第三章光合作用zj

一、章（节、目）授课计划 第 页授课章节名称第三章 植物光合作用授课时数教学目的光合作用的机理，即原初反应、电子传递、光合磷酸化及碳同化的基本过程与特点；Ø光合色素的理化性质与光学特性；Ø光呼吸的过程及意义；Ø有机物运输的机理和分配规律。教学要求1、掌握光合作用相关的概念。2、熟悉光合作用的机理，基本过程与特点3、了解调节因素以及实践中的应用。 教学重点光合作用的机理，即原初反应、电子传递、光合磷酸化及碳同化的基本过程与特点教学难点光合作用的机理，即原初反应、电子传递、光合磷酸化及碳同化的基本过程与特点；Ø光合色素的理化性质与光学特性；Ø光呼吸的过程及意义；教学方法与手段讲授法、师生互动法作业与思考题课后作业阅读书目或参考资料教学后记二、课时教学内容 第 页教 学 内 容小结第一节 概 论一、光合作用的发现（1）十八世纪初期前，人们相信植物营养来自土壤（2）1727年，英 S . Hales 将植物干馏，观察到有气体放出，推测植物大部分物质从空气中获得，认为植物的营养一部分来自土壤，一部分来自空气，注意到空气营养。（3）1771年，英国化学家J. Priestley第一个用实验的方法证实植物可“净化”空气，即放出O2。光合作用发现年（4）1779年，荷兰J . Ingenhousz 在Priestley的基础上研究提出，植物只有在光下才能“净化”空气、放出O2，在黑暗中放出CO2，所以，他不仅证实了光合作用的存在，而且也发现了呼吸作用。光是光合作用的条件（5)1782年，瑞士J.Senebier发现：动物和黑暗中的植物产生的“有害”气体（即CO2）可以促进植物在光下产生“纯净”的空气（即O2）CO2是光合作用的原料，O2是光合作用产物（6)1804年，法国De . Saussue 发现：植物在光合作用中吸收的CO2和释放的O2体积大致相等，而积累的干物质重量则大于CO2和O2的重量之差，他认为这部分重量来自水。水也是光合作用原料（7）1817年，法国 Pelletler和Carenton分离出绿色物质叶绿素叶绿素是光合作用的条件（8）1864年，德国J . Sachs观察：只有在光下叶绿体中的淀粉粒才会增大 光合产物除O2外还有有机物（9）十九世纪末二十世纪初，人们才归纳出整个光合作用的轮廓：原料是CO2和水、条件是光和叶绿素、产物是有机物和O2（10）二十世纪30年代末，Hill和R.Scarisbrick发现了Hill反应光合产物O2来自原料H20二.光合作用概念绿色植物吸收太阳光能,同化CO2和H2O,制造有机物并释放O2的过程。*水被氧化为分子态氧*CO2 被还原到糖的水平*同时发生光能的吸收、转化和贮藏三.生物碳素营养类型碳素同化作用：自养生物吸收CO2转变成有机物的过程。自然界碳素同化类型：细菌光合作用化能合成作用绿色植物光合作用：最广泛、最重要（一）细菌光合作用1 定义：含有光合色素的细菌在光下利用H2S、异丙醇等无机或有机的还原剂，将CO2转变成有机物的过程。2 光合细菌的分类： *红色硫细菌：光自养厌氧菌CO2 + 2H2S （CH2O） + 2S + H2O*红色非硫细菌：兼性光异养细菌，光下、无氧条件下生长CO2 + 2（CH3）2CHOH （CH2O）+CH3COCH3 +H2O*绿色硫细菌：光自养厌氧菌，反应式同红色硫细菌教 学 内 容小结3 细菌光合作用特点Ø细菌进行光合作用时都是严格的无氧环境Ø供氢体不是H2O，而是H2S等，不放氧CO2 + 2H2A （CH2O） + H2O + 2AØ细菌光合色素和载色体细菌叶绿素： chla（B800、B850、B890）；chlb； chlc类胡萝卜素：叶黄素、胡萝卜素a) 化能合成作用Ø定义：不含光合色素的细菌在暗中利用无机物氧化分解释放出的能量同化CO2成为有机物的过程化能合成菌的类型：均为好气性细菌硝化细菌：2HNO2+O2 2HNO3 G=-180KJ氨细菌：2NH3+3O2 2NO2+2H2O+2H+ G=-149KJ亚硝酸细菌：2NH3+3O2 2HNO2+2H2O G=-661KJ铁细菌：Fe+ Fe+ 碳细菌：利用煤被氧化放出的能量氢 细 菌：利用氢被氧化成水放出的能量碳素同化作用比较表碳素同化作用三种类型的进化地位四、光合作用的意义（一）是自然界巨大的物质转换站（二）是自然界巨大的能量转换站（三）净化环境，维持大气O2、CO2 平衡注：由于光合作用，大气中的CO2大约每300年循环一次，O2大约每2000年循环一次全球范围CO2的升高，会产生温室效应（四）在生物进化上的意义光合作用是目前惟一知道的通过分解水产生O2的生物过程生物进化中两大重要事件产生条件是光合作用创造的 * 好氧生物的出现 *生物由海洋进入陆地（五）光合作用与工农业、国防、科技 固氮蓝藻可光合放H2，作为新能源 通过提高光能利用率，提高作物产量密闭系统中提供O2和部分食物五、光合作用指标和测定方法（一）生理指标光合速率-单位时间、单位叶面积吸收CO2或放出O2的量（ mgCO2dm -2h-1 或 umolCO2dm2s-1 ）。