光合作用课件
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课件47张PPT。回忆：在初中我们学过光合作用的定义绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。五年后 1642年，赫尔蒙特(J.B. van Helmont)柳树增重74.47kg
土壤减少0.06kg水分是建造植物体的唯一原料一、光合作用的发现1771年，(英）普里斯特利(Joseph Priestley)的实验 3、绿色植物在光照下吸收了二氧化碳，产生了氧气2、氧气1、单独密封在玻璃罩的蜡烛马上熄灭、老鼠马上死去，与绿色植物一起的蜡烛暂时不会熄灭、老鼠会存活很长时间
1864年，（德）萨克斯(Julius von Sachs)的实验先暗处理，再一半曝光，一半遮光 3、绿叶在光合作用中产生了淀粉 1、让叶片中的营养物质（淀粉）消耗掉 2、部分遮光、部分曝光，是为了进行对照 1880年，（美）恩格尔曼(C.Engelmann)的实验1、是因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且螺旋分布于细胞中，便于进行观察分析研究2、先选用黑暗并且没有空气的环境，是为了排除实验中光线和氧的影响，确保实验的准确性。３、能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完全曝光的水绵与之做对照，从而证明了实验结果完全是光照引起的，并且氧是由 释放出来的
叶绿体光合作用释放的O2到底是来自H2O，还是CO2呢，
还是两者兼而有之？ 1940年，（美）鲁宾(S.Ruben)和卡门（M.Kamaen)
2、同位素标记进行光合作用的实验，是为了弄清楚在光合作用中产生的氧到底是来自水还是二氧化碳？还是两者兼而有之？同学们考虑一下，应标记哪一种元素？如何设计这个实验呢？
1、同位素标记法
2、第二组向同种绿色植物提供H218O和CO2 1、第一组向绿色植物提供C18O2和 H2O 。 C18O2+H2O CO2+H218OO2 18O2光合作用释放的O2全部来自于H2O用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2,使它分别成为H218O和C18O2。
进行两组光合作用的实验：CO2+H2O* (CH2O)+O2* 光能叶绿体光合作用的概念 及反应式总结：光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧 的过程。 为什么春夏两季植物的叶子翠绿醉人，而深秋树叶则金黄斑斓呢？
思考：这些都和光合作用的场所—叶绿体中
的色素有关类胡萝卜素叶绿素b叶黄素(蓝绿色）（黄绿色）（橙黄色）（黄色）（含量占3/4）（含量占1/4）叶绿体中的色素叶绿体结构模式图(色素)功能:吸收传递转化光能,用于光合作用.返回光合作用的场所—— 叶绿体为什么春夏两季植物的叶子翠绿醉人，而深秋树叶则金黄斑斓呢？
讨论回答： 叶绿体中的色素分为两大类：叶绿素和类胡萝卜素。由于叶绿素含量约占总量的四分之三，而类胡萝卜素仅占四分之一，所以通常植物的叶子总是翠绿醉人的。这是由于叶绿素掩盖了类胡萝卜素颜色的缘故。
但是，叶绿素很容易被破坏。秋天叶绿素会因为“忍受”不了气温下降等因素的影响而分解消失；胡萝卜素和叶黄素则比较稳定，终于在没有叶绿素干扰时“重见天日”。1 光自身的特性：波粒二相性
E ＝L/λ，即波长越小，能量越大
蓝光能量大，红光能量小
从太阳辐射到地球的光波长范围为：300-2600nm
植物光合能吸收的光波长范围为：400-700nm光合色素的光学特性（对光的反应）叶绿素中色素的提取和分离 1、叶绿素的提取：（依据相似相溶原理）
