第10讲 光合作用的过程

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,、,光合作用的概念及意义？,2、叶绿体的结构和成分？,3、光合色素的种类及物理性质？,4、光合色素的光学性质,5、影响叶绿素形成的因素,6、植物叶色变化的原因,温故而知新,第三节 光合作用的,过程,需光的光反应和不需光的暗反应。,1.光反应：必须在光下进行，由光所引起的光化反应，,它主要在基粒类囊体膜（光合膜）上进行；,2.暗反应：可以在暗处进行的由若干酶所催化的化学反应，,暗反应是在,叶绿体基,质中进行的。,光合作用的三大步骤,：,1.光能的吸收、传递和转换（原初反应）；,2.电能转变为活跃的化学能（电子传递和光合磷酸化）；,3.活跃的化学能转变为稳定的化学能（碳素同化）；,一、原初反应,（一）光能的吸收和传递,1、光辐射的1个质点称作1个光子，携带的能量是1个量子，称为,光量子,。单位是J（焦耳）。波长越长，量子能量越小。,2,.,光合单位,：,是指吸收、传递和转化1个光量子所需要的光合色素分子数目。,是,存在于,类囊体膜上能进行,完整光反应,的最小结构单位。,（1）,光合单位的组成：,聚光色素系统+,反应中心色素,。,（2）,按功能光合色素可分为以下两类：,反应,中心色素,：少数特殊状态的,叶绿素a,分子属于此类，它具有光化学活性。是光能的捕捉器和转换器。将光能转化为电能。,聚光色素,又叫天线色素：没有光化学活性，只具有收集光能的作用，除作用中心色素以外的色素均具有聚光作用,，属于此类。,3.光能的吸收：激发聚光色素分子,4.,色素分子间的能量,传递：,从吸收短波光（能量较高）色素向吸收长波光（能量较低）色素方向传递。最终激发中心色素分子，启动光化学反应。,（二）光化学反应,作用中心色素分子吸收光能所引起的氧化-还原反应。有2个反应系统。,二、电子传递和光合磷酸化,（一）电子传递,1、,电子传递链,：电子传递的过程是一系列的氧化还原反应。电子传递方向是从氧化还原电势较高处向较低处传递。,分为非环式、环式和假环式电子传递。,2、,水的氧化与放氧,：,水在光照下经过光系统2的作用，释放氧气，产生电子，释放质子到类囊体腔内。,（,二,）光合磷酸化,1.定义：,利用光合电子在传递过程中建立的跨膜类囊膜的质子梯度，把ADP和无机磷合成为ATP的过程。,2.分类：,（1）非循环式光合磷酸化,（2）循环式光合磷酸化,（3）假环式光合磷酸化,三、碳同化,碳素同化是光合作用的一个重要方面。,从能量转换角度看,，碳同化是将ATP和NADP中的活跃化学能转换为储存在糖类中稳定的化学能，较长时间供给生命活动的需要；,从物质生产角度看,，占植物体干重90%以上的有机物基本上都是通过碳同化形成的。,碳同化,在叶绿体,基,质中进行,，需要多种酶协同作用。,碳同化的途径有三条：卡尔文循环、C4途径、景天科酸代谢途径，,但只有卡尔文循环才具有合成淀粉的能力，其他两条途径只能固定转运二氧化碳，仍需通过卡尔文循环才能完成,。,（一）卡尔文循环,1.卡尔文循环的别名：,光合环、还原磷酸戊糖途径（RPPP）、,C3途径,等。,2.卡尔文循环分为四个阶段：,（1）羧化,阶段,（固定二氧化碳）,固定二氧化碳，形成3-磷酸甘油酸（PGA）,（2）还原,阶段,（贮能完成）,由PGA到,B,PGA（1，3-二磷酸甘油酸），再到GA,LP,（,3-磷酸甘油醛,）。,BPGA,GALP,BPGA,（3）RuBP的,再合成,：,由GALP,经过一系列变化，再形成RuBP的过程。,在CO,2,的固定和还原中，,RuBP,会不断减少，影响CO,2,固定的继续，因此，,RuBP,的再合成是卡尔文循环正常运转的组成部分,。,5GAP+3ATP+2H,2,O-3RuBP+3ADP+2Pi+3H,+,（4）,糖类的,合成：,还原过程中形成的3-磷酸甘油醛在叶绿体内合成淀粉，也可透出叶绿体在细胞质中合成蔗糖。,C3循环变化简图：,GALP,GALP,3.卡尔文循环的贮能情况：,每,固定3分子二氧化碳，要6个NADPH分子和9个ATP分子，形成1个,GALP分子。,（二）C,4,途径,1.C,4,途径，是甘蔗、玉米等植物在卡尔文循环前附加的固定二氧化碳途径。,2.,C,4,途径的过程：,羧化转移脱羧与还原再生,叶肉细胞胞质中的PEP为二氧化碳受体，在PEPC作用下，生成OAA，OAA被还原为苹果酸或天冬氨酸，,之后,被运输到维管束鞘细胞中去。