植物生理学植物的光合作用
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______。
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第三章植物的光合作用一、名词解释1. C3途径2. C4途径3. 光系统4. 反应中心5. 原初反应6. 荧光现象7. 红降现象8. 量子产额9. 爱默生效应10. PQ循环11. 光合色素12. 光合作用13. 光合单位14. 反应中心色素15. 聚光色素16. 解偶联剂17. 光合磷酸化18. 光呼吸19. 光补偿点20. CO2补偿点21. 光饱和点22. 光能利用率23. 光合速率二、缩写符号翻译1. Fe-S2. PSI3. PSII4. OAA5. CAM6. NADP＋7. Fd 8. PEPCase 9. RuBPO10. P680、P700 11. PQ 12. PEP13. PGA 14. Pheo 15. RuBP16. RubisC(RuBPC) 17. Rubisco(RuBPCO) 18.TP三、填空题1. 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。
15. 光合作用中，淀粉的形成是在中，蔗糖的形成是在中。
16. C4植物的C3途径是在中进行的；C3植物的卡尔文循环是在中进行的。
植物生理学植物光合作用
第三章植物的光合作用本章内容提要碳素同化作用有三种类型：细菌光合作用和化能合成作用以及绿色植物光合作用。
绿色植物光合作用是地球上规模最大的转换日光能的过程。
高等植物光合色素主要有2类:叶绿素与类胡萝卜素。
叶绿体是光合作用的细胞器，光合色素就存在于内囊体膜（光合膜）上。
光合作用可分为三大步骤: （1）原初反应，包括光能的吸收、传递和转换的过程；（2）电子传递和光合磷酸化，合成的ATP和NADPH（合称同化力）用于暗反应；（3）碳同化，将活跃化学能变为稳定化学能。
碳同化包括三种生化途径：C3途径、C4途径和CAM途径。
C3途径是碳同化的基本途径，可合成糖类、淀粉等多种有机物。
C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成光合产物等。
光呼吸是乙醇酸的氧化过程，由叶绿体、过氧化体和线粒体三个细胞器协同完成的、耗O2、释放出CO2的耗能过程。
其底物乙醇酸及许多中间产物都是C2化合物，也简称为C2循环。
在C3植物中光呼吸是一个不可避免的过程，对保护光合机构免受强光的破坏具有一定的生理功能。
C4植物的光合速率比C3植物高，主要原因是C4植物CO2的固定由PEPC完成，PEPC 对CO2亲和力高；而CO2的同化在BSC中进行，C4植物BSC花环式结构类似一个CO2泵，因而光呼吸很低。
但C4植物同化CO2需要消耗额外的能量，其高光合速率只有在强光、较高温度下才能表现出来。
光合作用受光照、CO2、温度、水分和矿质元素等环境条件的影响。
植物的光能利用率很低。
改善光合性能是提高光能利用率的根本措施。
提高作物提高光能利用率的途径是：提高光合能力，增加光合面积，延长光合时间，减少有机物质消耗，提高经济系数。
第一节光合作用的意义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)。
不能进行碳素同化作用的生物称之为异养生物，如动物、某些微生物和极少数高等植物。
碳素同化作用三种类型：细菌光合作用、绿色植物光合作用和化能合成作用。
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。
植物生理学-第四章ppt课件
第二节 叶绿体与光合色素
一、叶 绿 体
二、光合色素
1 分类
叶绿素类 (chlorophyll)
类胡萝卜素类 (carotenoid)
叶绿素类a
(蓝绿色)
叶绿素类b
(黄绿色)
磷 光
~ 31千卡
叶绿素分子受光激发时电子能量水平图解
叶绿素的生物合成
合成前体： ð- 氨基酮戊酸
合成途径：
合成条件：
光照 温度 矿质元素
光合作用的机理
原初反应
光
反 应 电子传递和
光合磷酸化
光能的吸收、传递与转换
（光能转换成电能）
基粒片层上
（电能 活跃的化学能）
暗 反 碳素同化 应
（活跃的化学能
H2O的光解和O2的释放，但不能形 成NADPH。（NADP+不足）
光合磷酸化机理
化学渗透学说（P. Mitchell 1961）
第四节 二氧化碳的固定与还原
• C3 途径（还原的戊糖途径、卡尔文循环
The Calvin cycle）：C3植物
• C4 途径(C4 pathway)（四碳双羧酸途径）：
电子传递和光合磷酸化(photophosphorylation) （电能转换成活跃的化学能）
两个光系统
光合链（“Z”链）
光系统 I ： 光系统 II ：
证明：“红降”现象 双光增益效应（爱默生效应Emerson effect）
光合电子传递链（“Z”链）
光合磷酸化
在光下叶绿体把光合电子传递与磷
photophosphorylation 酸化作用相偶联，使ADP与Pi形
