第三章.光合作用
植物生理学第三章植物的光合作用
光合作用的过程
光能
H2O
光解 吸收
色素分子
O2 [H] 酶
供能
2C3
还
固
CO2
多种酶 定 C5
酶
ATP
酶
原
（CH2O）
ADP+Pi
光反应阶段
暗反应阶段
水的光解：H2O 光解 2[H]+1/2 O2
酶
CO2的固定: CO2+C5 2C3
光合磷酸化：ADP+Pi＋能量 酶
ATP
C3化合物还原：2 C3
光系统（PSII）
PSII的颗粒大，直径约17.5 nm，主要分布在类囊体膜的叠合部分。
➢ 晶体结构中的PSII为一个二聚体，二聚体的两个 单体呈准二次旋转对称。PSII单体具有36个跨膜α螺旋，其中D1和D2各5个，CP43和CP47各6个， Cytb559的α亚基和β亚基各自形成一个跨膜α-螺旋。 D1和D2蛋白与Cytb559的α和β亚基一起组成PSII 反应中心，是进行原初电荷分离和电子传递反应 的机构，CP47和CP43的主要功能是接受LHCII的 激发能量并传递到反应中心。
是否需光 需光 不一定，但受光促进 不一定，但受光促进
不同层次和时间上的光合作用
第二节 原初反应
➢ 原初反应 是指从光合色素分子被光激发，到引起 第一个光化学反应为止的过程。 ➢ 它包括： 光物理－光能的吸收、传递
光化学－有电子得失
原初反应特点 1) 速度非常快，10－12s∽10－9s内完成； 2) 与温度无关，(77K，液氮温度)(2K，液氦温度)； 3) 量子效率接近1
表1 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
植物生理学习题大全——第3章植物的光合作用
植物⽣理学习题⼤全——第3章植物的光合作⽤第三章光合作⽤⼀. 名词解释光合作⽤(photosynthesis)：绿⾊植物吸收阳光的能量，同化⼆氧化碳和⽔，制造有机物质并释放氧⽓的过程。
光合⾊素(photosynthetic pigment)：植物体内含有的具有吸收光能并将其光合作⽤的⾊素，包括叶绿素、类胡萝⼘素、藻胆素等。
吸收光谱(absorption spectrum)：反映某种物质吸收光波的光谱。
荧光现象(fluorescence phenomenon)：叶绿素溶液在透射光下呈绿⾊，在反射光下呈红⾊，这种现象称为荧光现象。
磷光现象(phosphorescence phenomenon)：当去掉光源后，叶绿素溶液还能继续辐射出极微弱的红光，它是由三线态回到基态时所产⽣的光。
这种发光现象称为磷光现象。
光合作⽤单位(photosynthetic unit)：结合在类囊体膜上，能进⾏光合作⽤的最⼩结构单位。
作⽤中⼼⾊素(reaction center pigment)：指具有光化学活性的少数特殊状态的叶绿素a分⼦。
聚光⾊素(light harvesting pigment )：指没有光化学活性，只能吸收光能并将其传递给作⽤中⼼⾊素的⾊素分⼦。
原初反应(primary reaction)：包括光能的吸收、传递以及光能向电能的转变，即由光所引起的氧化还原过程。
光反应(light reactio)：光合作⽤中需要光的反应过程，是⼀系列光化学反应过程，包括⽔的光解、电⼦传递及同化⼒的形成。
暗反应(dark reaction)：指光合作⽤中不需要光的反应过程，是⼀系列酶促反应过程，包括CO2的固定、还原及碳⽔化合物的形成。
光系统(photosystem，PS)：由不同的中⼼⾊素和⼀些天线⾊素、电⼦供体和电⼦受体组成的蛋⽩⾊素复合体，其中PS Ⅰ的中⼼⾊素为叶绿素a P700，PS Ⅱ的中⼼⾊素为叶绿素a P680。
第三单元植物生长中的光合作用知识点汇总(人教版)
第三单元植物生长中的光合作用知识点汇
总(人教版)
光合作用的定义
光合作用是植物利用光能将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气的过程。
光合作用的反应方程式