再脱羧,释放出CO,2,进入C,3,途径，形成的Pyr,运回到叶肉细胞,再合成,PEP。,优点：可以在很低的浓度下固定CO,2,，促进C,3,循环的进行。,（三）景天酸代谢,景天科植物酸代谢过程,（,CAM,途径）：,晚上气孔开放，吸进CO,2,，进一步,还原为苹果酸,，积累于液泡中；白天气孔关闭，苹果酸氧化脱羧，放出CO,2,，参与卡尔文循环，形成淀粉等。,这种植物体内的有机酸合成日变化的代谢类型称为景天酸代谢。如仙人掌等。,四,、,光呼吸,植物的绿色细胞依赖光照，放出,CO,2,和吸收,O,2,的过程，被称为,光呼吸,。,一般生活细胞的呼吸在光照或黑暗中都可以进行，对光照没有特殊要求，这种呼吸相对地称为,暗呼吸,，通常所说的呼吸就是指暗呼吸。,（,一,）,光呼吸的生化,途径,1.进行部位：叶绿体、线粒体、过氧化体,2.底物：乙醇酸,3.生化过程：,（1）,叶绿体内,：RuBP+氧+水2-磷酸乙醇酸,2-磷酸乙醇酸+水乙醇酸+磷酸,（2）,过氧化,物酶,体内,：乙醇酸+氧乙醛酸+过氧化氢,乙醛酸+谷氨酸甘氨酸+a-酮戊二酸,（3）,线粒体,：甘氨酸丝氨酸+二氧化碳,（4）,过氧化,物酶,体,：丝氨酸羟基丙酮酸甘油酸,（5）,叶绿体,：甘油酸3-磷酸甘油酸，进入卡尔文循环,思考,：,在整个循环中氧的吸收发生于哪些细胞器？二氧化碳的释放又发生于哪些细胞器？,4.光呼吸的调节与外界条件密切有关,（1）首先是氧及二氧化碳的浓度，二氧化碳抑制光呼吸而促进光合作用，氧则抑制光合作用而促进光呼吸；,（2）随着光强、温度和,PH,的增高，光呼吸也加强，其实质也是二氧化碳和氧对RuBP的竞争。,5.光呼吸的生理功能,光呼吸释放的CO,2,量占光合作用CO,2,固定量的2027，也就是把光合作用固定四分之一左右的碳又变成 CO,2,释放出去。光呼吸是一个消费过程。,（1）,回收碳素,：回收乙醇酸中3/4的碳素；,（2）近年来不少人认为光呼吸可,保护光合器免受伤害,。在干旱和高辐射期间，气孔关闭光合组织合成乙醇酸，并使光呼吸的CO,2,重新固定，消耗过剩的光能，保护叶绿体免受伤害。,（3）,磷酸丙糖和氨基酸合成的补充途径,1.概念：C,3,植物（最初产物为3-磷酸甘油酸）、C,4,植物（最初产物为草酰乙酸）,2.C,4,植物比C,3,植物具有较强的光合作用，其原因主要从两个方面来探讨：,（1）从结构上看：,C,4,植物,叶片的维管束薄壁细胞较大，其中含有许多较大的叶绿体，叶绿体没有基粒或基,粒,发育不良；维管束鞘的外侧密接一层成环状或近于环状排列的叶肉细胞，组成了“,花环,型,”结构。,C,3,植物的维管束鞘薄壁细胞较小，不含或很少叶绿体，没有“花环型”结构，维管束鞘周围的叶肉细胞排列松散。,二、,C3,植物和,C4,植物的光合特征,C4植物进行光合作用时，只有维管束鞘薄壁细胞形成淀粉，在叶肉细胞中没有淀粉。而水稻等 C3植物由于仅有叶肉细胞含有叶绿体，整个光合过程都是在对肉细胞里进行，淀粉亦只是积累在叶肉细胞中，维管束鞘薄壁细胞不积存淀粉。,（2）在生理上,：,C4植物一般比C3植物具有较强的光合作用,，这与PEP,羧化酶活性强（,PEP羧化酶的活性约为R,uBPC的60多倍，对二氧化碳的亲合力远远大于RuBPC,，故C4植物能利用低浓度的二氧化碳，C3植物则不能），,光呼吸弱（由于提高了CO,2,/O,2,的比率,）有关。,3.几个问题,（1）为什么C4植物被称作低补偿植物？,（2）为什么C4植物的耐旱性强于C3植物？,五,、光合作用的产物,1.,光合作用产物主要是,糖类，包括单糖、双糖和多糖,，其中以蔗糖和淀粉最普遍。,2.,不同植物的主要光合产物不同,。大多数高等植物的光合产物是淀粉，有些植物（如洋葱、大蒜）的光合产物是葡萄糖和果糖，不形成淀粉。,3.,长期以来，糖类曾被认为是光合作用的唯一产物，而其他物质（如,蛋白质、脂肪和有机酸,）是植物利用糖类再度合成的。的确，这些物质一部分是再度合成的，但,也有一部分却是光合作用直接产物,，特别是在藻类和高等植物正在发育的叶片中。,4.,磷酸丙糖是形成光合产物的重要中间产物,。,5.淀粉是在叶绿体内合成的。,6.蔗糖是在细胞质内形成的。,7.,ATP是不易透过叶绿体膜的。它通过3-磷酸甘油酸二羟丙酮磷酸穿梭（PGADHAP）而到达细胞质的。,8.在叶绿体里的淀粉合成和在细胞质里的蔗糖合成会竞争底物磷酸丙糖。,