植物生理学 第四章 光合作用
植物生理学光合作用课件
类型
非环 式电 子传 递
环式 电子 传递
原初电子供体P 原初电子受体A 次级电子供体D 蛋白质
维持微环境
直接供给电子的物质
光化学反应
D·P ·A
h→ v
* D· P ·A
＋＋
－
－
→ D·P ·A →D ·P ·A
由光引起的反应中心色素分子与原初 电子受体、供体间的氧化还原反应
二、电子传递与光合磷酸化＋来自ee－e eD ·P ·A
场所：光合膜 特点：受光促进，不受温度影响
光化学反应
激发态
第二单线态
放热
第一单线态
放荧 热光
放热
磷 光
Chl
三线态
基态
吸收光能
基态
激发态
第一单线态 第二单线态 第一三线态
第一单线态Chl分子的去向：
放热
发射荧光（溶液） 进入第一三线态
浪费！
光化学反应 （活体）
第二单线态Chl分子不能直接用于光合作用
吸收光谱---
PSI和PSII串联
二处逆电势梯度 PQ穿梭(ΔμH+ )
（三）水的光解和放氧 P156 光
2H2O* + 2A 叶绿体 2AH2 + O2*
氧化剂
----希尔反应
（四）光合磷酸化
1．概念 P158
条件--光下 部位--叶绿体 原料--ADP+Pi 产物--ATP
2．类型
驱动力---ΔμH+
一、原初反应
场所：光合膜
特点：速度快，需光
概念：P152
光能吸收
植物生理学—光合作用4
羧化阶段 carboxylation
还原阶段 reduction
再生阶段 regeneration
1. 羧化阶段：
也称CO2 的固定，即通过羧化反应将游离的 CO2 固定在有机物上。
* CO2 的受体是：RuBP
（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。
C4- 二羧酸脱羧后产生的C3酸（丙酮酸或丙氨酸）
* 催化的酶是：RuBPCase（Rubisco）
* 第一个稳定性产物：
3-磷酸甘油酸，PGA（C3化合物）
1. 羧化阶段
CO2还原为三碳化合物
2. 还原阶段
将PGA还原成磷酸甘油醛（GAP） ——三碳糖。 该阶段要消耗同化力——ATP和NADPH+H+
DPGA
GAP
GAP可能通过叶绿体内膜上的“磷酸运转器” ，运到细胞质 中去合成蔗糖，也可以在叶绿体的间质中合成淀粉，暂时积累。
5. 叶绿体内反应
•甘油酸在叶绿体内经甘油酸激酶催化形成 PGA，参与到C3途径，补充RuBP。
光呼 吸代 谢途 径及 其在
细胞
中的 定位
三、光呼吸的意义
光呼吸的特点 （1）三种细胞器协同完成，不经过呼吸电子传递链， 能量以热能形式放出，同时还要消耗ATP，是一 个耗费能量的过程，而非释放能量； （2）整个氧化过程中，吸收O2 发生在叶绿体和过氧 化物体，放出CO2在线粒体； （3）光呼吸是一个消耗物质的过程，消耗了光合作 用CO2固定量的1/4，甚至一半。 对于这种能量和物质的浪费行为是否有意义？ 而且产生的NH3也必须立即用于合成Glu，以 免积累造成毒害。
植物生理学光合作用
植物生理学光合作用植物生理学是研究植物的生命周期、生长发育、代谢和适应环境的科学领域。
其中，光合作用是植物的重要生理过程之一、在这篇文章中，我将详细介绍什么是光合作用、光合作用的主要过程和影响因素，以及它对植物和整个生态系统的重要性。
光合作用是植物利用阳光能量将二氧化碳和水转化为有机物和氧气的过程。
它是能量的转换过程，将太阳能转化为化学能。
光合作用发生在植物的叶子和其他绿色组织中的叶绿体中。
叶绿体内的叶绿素是发生光合作用的关键组分，它能吸收阳光中的能量，并将其转化为化学能。
光合作用主要包括两个阶段：光反应和暗反应。
在光反应中，叶绿体中的光合色素吸收太阳能量，并将其转化为化学能。
这个过程包括光能的捕获、电子传递和ATP合成。
叶绿体中的光刺激栗子吸收光能，通过一系列复杂的电子传递过程，最终生成ATP（三磷酸腺苷）和NADPH（二磷酸腺苷二核苷酸磷酸酯）。
ATP是能量的“货币”，用于植物的各种代谢反应。
NADPH则用作暗反应中二氧化碳的还原剂。
暗反应是光合作用的第二个阶段，也称为卡尔文循环。
在这个过程中，ATP和NADPH参与将CO2固定成六碳糖分子（葡萄糖）。
这个过程发生在叶绿体的叶绿体基质中，依赖于多种酶的参与。
暗反应是一个复杂的过程，它涉及到三个主要的步骤：固定、还原和再生。
