四大问题

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。人类面临四大问题人口急增食物不足资源匮乏环境恶化依赖光合生产

第5页：第二节 叶绿体和光合色素

第二节叶绿体和光合色素一.叶绿体(chloroplast)小麦叶横切面光合作用最重要的细胞器

第6页：叶绿体的分离

Chlor被膜完整度较高(一)叶绿体的分离１.从叶片中直接分离(机械法)叶片匀浆细胞液叶绿体匀浆化0.4mol/L糖醇pH7.6±, 0～4℃过滤匀浆4～8层纱布或100目尼龙纱布分级离心500g去沉淀，3000g去上清液，沉淀悬浮，冰浴保存２.从原生质体分离(酶解法)酶解果胶酶,纤维素酶0.5mol／L甘露醇pH5.0～pH5.540℃,振荡叶组织原生质体质膜与细胞器叶绿体<20μm尼龙网离心挤压

第7页：叶绿体的发育

(二)叶绿体的发育、形态及分布1.发育2.形态3.分布4.运动高等植物由前质体发育而来。当茎端分生组织形成叶原基时，前质体的双层膜中的内膜内折扩展增大，排列成片，形成类囊体，同时合成叶绿素，叶绿体形成。

第8页：叶绿体的形态

1.发育2.形态3.分布4.运动扁平椭圆形。一个叶肉细胞中约有20至数百个叶绿体水稻叶绿体玉米叶绿体

第9页：叶绿体的分布

1.发育2.形态3.分布4.运动分布在与空气接触的质膜旁,,这样的分布有利于叶绿体同外界进行气体交换。棉叶栅栏细胞叶绿体

第10页：叶绿体的运动

1.发育2.形态3.分布4.运动随原生质环流运动随光照的方向和强度而运动。叶绿体随光照的方向和强度而运动侧视图俯视图

第11页：叶绿体的基本结构

(三)叶绿体的基本结构叶绿体被膜基质(间质)类囊体(片层)

第12页：叶绿体被膜

• 1.叶绿体被膜CO
• 2、O
• 2、H2O可自由通过；Pi、磷酸丙糖等需经膜上的运转器；蔗糖、C
• 5、C7糖的二磷酸酯等不能通过。由两层膜组成，被膜上无叶绿素，外膜非选择性膜内膜选择透性膜。是控制物质的进出，维持光合作用的微环境。

第13页：叶绿体基质及内含物

2.基质及内含物基质：被膜以内的基础物质。以水为主体，含多种离子、低分子有机物，以及多种可溶性蛋白质等。碳同化场所含有Rubisco(1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶)与合成淀粉的全部酶系N代谢场所含有氨基酸、蛋白质、DNA、RNA、还原亚硝酸盐和硫酸盐酶类以及参与这些反应的底物与产物脂、色素等代谢场所脂类、四吡咯(叶绿素类、细胞色素类)和萜类(类胡萝卜素、叶醇)等及其合成和降解酶类淀粉和脂类等物的贮藏库

第14页：类囊体

3.类囊体由单层膜围起的扁平小囊。类囊体片层堆叠的生理意义基质类囊体基粒类囊体基质片层，伸展在基质中彼此不重叠可自身或与基质类囊体重叠，组成基粒更有效地收集光能。使代谢高效地进行膜常是酶排列的支架，堆叠易构成代谢连接带光合作用的光反应是在类囊体膜上进行的，所以称类囊体膜为光合膜。

第15页：类囊体膜上的蛋白复合体

(四)类囊体膜上的蛋白复合体主要有四类：即光系统Ⅰ（PSI）、光系统Ⅱ（PSⅡ）、Cytb６/f复合体和ATP酶复合体（ATPase）。类囊体膜的蛋白质复合体参与了光能吸收、传递与转化、电子传递、H+输送以及ATP合成等反应。

第16页：光合色素的种类

二、光合色素在光合作用的反应中吸收光能的色素称为光合色素图5主要光合色素的结构式叶绿素类胡萝卜素藻胆素——高等植物藻类共同特点：分子内具有许多共轭双键，能捕获光能，在分子间传递。

第17页：叶绿素的结构

(一)光合色素的结构和性质a与b的不同之处:叶绿素a的第Ⅱ吡咯环上一个甲基(－CH3)被醛基(－CHO)所取代。1.叶绿素叶绿素a叶绿素b叶绿素c叶绿素d高等植物藻类中细菌叶绿素——叶绿素光合细菌叶绿素是双羧酸的酯

第18页：叶绿素的分子特点

卟啉环上的共轭双键和中央镁原子容易被光激发而引起电子的得失，这决定了叶绿素具有特殊的光化学性质。叶绿醇卟啉环一个卟啉环的“头部”一个叶绿醇(植醇)的“尾巴”。卟啉环由四个吡咯环与四个甲烯基(－CH＝)连接而成。卟啉环的中央络合着一个镁原子，带正电荷，氮原子带负电荷，因而“头部”有极性。叶绿醇是由四个异戊二烯单位所组成的双萜，具有亲脂性。

