1、關(guān)于植物生理學(xué)光合作用第一張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、光合作用(photosynthesis)概念1.狹義的概念2.廣義的概念3.光合作用的實(shí)質(zhì)第二張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月CO+2HO* 光 綠色植物(CHO)+ O2*+ HOCO+ HO 光 綠色植物 (CHO)O綠色植物 利用光能把CO和水合成有機(jī)物，同時(shí)釋放氧氣的過(guò)程。狹義的：O2 ?第三張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月CO+2HA 光 光養(yǎng)生物 (CHO)+2A+HO H2A代表一種還原劑，可以是HO、 H2S、有機(jī)酸等。光合作用的通式：（廣義的）CO+2HS 光 光合硫細(xì)菌(CHO)+2

2、S+HO第四張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月+4-200氧化還原反應(yīng)， CO被還原； HA被氧化。但這是一個(gè)弱氧化劑和弱還原劑的反應(yīng)，違背氧化還原化學(xué)反應(yīng)原理，在植物體內(nèi)為什么能發(fā)生呢？光合作用的實(shí)質(zhì)CO+2HA 光 光養(yǎng)生物 (CHO)+2A+HO第五張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、光合作用的意義CO+HO(CHO)O (G=478kJ/mol) 44 18 30 32 重量比1.把無(wú)機(jī)物變?yōu)橛袡C(jī)物 約合成5千億噸/年2.把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榭少A存的化學(xué)能 轉(zhuǎn)化3.21021J/y的日光3. 維持大氣中O2和CO2的相對(duì)平衡 釋放出5.35千億噸氧氣/年為什么沒(méi)有光合作用也

3、就沒(méi)有繁榮的生物世界？第六張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 因此深入探討光合作用的規(guī)律，揭示光合作用的機(jī)理，使之更好地為人類服務(wù)，愈加顯得重要和迫切。 人類面臨四大問(wèn)題人口急增 食物不足 資源匱乏 環(huán)境惡化依賴 光合生產(chǎn)第七張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光合作用研究簡(jiǎn)史17711864（第一階段，近93年）18641945（第二階段，共81年）1945至今（第三階段）當(dāng)前，光合作用的分子生理學(xué)研究第八張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月問(wèn)題：如何證明CO2同化場(chǎng)所是在葉綠體的基質(zhì)，而光合放氧反應(yīng)是在葉綠體的膜上進(jìn)行？光+CO2O2+CH2O低滲光+Fe3+O2Hil

4、l反應(yīng)離心光合膜基質(zhì)完整葉綠體破損葉綠體光+ Fe3+O2CO2CH2O第九張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 葉綠體和光合色素一、葉綠體 葉綠體(chloroplast)是光合作用最重要的細(xì)胞器。它分布在葉肉細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中。小麥葉橫切面第十張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(一)葉綠體的分離.從葉片中直接分離(機(jī)械法) 葉 片勻 漿細(xì)胞液 葉綠體勻 漿 化 0.4mol/L糖醇 pH7.6, 04過(guò) 濾 勻漿48層紗布或100目尼龍紗布分級(jí)離心 500g去沉淀，3000g去上清液，沉淀懸浮，冰浴保存第十一張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Chlor被膜完整度較高

5、.從原生質(zhì)體分離(酶解法)酶解果膠酶,纖維素酶0.5molL甘露醇 pH5.0pH5.5 ,40,振蕩葉組織原生質(zhì)體質(zhì)膜與細(xì)胞器葉綠體20m尼龍網(wǎng)離心擠壓第十二張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(二)葉綠體的發(fā)育、形態(tài)及分布1.發(fā)育 2.形態(tài) 3.分布 4.運(yùn)動(dòng)由前質(zhì)體發(fā)育而來(lái)。在光照下合成葉綠素，使前質(zhì)體發(fā)育成葉綠體。第十三張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.發(fā)育 2.形態(tài) 3.分布 4.運(yùn)動(dòng) 扁平橢圓形，每個(gè)細(xì)胞中葉綠體的大小與數(shù)目依植物種類、組織類型以及發(fā)育階段而異。一個(gè)葉肉細(xì)胞中約有20至數(shù)百個(gè)葉綠體，其長(zhǎng)36m，厚23m。水稻葉綠體玉米葉綠體第十四張，PPT共五十二

