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
植物生理学中的光合作用简述
植物生理学中的光合作用简述植物是自主合成有机物质的生物，而光合作用是植物进行自主合成的重要途径之一。
在日光的照射下，植物通过使用光合色素，将太阳能转化为化学能，并利用该能量为自身合成有机物质。
本文将简单的介绍植物光合作用的基本过程和在其过程中所涉及的分子和机制。
光合作用的基本过程光合作用的主要过程可以被概括为两个基本反应：光反应和暗反应。
在光反应中，太阳能被转换成了化学能，这种能量是由光生电子转移而形成的氧化还原能。
在暗反应中，这种光能被利用来驱动一系列的化学反应，从而产生有机化合物。
在光反应中，最重要的物质就是叶绿素。
叶绿素是光合色素的一种，它是植物中最具代表性的色素之一，可以吸收太阳光中的红、橙、黄、绿、蓝和紫等各种光线，其中吸收光线最大值位于蓝色和红色之间。
叶绿素的一个重要特性是它能够捕捉太阳能，并将其转化成对电子的激发，使光合酶得以工作。
光合酶是一个大分子复合物，在叶绿体膜上焦距定义，它是能够收集光子能量并促进电子跃迁的。
这些光子首先会被捕获到叶绿素分子中形成激发态，接着通过光合酶移入电子传递链，最后产生足够强的还原力保障ATP的合成以及NADPH的自然界生成。
在暗反应中，最重要的过程是卡尔文循环。
该循环由Rubisco酶、甘油磷酸酸倒路、三磷酸甘露醇通路、琥珀酸途径等多个反应过程组成。
在这些反应中，光合产生的CO2和三磷酸葡萄糖被逐步转化成葡萄糖和其他有机化合物。
光合作用涉及的分子和机制在光合作用的过程中，有两种主要的光合色素：叶绿素和类胡萝卜素。
叶绿素是绿色的，主要吸收蓝色和红色的光线。
而类胡萝卜素则是红色、黄色和橙色的，主要吸收蓝色和绿色光线。
这些色素通过吸收光子的能量，能够捕获电子并将其传递到光化学反应中心（PSI和PSII）。
在光化学反应中心中，光能被用于转移电子，产生ATP和NADPH。
这个过程被称为光合成电子传递链。
PSII和PSI是两个主要的复合物，其中PSII通过水光解产生氧气和负离子，而PSI则利用电子来还原NADP+，从而产生NADPH。
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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目的要求：
通过本章学习，主要了解绿色植物光合作 用机制、C3植物和C4植物的光合特性、环境因 素对光合作用的影响、作物光能利用率低的原 因及其提高途径。
本章重点：
1、影响叶绿素合成和破坏的原因。 2、C3植物和C4植物叶片解剖结构和光合生理特点。 3、影响光合作用的因素。 4、植物光合作用与作物产量。 5、植物对光能的利用。
胡萝卜素和叶黄素在兰紫光区， 它们都不吸收绿光，所以叶片主要为绿色。
叶绿素a和b吸收光谱：
第二节 叶绿体与光合色素
胡萝卜素 和叶黄素 吸收光谱
第二节 叶绿体与光合色素
(二)叶绿体色素 3. 荧光与磷光： 叶绿素溶液在透射光下为翠绿色，在 辐射光下呈现棕红色，称为荧光现象； 荧光出现后，立即中断光源，继续辐 射出极微弱的红光，这种光称为磷光，这 种现象称为磷光现象。
第一节 光合作用的意义和研究历史
一、光合作用的概念
光合作用的 部位
植物的绿色部分 (叶茎果等),主要 是叶片.
细胞中的叶绿体
第一节 光合作用的意义和研究历史
一、光合作用的概念
光合作用 的原料
光合作用 的产物
CO2 来自于空气 H2O 来自于土壤
C6H12O6 O2
第一节 光合作用的意义和研究历史
一、光合作用的概念
光合作用 的能源
可见光中
380----720nm波长 光
第一节 光合作用的意义和研究历史
一、光合作用的概念
光合作用 的特点
是一个氧化还原反应
1.水被氧化为分子态氧, 2.二氧化碳被还原到糖水平 3.同时发生日光能的吸收,转化和贮藏
第一节 光合作用的意义和研究历史
二、光合作用的意义 (1)是制造有机物质的主要途径； (2)大规模地将太阳能转变为贮藏的化 学能，是巨大的能量转换系统； (3)吸收CO2，放出O2，净化空气，是 大气中氧的源泉。
第一节 光合作用的意义和研究历史
一、光合作用的概念
1.定义：光合作用是绿色植物利用光能，
把CO2和H2O同化为有机物，并释放O2的 过程。
光
CO2+2H2O
(CH2O)+O2+H2O
光合细胞
第一节 光合作用的意义和研究历史
一、光合作用的概念
光
6CO2+6H2O
(C6H12O6)+O2
光合细胞
基本公式
第一节 光合作用的意义和研究历史
三、光合作用的研究历史： (3) 光合单位 (4)两个光系统。
A good summary...
