当前位置:首页 >> 学科竞赛 >> 高中生物奥赛辅导光合作用

高中生物奥赛辅导光合作用


第三章 光合作用
教学目标
1. 掌握叶绿体结构及光合色素种类和性质; 2. 了解叶绿素的生物合成及其影响因子; 3. 初步弄清光合作用机理(重点和难点);

4. 了解光呼吸的基本过程和主要生理功能;
5. 弄清光合作用的影响因素。

1 光合作用发现简史
◆1771年英国化学家J.Priestl

ey发现植物可净化空气,他 实际上发现了植物放氧; ◆1779年荷兰人Jan Ingenhousz发现植物只有在光下才 净化空气,证明光的参与; ◆1782年瑞士科学家J.Sennebier发现CO2可以促进植物 在光下产生"纯净"空气; ◆1864年J.Sachs观察到光照下叶绿体中的淀粉粒增大, 证明光合中有有机物产生; ◆1941年Ruben等用H2O*证明氧气来源于水光解

2光合作用(photosynthesis)概念
绿色植物利用光能把CO2和水合成有机物,同时释放氧气的过程。 CO2+ H2O 光 绿色植物 (CH2O)+O2 CO2+2H2O* 光合细菌
光 绿色植物(CH 2O)+

O2*+ H2O

利用光能,以某些无机物或有机物作供氢体, 把CO2合成有机物的过程。

CO2+2H2S CO2+2H2A

光 光合硫细菌(CH

2O)+2S+H2O

光合作用的通式:
光 光养生物

(CH2O)+2A+H2O

H2A代表一种还原剂,可以是H2O、 H2S、有机酸等。

第一节 叶绿体及光合色素
叶片是进行光合作用的主要器官,而叶绿体是进行光 合作用的主要细胞器。

1 叶绿体的结构
A)被膜:有外膜和内膜两层,内膜具选择透过性。
B)基质:为叶绿体膜以内的基础物质。主要是可溶性蛋 白质(酶),为CO2固定与转化场所。 C)基粒: 在淡黄色的基质中存在着许多浓绿色的颗粒, 称基粒(grana),圆饼状,由类囊体垛叠而成的。光能的 吸收、传递、转换场所。 D)类囊体:由自身闭合的双层薄片组成,呈压扁了的包 囊状。类囊体膜称为光合膜。

在电子显微镜下观察叶绿体的纵切面, 可以看到,高等植物的叶绿体都具有由许多 片层组成的片层系统,每个片层是由自身闭 合的双层薄片组成,呈压扁了的包囊状,称 为类囊体。每个基粒是由2个以上的类囊体 垛叠在一起,象一叠镍币一样(从上看下去 则呈小颗粒状),这些类囊体称为基粒类囊 体。有一些类囊体较大,贯穿在两个基粒之 间的基质之中,这些类囊体称为基质类囊体。

第一节 光合色素及其性质
(一)光合色素的种类、结构、功能、分布 ?叶绿素类:
chla(C55H72O5N4Mg,所有放氧生物,包括蓝细菌,蓝绿色)、 chlb(C55H70O6N4Mg,黄绿色)、 chlc、chld

?类胡萝卜素类:

胡萝卜素(C40H56、橙黄色) 叶黄素(C40H56O2、黄 色) 叶绿素和类胡萝卜素均为脂溶性。

?藻胆素类:
藻红素、藻蓝素(与蛋白质结合紧密,分布于藻类,水溶性 ) 藻红蛋白、藻蓝蛋白(藻胆蛋白)

卟啉环上的共轭双键和中央镁原子容易被光激发而引起电子 的得失,这决定了叶绿素具有特殊的光化学性质。
chlb此处以- CHO代替-CH3
CH2 CH H C CH3

H3 C
H-C

Ⅰ N


N

CH2-CH3
C-H

Mg
N N

H3C
H


C



CH3

H Ⅴ CH2 HC C=O CH2 C-O-CH3 C=O O O

共同特点:

C2OH39

1 叶绿素a的结构式

分子内具有许多共轭双键,能捕获光能,捕获光能能在分子间传递。

功能
? 叶绿素功能
(1)少数特殊chla具有将光能转为电能作用 (2)绝大部分chla和全部chlb、c、d具有收集并 传递光能的作用

类胡萝卜素功能
(1)辅助吸收光能 (2)保护叶绿素免受光氧化破坏

? 藻胆素功能
辅助吸收光能

辅 助 色 素 集 光 色 素

( )