（1）用丙酮，在研钵上盖纸、在试管口加棉花塞和在烧杯上加培养皿，是为了防止丙酮挥发。
（2）加入少许二氧化硅是为了使研磨充分，
（3）加入碳酸钙是为了防止在研磨过程中叶绿素被破坏。 胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b叶绿体中的色素 叶绿素（占总量的3/4）叶绿素色素吸收可见的太阳光类胡萝卜素主要吸收蓝紫光叶绿素主要吸收红橙光和蓝紫光叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光叶绿素中的吸收光谱0400500600700 nm 50100叶绿素b叶绿素a叶绿素类胡萝卜素叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素叶绿体色素红光和蓝紫光蓝紫光叶绿体色素具有吸收光能、
传递光能、转化光能的作用返回光合作用的场所——叶绿体基粒外膜内膜基质光合作用的总过程NADPHNADP+光CO2糖类光反应暗反应:ATPADP+Pi光合电子传递链：（光合链）是指在类囊体膜上，由PSⅠ，PSⅡ和其它电子传递体相互衔接，所构成的电子传递体系。
2 电子传递和质子传递：（电能转化为不稳定的化学能） 光反应1 两个光系统（叶绿体色素和蛋白质的复合物）： PSⅠ PSⅡP680P680锰串H2O激子Pheo
PQA
PQBP700P700 A0
A1
Fe-Sx
Fe-SA
Fe-SB质子释放在腔内**三、碳反应场所：叶绿体基质同化途径：C3途径（卡尔文循环）基本途径，所有植物必经之路C4途径（四碳二羧酸途径）CO2固定的分支，C4植物特有 C3途径C4途径固定CO2CO2糖C6H12O6+H2OCO2C52C3［Ｈ］ATPADP+ Pi二氧化碳的固定碳反应阶段1 C3途径1）研究历史：
Calvin领导的研究小组给小球藻提供14CO2（同位素示踪），光照不同时间后杀死细胞，观察14C在哪种化合物中，以确定CO2固定的最初产物。
三、碳同化CO2被固定的最初产物是三碳化合物的途径。Melvin Calvin, (1911-1997) Nobel Laureate, chemistry, 19612 C4途径1）研究历史：
三、碳反应 CO2固定的最初产物为四碳化合物的途径。1965年发现甘蔗光合时，14CO2在1秒钟内，80%在苹果酸和天冬氨酸中，只有10%在PGA中。
后来，在研究玉米光合作用时，证实CO2被固定后的最初产物不是三碳化合物，而是四碳的二羧酸，草酰乙酸。草酰乙酸不稳定，很快转变为苹果酸或天冬氨酸。由此发现一个新的CO2固定途径。具有C4途径的植物称为C4植物。只具有C3途径的植物称为C3植物。
在农作物中，只有玉米、高粱、甘蔗、黍和粟属于C4植物。而其它的农作物，如水稻、小麦、大豆都属于C3植物，大多数树木等也属于C3植物。三、碳反应2 C4途径三、光反应阶段和碳反应阶段的比较光能转换成活跃的化学能
（ATP）活跃的化学能变成稳定的化学能 光反应为碳反应提供 [H] 和ATP碳反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料水的光解H2O→2[H]+1/2O2
合成ATP ADP+Pi ATP光 酶
光能CO2的固定CO2+C5 2C3
三碳的还原2C3 C6H12O6 酶 酶
ATP [H] 光呼吸一、光呼吸的途径：
经过三种细胞器：叶绿体、过氧化体和线粒体
植物的绿色细胞依赖光照，吸收O2和放出CO2的过程 1）叶绿体中的反应：一、光呼吸的途径PGA+磷酸乙醇酸RuBP+O2RubiscoRuBP加氧酶C3C2乙醇酸取决于CO2/O2比率 影响光合速率的因素一、外界条件对光合速率的影响