光合作用的反应方程式为：光能+ 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2。
光合作用的过程
光合作用包括光能的吸收、光合色素的光能转换、光合电子传递和化学反应等过程。
叶绿素的作用
叶绿素是光合作用中的主要色素，它能够吸收光能，并将其转化为化学能。
光合作用的影响因素
光合作用的速率受到光强度、温度和二氧化碳浓度的影响。
光合作用的产物
光合作用产生的主要产物是葡萄糖和氧气，葡萄糖被植物用于生长和代谢，而氧气则释放到大气中。
光合作用在生态系统中的作用
光合作用是生态系统中能量流的起点，为其他生物提供能量和有机物质。
光合作用与人类的关系
光合作用产生的氧气为人类提供呼吸所需的氧气，同时植物的有机物也是人类的食物来源。
以上是第三单元植物生长中的光合作用知识点的简要汇总。
七年级(初一)生物 生物 第3章植物的光合作用
一、光反应和碳反应
光合作用的过程可分为3大步骤：1）原初反应（光能的吸收、传递和转换过程）；2）电子传递和光合磷酸化（电能转化为活跃的化学能过程）；3）碳同化（活跃的化学能转变为稳定的化学能过程）。第一、二个大步骤基本属于光反应，第三个大步骤属于暗反应（表3-2）。
2．C4途径的类型
根据运入维管束鞘细胞的C4化合物和脱羧反应的不同，C4途径有3种类型（表3-3，图3-18）。
3．C4植物的光合特征
C4植物比C3植物具有较强的光合作用，其原因可从结构和生理两方面来探讨。
①结构与功能是有密切关系的，是统一的。C4植物叶片有“花环型”结构。
②在生理上，
C4植物的叶肉细胞中的PEPC对底物HCO3－的亲和力极高（是Rubisco60倍）；极低的CO2供应就可满足它的需要。
②已从叶绿体分离出两个光系统，每一个光系统具有特殊的色素复合体及一些物质。光系统I（简称PSI）的颗粒较小，直径约11nm，主要分布在类囊体膜的非叠合部分；光系统Ⅱ（简称PSⅡ）的颗粒较大，直径约17.5nm,主要分布在类囊体膜的叠合部。光合作用的光化学反应就在.这两个光系统中进行。
二、电子传递体及其功能
C4植物由于有“CO2泵”浓缩CO2的机制，降低了光呼吸；提高了BSC的CO2浓度,抑制了RuBisco氧化反应，降低了光呼吸;光呼吸酶主要分布在BSC细胞，即便是有CO2放出，也易被PEPC再固定。
第二节叶绿体及光合作用色素(chloroplastandchloroplastpigments) )
叶片是进行光合作用的主要器官，而叶绿体是进行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(Struture ofchloroplast)
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植物的光合作用是指植物利用光能将二氧化碳和水转化成有机物质（如葡萄糖）和氧气的过程。
其反应方程式为：6CO2+6H2O+光能→C6H12O6+6O2光合作用是植物最重要的生理过程之一，它不仅是植物能够生存和生长的基础，还能为其他生物提供氧气和有机物质。
光合作用通过光合色素和叶绿体等生理结构，具有高效和专一性的特点。
植物的光合作用可以分为两个阶段：光能捕获和光化学反应、以及碳固定和假单胞菌循环。
在光能捕获和光化学反应阶段，植物的光合色素（如叶绿素）能够捕获太阳光，并将其转化为化学能。
光合作用发生在叶绿体内，主要以叶绿体膜的光合作用单位，光系统（PSI和PSII）为中心。
光系统中的光合色素吸收太阳光，并将其能量传递给反应中心，激发电子。
通过光合色素的电子传递链，电子在PSII和PSI之间进行转移，最终转移到还原辅酶NADP+上，形成还原辅酶NADPH。
在碳固定和假单胞菌循环阶段，植物利用还原辅酶NADPH和ATP的能量，将二氧化碳转化为有机化合物。
这个过程称为Calvin循环，也叫柠檬酸循环。
Calvin循环包括三个主要步骤：碳固定、还原和再生。
首先，二氧化碳与从光合作用过程中产生的核酮糖五磷酸（RuBP）结合，形成不稳定的六碳中间体。