6、頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.發(fā)育 2.形態(tài) 3.分布 4.運(yùn)動(dòng)葉肉細(xì)胞中的葉綠體較多分布在與空氣接觸的質(zhì)膜旁，有利于葉綠體同外界進(jìn)行氣體交換。棉葉柵欄細(xì)胞葉綠體第十五張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.發(fā)育 2.形態(tài) 3.分布 4.運(yùn)動(dòng) 隨原生質(zhì)環(huán)流運(yùn)動(dòng)隨光照的方向和強(qiáng)度而運(yùn)動(dòng)。葉綠體隨光照的方向和強(qiáng)度而運(yùn)動(dòng)側(cè)視圖俯視圖第十六張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第十七張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(三) 葉綠體的基本結(jié)構(gòu)葉綠體被膜基質(zhì)(間質(zhì))類囊體(片層)第十八張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.葉綠體被膜兩層單位膜,膜間距510nm。無(wú)葉綠素， 控制物質(zhì)

7、的進(jìn)出，維持光合作用的微環(huán)境。 膜對(duì)物質(zhì)的透性受膜成分和結(jié)構(gòu)的影響。 膜中蛋白質(zhì)含量高，物質(zhì)透膜的受控程度大。第十九張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.葉綠體被膜外膜 非選擇性膜 。內(nèi)膜 選擇透性膜。1.CO2、O2、H2O自由通過(guò)；2.Pi、磷酸丙糖、雙羧酸、甘氨酸等需經(jīng)膜上的運(yùn)轉(zhuǎn)器才能通過(guò)；3.蔗糖、C5、C7糖的二磷酸酯、NADP+、PPi等物質(zhì)則不能通過(guò)。第二十張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.基質(zhì)及內(nèi)含物基質(zhì)：被膜以內(nèi)的基礎(chǔ)物質(zhì)。以水為主體，內(nèi)含多種離子、低分子有機(jī)物，以及多種可溶性蛋白質(zhì)等?；|(zhì)中能進(jìn)行多種多樣復(fù)雜的生化反應(yīng) 碳同化場(chǎng)所 N代謝場(chǎng)所 脂、色素等

8、代謝場(chǎng)所 第二十一張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.基質(zhì)及內(nèi)含物基質(zhì)是淀粉和脂類等物的貯藏庫(kù) 淀粉粒與質(zhì)體小球?qū)⒄展獾娜~片研磨成勻漿離心，沉淀在離心管底部的白色顆粒就是淀粉粒。 質(zhì)體小球又稱脂質(zhì)球或親鋨顆粒。（葉片衰老）第二十二張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 3.類囊體 由單層膜圍起的扁平小囊。膜厚度57nm，囊腔空間為10nm左右，片層伸展的方向?yàn)槿~綠體的長(zhǎng)軸方向玉米第二十三張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 3.類囊體 類囊體分為二類： 基質(zhì)類囊體 又稱基質(zhì)片層，伸展在基質(zhì)中彼此不重疊； 基粒類囊體 或稱基粒片層，可自身或與基質(zhì)類囊體重疊，組成基粒。 堆疊區(qū)

9、 片層與片層互相接觸的部分， 非堆疊區(qū) 片層與片層非互相接觸的部分。第二十四張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 3.類囊體 1.膜的堆疊意味著捕獲光能機(jī)構(gòu)高度密集,更有效地收集光能。 2.膜系統(tǒng)常是酶排列的支架，膜的堆疊易構(gòu)成代謝的連接帶，使代謝高效地進(jìn)行。 3.類囊體片層堆疊成基粒是高等植物細(xì)胞所特有的膜結(jié)構(gòu),它有利于光合作用的進(jìn)行。類囊體片層堆疊的生理意義第二十五張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(四)類囊體膜上的蛋白復(fù)合體蛋白復(fù)合體：由多種亞基、多種成分組成的復(fù)合體。主要有四類：即光系統(tǒng)（PSI）、光系統(tǒng)（PS）、Cytb/f復(fù)合體和ATP酶復(fù)合體（ATPase）。參與了

10、光能吸收、傳遞與轉(zhuǎn)化、電子傳遞、H+輸送以及ATP合成等反應(yīng)。 光合膜。第二十六張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二十七張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光系統(tǒng)（PSI）第二十八張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光系統(tǒng)（PS）第二十九張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三十張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Organization of the protein subunits of the cytochrome b6f complex.第三十一張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月ATP酶復(fù)合體（ATPase）第三十二張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于