正常叶片中的分布
A) 叶绿素和类胡萝卜素的分子比例约为3:1

B) chla与chlb的分子比例也约为3:1
C) 叶黄素与胡萝卜素约为2:1
阳生植物叶片的叶绿素a/b比值约为3∶1, 阴生植物的叶绿素a/b比值约为2.3∶1。

(二)光合色素的光学性质

1、吸收光谱
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:390nm ~ 770nm(红橙黄绿青蓝紫) *用于光合作用光:400nm ~ 700nm

(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 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、叶黄素吸收光谱
最大吸收区域:蓝紫光区,基本不吸收黄光,从而呈现黄色。

(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

?植物体内不同光合色素对光波的选择吸收是植物在

长期进化中形成的对生态环境的适应,这使植物可利 用各种不同波长的光进行光合作用。

光合色素的吸收光谱

辐射能量 不同波长的光子所持的能量
光 紫外 紫 蓝 绿 黄 橙 红 波长(nm)
<400 400~425 425~490 490~560 560~580 580~640 640~740 kJ/Einstein 297 289 259 222 209 197 172

光子携带的能量和光的波长(nm)成反比

激发态: 光子照射到某些生物分子 电子跃迁到更高的能量水平

叶绿素分子是一种可以被可见光激发的色素分子,在光子驱动 下发生的得失电子反应是光合作用过程中最基本的反应。

荧光现象: 叶绿素在透射光下呈绿色,反射光下呈红色

2.叶绿素的生物合成
( 1) 参 与 反 应 的 酶 类: 12种 胆色素原合成酶; 胆色素原脱氨基酶; 尿卟啉原Ⅲ合成酶; 尿卟啉原Ⅲ脱羧酶; 粪卟啉原氧化酶; 原卟啉氧化酶; Mg-螯合酶; Mg-原卟啉甲酯转移酶; Mg-原卟啉甲酯环化酶; 乙烯基还原酶; 原叶绿素酸酯还原酶; 叶绿素合成酶

(2)叶绿素生物合成过程

A)起始物:?-氨基酮戊酸 ;

B)需光:原脱植基叶绿素a只有在
光下才能转变为脱植基叶绿素a;

C)叶绿素b由叶绿素a氧化而来。

3、影响叶绿素生物合成的因素

因素之一------光
原脱植基叶绿素a经过正常光照,才 能顺利合成叶绿素。
例外:藻类、苔藓、蕨类和裸子植物的松柏科植物,
在黑暗中也可以形成一些叶绿素。

光是影响叶绿素形成的主要条件。 ?从原叶绿素酸酯转变为叶绿酸 酯需要光,而光过强,叶绿素又 会受光氧化而破坏。 ?黑暗中生长的幼苗呈黄白色, 遮光或埋在土中的茎叶也呈黄白 色。这种因缺乏某些条件而影响 叶绿素形成,使叶子发黄的现象, 称为黄化现象。 ?黑暗使植物黄化的原理常被应 用于蔬菜生产中,如韭黄、软化 药芹、白芦笋、豆芽菜、葱白、 蒜白、大白菜等生产。

因素之二------温度
温度影响酶的活性,从而间接影 响叶绿素的合成。一般来说,叶绿 素形成的最适温度约为30℃,其 下限是2-4℃,上限是40℃。

?叶绿素的生物合成是一系 列酶促反应,受温度影响。 ?叶绿素形成的最低温度约 2℃,最适温度约30℃,最高 温度约40℃ 。 ?秋天叶子变黄和早春寒潮过后秧苗变白,都与低温 抑制叶绿素形成有关。 ?高温下叶绿素分解大于合成,因而夏天绿叶蔬菜存放 不到一天就变黄;相反,温度较低时,叶绿素解体慢, 这也是低温保鲜的原因之一

