高中生物-植物的光合作用

暗
反
CO2
应
4 碳同化 4.1 碳同化的概念 碳同化是指CO2同化成碳水化合物的过程 。
4.2 碳同化的途径
A)卡尔文循环（又叫C3途径）：是最基本、
最普遍的，且只有该途径才可以生成碳水 化合物.
B) C4途径（又叫Hatch-Slack途径） C)景天科酸代谢途径（CAM）.
C4和CAM途径都是C3途径的辅助形 式,只能起固定、运转、浓缩CO2的作用， 单独不能形成淀粉等碳水化合物。
第一节 光合作用概述
1 光合作用发现简史
◆1771年英国化学家J.Priestley发现植物可净化空 气，他实际上发现了植物放氧；
◆1779年荷兰人Jan Ingenhousz发现植物只有在 光下才净化空气,证明光的参与；
◆1782年瑞士科学家J.Sennebier发现CO2可以促 进植物在光下产生"纯净"空气；
（3）乙醇酸途径是循环的,故又称为C2循环 5.3 光呼吸的生理功能(P86)
第四节 影响光合作用的因素
1 外界因素
1）光照 2） CO2 3）温度 4）矿质营养 5）水分 6）光合速率的日变化
2 内部因素
1）不同部位 2）不同生育期
第五节 植物对光能的利用
1 植物的光能利用率（自学p91-92） 2 提高光能利用率的途径（自学p92-93）
因素之三------矿质元素
Mg、N是叶绿素的组成成分，Fe、 Mn、Cu、Zn、K等元素是叶绿素生 物合成有关酶的成分或激活剂，这些 元素的缺乏会导致缺绿病。
因素之四------水分
缺水影响叶绿素的合成，并促 进叶绿素的分解，故缺水会导致叶 黄。
第三节 光合作用的机理
1 概述---光合过程几点认识
附：光反应小结
A）光反应靠光发动，它包括原初反应、电子传递 和光合磷酸化等步骤。
B）经原初反应，完成对光能的吸收、传递，并将 之转化为电能。
C）电子传递和光合磷酸化通过两个光系统的一系 列光化学反应，把水光解成质子(H+)和电子， 同时放出氧，质子H+与细胞中NADP+结合形成 NADPH；同时，在电子传递过程中，其携带的 能量使细胞中的ADP与无机磷酸结合形成ATP。
2 影响叶绿素生物合成的因素
因素之一------光
原脱植基叶绿素a经过正常光照， 才能顺利合成叶绿素。
例外：藻类、苔藓、蕨类和裸子植物的松柏
科植物，在黑暗中也可以形成一些叶绿素。
因素之二------温度
温度影响酶的活性，从而间接 影响叶绿素的合成。一般来说，叶 绿素形成的最适温度约为30℃， 其下限是2-4℃，上限是40℃。
回到原来的起点P700，形成闭合回路。
3.3.3 光合磷酸化的机理
------P.Mitchel的化学渗透学说
光合电子传递所产生 的膜内外电位差和质子 浓度差(二者合称质子动 力势)即为光合磷酸化的 动力。H+有沿着浓度梯 度返回膜外的趋势，当 通过ATP合酶返回膜外
时做功:ADP＋Pi→ATP。
◆1864年J.Sachs观察到光照下叶绿体中的淀粉粒 增大，证明光合中有有机物产生；
◆1941年Ruben等用H2O*证明氧气来源于水光解
光合作用概图
光合作用的总反应式为
光 CO2+2H2O------→(CH2O)+O2+H2O
叶绿体
2 光合作用的重要意义
A）合成有机物 B）能量的转换和贮存 C）释放氧气、净化空气
卡尔文循环
三个阶段： 1. 固定 2. 还原 3. 更新
G3P的走向：
（1）叶绿体内
合成淀粉
（2）细胞质内
合成蔗糖
（3）叶绿体内
变为RuBP
C4 途径的解剖学和生物化学
C4植物光合作用特点
C3途径与C4途径的比较
植物 种类
CO2的 受体
CO2固 定后的 产物
CO2固定 后的场所
CO2还原 的场所
由于各电子传递体具不同的氧化还原电位，负 值起越大代表还原势越强，正值越大代表氧化势 越强，据此排列呈“Z”形，又称为“Z方案”。
3.3 光合磷酸化
3.3.1 光合磷酸化的概念
叶绿体在光下 把无机磷酸和ADP 转化为ATP，形成 高能磷酸键的过程。
光 ADP+Pi ATP
3.3.2 光合磷酸化的方式
少的物质，可影响放氧。
3.2 光合链
1）PSⅠ和PSⅡ的概念
PSⅠ：作用中心色素为P700，P700被激发后，
把电子供给Fd。
PSⅡ：作用中心色素
为P680，P680被激发 后，把电子供给pheo （去镁叶绿素），并 水裂解放氧相连。
2）光合电子传递链（光合链）
连接两个光反应系统、排列紧密而互相衔接的 电子传递物质被称为光合链。
第三章 植物的光合作用