然后，该中间体通过一系列酶的作用，将其分解为两个三碳化合物，3-磷酸甘油醇醛（3-PGA）。
最后，3-PGA经过一系列的加氢还原反应和磷酸化反应，合成出葡萄糖和其他有机物质。
光合作用的速率受到光照、温度、二氧化碳浓度和水分等环境条件的影响。
光合速率随着光照强度的增大而增加，但达到一定的饱和点后，光合速率趋于稳定。
温度对光合作用的影响是复杂的。
在适宜温度下，光合速率随着温度的升高而增加，因为反应速率加快。
然而，当温度超过一定范围时，光合作用会受到抑制，因为高温会破坏光系统和酶的结构。
二氧化碳浓度越高，光合速率越快。
水分对光合作用的影响主要是通过调节植物的气孔进行的。
第三章-光合作用--光反应-电子传递
3.色素分子间的能量传递
激发态的色素分子把激发能传递给处于基 态的同种或异种分子而返回基态的过程.
激子传递(exciton transfer)
➢ 激子通常是指非金属晶体中由电子激发的量子， 它能转移能量但不能转移电荷。在相同分子内依 靠激子传递来转移能量的方式称为激子传递。
共振传递(resonance transfer)
二、光化学反应
反应中心色素—反应中心
一、光能的吸收与传递：
(一) 激发态的形成
➢通常色素分子是处于能量的最低状态─基态(ground state) 。 色素分子吸收了一个光子后，会引起原子结构内电子的重新 排列。
➢其中一个低能的电子获得能量后就可克服原子核正电荷对 其的吸引力而被推进到高能的激发态(excited state) 。
双光增益效应ps和ps的光化学反应光系统photosystemps光系统photosystemps吸收短波红光680nm吸收长波红光700nm光系统iipspsps的原初电子受体的原初电子受体反应中心色素次级电子受体去镁叶绿素分子去镁叶绿素分子pheopheoq质体醌p680psps的原初电子的原初电子供供体体光系统ipsipsps的原初电子受体的原初电子受体反应中心色素最终电子受体fdfdp700pspsii的原初电子的原初电子供供体pcnadpnadp功能与特点吸收光能光化学反应电子供体反应中心色素分子原初电子供次级电子受体末端电子受体ps还原nadp实现pc到nadp的电子传递pcp700心fdnadp电子最终受体ps使水裂解释放氧气并把水中的电子传至质体醌
➢ 若干个β-胡萝卜素 ➢ 三种电子载体分别为A0、A1 ➢ 3个不同的Fe4-S4蛋白：Fx、FA、FB
⑤PSⅠ复合体功能：
植物生理第三章
(二）原初反应的过程 —光能的吸收、传递和光化学反应
1.天线色素接受光能，以诱导共振方式 将能量传递到光合反应中心。
能量传递效率： Chla，b几乎100%传给反应中心色素， 类胡萝卜素 约90%传给反应中心色素。
42
2.光合反应中心发生光化学反应
hυ ┋ D P A → D P* A → D P+ A- → D+ P A①特殊叶绿素a ②高能电子脱离，
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外被膜
被膜 (envelop)
内被膜 选择透性
叶绿体
(Chloroplast）
膜—光合色素、光合链——原初反应、 电子传递和光合磷酸化（光合膜 ） (thylacoid) 类囊体 腔—光合放O2 间质（stroma）——光合碳循环酶（Rubisco), CO2固定(同化); DNA，RNA，核糖体70S——部 分遗传自主
醛基(CHO)
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1.叶绿素的结构：
②双羧酸尾部：
1个羧基在副环(V)上 以酯键与甲基结合 －－甲基酯化； 另一个羧基（丙酸） 在IV环上与植醇 （叶绿醇）结合－ －植醇基酯化； 非极性，亲脂，插 入类囊体的疏水区， 起定位作用。
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2.叶绿素的作用：
收集和传递光能 （大部分Chl a和全部Chl b） 将光能转换为电能（少数特殊Chl a）