1 光合作用的指标
光合速率：植物在单位时间、单位叶面积吸收CO2或释放O2的数量。
CO２+ H２O 光 叶绿体 (CH２O) ＋ O２
CO2吸收量 干物质积累量 O2释放量
我们通常所说的光合速率，不是植物真正的光合速率，而是植物真正光合速率与呼吸速率的差值，是净（net）光合速率，也称表观光合速率。
真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率
2 光照一、外界条件对光合速率的影响光强
暗中叶片不进行光合作用，只有呼吸作用释放CO2。
随着光强的增高，光合速率相应提高，当到达某一光强时，叶片的光合速率等于呼吸速率，即CO2吸收量等于CO2释放量，这时的光强称为光补偿点。开始净光合的点。
光饱和点 在低光强区，光合速率随光强的增强而呈比例地增加(比例阶段)；当达到某一光强时，光合速率就不再增加，而呈现光饱和现象。开始达到光合速率最大值时的光强称为光饱和点，此点以后的阶段称饱和阶段。限制因素比例阶段 光强限制饱和阶段 CO2限制光饱和点2) 光质红光＞蓝光＞绿光3 二氧化碳一、外界条件对光合速率的影响比例阶段 CO2浓度是限制因素饱和阶段 RuBP的量是限制因素CE被称为羧化效率1）当光合吸收的二氧化碳量等于放出的二氧化碳量，这个时候外界的二氧化碳含量就叫做CO2补偿点。2）当达到某一浓度时，光合速率便达最大值，开始达到光合最大速率时的CO2浓度被称为CO2饱和点。一、外界条件对光合速率的影响3 二氧化碳4） C3植物与C4植物CO2光合曲线 对比。C4植物的CO2补偿点低，在低CO2浓度下光合速率的增加比C3快，CO2的利用率高；C4植物CO2饱和点低的原因：
A. C4植物对CO2亲和力高，有浓缩CO2机制，很快达到饱和点。
B.可能与C4植物的气孔对CO2浓度敏感有关，即CO2浓度超过空气水平后，C4植物气孔开度就变小。4 温度一、外界条件对光合速率的影响光合作用的温度范围和三基点5 矿质元素一、外界条件对光合速率的影响1）叶绿体结构的组成成分 如N、P、S、Mg是叶绿体中构成叶绿素、蛋白质、核酸以及片层膜不可缺少的成分。
2）电子传递体的重要成分 如PC中含Cu，Fe-S中心、Cytb、Cytf和Fd中都含Fe，放氧复合体不可缺少Mn2+和Cl-
3）磷酸基团的重要作用 构成同化力的ATP和NADPH，光合碳还原循环中所有的中间产物中都含有磷酸基团。
4）活化或调节因子 如Rubisco等酶的活化需要Mg2+；Fe、Cu、Mn、Zn参与叶绿素的合成；K+和Ca2+调节气孔开闭；K和P促进光合产物的转化与运输等。 6 水分水分是光合作用的原料，但光合作用利用的H2O不到植物所吸收水分的1%，因此，水分主要是间接的影响光合作用。
在缺水时，光合作用降低：
1）缺水时，气孔关闭，减少CO2的供应；
2）缺水时促进淀粉分解，抑制光合产物的外运，发生反馈抑制。
3）严重缺水时，会导致光合器结构的破坏。
一、外界条件对光合速率的影响二、内部因素对光合速率的影响1 不同部位—叶绿素含量
新叶＜成熟叶＞老叶
2 不同生育期
营养生长＞生殖生长
四 植物对光能的利用光能利用率：指植物光合作用所累积的有机物所含的能量，占照射在单位地面上的日光能量的比率。据气象学研究，到达地球表面的太阳辐射，只有其中的可见光部分的400～700nm能被植物用于光合作用。
如果把到达叶面的日光全辐射能定为100%，那么，经过如表4-7所示的若干难免的损失之后，最终转变为贮存在碳水化合物中的光能最多只有5%。一、植物的光能利用率光能利用率 ＝ (光合产物中积累的能量/辐射总量)×100%二、提高光能利用率的途径 1．延长光合时间