通过这些步骤，光合作用将二氧化碳转化为可以用于植物生长和代谢的有机物。
光合作用的效率和速率受多种因素的影响。
其中最重要的因素是光的强度、温度和二氧化碳的浓度。
光的强度越高，光合作用的速率越快。
然而，当光强过于强烈时，光合作用的速率反而会下降，因为光合色素可能会受损。
温度也是光合作用速率的重要因素。
适宜的温度有助于酶的正常运作，从而提高光合作用的速率。
然而，当温度过高时，酶会变性，导致光合作用受到抑制。
二氧化碳的浓度对光合作用速率也有显著影响。
较高的二氧化碳浓度可以促进暗反应中CO2的固定，并提高光合作用效率。
总之，光合作用是植物生理学中的重要过程之一、它是植物利用太阳能将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气的过程。
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。
植物生理学 4.光合作用
组成：由核心复合体、 PS ΙΙ捕光复合体和放氧复合体 （OEC)组成。
核心复合体：由6种多肽组成。 其反应中心=Tyr+P680+pheo
捕光复合体：LHCΙΙ
放氧复合体:OEC，位于PS ΙΙ的类囊体膜腔表面，
由多肽和与放氧有关的锰复合体、氯和钙离子组
成。水在光照下经过PS ΙΙ的作用，发生水裂解，
（二）光系统
1 红降现象：
2 双光增益效应（爱默生效应）： 3 光系统：光系统Ι (PS Ι )、光系统ΙΙ (PS ΙΙ ) PS I 为小颗粒，存在于基质片层和基粒片层的非垛叠区。 组成：反应中心P700、电子受体和PS Ι 捕光复合体三
部分组成。 光反应：适合长光波反应。
PS ΙΙ
其颗粒较大，受敌草隆抑制。存在于基粒片层的垛叠区。
（二）叶绿体的结构
叶绿体膜 外膜：透性大 内膜：透性小，主要控制物质进出的屏障。
组成：主要为可溶性蛋白质（酶）和其它代谢活跃的
基质
物质，呈高度流动性状态，具有固定二氧化碳
（间质）
的能力。（光合作用的暗反应即淀粉的形成与
贮存是在此进行的 。）
嗜饿颗粒（滴）（脂滴）：是一类易与饿酸结合的颗
粒，其主要成分是亲脂性的醌类物质。功能是：
叶绿素a/叶绿素b=3/1 叶黄素/胡萝素=2/1
2 红色： 气温、可溶性糖、花色素（红色）
3 黄色：
叶绿素受破坏
光反应：在光下， 1 原初反应（指对光能的吸收、传递和转
在叶绿体的类囊
换的过程。）
体膜上进行的， 由光所引起的光
光 化学反应。实质
光能 原初反应
电能（电子）
（光量子）
2 电子传递和光合磷酸化（指把原初反应
植物生理学中的光合作用
植物生理学中的光合作用光合作用是植物生理学中一项重要的生理过程，它使植物能够利用阳光能将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气。
本文将就光合作用的基本原理、过程和调控因素进行讨论。
一、光合作用的基本原理光合作用是通过光能转化为化学能的过程。
在光合作用中，植物通过叶绿素等色素吸收光能，并利用该光能将二氧化碳和水合成有机物质，同时释放出氧气。
这一过程主要发生在植物的叶绿体中。
二、光合作用的过程光合作用可以分为光反应和暗反应两个阶段。
1. 光反应：光反应发生在叶绿体的基质膜上。
当叶绿体中的色素吸收到光子后，光能被转化为化学能，产生ATP和NADPH等高能化合物。
同时，水分子被光解，释放出氧气并提供电子供应。
2. 暗反应：暗反应发生在叶绿体的基质中，不需要直接依赖光能。
在暗反应中，植物利用光反应阶段生成的ATP和NADPH，将二氧化碳还原为有机物质，例如葡萄糖。
暗反应的最终产物是有机物质，它们被植物用于生长和代谢。
三、光合作用的调控因素光合作用的进行受到许多因素的影响，主要包括光照强度、温度和二氧化碳浓度。
1. 光照强度：光照强度对光合作用的速率有着直接的影响。
当光照强度较低时，光合作用受限于光反应的速率；而在光照强度较高时，暗反应对光合作用速率的影响更大。
2. 温度：温度是另一个重要的调控因素。
在适宜的温度下，光合作用可正常进行；然而，过高或过低的温度均会抑制光合作用的进行。
这是因为较高温度下酶活性受到抑制，而较低温度下酶活性受到限制。
3. 二氧化碳浓度：二氧化碳是暗反应的底物之一，其浓度的增加可以促进暗反应的进行。