第二节 叶绿体与光合色素
一、叶绿体与光合色素 (一)结构与成分
被膜 外膜 内膜
间质 ：(含可溶性蛋白质，酶类，DNA，RNA 核糖体等)
类囊体 (基粒) 基粒片层 间质片层
④PQ是双电子双H+传递体，它伴随电子传递，把H+ 传递类囊体膜内，造成类囊体内外的H+电化学势 差，推动ATP形成。
2.电子传递体的组成与功能2ຫໍສະໝຸດ 电子传递体的组成与功能ATP
<
<
4. 电子传递的类型
1)非环式电子传递 2)环式电子传递 3)假环式电子传递
5. 光合放氧
第四节 电子传递和光合磷酸化
电子传递 光合磷酸化
碳水化 合物等
碳同化
PSⅠ，PSⅡ 类囊体 类囊体膜 叶绿体间质
第三节 原初反应
光能的吸收 光能的传递 光能的转化
第三节 原初反应
第四节 电子传递和光合磷酸化
一、电子传递：
1.光合链：光合作用的光反应是由光系 统Ⅰ和光系统Ⅱ这两个光系统启动的， 两个光系统由电子传递链连接起来。连 接两个光反应的排列紧密而互相衔接的 电子传递物质称为光合链。
第二节 叶绿体与光合色素
(二) 叶绿体色素 6. 叶色变化：
决定于叶绿素含量，间接反映植株 的营养水平和生长发育状况，生产上 常以此作为氮肥施用的指标以及高产 栽培的指标之一。
第三节 原初反应
能量 变化
光能
电能
活跃的 化学能
稳定的 化学能
能量 物质
转变 过程
反应 部位
量子 原初反应
电子
ATP NDAPH2
第一节 光合作用的意义和研究历史
三、光合作用的研究历史： 1 光合作用总反应式确定 2 光反应和暗反应； 3 光合单位 4 两个光系统。
第一节 光合作用的意义和研究历史
1 光合作用总反应式确定
（1）细菌光合作用
光
CO2+2H2S
(CH2O)+O2+H2O
光合细菌
光
CO2+2HOOCCH2CH2COOH
荧光与磷光：
皂化反应 H、Cu取代
第二节 叶绿体与光合色素
(二)叶绿体色素 4. 生物合成：以谷氨酸和α-酮戊
二酸为原料，经一系列酶的催化， 首先形成无色的原叶绿素，然后在 光下被还原成叶绿素。
生物 合成 途径
第二节 叶绿体与光合色素
(二) 叶绿体色素 5. 影响叶绿素合成的条件： （1）光照 （2）温度 （3）矿质元素 （4）水分 （5）O2
光合链的特点
①电子传递链主要由光合膜上的 PSⅡ、Cytb6/f、 PSI三个复合体串联组成。
②电子传递有二处是逆电势梯度，这种逆电势梯度 的“上坡”电子传递均由聚光色素复合体吸收光 能后推动，而其余电子传递都是顺电势梯度进行 的。
③水的氧化与PS Ⅱ 电子传递有关，NADP+的还原与 PSI电子传递有关。
2HOOCCH=CHCOOH +O2+H2O
光合细菌
光
CO2+2H2A
(CH2O)+2A+H2O
光合细菌
第一节 光合作用的意义和研究历史
三、光合作用的研究历史：
（2）希尔反应和希尔氧化剂；
4Fe3++2H2O
4Fe2++4H++O2
希尔氧化剂
(3)18O的研究:
第一节 光合作用的意义和研究历史
三、光合作用的研究历史： （2）光反应和暗反应；
Movie
第二节 叶绿体与光合色素
(二)叶绿体色素
1、种类
叶绿素 叶绿素a，兰绿色
叶绿素b，黄绿色
类胡萝卜素 胡萝卜素(α、β、γ)橙黄色
叶黄素 黄色
藻胆素
藻红蛋白
(仅存在于红藻、蓝藻中)
藻蓝蛋白
胡萝卜素和叶黄素结构
第二节 叶绿体与光合色素
(二) 叶绿体色素 2. 吸收光谱：
叶绿素a和b的吸收光谱主要在兰紫光区 和红光区
二、光合磷酸化
环式光合磷酸化
1.类型 非环式光合磷酸化
2.机理
假环式光合磷酸化
第四节 电子传递和光合磷酸化
二、光合磷酸化 3.ATP复合
电子传递抑制剂 4.光合磷酸化抑制剂 解偶联剂
ATP酶抑制剂 5.光合磷酸化和氧化磷酸化比较
光合磷酸化与氧化磷酸化的异同
项目
进行 部位 ATP 形成 电子 传递 能量 状况