11、2022年6月二、光合色素在光合作用的反應(yīng)中吸收光能的色素稱為光合色素圖5 主要光合色素的結(jié)構(gòu)式葉綠素類胡蘿卜素藻膽素 高等植物藻類共同特點(diǎn)： 分子內(nèi)具有許多共軛雙鍵，能捕獲光能，捕獲光能能在分子間傳遞。第三十三張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光合色素種類第三十四張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(一)光合色素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)葉綠素是雙羧酸的酯，一個(gè)羧基被甲醇所酯化，另一個(gè)羧基被葉綠醇所酯化。 葉綠素a與b的不同之處1.葉綠素 使植物呈現(xiàn)綠色的色素。葉綠素a 葉綠素b 葉綠素c 葉綠素d高等植物藻類中細(xì)菌葉綠素葉綠素光合細(xì)菌第三十五張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Mg-

12、卟啉環(huán)結(jié)構(gòu)圖卟啉環(huán)由四個(gè)吡咯環(huán)與四個(gè)甲烯基(CH)連接而成。 卟啉環(huán)的中央絡(luò)合著一個(gè)鎂原子，鎂偏向帶正電荷，與其相聯(lián)的氮原子帶負(fù)電荷，因而“頭部”有極性。卟啉環(huán)上的共軛雙鍵和中央鎂原子容易被光激發(fā)而引起電子的得失，這決定了葉綠素具有特殊的光化學(xué)性質(zhì)。葉綠素分子含有一個(gè)卟啉環(huán)的“頭部”和一個(gè)葉綠醇(植醇)的“尾巴”。第三十六張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月另外卟啉環(huán)還有一個(gè)含羰基的同素環(huán)（環(huán)上含相同元素），其上一個(gè)羧基以酯鍵與甲醇相結(jié)合。 環(huán)上有一個(gè)丙酸側(cè)鏈以酯鍵與葉綠醇相結(jié)合，葉綠醇是由四個(gè)異戊二烯單位所組成的雙萜，具有親脂性。 葉綠醇卟啉環(huán)第三十七張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于202

13、2年6月葉綠素是一種酯，因此不溶于水。通常用含有少量水的有機(jī)溶劑如80的丙酮，或者95%乙醇，或丙酮乙醇水4.54.51的混合液來(lái)提取葉片中的葉綠素，用于測(cè)定葉綠素含量。 之所以要用含有水的有機(jī)溶劑提取葉綠素，這是因?yàn)槿~綠素與蛋白質(zhì)結(jié)合牢，需要經(jīng)過(guò)水解作用才能被提取出來(lái)。葉綠素的提取研磨法提取光合色素提取方法研磨法浸提法0.1g葉+10ml混合液浸提第三十八張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月卟啉環(huán)中的鎂可被H+所置換。當(dāng)為H所置換后，即形成褐色的去鎂葉綠素。 去鎂葉綠素中的H再被Cu2+取代，就形成銅代葉綠素，顏色比原來(lái)的葉綠素更鮮艷穩(wěn)定。 根據(jù)這一原理可用醋酸銅處理來(lái)保存綠色標(biāo)本。銅

14、代葉綠素反應(yīng)向葉綠素溶液中放入兩滴5鹽酸搖勻，溶液顏色的變?yōu)楹稚纬扇ユV葉綠素。當(dāng)溶液變褐色后，投入醋酸銅粉末，微微加熱，形成銅代葉綠素制作綠色標(biāo)本方法： 用50%醋酸溶液配制的飽和醋酸銅溶液浸漬植物標(biāo)本(處理時(shí)可加熱)第三十九張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.類胡蘿卜素(carotenoid) 是由8個(gè)異戊二烯形成的四萜，含有一系列的共軛雙鍵，分子的兩端各有一個(gè)不飽和的取代的環(huán)己烯，也即紫羅蘭酮環(huán)，類胡蘿卜素包括胡蘿卜素(C40H56)和葉黃素(C40H56O2)兩種。3(紫羅蘭酮環(huán))環(huán)己烯橙黃色黃色第四十張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 胡蘿卜素(carotene)