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➢ 依功能不同，光合色素可分成天线色素和反应中 心色素两类。天线色素捕获光能，并将光能传给 反应中心。极大部分光合色素都起这一作用。反 应中心色素的作用是以光能来引起电荷分离及光 化学反应。它的主要成分是特殊的叶绿素a，光合 色素所以能表现其特殊功能，是由于它在光合器 中以特定的形式和蛋白质、脂质等结合。
第三章 植物的光合作用
第一节 光合膜蛋白结构与功能
➢ 一、光合作用的概念和意义 ➢ 二、光合膜蛋白的结构与功能 ➢ 三、光合膜上的其它组份 ➢ 四、习题
一、光合作用的概念和意义
➢ 狭义的概念：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。
CO２+ H２O
(CH２O)＋O２
➢广义的概念：光养生物利用光能把CO２合成有 机物的过程。
➢ 结构：PSI晶体为三聚体，其单体由12个蛋白亚基以及 127个辅因子组成，包括96个叶绿素a分子，2个质醌分 子，3个铁硫簇，22个类胡萝卜素分子和4个脂分子。
➢ 功能：吸收的光能诱导电子从膜内侧的质体蓝素传递 至基质侧的铁氧还蛋白，还原的铁氧还蛋白可被FdNADP+氧化还原酶所利用而生成NADPH。
➢ PSII主要功能是吸收光能，进行光诱导的电荷分 离，产生电子传递并催化水的光解。PSII利用吸 收的光能使水裂解放出氧气和质子，并从水分子 中提取电子，电子通过醌库、Cytb6/f复合体和质 体蓝素（PC）传递到PSI复合体。
PSII捕光复合体（LHCII）
Helix A Helix D
Helix B Helix A Helix C
Helix B
俯视图
Helix D
侧面图
➢ 结构：LHCII含3个跨膜α-螺旋和1个在囊腔面的一 段非跨膜α-螺旋，每个LHCII单体结合14个叶绿素 分子和4个类胡萝卜素分子。
➢ 功能：光能的捕获与传递；调控激发能在PSII和 PSI的分配；光胁迫下，能量耗散和光保护功能。
光系统I（PSI）
PSI颗粒较小，直径约定11 nm，主要分布在类囊体膜的非叠合部分。
➢ 目前普遍认为，ATP合酶催化合成ATP的过程是按照 “旋转催化”的模式进行的，即CF1上3个核苷酸催化 位点的构象变化是靠γ和ε亚基在催化过程中相对于α3β3 六聚体的旋转运动来调节的。
三、光合膜上的其它组份
➢ 膜脂：膜脂研究是生物膜研究的一个重要组成部 分，也是光和作用研究的重要领域，不仅有重要 的理论意义，还有广泛的应用价值。
CO２+2H２A
(CH２O)+2A+H２O
二、光合膜蛋白结构与功能
光合作用的光能吸收、传递和转化过程是在具有一定分子排列 和空间构象的色素蛋白复合体以及有关的电子载体中完成的。
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。
PSI捕光复合体（LHCI）
高等植物的LHCI和PSI核心之间的连接是松弛的，4个不同 的LHCI蛋白新月状排列在PSI核心的一侧，约有20个叶绿 素分子定位于两者之间起着连接作用。
➢ LHCI吸收的光能通过诱导共振传递到P700，然后 按顺序将电子传给原初电子受体A0（Chl a）、次 级电子受体A1（叶醌），再通过铁硫中心（Fe-S） 最后交给铁氧还蛋白（Fd）。Fd经过还原，在铁 氧还蛋白－NADP还原酶作用下，把电子交给 NADP+ ，完成非循环电子传递。Fd也可把电子交
ATP合酶复合体
特点：突出于膜表面；亲水性
➢ ATP合酶复合体，也称偶联因子或CF1-CF0复合体，它 将ATP的合成与电子传递和H+跨膜转运偶联起来。叶 绿体的ATP酶属于F型ATP酶，与线粒体及细菌的ATP 酶结构十分相似，都由两个蛋白复合体组成，一个是 突出于膜表面的亲水性的CF1，分子量约400 kDa；另 一个是埋置于膜中的疏水性的CF0，分子量约170kDa。
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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
给Cytb6而传回到PQ ，形成围绕PSI的循环电子传 递。
细胞色素b6f（Cytb6f）
Cyt b6f是类囊体膜上的一种膜蛋白复合体，分子量约为105 kDa， 它在体内是以二聚体形式存在，由4个大亚基（Cyt f、Cyt b6、 Rieske蛋白和亚基IV）和4个小亚基组成。
➢ Cyt b6f在光合作用电子传输链中占据重要位置。 一方面作为连接PSII和PSI的中间电子载体介导 两者之间的电子传递；另一方面利用电子传递 过程中释放出的电子将质子从类囊体膜外侧转 运到内侧，形成跨膜质子电化学梯度，为ATP 合酶复合体合成ATP提供能量。
➢ 色素：在光合作用中参与吸收、传递光能或引起 原初光化学反应的色素。高等植物和大部分藻类 的光合色素是叶绿素a，b和类胡萝卜素。
高等植物类囊体膜脂主要有四种：MGDG，DGDG，SQDG 和PG。其中MGDG含量最多，约占50%，DGDG约占30%， SQDG和PG各占5~12%。
➢ MGDG，DGDG和PG在LHCII聚集过程中有不同 的作用。PG结合于LHCII蛋白的表面，直接参与 了三聚体的形成，并起着稳固三聚体的作用；而 DGDG结合在三聚体的外围，使三聚体形成二维 晶体状片层；最后，MGDG推动了片层结构的垛 叠形成了类囊体膜基粒。