（1）提高复种指数：全年内农作物的收获面积对耕地面积之比。轮种、间种和套种
（2）延长生育期：促开花，防早衰
（3）补充人工光照
2．增加光合面积
（1）合理密植
（2）改变株型：紧凑型品种，矮化
3．提高光合效率。温、光、水、气、肥
土壤减少0.06kg水分是建造植物体的唯一原料一、光合作用的发现1771年，(英）普里斯特利(Joseph Priestley)的实验 3、绿色植物在光照下吸收了二氧化碳，产生了氧气2、氧气1、单独密封在玻璃罩的蜡烛马上熄灭、老鼠马上死去，与绿色植物一起的蜡烛暂时不会熄灭、老鼠会存活很长时间
1864年，（德）萨克斯(Julius von Sachs)的实验先暗处理，再一半曝光，一半遮光 3、绿叶在光合作用中产生了淀粉 1、让叶片中的营养物质（淀粉）消耗掉 2、部分遮光、部分曝光，是为了进行对照 1880年，（美）恩格尔曼(C.Engelmann)的实验1、是因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且螺旋分布于细胞中，便于进行观察分析研究2、先选用黑暗并且没有空气的环境，是为了排除实验中光线和氧的影响，确保实验的准确性。３、能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完全曝光的水绵与之做对照，从而证明了实验结果完全是光照引起的，并且氧是由 释放出来的
叶绿体光合作用释放的O2到底是来自H2O，还是CO2呢，
还是两者兼而有之？ 1940年，（美）鲁宾(S.Ruben)和卡门（M.Kamaen)
2、同位素标记进行光合作用的实验，是为了弄清楚在光合作用中产生的氧到底是来自水还是二氧化碳？还是两者兼而有之？同学们考虑一下，应标记哪一种元素？如何设计这个实验呢？
1、同位素标记法
2、第二组向同种绿色植物提供H218O和CO2 1、第一组向绿色植物提供C18O2和 H2O 。 C18O2+H2O CO2+H218OO2 18O2光合作用释放的O2全部来自于H2O用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2,使它分别成为H218O和C18O2。
进行两组光合作用的实验：CO2+H2O* (CH2O)+O2* 光能叶绿体光合作用的概念 及反应式总结：光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧 的过程。 为什么春夏两季植物的叶子翠绿醉人，而深秋树叶则金黄斑斓呢？
思考：这些都和光合作用的场所—叶绿体中
的色素有关类胡萝卜素叶绿素b叶黄素(蓝绿色）（黄绿色）（橙黄色）（黄色）（含量占3/4）（含量占1/4）叶绿体中的色素叶绿体结构模式图(色素)功能:吸收传递转化光能,用于光合作用.返回光合作用的场所—— 叶绿体为什么春夏两季植物的叶子翠绿醉人，而深秋树叶则金黄斑斓呢？
讨论回答： 叶绿体中的色素分为两大类：叶绿素和类胡萝卜素。由于叶绿素含量约占总量的四分之三，而类胡萝卜素仅占四分之一，所以通常植物的叶子总是翠绿醉人的。这是由于叶绿素掩盖了类胡萝卜素颜色的缘故。
但是，叶绿素很容易被破坏。秋天叶绿素会因为“忍受”不了气温下降等因素的影响而分解消失；胡萝卜素和叶黄素则比较稳定，终于在没有叶绿素干扰时“重见天日”。1 光自身的特性：波粒二相性
E ＝L/λ，即波长越小，能量越大
蓝光能量大，红光能量小
从太阳辐射到地球的光波长范围为：300-2600nm
植物光合能吸收的光波长范围为：400-700nm光合色素的光学特性（对光的反应）叶绿素中色素的提取和分离 1、叶绿素的提取：（依据相似相溶原理）
（1）用丙酮，在研钵上盖纸、在试管口加棉花塞和在烧杯上加培养皿，是为了防止丙酮挥发。
