【正文】 質(zhì)： 光合作用所需的酶 基粒： 每個(gè)基粒由幾十個(gè) 基粒類囊體 結(jié)構(gòu)重疊而 一、光合作用的場所 —— 葉綠體 高等植物葉綠體呈橢圓球形 每個(gè)葉肉細(xì)胞中含 20個(gè) ~200個(gè)不等。 證明：放氧完全是因?yàn)楣庹眨?氧氣 是葉綠體釋放出來的， 葉綠體 是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所。 為什么對(duì)天竺葵先進(jìn)行暗處理？ 為什么讓葉片的一半曝光，另一半遮光呢？ 3．這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了什么問題？ 3．這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了什么問題？ 讓葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)（ 淀粉） 消耗掉 部分遮光、部分曝光，是為了進(jìn)行對(duì)照 綠葉在光合作用中產(chǎn)生了淀粉 1880年（美國）恩格爾曼實(shí)驗(yàn) 小資料：水綿是常見的 淡水藻類 ，每條水綿有許多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的長筒狀細(xì)胞連接成的。 CO2是電子受體 ，（氧化劑） 被還原到糖的水平。 光合作用的反應(yīng)式： 6CO2+12H2O* （ CH2O ） +6O2 * +6H2O 光能 葉綠體 釋放的氧氣來源于參加反應(yīng)的水 為什么反應(yīng)式的兩邊都有“ *”？ 光合作用的概念 場所 條件 原料 產(chǎn)物 光合作用本質(zhì)上是 氧化還原反應(yīng) 。自養(yǎng)生物吸收二氧化碳轉(zhuǎn)變成有 機(jī)物的過程。 碳素同化 （ carbon assimilation） ： 包括： 綠色植物光合作用 細(xì)菌光合作用 化能合成作用 光 合 作 用 白 天 夜 晚 示 意 圖 白 天 夜 晚 植物吃什麼？？！！ CO2 H2O 光合作用： 是綠色植物通過 葉綠體 ，利用可見光中的 光能 ，把二氧化碳和水合成為有機(jī)物（通常指葡萄糖），并且釋放出 氧氣 的過程。 H2O是電子供體 ，（還原劑） 被氧化到 O2的水平。 光合作用的用途： 維持 O2 和 CO2平衡 蓄積太陽能 合成有機(jī)物 1光合作用是一系列復(fù)雜的化學(xué)變化，它究竟是怎樣進(jìn)行的呢？ 2 葉綠體是細(xì)胞中重要的細(xì)胞器，它的結(jié)構(gòu)怎樣？ 2 光合作用釋放的 O2來自于 H2O還是 CO2 ？ 3光合作用與前面所學(xué)的酶、 ATP之間有何聯(lián)系？ 本章重點(diǎn)： 光合電子傳遞和光合磷酸化 C3 途徑、 C4途徑的異同 光合產(chǎn)物的形成、運(yùn)輸及分配 光合作用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn) ? 三 .光合作用的機(jī)理 ? 四 .光呼吸 ? 二 .葉綠體的結(jié)構(gòu)及色素 ? 一 .光合作用的發(fā)現(xiàn) ? 六 .光合效率與作物產(chǎn)量 ? 五 .影響光合作用的因素 第一節(jié)、光合作用的發(fā)現(xiàn) 五年后 1642年，赫爾蒙特 (. van Helmont) 柳樹增重 土壤減少 結(jié)論：水分是建造植物體的 唯一 原料 光合作用的發(fā)現(xiàn) 每天澆水 光照下，一段時(shí)間后 Ａ Ｂ Ｃ Ｄ 1771年英國普利斯特利實(shí)驗(yàn) （結(jié)論：植物可以更新 空氣） 該 年 為 發(fā) 現(xiàn) 光 合 作 用 的 年 代 黑暗處理 一晝夜 1864年德國薩克斯實(shí)驗(yàn) 讓一張葉片一半 曝光一半遮光 除去葉綠素 酒精 水 （證明綠葉在 光 下制造 淀粉） 滴加碘酒后 曝光的一半呈深藍(lán)色，遮光的一半則沒有顏色變化。水綿很明顯的特點(diǎn)是：葉綠體呈帶狀，螺旋排列在細(xì)胞里 。 光合作用釋放的 O2到底是來自 H2O，還是CO2呢，還是兩者兼而有之？ 魯賓和卡門實(shí)驗(yàn) ?實(shí)驗(yàn)方法 ? ?同位素標(biāo)記法 ?