因素之三------矿质元素
Mg、N是叶绿素的组成成分, Fe、Mn、Cu、Zn、K等元素是叶 绿素生物合成有关酶的成分或激活 剂,这些元素的缺乏会导致缺绿病

因素之四------水分
缺水影响叶绿素的合成,并促进叶 绿素的分解,故缺水会导致叶黄。

光合作用的机理

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 (叶绿体基质) CAM途径

碳同化

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 → 稳定化学能(碳水化合物等) 三条:C3 途 径 ---C3植物 C4 途 径 ---C4植物 CAM途径---CAM植物

第二节

第一阶段:原初反应

?聚光色素(天线色素)— 不能发生光化学反应只
能吸收和传递光能的色素分子(包括大部分chla、全部 chlb、胡萝卜素和叶黄素、藻红素和藻蓝素)。相对-------(作用中心色素,少数特殊状态的chla)

?光合反应中心—指类囊体中进行光合作用原初反
应的最基本的色素蛋白复合体,它至少包括作用中心色素 P、原初电子受体A、原初电子供体D(D.P.A)

?作用中心色素—引起光化学反应的少数特殊
状态的 Chla分子。

P680

P700

光合单位 = 聚光色素系统 +光合反应中心

h?

h?

外 围 为 天 线 色 素

A P D

光 合 单 位

A P —— 作用中心色素(P),原初电子供体 D (D)和原初电子受体(A)
2013-8-18

? 包括光能的吸收、传递和转换。 ⑴ 聚光色素吸收光能激发并传递。 ⑵ 反应中心色素吸收光能被激发(Chl*)。


1、原初反应步骤

Chl(P)

Chl* (P*)

⑶ Chl*将一个电子传递给原初电子受体(A),
A获得一个电子而Chl缺少一个电子。 Chl* (P*) + A Chl+( P+) + A-

⑷ Chl+从原初电子供体( D)获得一个电子,
Chl+ 恢复原状,D失去一个电子被氧化。

Chl+ (P+) + D

Chl (p) + D+

2、原初反应的特点

⑴ 反应速度快,产物极微量,寿命短 ⑵ 能量传递效率高 ⑶ 与温度无关

第三节 (第二阶段) 电子传递和光合磷酸化
一、光合作用两个光系统的发现

?红降——在大于680nm的单一红光(远红光
区)下,光合作用的量子效率下降的现象。

?双光增益效应——在波长大于680nm(7
00)的远红光条件下,再补加波长小于68 0nm的红光,这两种波长的光协同作用大大增 加光合效率的现象称~(Emerson效应)[比单 独给予两种光时引起的放氧量总和还要多}

PSⅠ:小颗粒,作用中心色素为P700, D是PC(质体 蓝素),A是Ao(特化的叶绿素a分子) P700被激发后, 把电子供给Fd(铁氧还蛋白)。 PSⅡ:大颗粒,作用中心色素为P680, D是Tyr, A是 Pheo(脱镁叶绿素) ,P680被激发后,把电子供给 pheo去镁叶绿素),并与水裂解放氧相连。

水的光解
H2O是光合作用中O2来源,也 是光合电子的最终供体。水光解 的反应: 2H2O→O2+4H++4e-

光合膜上4复合体及其电子传递
H+ 基质 低 H+
捕 光 复 合 体
高 H+ ADP+Pi ATP+H2O

NADP+ 2H+
PSⅡ
D2 D1 细 QA QB 胞 色 Pheo 素 hν hν b3 P680
Tyr

PSⅠ Fd
4Fe-4S

CF1

PQ

捕 光 复 合 体

PQ PQ PQH2 PQ

Cytb6
Fe-S Cytf

捕 捕 光 A1 光 复 复 合 AO 合 体 hν hν 体 P700
PC

CFO

4Mn OEC O2 + 4H+ H2O 2H+

PC

H+

类囊体腔

光合链组成
? 传递电子和质子的4个复合体
(1) PSⅡ:氧化水释放质子、O2、电子
(2)Ctyb6-f 复合体: (3)PSⅠ核心复合体: (4)ATP 合酶复合体(偶联因子) (5)PQ:质体醌,可移动的电子载体,传递电子和质子
(PQ穿梭)

(6)PC:质体蓝素,类囊体腔中(电子载体)

“PQ穿梭”

? PQ是H+和电子的传递体,可以在膜内或 膜表面移动,在传递电子的同时,将H+从 类囊体膜外(叶绿体基质)移入膜内(内 囊体腔),造成跨类囊体膜的H+梯度,又 称“PQ穿梭”。