然而，在现代工业化社会中，二氧化碳排放导致大气中二氧化碳浓度的增加，进而对植物的光合作用产生了积极的影响。
四、光合作用的重要性光合作用是生物圈中最为重要的能量来源之一。
通过光合作用，植物能够将太阳能转化为化学能，进而提供给其他生物。
此外，光合作用还能够释放出氧气，并吸收大量的二氧化碳，起到了调节大气组成的作用。
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______。
光合作用名词解释植物生理学
光合作用名词解释植物生理学嘿，你知道吗，光合作用那可真是太神奇啦！就好像是植物界的一
场魔法盛宴！光合作用，简单来说，就是植物利用光能把二氧化碳和
水转化成有机物，并且释放出氧气的过程。
这就好比是植物有个超级
厉害的魔法口袋，把那些看似普通的东西变呀变，就变成了对它们生
存超级重要的东西！
比如说，那绿色的叶子就像是一个个小小的工厂，在阳光的照耀下，勤奋地工作着。
阳光不就是植物的能量源泉嘛，就像我们人类需要吃
饭获取能量一样！而二氧化碳呢，就像是原材料，被植物巧妙地加工
利用。
你想想看呀，要是没有光合作用，这世界会变成啥样？那肯定是一
片死寂呀！没有足够的氧气，我们人类怎么能畅快地呼吸呢？植物怎
么能茁壮成长呢？这就好像是一部机器没有了关键的零件，根本运转
不起来嘛！
我记得有一次，我和朋友一起去植物园玩，看到那些各种各样的植物，我就跟朋友说：“你看呀，这些植物都在进行着光合作用呢，多神
奇呀！”朋友也点头表示赞同。
我们在植物园里逛了好久，感受着植物
们带来的生机和活力。
光合作用可不只是对植物重要，对整个生态系统都有着至关重要的
影响呢！它维持着大气中氧气和二氧化碳的平衡，让我们的地球保持
着适宜的环境。
所以呀，我们可得好好保护这些进行光合作用的植物们，可不能让它们受到伤害呀！
总之，光合作用就是植物生理学中一个超级关键的名词，它就像是生命的引擎，推动着整个生态系统的运转！没有它，就没有我们现在这个丰富多彩的世界！。
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4. 在光合中的作用：可吸收和传递光能；还可保
护叶绿素分子，使其在强光下不致被光氧化而
破坏。
三、光合色素的光学特性
1. 辐射能量
E=Lh=Lhc /λ
光子的能量与波长成反比。
2. 吸收光谱（图4-6）
叶绿素吸收光谱的两个最强区：红光区640－
660nm，蓝紫光区430－450nm。 类胡萝卜素的最大吸收带在蓝紫光部分。 3. 荧光现象和磷光现象（图4-9）
2.光合生产率：又称净同化率，是指植株的单位叶面积在
一天内进行光合作用减去呼吸和其他消耗之后净积累的 干物质重。 3.光合势：指单位土地面积上，作物全生育期或某一阶段 生育期内有多少平方叶面积在进行干物质生产。
第二节 叶绿体及叶绿体色素
一、叶绿体的结构和成分
（一）叶绿体的形态结构（图4-3）
被膜、间质、类囊体（光合膜）
（二）叶绿体的成分
叶绿体的化学成分：75%的水、蛋白质、脂类、
色素和无机盐。
二、光合色素的化学特性
参与光合作用光能的吸收、传递或引起
原初反应的各种色素称为光合色素。 叶绿素
光合 色素 类胡萝卜素 藻胆素 高等植 物
（一）叶绿素 1.叶绿素（chlorophyll）的分子结构（图4-5）
COOCH3
④ 氧：缺氧引起Mg-原卟啉Ⅸ或Mg-原卟啉甲酯积累，影
响叶绿素合成。
⑤ 水：影响叶绿素的合成，缺水使叶绿素分解加剧。
3. 植物的叶色
⑴绿叶：一般正常植物叶片的叶绿素与类胡萝卜素分 子比例约为3：1，所以叶片为绿色； ⑵红叶：叶片中含有较多的花色素； ⑶黄叶：正常叶片的叶绿素被破坏时，叶片呈现的颜
叶绿体基质
光合作用的全过程分为三大步骤：
①原初反应 ②电子传递和光合磷酸化
（光反应）
类囊体膜上进行
③碳素同化 （暗反应）基质中进行
光反应
光能的吸
收、 传递和转 电子传递和 光合磷酸化
ATP 形成同化力 NADPH
换
一、原初反应 原初反应指从光合色素分子被光激发开始到引 起第一个光化学反应为止的过程。
部的类胡萝卜素。
特点：没有光化学活性，只有吸收和传递 光能的作用，把光能聚集到作用中心色素。 聚光色素又称天线色素或捕光色素。 光能传递方式：共振传递（指相同或不同