2.类胡萝卜素
强吸收区: 400-500 (蓝紫); 不吸收区： 500以上
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(二)光能的吸收和释放
物质吸收光子，其原子中的e 重新排列，分子从基态（最 低、最稳定）跃迁到激发态 （高能、不稳定）
Chl+ hγ= Chl* 处于激发态的分子，趋 于释放能量回到基态
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植物生理学植物的光合作用
第三章植物的光合作用一、名词解释1. C3途径4. 反应中心7. 红降现象10. PQ循环13. 光合单位16. 解偶联剂19. 光补偿点22. 光能利用率二、缩写符号翻译1. Fe-S4. OAA7. Fd10. P680、P700 13. PGA16. RubisC(RuBPC) 三、填空题2. C4途径5. 原初反应8. 量子产额11. 光合色素14. 反应中心色素17. 光合磷酸化20. CO2补偿点23. 光合速率2. PSI5. CAM8. PEPCase11. PQ14. Pheo17.Rubisco(RuBPCO)3. 光系统6. 荧光现象9. 爱默生效应12. 光合作用15. 聚光色素18. 光呼吸21. 光饱和点3. PSII6. NADP＋9. RuBPO12. PEP15. RuBP1.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_____ 。
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E/KJ.mol-1 297 289 259 222 209 197 172
（二）吸收光谱——物质对不同波长 光的吸收情况
chlb B-胡萝卜素
叶黄素
藻红蛋白 藻蓝蛋白
chla
叶绿素 在红光 区 （640~ 660nm） 和蓝紫 光区 （ 430~ 450nm） 有最强 吸收。
Chla在蓝紫光区吸收带偏向短 波光,吸收带较窄,吸收峰较低
Chla在红光区吸收Байду номын сангаас偏向长 波光,吸收带较宽,吸收峰较高
类胡萝卜素的最大吸收峰在蓝紫光区。
（三）荧光现象和磷光现象
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。
Chl + hν
chl*
基态 光子能量 激发态
荧光(fluorescence）:从第一单线 态的叶绿素分子回到基态所发射的光。
红色（低温--- 较多糖分---可 溶性糖形成花青素）
※第三节 光合作用的机制
根据需光与否， 光合作用可分为：光 反应（light reaction） 和暗反应（dark reaction）。
光反应在光合膜 上进行，暗反应在叶 绿体基质中进行。
光能的吸收、传递和转运过程 （原初反应）
光反应
电能转变为活跃的化学能 （电子传递和光合磷酸化）
C32H30ON4Mg
COOCH3 COOC20H39
叶绿素b：黄绿色
C32H28O2N4Mg
COOCH3 COOC20H39
※
Mg偏向带正电荷，N
偏向带负电荷，亲水
“头部”
亲脂性“尾巴”
醋酸铜处理可以保存绿色植物标本。
叶绿素的功能：绝大多数 chla和全 部chlb具有收集和传递光能的作用，少 数chla分子能将光能转化为电能。
光
6CO2 + 6H2O
C6H12O6 + 6O2
绿色植物
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），被氧 化到O2的水平；CO2是电子受体（氧化 剂），被还原到糖的水平；氧化还原反 应所需的能量来自光能。
CO2 + H2O
光
（CH2O） + O2
叶绿体
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。
暗反应
活跃的化学能转变为稳定的化学能 （碳同化）
一、原初反应