（2）加入少许二氧化硅是为了使研磨充分，
（3）加入碳酸钙是为了防止在研磨过程中叶绿素被破坏。 胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b叶绿体中的色素 叶绿素（占总量的3/4）叶绿素色素吸收可见的太阳光类胡萝卜素主要吸收蓝紫光叶绿素主要吸收红橙光和蓝紫光叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光叶绿素中的吸收光谱0400500600700 nm 50100叶绿素b叶绿素a叶绿素类胡萝卜素叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素叶绿体色素红光和蓝紫光蓝紫光叶绿体色素具有吸收光能、
传递光能、转化光能的作用返回光合作用的场所——叶绿体基粒外膜内膜基质光合作用的总过程NADPHNADP+光CO2糖类光反应暗反应:ATPADP+Pi光合电子传递链：（光合链）是指在类囊体膜上，由PSⅠ，PSⅡ和其它电子传递体相互衔接，所构成的电子传递体系。
2 电子传递和质子传递：（电能转化为不稳定的化学能） 光反应1 两个光系统（叶绿体色素和蛋白质的复合物）： PSⅠ PSⅡP680P680锰串H2O激子Pheo
PQA
PQBP700P700 A0
A1
Fe-Sx
Fe-SA
Fe-SB质子释放在腔内**三、碳反应场所：叶绿体基质同化途径：C3途径（卡尔文循环）基本途径，所有植物必经之路C4途径（四碳二羧酸途径）CO2固定的分支，C4植物特有 C3途径C4途径固定CO2CO2糖C6H12O6+H2OCO2C52C3［Ｈ］ATPADP+ Pi二氧化碳的固定碳反应阶段1 C3途径1）研究历史：
Calvin领导的研究小组给小球藻提供14CO2（同位素示踪），光照不同时间后杀死细胞，观察14C在哪种化合物中，以确定CO2固定的最初产物。
三、碳同化CO2被固定的最初产物是三碳化合物的途径。Melvin Calvin, (1911-1997) Nobel Laureate, chemistry, 19612 C4途径1）研究历史：
三、碳反应 CO2固定的最初产物为四碳化合物的途径。1965年发现甘蔗光合时，14CO2在1秒钟内，80%在苹果酸和天冬氨酸中，只有10%在PGA中。
后来，在研究玉米光合作用时，证实CO2被固定后的最初产物不是三碳化合物，而是四碳的二羧酸，草酰乙酸。草酰乙酸不稳定，很快转变为苹果酸或天冬氨酸。由此发现一个新的CO2固定途径。具有C4途径的植物称为C4植物。只具有C3途径的植物称为C3植物。
在农作物中，只有玉米、高粱、甘蔗、黍和粟属于C4植物。而其它的农作物，如水稻、小麦、大豆都属于C3植物，大多数树木等也属于C3植物。三、碳反应2 C4途径三、光反应阶段和碳反应阶段的比较光能转换成活跃的化学能
（ATP）活跃的化学能变成稳定的化学能 光反应为碳反应提供 [H] 和ATP碳反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料水的光解H2O→2[H]+1/2O2
合成ATP ADP+Pi ATP光 酶
光能CO2的固定CO2+C5 2C3
三碳的还原2C3 C6H12O6 酶 酶
ATP [H] 光呼吸一、光呼吸的途径：
经过三种细胞器：叶绿体、过氧化体和线粒体
植物的绿色细胞依赖光照，吸收O2和放出CO2的过程 1）叶绿体中的反应：一、光呼吸的途径PGA+磷酸乙醇酸RuBP+O2RubiscoRuBP加氧酶C3C2乙醇酸取决于CO2/O2比率 影响光合速率的因素一、外界条件对光合速率的影响
1 光合作用的指标
光合速率：植物在单位时间、单位叶面积吸收CO2或释放O2的数量。