光合电子传递类型
(一)非循环式电子传递:水光解放出的电子经PSП 和
PSΙ最终传递给NADP+。Z链

? 途径:H2O → PSП →PQ →Cytb6f →PC → PSΙ →Fd
→NADP+

? 结果:产物有O2、ATP(能源)、NADPH(还原力) ? 特点:电子传递路径是开放的,电子传递中偶联磷酸化的
两个光系统串联, PQ、PC、Fd可移动 最初电子供体H2O,最终电子受体NADP+

“Z”方案特点:
?(1)电子传递链主要由光合膜上的PSⅡ、Cyt b6/f、 PSⅠ三个复合体串联组成。 ?(2)电子传递有二处逆电势梯度,即P680至P680*, P700至P700*,逆电势梯度的电子传递均由聚光色素复 合体吸收光能后推动,而其余电子传递都是顺电势梯 度的。 ?(3)水的氧化与PSⅡ电子传递有关,NADP+的还原与 PSⅠ电子传递有关。电子最终供体为水,水氧化时, 向PSⅡ传交4个电子,电子的最终受体为NADP+。 ?(4)PQ是双电子双H+传递体,它伴随电子传递,把H+ 从类囊体膜外带至膜内,连同水分解产生的H+一起建 立类囊体内外的H+电化学势差。

(二)循环式电子传递:

? 定义:PSΙ产生的电子传给Fd,再到Cytb5f复合体,
然后经PC返回PSΙ的电子传递。

? 途径: PSΙ →Fd →(NADPH → PQ) → Cytb5f →PC → PSΙ ? 特点:电子传递路径是闭路
只涉及PSⅠ

产物无O2和NADPH ,只有ATP

示循环及非循环电子传递图

光合链的特点
? 需光能来推动(P680---P680*,P700---P700*) ? 有电子传递体和H+传递体。
? 每传递4个电子分解2分子H2O,需吸收8个光量子, 释放1个O2,还原2个NADP+,同时运转12个H+进 入类囊体腔,其中4个来自水的光解,另外8个由 “PQ穿梭”完成。

第四节 光合磷酸化
1 光合磷酸化的概念

叶绿体在光下
把无机磷酸和ADP 转化为ATP,形成 高能磷酸键的过程。 光

ADP+Pi

ATP

2 光合磷酸化的方式

1)非循环式光合磷酸化: PSⅡ所产生的电子经过一系列的传递,在细胞色素复 合体上引起ATP的形成,继而将电子传至PSⅠ,提高

2 光合磷酸化的方式

能位,最后用去还原NADP+。这样,电子经PSⅡ传出 后不再返回。Z链

2)循环式光合磷酸化: 从PSⅠ产生的电子,经过Fd和细胞色素b563等后, 引起了ATP的形成,降低能位,又经PC回到原来的起 点P700,形成闭合回路。

比较两种磷酸化方式:
非循环途径: H2O→PSП→PQ→Cytb6f→PC→PSΙ→Fd→NADP+ 产物有O2、ATP(能源)、NADPH(还原力) 电子传递路径是开放的,电子传递中偶联磷酸化的 两个光系统串联, PQ、PC、Fd可移动, 最初电子供体H2O,最终电子受体NADP+

循环途径: PSΙ→Fd→Cytb5f→PC →PSΙ 产物无O2和NADPH ,只有ATP 电子传递路径是闭路,只涉及PSⅠ。

3 光合磷酸化的机理------P.Mitchel的化学渗透学说 光合电子传递所产生 的膜内外电位差和质子 浓度差(二者合称质子动 力势)即为光合磷酸化的 动力。H+有沿着浓度梯

度返回膜外的趋势,当
H+通过ATP合酶返回膜外 时做功:ADP+Pi→ATP。

A)光反应靠光发动,它包括原初反应、电子传 递和光合磷酸化等步骤。 B)经原初反应,完成对光能的吸收、传递,并 将之转化为电能。 C)电子传递和光合磷酸化通过两个光系统的一 系列光化学反应,把水光解成质子(H+)和电子, 同时放出氧,质子H+与细胞中NADP+结合形 成NADPH;同时,在电子传递过程中,其携 带的能量使细胞中的ADP与无机磷酸结合形 成ATP。 D)有了ATP和NADPH,叶绿体便可在暗反应中 同化二氧化碳,形成碳水化合物等有机物。 故又将ATP和NADPH称为“同化力”。

光反应小结

第五节第三阶段:光合作用的碳同化
1 碳同化的概念 碳同化是指CO2同化成碳水化合物的过程 。

2 碳同化的途径
A)卡尔文循环(又叫C3途径):是最基本、最普遍的, 且只有该途径才可以生成碳水化合物. B) C4途径(又叫Hatch-Slack途径) C)景天科酸代谢途径(CAM).