15、呈橙黃色，有、三種同分異構(gòu)體，其中以-胡蘿卜素在植物體內(nèi)含量最多。-胡蘿卜素在動(dòng)物體內(nèi)經(jīng)水解轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素A。 葉黃素(xanthophyll)呈黃色，是由胡蘿卜素衍生的醇類，也叫胡蘿卜醇,通常葉片中葉黃素與胡蘿卜素的含量之比約為2:1。 一般來(lái)說(shuō)，葉片中葉綠素與類胡蘿卜素的比值約為31，類胡蘿卜素總是和葉綠素一起存在于高等植物的葉綠體中，此外也存在于果實(shí)、花冠、花粉、柱頭等器官的有色體中類胡蘿卜素都不溶于水,而溶于有機(jī)溶劑。深秋樹(shù)葉變黃是葉中葉綠素降解的緣故第四十一張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月吸收光譜的觀察方法；1.分光儀 將葉綠體色素放在分光儀的光孔前，觀察其色帶變化。 2.分

16、光光度計(jì) 觀察葉綠體色素的吸收光譜 3.間接法 借助其它相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行判別(二)光合色素的吸收光譜分光儀光源葉綠體色素三角棱鏡第四十二張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月間接法第四十三張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月640660nm的紅光 430450nm的藍(lán)紫光葉綠素a在紅光區(qū)的吸收峰比葉綠素b的高，藍(lán)紫光區(qū)的吸收峰則比葉綠素b的低。 陽(yáng)生植物葉片的葉綠素a/b比值約為31，陰生植物的葉綠素a/b比值約為2.31。對(duì)橙光、黃光吸收較少，尤以對(duì)綠光的吸收最少。葉綠素吸收光譜有兩個(gè)強(qiáng)吸收峰區(qū)第四十四張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月藻藍(lán)素的吸收光譜最大值是在橙紅光部分藻紅素

17、則吸收光譜最大值是在綠光部分 類胡蘿卜素和藻膽素的吸收光譜類胡蘿卜素吸收帶在400500nm的藍(lán)紫光區(qū)基本不吸收黃光，從而呈現(xiàn)黃色。植物體內(nèi)不同光合色素對(duì)光波的選擇吸收有何意義？第四十五張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(三)葉綠素的生物合成及其與環(huán)境條件的關(guān)系1.葉綠素的生物合成第四十六張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月參與反應(yīng)的酶類： (1)膽色素原合成酶； (2)膽色素原脫氨基酶； (3)尿卟啉原合成酶； (4)尿卟啉原脫羧酶； (5)糞卟啉原氧化酶； (6)原卟啉氧化酶； (7)Mg-螯合酶； (8)Mg-原卟啉甲酯轉(zhuǎn)移酶； (9)Mg-原卟啉甲酯環(huán)化酶； (10)乙烯

18、基還原酶； (11)原葉綠素酸酯還原酶；(12)葉綠素合成酶 表示-氨基酮戊酸的C-5的去向合成葉綠素分子中的吡咯環(huán)的起始物質(zhì)是-氨基酮戊酸(-氨基乙酰丙酸 ALA），在高等植物中ALA由谷氨酸或a-酮戊二酸轉(zhuǎn)化而來(lái)。酶催反應(yīng)第四十七張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2.影響葉綠素形成的條件（1）光 光是影響葉綠素形成的主要條件。從原葉綠素酸酯轉(zhuǎn)變?yōu)槿~綠酸酯a需要光，而光過(guò)強(qiáng)，葉綠素又會(huì)受光氧化而破壞。 黑暗中生長(zhǎng)的幼苗呈黃白色，遮光或埋在土中的莖葉也呈黃白色。這種因缺乏某些條件而影響葉綠素形成，使葉子發(fā)黃的現(xiàn)象，稱為黃化現(xiàn)象。 黑暗使植物黃化的原理常被應(yīng)用于蔬菜生產(chǎn)中，如韭黃、軟化藥芹、白蘆筍、豆芽菜、蔥白、蒜白、大白菜等生產(chǎn)。第四十八張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 (2) 溫度 高溫下葉綠素分解大于合成，因而夏天綠葉蔬菜存放不到一天就變黃；相反，溫度較低時(shí)，葉綠素解體慢，這也是低溫保鮮的原因之一 葉綠素的生物合成是一系列酶促反應(yīng)，受溫度影響。葉綠素形成的最低溫度約2，最適溫度約30,最高溫度約40 。 受凍的油菜秋天葉子變黃和早春寒潮過(guò)后秧苗變白，都與低溫抑制葉綠素形成有關(guān)。第四十九張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(3) 營(yíng)養(yǎng)元素 葉綠素的形成必須有一定的營(yíng)養(yǎng)元素。 氮和鎂是葉綠素的組成成分，鐵、錳、銅、鋅等則