植物生理第三章VIP免费

第三章植物的光合作用按照碳素营养的方式分为：异养植物（heterophyte）自养植物（autophyte）碳素营养是植物的生命基础植物的碳素同化作用（carbonassimilation）：自养植物吸收二氧化碳，将其转变成有机物的过程。包括：细菌光合作用、绿色植物光合作用和化能合成作用三种类型。第一节光合作用的重要性第二节叶绿体及叶绿体色素第三节光合作用的过程第四节影响光合作用的因素第五节植物对光能的利用小结第一节光合作用的重要性光合作用(photosynthesis)：绿色植物吸收光能，把二氧化碳和水合成有机物，同时释放氧气的过程。CO２+H２O光叶绿体(CH２O)＋O２1.把无机物变为有机物CO2→CH2OCO2—7×1011t/年(有机物5×1011t/年)2.蓄积太阳能量光能→化学能3×1021J/年。3.维持大气中O2和CO2的相对平衡。H20→O2光合作用的早期研究光合作用的发现1771年J.Priestley钟罩实验RobertHill：离体叶绿体的光还原反应用18O标记H2O，释放出18O2：CO２+H２O光绿色植物(CH２O)＋O２CO２+H２O光叶绿体(CH２O)＋O２CO２+H２*O光叶绿体(CH２O)＋*O２光合作用本质上是H2O被氧化、CO2被还原的反应。第二节叶绿体及叶绿体色素一、叶绿体的结构和成分二、光合色素的化学特性三、光合色素的光学特性四、叶绿素的形成一、叶绿体的结构和成分高等植物的叶绿体多呈扁平的椭圆形，直径约3～6μm，厚约2～3μm。20～200/cell。典型的叶绿体：40-60基粒/叶绿体10-100类囊体/基粒受植物种类，年龄与环境条件的影响。*所有的光合色素均位于类囊体膜上。*每个类囊体的膜围成一个腔，腔内充满水和盐类。1.结构被膜(envelop)类囊体(thylacoid)叶绿体(Chloroplast）外被膜内被膜选择透性膜—光合色素、光合链——原初反应、电子传递和光合磷酸化（光合膜）腔—光合放O2间质（stroma）——光合碳循环酶（Rubisco),CO2固定(同化);DNA，RNA，核糖体70S——部分遗传自主2.成分H2O：75-80%。贮藏物质：10-20%（淀粉）蛋白质：30-50%（糖protein）脂类:20-40%（膜）色素：8%灰分：10%核苷酸、质体醌光合色素:叶绿素(Chlorophyll):Chla,b,c,d类胡萝卜素(Carotenoids):胡萝卜素，叶黄素藻胆素(Phycocobilins)：藻类光合色素所有的叶绿素和类胡萝卜素都包埋在类囊体膜中二、光合色素的化学特性Chla蓝绿色C55H72O5N4MgChlb黄绿色C55H70O6N4Mg不溶于水，溶于有机溶剂（乙醇、丙酮、石油醚）。(一)叶绿素（chlorophyll）1.叶绿素的结构：①卟啉环头部：4个吡咯环，其中心1个Mg与4个环上的N配位结合。卟啉环的共轭双键和Mg，易被光激发引起电子得失（氧化还原反应）。呈极性，亲水，与类囊体膜上的蛋白结合。Chla：环II上甲基（CH3)Chlb：环II上醛基(CHO)1.叶绿素的结构：②双羧酸尾部：1个羧基在副环(V)上以酯键与甲基结合－－甲基酯化；另一个羧基（丙酸）在IV环上与植醇（叶绿醇）结合－－植醇基酯化；非极性，亲脂，插入类囊体的疏水区，起定位作用。2.叶绿素的作用：收集和传递光能（大部分Chla和全部Chlb）将光能转换为电能（少数特殊Chla）3.叶绿素的化学性质：C32H30ON4MgCOOCH3COOC20H39+2KOHC32H30ON4MgCOO—COO—+2K++CH3OH+C20H39OH（a）皂化反应——分离叶绿素和类胡萝卜素（b）取代反应H+取代Mg2+，Cu2+(Zn2+)取代H+。CCCCNCCCCNCCCCNCCCCNHHCCHHCCCH2CHCH3R1—H2CH3C——CH3CCCCNCCCCNCCCCNCCCCNCuCCHHCCCH2CHCH3R1—H2CH3C——CH3（二）类胡萝卜素(carotenoid)类胡萝卜素都不溶于水，而溶于有机溶剂。胡萝卜素呈橙黄色C40H56叶黄素呈黄色C40H56O2结构：8个异戊二烯单位形成的四萜两头对称排列紫罗兰酮环，中间以共轭双键相连作用：吸收和传递光能；保护叶绿素防止其自身氧化或被阳光破坏。β-胡萝卜素HC3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3HC3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3OHHOHC3HC3HC3叶黄素HC3三、光合色素的光学特性可见光波长400-700nm光兼具波和粒子的双重性质：C=λγ(C:光速3×108m/s)1个光子的能量：E=hγ=hC/λ(h:普朗克常数，6.626×10-34Js)光子的能量与频率成正比，与波长成反比颜色紫外紫蓝绿黄橙红远红红外波长100-400400-425425-490490-550550-5805...