色素分子靠电子振动在分子间传递能量的过
程）。
⑵ 反应中心色素（reaction center pigment） 少数特殊状态的Chla分子为反应中心色素 （P680、P700）。 特点：具有光化学活性，能进行光化学反 应，又称为 “能量陷阱”。
色。
⑷黄化现象（etiolation）：缺乏叶绿素合成的必要条 件而阻止了叶绿素的合成，使叶片发黄的现 象。
第三节
H2O 光 O2
光合作用的机理
ADP+Pi NADP+ 酶 (CH2O)n
ATP NADPH
光反应 暗反应
CO2
光合作用中各种能量转变情况： 光能 电能 活跃的
稳定的
化学能
化学能
类囊体
转化和储藏。
总之，光合作用的本质就是：物质转变
和能量转变。
有三方面的证据证明O2来自于H2O：
1. Van Niel假说 CO2+2H2S 2. Hill反应 4Fe3++2H
2O
光 能 细菌叶绿素
光 能 叶绿素
（CH2O） + 2S + H2O
4Fe + 4H+ + O2
3. 18O的研究
CO2+2H2 O18
四、叶绿素的形成
1. 叶绿素的生物合成（图4-8） ⑴起始物质：谷氨酸或α-酮戊二酸; ⑵重要中间产物：δ-氨基酮戊酸（5-氨基酮戊 酸，原卟啉Ⅸ （protoporphyrin Ⅸ）等;
2. 影响叶绿素形成的条件
① 光：原叶绿酸酯转变为叶绿酸酯需要光照；但强光下
叶绿素会被氧化. ② 温：最低温2℃、最适温30℃、最高温40℃，高温下 叶绿素分解大于合成。 ③ 营养物：（N、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn等）。
（三）维持大气中氧气和CO2的平衡，保护环境。 释放出5.35³1011t 氧气 （四）是人类寻求新能源和人工合成食物的理想模型。 （五）是现代农业生产技术措施的核心
“地球上最重要的化学反应”
三、光合作用的度量
1.光合速率：又称光合强度，是指单位叶面积在单位时 间内同化CO2的量或者在单位时间内积累干物质的量。
叶绿素a C32H30ON4Mg COOC20H39 COOCH3
叶绿素b C32H28O2N4Mg
COOC20H39
2.叶绿素的理化性质 （1）叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色 （2）不溶于水，溶于有机溶剂 （3）皂化反应
COOCH3 C32H30ON4Mg +2KOH COOC20H39 C32H30ON4Mg COOK + CH3OH + CH20H39OH COOK 叶绿素a的钾盐 甲醇 叶绿醇
一、原初反应（primary reaction）
光能的吸收（光合色素）
原初
反应
包括
传递（到作用中心）
光化学反应，引起电荷分 离（转换）
1. 光能的吸收与传递
根据功能，将叶绿体色素分为两种类型： 聚光色素和作用中心色素。 ⑴聚光色素（light-harvesting pigment）
包括绝大多数的Chla、全部的Chlb和全
光 能 叶绿素 光 能 叶绿素
（CH2O）+ 18O2+ H2O （CH2O18）+ O2+ H2O
CO218+2H2O
二、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ合作用的意义
（一）是无机物转变成有机物的主要途径。 每年地球光合作用合成5³1011t有机物 （二）是太阳能转变成稳定的化学能的主要途径。
将5³1011J日光能转化为化学能
第四章 光 合 作 用
第一节 光合作用的重要性
一、光合作用的概念 CO2+H2O
光 能 绿色细胞
（CH2O）+ O2
氧 化
光 能
2H2O+CO2
绿色细胞
还 原
（CH2O）+ H2O + O2
光合作用是一氧化还原过程。
突出特点：
1）水被氧化为分子态O2；
2）CO2被还原成有机物；
3）在上述两过程中同时发生了光能的吸收、
叶绿素a
（4）卟啉环中的镁可被H+或Cu2+所置换。 （5）容易被光分解
吸收和传递光能
3.在光合中的作用
少量叶绿素a转化光能
（二）类胡萝卜素
1. 类胡萝卜素结构：含胡萝卜素和叶黄素，前者 分子式为C40H56；后者分子式是C40H56O2，分 子结构如图。 2. 溶解性：不溶于水，易溶于有机溶剂。 3. 颜色：胡萝卜素呈橙黄色，叶黄素呈黄色。