植物生理学—植物的光合作用(上课版)
85页1、,第三章 植物的光合作用,植物生理学,有收无收在于水,有收无收在于水 收多收少在于肥,第一节 光合作用的重要性,一、光合作用的概念,定义:光合作用是绿色植物利用光能,同化CO2和H2O,制造有机物并释放O2的过程。,光 CO2+2H2O (CH2O)+O2+H2O 光合细胞,二、光合作用的意义,(1) 把无机物变成有机物质 约合成51011t/y有机物“绿色工厂”;吸收2.01011t/y碳素 (6400t/s)。 (2) 蓄积太阳能: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;将3.01021J/y的日光能转化为化学能 (3) 环境保护:吸收CO2,放出O2,净化空气,是大气中氧的源泉。释放出5.351011t氧气/y 。 光合作用是“地球上最重要的化学反应”,第二节 叶绿体及其色素,叶片:光合作用的主要器官; 叶绿体:光合作用的主要细胞器。,一、叶绿体的结构和成分,(一)叶绿体的结构,外膜:为非选择性膜,被膜,基质(间质):,类囊体(基粒),内膜:是一个有选择性的膜,基质类囊体:又称基质片层,伸展在基质中彼此不重叠; 基粒类囊体:或称基粒片层,彼此垛叠,组成基粒。,含
2、可溶性蛋白、酶系等,酶促反应,同化CO2,叶绿体的结构示意图 A.叶绿体的结构模式;B.类囊体片层堆叠模式,基粒类囊体的垛叠的生理意义: 膜的垛叠意味着捕获光能的机构高度密集,能有效的收集光能;, 因为膜系统往往是酶的排列支架,膜垛叠就如形成一个长的代谢传送带,使代谢顺利进行。因此,高等植物叶绿体中基粒类囊体的垛叠,有利于光合进程,是一个进化的优点。,(二)叶绿体的成分,蛋白质:占叶绿体干重的30%45% 脂类:20%40% 色素:8%左右 无机盐:10%左右 贮藏物质(淀粉等):10%20% 核苷酸、醌等:,干物质,水:约含75%,二、光合色素的化学特性,光合色素有3类:,光合色素,叶绿素,类胡萝卜素,藻胆素:仅存在于红藻、蓝藻中,高等植物中仅有这两类,(一)叶绿素,1、种类,叶绿素,叶绿素a:蓝绿色 叶绿素b:黄绿色 叶绿素c: 叶绿素d:,存在于高等植物,存在于藻类中,2、结构 叶绿素是双羧酸的酯,其中一个羧基被甲醇所酯化,另一个被叶绿醇所酯化。分子式: 叶绿素a C55H72O5N4Mg 叶绿素b C55H70O6N4Mg,3、化学性质:叶绿素是一种酯,因此它们不溶于水,但能溶
3、于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂。,(1)置换反应:镁可被H+置换形成去镁叶绿素,(2)铜离子的代替作用,(3)叶绿素的皂化:与碱反应生成叶绿素盐、叶醇和甲醇,(二)类胡萝卜素,1、种类和化学性质,类胡萝卜素,胡萝卜素(、) 橙黄色 叶黄素 黄色,化学性质:不溶于水,但能溶于有机溶剂。,三、光合色素的光学特性,(一)辐射能量 光波是一种电磁波。 光子携带的能量和光波长的关系是二者之间成反比。 E=Lh=Lhc/ E:每mol光子(或爱恩斯坦)的能量 L:阿伏加德罗常量6.021023 mol-1 :辐射频率(s-1) c:光速(2.9979108m/s) :波长(mm) h:为普朗克常数(6.6261034JS),(二)吸收光谱,、太阳光的光谱 太阳光不是单一的光,到达地表的光波长大约从300nm的紫外光到2600nm的红外光,其中只有波长大约在390770nm之间的光是可见光。,2.叶绿体色素吸收光谱: 叶绿素a和b的吸收光谱主要在蓝紫光区和红光区。,450,430,660,640,叶绿素最强的吸收区有两处: 波长640660nm的红光部分; 波长430450nm的蓝紫光部分。,chl
4、a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。,3.胡萝卜素和叶黄素的吸收光谱,吸收带在400500nm的蓝紫光区,它们基本不吸收红、橙、黄光,从而呈现橙黄色或黄色. 都不吸收绿光,所以叶片主要为绿色。,(三)荧光现象和磷光现象,1.概念: 叶绿素溶液在透射光下呈绿色,在反射光下呈现棕红色,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。,2.产生的原因 激发态转变的三条途径: 以热的形式消耗回到基态; 以光能的形式释放,回到基态; 参与能量转移,推动光化学反应。,E=Lhc/,入射光的能量要比发射光的能量高,所以,入射光的波长,要比入射光的波长长一些,所以在入射光下呈现绿色,而在发射光在呈现红色。,四、叶绿素的合成和降解,(一)叶绿色素的生物合成 以谷氨酸为原料,经一系列酶的催化,首先形成无色的原叶绿素酯a,然后在光下被还原成叶绿素。,谷氨酸,5-氨基酮戊酸,胆色素原,原卟啉,单乙烯基原叶绿素酯a,Mg2+,NADPH
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