有收无收在于水 收多收少在于肥
? 万物生长靠太阳
第三章 植物的光合作用
假设光合作用是一个物 质生产过程，那么： 1）原料、产品是什么？ 2）工厂、车间是什么？ 3）工人有哪些？ 4）生产流程是怎样？ 5）制约因素有哪些？
第三章 植物的光合作类和性质； 2. 了解叶绿素的生物合成及其影响因子； 3. 初步弄清光合作用机理（重点和难点）； 4. 了解光呼吸的基本过程和主要生理功能； 5. 弄清光合作用的影响因素。
1）原初反应：光能的吸收、传递和转换为电能； 2）电子传递和光合磷酸化：电能转变为活跃的化学 3）碳同化：活跃的化学能再转变为稳定的化学能。
2 原初反应
2.1 原初反应的概念
为光合作用 最初的反应，它 包括对光能的吸 收、传递以及将 光能转换为电能 的具体过程。
光与叶绿体的相互作用
叶绿素的光激发
第二节 叶绿体和光合色素
1 叶绿体的结构和成分
1.1 叶绿体的外部形态(P59) 高等植物叶绿体多呈扁平椭球形，
主要分布在叶片的栅栏组织和海绵组 织中。
叶绿体的形态与分布
1.2 叶绿体的基本结构
A）被膜：有外膜和内膜两层，内膜具选择
透性。
B）基粒：由类囊体垛叠而成的。光能的吸
收、传递、转换场所。
DD··PP··AA 为光系统或反应中心
Acceptor （原初电子受体） Pigment （作用中心色素） Donor（原初电子供体）
3 电子传递和质子传递
3.1 水的光解
H2O是光合作用中O2来源，也是光 合电子的最终供体。水光解的反应：
2H2O→O2＋4H+＋4e锰、氯和钙是放氧反应中必不可
1）非循环式光合磷酸化：
PSⅡ所产生的电子经过一系列的传递，在细
胞色素复合体上引起ATP的形成，继而将电子
传至PSⅠ，提高能位，最后用去还原NADP+。 这样，电子经PSⅡ传出后不再返回。
2）循环式光合磷酸化：
从PSⅠ产生的电子，经过Fd和细胞色素b563
等后，引起了ATP的形成，降低能位，又经PC
2.3 光合色素的光学性质
A. 吸收光谱的概念 某一物质对各种不同的光有不同程
度吸收，将这种吸收作为波长的函数 作图，就得到了此物质的吸收光谱。 B. 物质波谱及太阳光的光谱 C. 叶绿素的吸收光谱
B.物质波谱及太阳光的光谱
% of light absorbed by chlorophyll
叶绿素的吸收波谱
ATP和 NADPH的 作用对象
CO2固定 的途径
C3植物 C5
C3
叶肉细胞 叶肉细胞 的叶绿体 的叶绿体
C3
C3途径
C4植物
PEP C5
C3 C4
叶肉细胞 的叶绿体
维管束鞘 细胞的叶 绿体
维管束鞘 细胞的叶 绿体（C3 途径）
C3
C3途径 C4途径
叶绿素a（多数）、b,
叶黄素, 胡萝卜素
H2O
2e 2H
约为3:1
B) chla与chlb的分子比例也约为3:1 C) 叶黄素与胡萝卜素约为2:1
思考：下图两叶片中光合色素的分布如何？
2）叶绿体中的分布
光合色素都包埋在类囊体膜中， 以非共价键与蛋白质结合在一起。各 色素分子间的距离和取向较固定，使 得能量传递或电子传递可有效地进行。
叶绿体中光合色素的分布
blue
green
red 6
2.4 叶绿素的生物合成
1. 叶绿素生物合成过程（自学p64-65） 要点：
A）起始物：是什么? B）需光：哪一步? C）叶绿素b是怎么来的?
叶绿素生物合成过程
A）起始物：-氨基酮戊酸 ； B）需光：原脱植基叶绿素a只有在
光下才能转变为脱植基叶绿素a；
C）叶绿素b由叶绿素a氧化而来。
D）有了ATP和NADPH，叶绿体便可在暗反应中 同化二氧化碳，形成碳水化合物等有机物。故 又将ATP和NADPH称为“同化力”。
光反应小结
叶绿素a（多数）、b,
叶黄素, 胡萝卜素
H2O
2e 2H
2e 2H
特殊的叶绿素a
光 反 应
1/2O2 ADP+Pi ATP NADP+ NADPH
(CH2O)
A）光合作用过程相当复杂，光合作用靠光发动， 但并非全过程都需要光。根据需光与否，可将 光合作用过程分为光反应和暗反应。
B）从物质代谢角度看，光合作用过程是植物利用 光能将无机物（CO2和水），通过一系列复杂的 化学变化，合成碳水化合物等有机物的过程。
C）从能量代谢角度看，光合作用过程是植物将光能转变 为化学能的过程。依此可将光合过程分为3大步骤：
1） 叶绿素：主要有叶绿素a（呈蓝绿色）和叶绿
素b（呈黄绿色）
2） 类胡萝卜素：主要有胡萝卜素（多为β-型，
呈橙黄色）和叶黄素（黄色）