C4和CAM途径都是C3途径的辅助形式,只能起固定、 运转、浓缩CO2的作用,单独不能形成淀粉等碳水化 合物。

(一) C3途径(光合环)
?
? ?

CO2受体是一种戊糖(核酮糖二磷酸RUBP), 故又称还原戊糖磷酸途径RPPP CO2被固定形成的最终产物是三碳化合物,故称 C3途径 卡尔文等在50年代提出的,故称卡尔文循环 (Calvin循环)
C3途径分三个阶段:羧化(固定)、还原、

再生

(一)C3途径
1 羧化阶段
CH2O P C=O HCOH + CO2 +H2O HCOH CH2O P RuBP

RuBPc

CH2O P COOH HCOH + HCOH COOH CH2O P 2分子PGA 3-磷酸甘油酸

2 还原阶段
COOH Mg2+ HCOH + ATP CH2O P PGA O C-O P HCOH + NADPH + H+ CH2O P DPGA

O C-O P HCOH + ADP CH2O P DPGA 1、3-二磷酸甘油酸 CHO HCOH + NADP+ + Pi CH2O P PGAld(GAP) 3-磷酸甘油醛

3-磷酸甘油醛的形成就完成了将无机CO2还原成糖,

也实现了把活跃化学能转化为稳定化学能

再生阶段
? 由PGAld(GAP)经一系列转变重新合成 CO2受体RUBP的过程 ? 包括 3-、4- 、5-、6-、7- 碳糖的一系列反应, 最后消耗1分子ATP,再形成RUBP,构成一 个循环。 ? 重要中间物:二羟丙酮磷酸(DHAP),可被运出 叶绿体,进入细胞质基质中合成蔗糖,后者是 光合产物运到非光合组织的主要形式,DHAP 也可在叶绿体中转变成6-磷酸-葡萄糖进而形 成淀粉,把光合产物暂时储藏在叶绿体中.

总结
? CO2最初受体是RuBP,固定CO2最初产物 PGA,最初形成的糖(最初还原产物)是 PGAld

? 物质转化:要中间产物收支平衡,净得一
个3C糖,需羧化三次,即3RuBP固定3CO2

? 能量转化:同化1CO2,需3ATP和
2NADPH,同化力消耗主要在还原阶段

? 总反应式:

C3途径的总反应式
3CO2+5H2O+9ATP+6NADPH→GAP+9ADP+8Pi+6NADP++3H+ ?可见,每同化一个CO2需要 消耗3个ATP和2个NADPH,还原 3个CO2可输出1个磷酸丙糖 (GAP或DHAP) ?固定6个CO2可形成1个磷酸 己糖(G6P或F6P)。 ?形成的磷酸丙糖可运出叶绿 体,在细胞质中合成蔗糖或参 与其它反应; ?形成的磷酸己糖则留在叶绿 体中转化成淀粉而被临时贮藏。



C4 途径的发现
?自20世纪50年代卡尔文等人阐明C3途径以来,曾认为不管是藻

类还是高等植物,其CO2固定与还原都是按C3途径进行的。 ?1954年,哈奇(M.D.Hatch)等人用甘蔗叶实验,发现甘蔗叶片 中有与C3途径不同的光合最初产物,但未受到应有的重视。 ?1965年,美国夏威夷甘蔗栽培研究所的科思谢克 (H.P.Kortschak)等人报道,甘蔗叶中14C标记物首先出现于C4二 羧酸,以后才出现在PGA和其他C3途径中间产物上,而且玉米、 甘蔗有很高的光合速率,这时才引起人们广泛的注意。 ?1966-1970年,澳大利亚的哈奇和斯莱克(C.R.Slack) 重复上 述实验,进一步地追踪14C去向,探明了14C固定产物的分配以及 参与反应的各种酶类,于70年代初提出了C4-双羧酸途径,简称 C4途径,也称C4光合碳同化循环,或叫Hatch-Slack途径。 ?至今已知道,被子植物中有20多个科约近2000种植物按C4途径 固定CO2,这些植物被称为C4植物(C4 plant)。