CO２+ H２O 光 叶绿体 (CH２O) ＋ O２
CO2吸收量 干物质积累量 O2释放量
我们通常所说的光合速率，不是植物真正的光合速率，而是植物真正光合速率与呼吸速率的差值，是净（net）光合速率，也称表观光合速率。
真正光合速率=表观光合速率+呼吸速率
2 光照一、外界条件对光合速率的影响光强
暗中叶片不进行光合作用，只有呼吸作用释放CO2。
随着光强的增高，光合速率相应提高，当到达某一光强时，叶片的光合速率等于呼吸速率，即CO2吸收量等于CO2释放量，这时的光强称为光补偿点。开始净光合的点。
光饱和点 在低光强区，光合速率随光强的增强而呈比例地增加(比例阶段)；当达到某一光强时，光合速率就不再增加，而呈现光饱和现象。开始达到光合速率最大值时的光强称为光饱和点，此点以后的阶段称饱和阶段。限制因素比例阶段 光强限制饱和阶段 CO2限制光饱和点2) 光质红光＞蓝光＞绿光3 二氧化碳一、外界条件对光合速率的影响比例阶段 CO2浓度是限制因素饱和阶段 RuBP的量是限制因素CE被称为羧化效率1）当光合吸收的二氧化碳量等于放出的二氧化碳量，这个时候外界的二氧化碳含量就叫做CO2补偿点。2）当达到某一浓度时，光合速率便达最大值，开始达到光合最大速率时的CO2浓度被称为CO2饱和点。一、外界条件对光合速率的影响3 二氧化碳4） C3植物与C4植物CO2光合曲线 对比。C4植物的CO2补偿点低，在低CO2浓度下光合速率的增加比C3快，CO2的利用率高；C4植物CO2饱和点低的原因：
A. C4植物对CO2亲和力高，有浓缩CO2机制，很快达到饱和点。
B.可能与C4植物的气孔对CO2浓度敏感有关，即CO2浓度超过空气水平后，C4植物气孔开度就变小。4 温度一、外界条件对光合速率的影响光合作用的温度范围和三基点5 矿质元素一、外界条件对光合速率的影响1）叶绿体结构的组成成分 如N、P、S、Mg是叶绿体中构成叶绿素、蛋白质、核酸以及片层膜不可缺少的成分。
2）电子传递体的重要成分 如PC中含Cu，Fe-S中心、Cytb、Cytf和Fd中都含Fe，放氧复合体不可缺少Mn2+和Cl-
3）磷酸基团的重要作用 构成同化力的ATP和NADPH，光合碳还原循环中所有的中间产物中都含有磷酸基团。
4）活化或调节因子 如Rubisco等酶的活化需要Mg2+；Fe、Cu、Mn、Zn参与叶绿素的合成；K+和Ca2+调节气孔开闭；K和P促进光合产物的转化与运输等。 6 水分水分是光合作用的原料，但光合作用利用的H2O不到植物所吸收水分的1%，因此，水分主要是间接的影响光合作用。
在缺水时，光合作用降低：
1）缺水时，气孔关闭，减少CO2的供应；
2）缺水时促进淀粉分解，抑制光合产物的外运，发生反馈抑制。
3）严重缺水时，会导致光合器结构的破坏。
一、外界条件对光合速率的影响二、内部因素对光合速率的影响1 不同部位—叶绿素含量
新叶＜成熟叶＞老叶
2 不同生育期
营养生长＞生殖生长
四 植物对光能的利用光能利用率：指植物光合作用所累积的有机物所含的能量，占照射在单位地面上的日光能量的比率。据气象学研究，到达地球表面的太阳辐射，只有其中的可见光部分的400～700nm能被植物用于光合作用。
如果把到达叶面的日光全辐射能定为100%，那么，经过如表4-7所示的若干难免的损失之后，最终转变为贮存在碳水化合物中的光能最多只有5%。一、植物的光能利用率光能利用率 ＝ (光合产物中积累的能量/辐射总量)×100%二、提高光能利用率的途径 1．延长光合时间
（1）提高复种指数：全年内农作物的收获面积对耕地面积之比。轮种、间种和套种
（2）延长生育期：促开花，防早衰
（3）补充人工光照
2．增加光合面积
（1）合理密植
（2）改变株型：紧凑型品种，矮化
3．提高光合效率。温、光、水、气、肥