原初反应（primary reaction）:
是光合作用的第一幕，它包括光能的吸收、 传递和转换过程，结果引进了一个氧化还 原反应。
光子传递
1、光合单位
光合单位（photosynthetic unit）： 指结合在类囊体膜上能进行光合作用的 最小结构的功能单位，由聚光素系统和 作用中心组成。（250~300个色素分子）
基粒 类囊体膜称光合膜，含有光合色素，将光 能转变为化学能 基质（光合产物淀粉形成和贮藏的场所）
二、光合色素的结构与性质
光合色素主要有三类：叶绿素、类 胡萝卜素、藻胆素
1、叶绿素（chlorophyll，chl） 主要有Chla和Chlb，不溶于水，易溶于 乙醇、丙酮等有机溶剂。
叶绿素a：蓝绿色
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、化能合成作用。
光合作用（photosynthesis）:绿色植物 吸收光能，同化CO2和H2O，制造有机物 并释放O2的过程。
二、光合作用的重要性
1、把无机物转变为有机物 2、将光能转变成化学能 3、维持大气O2和CO2的相对平衡
三、光合作用的早期研究
作用中心色素 （reaction centre pigments）：
指具有光化学活性的少数特殊状态的chla分 子，即能捕获光能又能将光能转换为电能。
聚光色素（light harvesting pigments）： 指没有光化学活性，只能吸收光能并将其 传递给作用中心色素的色素分子。又称天 线色素。
2、类胡萝卜素
胡萝卜素：橙黄色 不饱和碳氢化合物：C40H56 叶黄素：黄色 胡萝卜素衍生的醇类：C40H56O2
类胡萝卜素的功能：收集光能，防 护光照伤害叶绿素
3、藻胆素
藻红蛋白
藻胆蛋白
吸收和传递光能
藻蓝蛋白
三、光合色素的光学性质
（一）辐射能量 光既是电磁波又是运动着的离子流。
光子携带的能量与光的波长成反比： E=Lhν=Lhc/λ
影响叶绿素形成的条件： 1、光照 光是叶绿体发育和叶绿素合 成必不可少的条件 2、温度 最适温度20-30oC 3、矿质元素 氮、镁、铁、铜、锰、锌
4、水分
5、氧气
正常叶子的叶绿素与类胡萝卜素的比 值约为3：1，叶绿素a与叶绿素b的比值 约为3：1，叶黄素与胡萝卜素约为2：1。
叶色：绿色
黄色（类胡萝卜素较稳定）
天线色素分子吸收光子而被激发，以 “激子传递”和“共振传递”的方式进 行能量传递，传递速率很快，传递效率 极高。
※ 第三章 光合作用
第一节 光合作用的早期研究 第二节 光合色素 第三节 光合作用的机制 ※ 第四节 同化物的运输与分配 ※ 第五节 影响光合作用的因素 第六节 光合作用与农业生产 ※
第一节 光合作用的早期研究
一、光合作用的概念
碳素同化作用（carbon assimilation）: 自养生物吸收CO2转变为有机物的过程。
E---每摩尔光子的能量（KJ） L---阿佛加德罗常数 6.02×1023 h---普朗克常数 6.6262 ×10-34J.s c---光速 2.9979×108m . S-1 λ---波长 nm
不同波长的光子所持的能量
光 紫外 紫 蓝 绿 黄 橙 红
λ/nm 小于400 400~425 425~490 490~560 560~580 580~640 640~740
磷光(phosphorescence）:去掉光 源后，叶绿素分子还能继续辐射出极 微弱的红光，它是从第一三单线态回 到基态所发射的光。
叶绿素的荧光和磷光现象说明叶 绿素能被光所激发，而叶绿素的激发 是将光能转变为化学能的第一步。
四、叶绿素的生物合成
高等植物叶绿素的生物合成是以谷 氨酸或α-酮戊二酸为原料的。
光
CO2 + 2H2O※
(CH2O) + O2※ + H2O
叶绿体
光合作用中释放的O2来自H2O。
第二节 光合色素
一、叶绿体的结构
基粒
类囊体
内膜 基质
基质内囊体
基粒内囊体
内囊体腔
ATP合成E 光系统Ⅰ
光系统Ⅱ
基粒内囊体
基质内囊体
双层膜（控制代谢物质进出的屏障）
类囊体（基质~、基粒~，） 垛迭