(二)C4途径(Hatch-slack 途径)
C4植物叶片解剖及生理学特点 C4植物
1 鞘细胞大、多. 束鞘 2 具较大叶绿体,多,无基粒 细胞 3 能产生淀粉粒. 叶 1 叶绿体小、少,有基粒. 肉 2 有“花环”结构. 细 3 与鞘细胞间有大量胞间连丝 胞 4 不形成淀粉粒.
维管

C3植物
小, 较少.

无(或不发达).
不能. 具正常叶绿体.

无“花环”结构、排列松.
不是大量. 形成淀粉粒.

厚壁细胞
叶 绿 体 维 管 束 鞘

玉米

叶肉细胞

水稻

C4植物与C3植物叶片解剖结构的差异

?反应历程:四个阶段

1 羧化(固定):叶肉细胞中,PEP (磷酸烯醇氏丙酮酸)羧化酶作用, 固定CO2为草酰乙酸OAA ,后形成四碳 二羧酸(Mal或Asp),(苹果酸或天冬 氨酸)

C4 反应历程

2 转移:C4酸通过胞间连丝转运到维管束鞘细胞
内.

3 脱羧与还原:鞘细胞中,C4酸脱羧放出CO2
形成C3酸,CO2进入C3途径还原为光合产物。

4 再生:脱羧形成的C3酸(Pyr或Ala) 转运回叶肉
细胞,再生成CO2的受体PEP。

叶肉细胞低CO2

维管束鞘细胞高CO2

CO2 →HCO3-→ OAA → C4酸 →→ C4酸→CO2 → PGA
( Mal或Asp)

脱 羧
C3酸
Ala或Pyr

C3环 RuBP

PEP

C3酸
Pi
C4途径

ATP

C3途径

糖、淀粉

CO2泵

C4途径的基本反应示意图

? C4途径特点
1 、CO2最初受体是PEP

2、最初产物四碳二羧酸OAA 3、在两种细胞中完成:叶肉细胞、(维管束)鞘细胞 4、起“CO2”泵作用,不能将CO2转变为糖(CO2 只是固定而未还原)

部分C4植物

玉 米

高梁

苋菜 甘蔗

粟( 谷子,小米)

C4植物的光合特征:

高温、强光、干旱和低CO2条件下,C4植物比C3植 物具有较高的光合效率,其原因与结构和生理有关。

①PEP羧化酶的活性比RuBP羧化酶的活性高60倍,对CO2亲和 力也大得多。 ②C4植物的CO2补偿点低:1-10mg/l,C3植物的CO2补偿点高: 50-150mg/l。 CO2补偿点:指在光下,植物光合作用所吸收的CO2的量与呼吸 作用所释放的CO2的量达到动态平衡时,外界环境中的CO2浓度。 C4植物又叫低补偿植物,在较低CO2浓度下能正常进行光合作 用;而C3植物叫高补偿植物。 ③C4植物由于有“CO2泵”浓缩CO2的机制,从而促进Rubisco 的羧化反应,降低了光呼吸,且光呼吸释放的CO2又易被再固定。 ④C4植物的光饱和点高于C3植物,在强光下,较高温度下能正 常进行光合作用(C4植物起源于热带)。

(三)CAM途径(景天科酸代谢途径)

1、CAM植物解剖学、生理学特点
(1)解剖学特点:景天、仙人掌,菠萝,落地生根 (2)生理学特点: *气孔夜间开放,吸收CO2,白天关闭 *绿色细胞有机酸含量夜间上升,白天下降 *细胞淀粉含量夜间下降,白天上升

(三)CAM途径(景天科酸代谢途径)