光合生产率-较长时间内的表观光合速率（干物质克数/m2.天）。比光合速率低，也称净同化率。表观光合速率= 真正光合速率 呼吸速率 （二）测定方法*半叶法 *测氧仪法 *红外线CO2分析仪法 教 学 内 容小结第二节 叶绿体及叶绿体色素一、叶绿体形态结构（一）形状、大小、数目（二）叶绿体的特性：*数目不断变化 *不断运动（三）叶绿体电镜结构1、外被（外套膜）：外膜、内膜2、基质（间质）：流动性大，主要成分是可溶性蛋白质、淀粉粒、脂滴、核糖体、DNA、RNA3、片层膜系统：基本单位是类囊体*基粒类囊体（片层）：形状规则，垛叠形成基粒*基质类囊体（片层）：形状不规则，不垛叠基粒形成的意义Ø捕获光能的机构高度密集，更有效收集光能，加速光反应Ø有利于反应的连续进行（四） 叶绿体的成分1、水：752 、干物质：25蛋白质（3040)、 脂类（2040 )、 贮藏物(10 20)、 灰分(10)、 色素(8)、 核苷酸、醌类和其它物质。二、光合色素及其理化性质（一）光合色素的种类、结构、功能v叶绿素类：chla、chlb、 chlc、chldv类胡萝卜素类：胡萝卜素、叶黄素v藻胆素类：藻红素、藻蓝素（与蛋白质结合紧密） 藻红蛋白、藻蓝蛋白（藻胆蛋白）v叶绿素功能（1）绝大部分chla和全部chlb、c、d具有收集并传递光能的作用；（2）少数特殊chla具有将光能转为电能作用v类胡萝卜素(Car)功能（1）辅助吸收光能（2）保护叶绿素免受光氧化破坏vCar保护叶绿素免受光氧化破坏的原因ØChl吸收光第一单线态 1Chl 三线态 3Chl 有O2时使O2转为单线态氧 1O2 1O2氧化叶绿素Car是植物体内最重要的1O2猝灭剂.通过与3Chl作用防止1O2的产生；也可将已产生的1O2转变为基态氧分子。藻胆素功能：辅助吸收光能(二) 光合色素的化学性质1、光合色素的提取及分离2、置换反应：镁可被H+置换形成去镁叶绿素3、铜离子的代替作用4、叶绿素的皂化：与碱反应生成叶绿素盐、叶醇和甲醇教 学 内 容小结（三）光合色素的光学性质1、辐射能量-光子的能量与波长成反比，不同波长的光子所持的能量不同。2、吸收光谱-叶绿体色素吸收部分光质后，在光谱上出现的暗带。 *地面上太阳光：300nm 2600nm *可见光：390nm770nm（红橙黄绿青蓝紫） *用于光合作用光：400nm700nm（1）叶绿素吸收光谱最大吸收区：红光区640 660nm（特有）蓝紫光区 430 450nm注: chla在红光区吸收带偏向长波光，吸收带宽，吸收峰高。chlb在蓝紫光区的吸收带比chla宽、吸收峰高，更利于吸收短波蓝紫光。故阴生植物比阳生植物chlb含量高。（2）类胡萝卜素吸收光谱最大吸收区域：蓝紫光区（3）藻胆素吸收光谱 藻蓝素吸收峰：橙红区 藻红素吸收峰：绿光区、黄光区叶绿素的荧光现象和磷光现象基态（稳定、低能） 激发态（不稳定、高能） 去激发v 激发态类型：单线态、三线态第一单线态：低能级，寿命10-9S第二单线态：能级较高，寿命10-12S三线态：电子自旋方向改变去激发方式v非辐射形式：热能、共振传递v辐射形式：荧光、磷光v进行光化学反应荧光第一单线态回到基态时发出的光，寿命短，10-8 10-9 S，强度大。磷光三线态回到基态时发出的光，寿命较长，10-2 10-3S，强度小，为荧光的1%。光能在色素分子间的共振传递v发生传递两分子间距离小于30Av发生传递两分子间振动频率相近v从高能向低能传递（吸收短波光色素分子向吸收长波光色素分子传递）（四）叶绿素的合成*：从谷氨酸开始影响叶绿素合成因子光、温度、矿质、水分叶绿素的破坏与叶色Chl/Car=3/1,Chla/Chlb=3/1,叶黄素/胡萝卜素=2/1教 学 内 容小结第三节 光合作用的机理一、概论原初反应 光反应 电子传递（光合放氧） （基粒片层） 光合磷酸化 C3途经 暗反应 C4途经 碳同化 （叶绿体基质） CAM途径注意：光反应过程也不都需要光，暗反应过程中所需要的一些酶也受光的调节，因此划分光反应和暗反应的界限很复杂。光合作用的步骤1 原初反应：光能的吸收、传递和转换 光能（光子） 电能（高能电子）2 电子传递和光合磷酸化 电能（高能电子） 活跃化学能（ATP、NADPH）3 碳同化（酶促反应，受温度影响） 活跃化学能