第19页：叶绿素的提取

叶绿素是一种酯，因此不溶于水。通常用含有少量水的有机溶剂如80％丙酮来提取叶绿素的提取研磨法提取光合色素提取方法研磨法浸提法0.1g叶+10ml混合液浸提这是因为叶绿素与蛋白质结合牢，需要经过水解作用才能被提取出来。

第20页：铜代叶绿素反应

铜代叶绿素反应向叶绿素溶液中放入两滴5％盐酸摇匀，溶液颜色的变为褐色，形成去镁叶绿素。当溶液变褐色后，投入醋酸铜粉末，微微加热，形成铜代叶绿素制作绿色标本方法：用50%醋酸溶液配制的饱和醋酸铜溶液浸渍植物标本(处理时可加热)卟啉环中的镁可被H+所置换。当为H＋所置换后，即形成褐色的去镁叶绿素。去镁叶绿素中的H＋再被Cu2+取代，就形成铜代叶绿素，颜色比原来的叶绿素更鲜艳稳定

第21页：类胡萝卜素

2.类胡萝卜素(carotenoid)包括胡萝卜素(C40H56)和叶黄素(C40H56O2)两种。3(紫罗兰酮环)环己烯橙黄色黄色是由8个异戊二烯形成的四萜，含有一系列的共轭双键

第22页：叶片中色素的含量比

通常叶片中叶黄素与胡萝卜素的含量之比约为2:1。一般来说，叶片中叶绿素与类胡萝卜素的比值约为3∶1类胡萝卜素存在于叶绿体中，也存在于果实、花冠等器官有色体中。类胡萝卜素都不溶于水,而溶于有机溶剂。深秋树叶变黄是叶中叶绿素降解的缘故

第23页：光合色素的吸收光谱

(二)光合色素的吸收光谱分光仪光源叶绿体色素三角棱镜叶绿素吸收光谱640～660nm的红光430～450nm的蓝紫光

第24页：类胡萝卜素的吸收光谱

不同光合色素对光波的选择吸收，使植物可利用各种不同波长的光进行光合作用。类胡萝卜素的吸收光谱类胡萝卜素吸收带在400～500nm的蓝紫光区基本不吸收黄光，从而呈现黄色。

第25页：荧光现象和磷光现象

(三)光合色素的荧光现象和磷光现象

第26页：叶绿素的生物合成

(四)叶绿素的生物合成与环境条件的关系1.叶绿素的生物合成

第27页：光对叶绿素形成的影响

2.影响叶绿素形成的条件（1）光光是影响叶绿素形成的主要条件从原叶绿素酸酯转变为叶绿酸酯需光因缺乏某些条件而影响叶绿素形成，使叶子发黄的现象，称为黄化现象。黑暗使植物黄化的原理常被应用于蔬菜生产中，如韭黄、软化药芹、白芦笋、豆芽菜、葱白、蒜白、大白菜等生产。

第28页：温度对叶绿素形成的影响

叶绿素的生物合成是酶促反应，受温度影响明显，其温度三基点如下。

注：高温下叶绿素分解大于合成，低温则抑制叶绿素形成。

第29页：营养元素与叶绿素形成

氮和镁是叶绿素的组成成分，铁、锰、铜、锌等则在叶绿素的生物合成过程中有催化功能或其它间接作用。缺N老叶发黄枯死，新叶色淡,生长矮小，根系细长，分枝（蘖）减少。缺NCK萝卜缺N的植株老叶发黄缺N(3)营养元素叶色的深浅可作为衡量植株体内氮素水平高低的标志。

第30页：缺素与叶色症状

棉花缺Mg网状脉苹果缺Fe新叶脉间失绿黄瓜缺锰叶脉间失绿柑桔缺Zn小叶症伴脉间失绿

第31页：遗传与黄化现象

(4)遗传叶绿素的形成受遗传因素控制，如水稻、玉米的白化苗以及花卉中的斑叶不能合成叶绿素。有些病毒也能引起斑叶。吊兰海棠问题：指出植物有哪些黄化现象，并分析产生的原因。花叶

第32页：叶绿素的合成与分解

植物体内的叶绿素在代谢过程中一方面合成，一方面分解，在不断地更新。如环境不适宜，叶绿素的形成就受到影响，而分解过程仍然进行，因而茎叶发黄，光合速率下降。

第33页：光合场所的验证实验

光+CO2O2+CH2O低渗光+Fe3+O2Hill反应离心光合膜基质完整叶绿体破损叶绿体光+ Fe3+O2CO2CH2O证实叶绿体中CO2同化和光合放氧反应部位的实验问题：如何证明CO2同化场所是在叶绿体的基质，而光合放氧反应是在叶绿体的膜上进行？