1、CAM植物解剖学、生理学特点
(1)解剖学特点:景天、仙人掌,菠萝,落地
生根

(2)生理学特点: *气孔夜间开放,吸收CO2,白天关闭 *绿色细胞有机酸含量夜间上升,白天下降 *细胞淀粉含量夜间下降,白天上升

2 CAM途径化学历程:
CH2 PEP羧化酶 COOH C=O P + CO2+H2O CH2 COOH C=O COOH

PEP

OAA

COOH Mal脱氢酶 COOH CH2 +NAD(P)H+H+ C=O + NAD(P)+ HCOH HCOH COOH COOH

夜 晚

OAA

Mal

液泡

COOH 依赖NAD COOH CH2 +NAD(P)+ 苹果酸酶 C=O +NAD(P)H+H++CO2 HCOH COOH COOH Mal Pyr C3环

PEP

白天

3 CAM途径与C4途径比较

相同点:
? 都有羧化和脱羧两个过程

? 都只能暂时固定CO2 ,不能将CO2还原为糖 ? CO2最初受体是PEP,最初产物是OAA ? 催化最初羧化反应的酶是PEP羧化酶

不同点:
?C4途径羧化和脱羧在空间上分开 羧化——叶肉细胞、脱羧——鞘细胞 ?CAM途径羧化和脱羧在时间上分开 羧化——夜晚、脱羧——白天

第六节 光呼吸
一、概念 *光呼吸—植物绿色细胞依赖光照,吸收O2释
放CO2的过程。

*高光呼吸植物—具有明显的光呼吸。如小
麦、大豆、烟草等C3植物。

*低光呼吸植物—光呼吸很微弱,几乎检测不
出来。如高粱、玉米、甘蔗、 狗尾草、马齿 苋、羊草等C4植物。

二光呼吸的生化历程
(乙醇酸代谢途径,C2途径)
关键酶:1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(双功能) RUBPCase、Rubisco、RUBP羧化酶-加氧酶 CO2

2 3-磷酸甘油酸

光合作用 光呼吸

RUBP

O2

3-磷酸甘油酸 + 2-磷酸乙醇酸
H2 O

乙醇酸

磷酸

RuBP
PGA

O2

叶绿体
磷酸乙醇酸 H 2O
Pi

ADP ATP 甘油酸

乙醇酸

甘油酸 过氧化物酶体 乙醇酸 NAD+ O2 NADH H2O2→H2O+1/2O2 羟基丙酮酸 乙醛酸 Glu KGT Ser Gly :甘氨酸 Ser H2O + Gly

线粒体
H4-叶酸盐

Gly NAD + NADH

亚甲H4-叶酸盐

NH3 + CO2

总结
乙醇酸在叶绿体中生成(需O2) 过氧化物体中氧化,生成乙醛酸(需O2) 线粒体中脱羧(放CO2)

三光呼吸和暗呼吸比较
? 对光和O2的要求不同
? ? ? ? ? ? 底物不同:乙醇酸 进行部位不同 进行细胞器不同 代谢途径不同 中间产物、能量需求不同 生理意义不同

四、C3、C4、CAM植物光合特征比较
特 征 C3植物
温带植物 无花环结构

C4植物
热带亚热带植物 有花环结构 PEP羧化酶 RUBP羧化酶 C4、C3途径

CAM植物
干旱地区植物 无花环结构 PEP羧化酶 RUBP羧化酶 CAM、C3途径

植物类型 叶结构 CO2固定酶 CO2固定途径

RUBP 羧化酶
C3途径

最初CO2受体
CO2固定最初产物

RUBP
PGA 中 高 30--70 全日照1/2

PEP
OAA 高 中 <10 无

光RUBP暗PEP
光PGA暗OAA

光合速率 蒸腾系数 CO2补偿点 (mg/L) 饱和光强

低 低 暗中:<5 无

第五节 影响光合作用的因素
一、内部因素对光合作用的影响

*植物种类、生育期 *不同器官和部位 *光合产物的输出 *叶绿素含量

二、外界条件对光合作用的影响
1 光照
(1)光质:橙红光(利于碳水化合物形成)>蓝紫光(更 利于蛋白质类形成)>绿光 (2)光强 ?光饱和点——指增加光照强度而光合作用不再增加时的光
照强度。