這個(gè)實(shí)險(xiǎn)的目的是為了弄清楚在光合作用中產(chǎn)生的氧到底是來自水還是二氧化碳？同學(xué)們考慮一下，標(biāo)記哪一種元素？如何設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)?？ 20世紀(jì) 30年代（美國）魯賓與卡門實(shí)驗(yàn) 第一組 第二組 探究光合作用產(chǎn)生的 氧 來自于 H2O還是 CO2 H2180 C02 H20 C18O2 第二組 1802 02 產(chǎn)物 :淀粉 條件 :光 光合作用發(fā)現(xiàn)小結(jié)： 1771年，英國 普利斯特利 原料 :水 1880年，美國恩格爾曼 20世紀(jì) 30年代，美國魯賓與卡門 1864年，德國薩克斯 1664年，比利時(shí)海爾蒙特 原料和產(chǎn)物 :更新空氣 (二氧化碳和氧氣 ) 產(chǎn)物氧來自于水。 成。它是 光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的場所。 ? 功能：二氧化碳固定和還原 （ 暗反應(yīng) ） 基粒 基質(zhì)類囊體 基 粒 類 囊 體 基 質(zhì) 外膜 內(nèi)膜 葉綠體的顯微構(gòu)造 （二）葉綠體的成分 ：約占 75% ：葉綠體的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，占干重的 3045%，作為酶催化各類反應(yīng)。 由于光合作用的能量轉(zhuǎn)換在類囊體上進(jìn)行，所以類囊體膜又被稱為 光合膜 。其 結(jié)構(gòu) 為： ? 溶解性 ： 葉綠素 a、 b都不溶于水，但能溶于酒精、 丙酮和石油醚等有機(jī)溶劑； ?顏色 ： 葉綠素 a呈 ，葉綠素 b呈 物理性質(zhì)： 藍(lán)綠色 黃綠色 化學(xué)性質(zhì)： 分 子 式 C55H72O5N4Mg C55H70O6N4Mg ① 皂化反應(yīng) （ 與堿作用 ） ② 與酸作用 Chl.（綠色） + HCl－ → Pheo(褐色 ) + 醋酸銅 － → CuChl.(綠色 ) ： 包括 胡蘿卜素（ carotene） 和 葉黃素（ xanthophyll） 。 兩者區(qū)別 ：在于紫羅蘭酮環(huán)上一個(gè)位臵的羥基代替氫 （ 2） .類胡蘿卜素（ carotenoid） 物理性質(zhì) 功能 結(jié)構(gòu)特征： 橙黃色 黃色 收集傳遞光能； 防護(hù)光照傷害葉綠素。結(jié)合 緊密只有 用強(qiáng)酸煮沸才能分開。 可分為 藻紅蛋白 和 藻藍(lán)蛋白 。 藻紅蛋白和藻藍(lán)蛋白結(jié)構(gòu)式 （一）輻射能量 光是一種電磁波，對(duì)光合作用有效的可見光的波長在： 400700nm之間 光子的能量與波長成反比。用不同顏色的光照射水綿，細(xì)菌向紅橙光區(qū)和藍(lán)紫光區(qū)集中。 (1). 葉綠素 a和葉綠素 b在乙醚溶液中的吸收光譜 430 660 435 643 (2). а — 胡蘿卜素和葉黃素的吸收光譜 (3). 藻紅蛋白和藻藍(lán)蛋白的吸收光譜 色素 葉綠素 a 葉綠素 b 胡蘿卜素 葉黃素 紅橙光 藍(lán)紫光 藍(lán)紫光 吸收可見的太陽光 類胡蘿卜素 主要吸收 藍(lán)紫光 葉綠素主要吸收紅橙光 和 藍(lán)紫光 葉綠素色素 （ 1）定義：葉綠素溶液在透射光下呈綠色，而在反射光下呈紅色（葉綠素 a為 血紅光，葉綠素 b為棕紅光）的現(xiàn)象。 思考：熒光與磷光有何區(qū)別？ ： （ 2）發(fā)生熒光現(xiàn)象的機(jī)理（見圖）： ： （ 1）定義： （ 2）產(chǎn)生磷光現(xiàn)象的機(jī)理： D葉綠素?zé)晒猬F(xiàn)象和磷光現(xiàn)象的意義： 3 熒光現(xiàn)象 ： 葉綠素溶液在透射光下呈綠色，在反射光下呈紅色的現(xiàn)象。 磷光現(xiàn)象 ：葉綠素溶液照光后，去掉光源，還能繼續(xù)輻射出極微弱的紅光的現(xiàn)象（用儀器才能測知）。 熒光現(xiàn)象和磷光現(xiàn)象 (1) . 熒光現(xiàn)象 (2) . 熒光、磷光現(xiàn)象產(chǎn)生的原因 谷氨酸 а 酮戊二酸 5氨基酮戊酸 （ ALA） 膽色素原 尿 卟 啉原 Ⅲ 糞 卟 啉原 Ⅲ 糞 卟 啉原 Ⅲ 原 卟 啉 Ⅸ 亞鐵血紅素 Mg原 卟 啉 Ⅸ 原葉綠素 酯 a Fe Mg 有 氧 條 件 厭 氧 條 件 （一）葉綠素的生物合成 葉醇 葉綠素 a 葉綠素酯 a 返回 (1) 光： 為其主要影響因素。 (2) 溫度： 酶促反應(yīng)受溫度影響較大 (3) 營養(yǎng)元素： 組成成分和酶的輔因子或激活劑 (4) 氧： 缺氧引起 Mg原 卟 啉 Ⅸ 的積累，合成受阻 (5) 水 :合成受阻，分解加快 （三） .影響葉綠素形成的條件 主要是 氮 、 鎂 、鐵、錳、銅、鋅 葉綠素結(jié)構(gòu) Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ CH3 ?有四個(gè)吡咯環(huán)和一個(gè)羰基與羧基組成的副環(huán) ?四個(gè)吡咯環(huán)與四個(gè)甲稀基連接成的大環(huán)叫卟啉 ?羰基與甲醇結(jié)合，葉綠醇與第四環(huán)的丙酸結(jié)合 結(jié)構(gòu)特征： ?為葉綠酸的酯 ?鎂原子位于卟啉環(huán)的中央 ?具有雙親媒性 в— 胡蘿卜素和葉黃素結(jié)構(gòu)式 C40H56 C40H56O2 第三節(jié) 光合作用的機(jī)理 ?概述 ?原初反應(yīng) ?電子傳遞和光合磷酸化 ?碳同化 ?高等植物的碳同化途徑 ?光合作用的產(chǎn)物 光合作用的三大步驟： 原初反應(yīng)、電子傳遞和光合磷酸化 、 碳素同化( 2步基本上屬于光反應(yīng)，第 3步屬于暗反應(yīng) )。 葉綠體 片層結(jié)構(gòu) 可見光 ADP+Pi ATP 2H2O O2 酶 吸收 光解 光反應(yīng) 光合作用的過程 光合作用怎樣進(jìn)行？ NADP NADPH e [H] C5 2C3 多種酶 (CH2O) CO2 能 固定 還原 暗反應(yīng) 光合作用的過程 問題： 光合作用怎樣進(jìn)行？ ADP+Pi NADP NADPH ATP 酶 葉綠體 片層結(jié)構(gòu) 可見光 2H2O O2 吸收 光解 光反應(yīng) e [H] 從能量角度可以將光合作用的過程分為三個(gè)階段 : 3. CO2同化 一、原初反應(yīng) (primary reaction) ： 原初反應(yīng) 是指 光合色素分子對(duì)光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換過程。 （ 1） 反應(yīng)中心色素（ reaction centre pigment） 又叫 陷阱 ： 少數(shù)特殊狀態(tài)的葉綠素 a分子屬于此類， 它具有光化學(xué)活性。 光量子 聚光色素 作用中心色素 激子傳遞 誘導(dǎo)共振 傳遞效率 90100%. 葉綠素 b、 藻膽素 — → 葉綠素 a :100%； 類胡羅卜素 — → 葉綠素 a： 90% ： 聚光色素系統(tǒng) （ lightharvesting pigment system） +光合反應(yīng)中心（ reaction centre） （ photosynthetic unit） ：是指每吸收一個(gè)光子到反應(yīng)中心完成光化學(xué)反應(yīng)所需的起協(xié)同作用的色素分子數(shù)。 ） （ 1）定義：在類囊體上進(jìn)行光合作用原初反應(yīng)的最基本的色素蛋白結(jié)構(gòu)。 思考 ：原初反應(yīng)分為能量吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化是如何完成的 ？ （ 2）作用：光能轉(zhuǎn)化為電能 4. 光合反應(yīng)中心 —— *.A —— D. P+.A —— D+. 基態(tài)反應(yīng)中心 激發(fā)態(tài)反應(yīng)中心 電荷分離反應(yīng)中心 光合作用的原初反應(yīng)過程 ： 天線色素吸收光能轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài) 激發(fā)態(tài)的天線色素將能量傳遞給作用中心色素 作用中心色素產(chǎn)生電荷分離，光能轉(zhuǎn)換為電能 最終電子供體： H2O 最終電子受體： NADP+ D P A 光 光 NADP+ NADPH 光 光合單位 H2O e 光合作用原初反應(yīng)的能量吸收傳遞和轉(zhuǎn)換圖解 反應(yīng)中心 二、電子傳遞