阳生>阴生,C4 >C3,草本>木本植物
?光补偿点———光合作用吸收CO2量与呼吸作用释放CO2量
相等时的光照强度。

阳生植物>阴生植物,C4植物 >C3植物,草本>木本植 物 ?一般来说,光补偿点高的植物其光饱和点也高

2 、 CO2
CO2补偿点:光合速率与呼吸速率相等时的外 界环境中的CO2浓度。 CO2饱和点:当光合速率开始达到最大值时的 外界CO2浓度。 由于光合作用和呼吸作用受温度和光照的影 响,因此不同的温光条件下,CO2的补偿点是不同 的,而且不同的植物补偿点也不同,一般是C4植物 的CO2补偿点比C3的低(PEP羧化酶与CO2的亲和力 比C3植物的RuBP羧化酶大)

3、温度 光合作用的温度三基点:最高、最适、最低温

? 4、水 分 ? 5、矿质元素 ? 6、氧气浓度

光合作用的日变化:

限制因子律

光合作用的日变化

光合作用“午休” 现象原因
? 水不足,气孔部分关闭,影响CO2进入; ? 缺水使叶片淀粉水解加强,糖类堆积,光合 产物输出慢,光合速率下降; ? 光合作用的光抑制。


更多相关文档:

高中生物竞赛辅导专题五:光合作用

高中生物竞赛辅导专题五:光合作用_学科竞赛_高中教育_教育专区。高中生物竞赛辅导内容之五专题五:光合作用 [竞赛要求] 1.光合作用的概念及其重大意义 2.光合作用的...

高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座专题五光合作用

金太阳新课标资源网 wx.jtyjy.com 高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座专题五光合作用 [竞赛要求] 1.光合作用的概念及其重大意义 2.光合作用的场所和光合色素 3.光合...

高中生物竞赛教程 第3章 植物的光合作用

高中生物竞赛教程 第3章 植物的光合作用_学科竞赛_高中教育_教育专区。第三章 ...生物竞赛辅导--植物生理 102页 1下载券 高中生物奥林匹克竞赛教... 16页 2...

高中生物奥林匹克竞赛辅导专题4-6

高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 专题四 呼吸作用 [竞赛要求] 呼吸系统:1....影响呼吸作用的因素 6.呼吸作用与光合作用的关系 7.呼吸作用的原理的应用 [...

高中生物 第三章 植物的光合作用竞赛教案

高中生物 第三章 植物的光合作用竞赛教案_理化生_高中教育_教育专区。高中生物 第三章 植物的光合作用竞赛教案 第三章 植物的光合作用 一、教学时数: 计划教学...

高中生物奥赛辅导资料

高中生物奥赛辅导资料_高二理化生_理化生_高中教育_教育专区。生物奥赛辅导资料 ...有的甚至具有对立统一的关系,例如,植物的光合作用和呼吸作用就是 对立统一的一...

生物奥赛辅导材料

生物奥赛辅导材料_学科竞赛_高中教育_教育专区。生物奥赛辅导材料第一部分 简要...总之,光合作用是地球上几乎一切生物的生存、繁荣和发展的根本源泉。 二、 光合...

高中生物竞赛培优教程:光合作用、呼吸作用和气体交换

高中生物竞赛培优教程:光合作用、呼吸作用和气体交换第二章 【考点解读】 本章研究植物形态构造和生理活动规律, 包括植物组织和器官的结构和功能、 光合作用 和呼吸...

高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座

答案: (1)有氧呼吸和无氧呼吸(2)有氧呼吸(3)1.5,0.1,0.07 高中生物奥林匹克竞赛辅导专题讲座 [竞赛要求] 专题五 光合作用 1.光合作用的概念及其重大意义 ...

高中生物奥赛辅导资料(精华,共58页)

高中生物奥赛辅导资料(精华,共58页)_学科竞赛_高中教育_教育专区。生物奥赛辅导...光合作用的实质是合成有机物, 储存能量;呼吸作用的实质是分解有机物,释放能量...
更多相关标签:
生物奥赛辅导 | 怎么辅导初中生物奥赛 | 高中数学奥赛辅导总结 | 高中奥赛辅导方案 | 高中物理奥赛辅导 | 高中化学奥赛辅导 | 高中化学奥赛辅导书 | 高中数学奥赛辅导书 |
网站地图

文档资料共享网 nexoncn.com copyright ©right 2010-2020。
文档资料共享网内容来自网络,如有侵犯请联系客服。email:zhit325@126.com