4任务三植物的光合作用.

回顾：水分临界期根压伤流蒸腾作用蒸腾系数任务三光合作用植物是自然界的炼金术士,是把水、二氧化碳和阳光改造为一系列珍贵物质的专家，它们中的许多都超越了人类的想象能力，人类的生产力与它们相比要低得多。1627年，荷兰范·埃尔蒙盆栽柳树称重实验1648年，比利时科学家海尔蒙特做了类似范·埃尔蒙的实验：把把一棵重2．5kg的柳树苗栽种到一个木桶里，木桶里盛有事先称过重量的土壤。以后，他每天只用纯净的雨水浇灌树苗。为防止灰尘落入，他还专门制作了桶盖。五年以后，柳树增重80多千克，而土壤却只减少了100g。植物能够更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊了的空气。萨克斯实验（1864年）绿色叶片在光和作用中产生淀粉。恩吉尔曼实验（1880年）黑暗光照食草动物食肉动物杂食动物植物的光合作用表达式光合作用概念：绿色植物吸收光能，同化无机物（CO2和H2O），合成有机物质，并释放O2的过程。葡萄糖其他有机分子O2生命活动光合作用的意义1、把无机物变为有机物2、把太阳能转变为可贮存的化学能3.维持大气中O2和CO2的相对平衡因此深入探讨光合作用的规律，揭示光合作用的机理，使之更好地为人类服务，愈加显得重要和迫切。人类面临四大问题人口急增食物不足资源匮乏环境恶化依赖光合生产情景1光合色素一、叶绿体的基本结构叶绿体膜类囊体基质光反应暗反应类囊体腔基质基粒叶绿体成分酶类水分：75-80%干物质蛋白质30-45%；脂类20-40%色素：10%糖类：10-20%Fe、Cu、Mg、Zn、K、P：10%二、光合色素叶绿素a叶绿素b叶绿素c叶绿素d高等植物藻类叶绿素chla：蓝绿色3/4chlb：黄绿色1/4占总色素的2/31、叶绿素叶绿素分子含有一个卟啉环的“头部”和一个叶绿醇尾巴。叶绿醇卟啉环2、类胡萝卜素胡萝卜素——橙黄色叶黄素——黄色三、叶绿素形成的影响因素4、氧气：能量供应有关。1、光照：如黄化苗。2、温度：酶活性有关。3、矿质元素：如Mg、N、Fe、Cu、Zn、Mn等5、水分6、遗传因素白芦笋蒜白韭黄光照植物黄化应用：如韭黄、软化药芹、白芦笋、豆芽菜、葱白、蒜白、大白菜等生产。温度受冻的油菜叶绿素形成最低温度约2℃；最适温度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。缺NCK缺N图4-2-10缺N症状棉花缺Mg网状脉苹果缺Fe新叶脉间失绿黄瓜缺锰叶脉间失绿柑桔缺Zn小叶症伴脉间失绿遗传因素海棠吊兰花叶植物体叶绿素代谢中一方面合成一方面分解不断更新。如环境不适，叶绿素形成受影响，因而茎叶发黄，光合速率下降。农业生产中，许多栽培措施如施肥、合理密植等目的就是促进叶绿素形成，延缓叶绿素降解，维持作物叶片绿色，使之更多地吸收光能用于光合作用，生产更多的有机物。光合作用过程实验探索上午电荷检测器检测带电（弱）中午电荷检测器检测带电（强）下午电荷检测器检测带电（强）暗处理电荷检测器检测不带电室外植物室内植物光合作用过程的探索实验——希尔实验（1937年）英国化学家和植物生理学家CO2+H2O→(CH2O)+O2物质转化能量转化光化学反应电子传递↓↓太阳光能·hr------→电能·e-------→活跃化学能·同化力（光能的吸收、传递）（ATP，NADPH2）（光反应）↓CO2＋H2O-----→稳定化学能C6H12O6（暗反应）概念：光合作用最初的反应，指叶绿素分子对光能的吸收、传递与转换的过程。天线色素中心色素1、原初反应一、光反应原初反应是光合作用的起点，反应过程为：原初反应天线色素吸收光能成为激发态光能吸收激发态的天线色素将能量传递给作用中心光能传递作用中心产生电荷分离光能转化成电能2、电子传递由光引起的反应中心色素分子与原初电子受体间的氧化还原反应：D·P·A→D·P*·A→D·P+·A－→D+·P·A－这一过程在光合作用中不断反复地进行，从而推动电子在电子传递体中传递。PDAhhDA—作用中心色素—原初电子供体—原初电子受体P光合单位作用中心D·P·A→D·P*·A→D·P+·A－→D+·P·A－D=H2OA=NADP+H2O光叶绿素2H++2e-+½O2NADP++2H++2e-NADPH+H+活跃的化学能3、光合磷酸化概念：光下在叶绿体中发生的由ADP与Pi合成ATP的反应称为光合磷酸化。ADP+PiATP光叶绿素NADP++2H++2e-NADPH+H+ADP+PiATP光叶绿素同化力1.叶绿体中光能转换成电能时,电子的最终来源及最终受体是()A叶绿体a、NADPHBH2O、NADP+C叶绿体a、NADP+DH2O、NADPH2.光合作用中,光能转变成电能的场所是在()A类囊体薄膜上B叶绿体a上C叶绿体基质上D基粒3.处于激发态的叶绿体a,所具有的特点是()A具有很高的能量,易失去电子B具有很高的能量,易得到电子C具有很高的能量,是强氧化剂D具有很高的能量,是强氧化剂还原剂二、暗反应——C同化概念：植物利用光反应中形成的NADPH和ATP将CO2转化成稳定的碳水化合物的过程，称为CO2同化或碳同化。根据碳同化过程中最初产物所含碳原子的数目以及碳代谢的特点，将碳同化途径分为三类：C3途径、C4途径和CAM(景天酸代谢)途径。C3途径C4植物粟的穗形,“谷子”，去皮后称“小米”C4途径玉米甘蔗田苋菜高粱景天酸代谢途径（CAM）CAM植物起源于热带，往往分布于干旱的环境中，多为肉质植物，具有大的薄壁细胞，内有叶绿体和液泡，然而肉质植物不一定都是CAM植物。常见的CAM植物有菠萝、剑麻、兰花、百合、仙人掌、芦荟、瓦松等。剑麻芦荟落地生根龙舌兰绯牡丹昙花CAM植物-瓦松属多肉质植物鸡冠掌红司锦晃星静夜光合作用产物：糖类3-磷酸甘油醛，磷酸二羟丙酮。单糖----葡萄糖，果糖。双糖----蔗糖多糖----淀粉以蔗糖和淀粉为最普遍。三、光合作用的产物影响因素光合潜力的因素一、光合作用的影响因素1、光照光照作用：提供能量，调节酶活性。①光饱和现象：光照增加到一定强度光合速率不再增加的现象。②光饱和点：刚刚达到光饱和现象时的光照强度。③光补偿点：光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量相等时的光照强度。CO2作用：提供原料①CO2饱和点：CO2浓度继续增加光合速率不再增加，此时CO2的浓度称CO2饱和点。②CO2补偿点：光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量相等时的CO2浓度。2、二氧化碳低温：酶钝化叶绿体结构破坏呼吸大于光合高温：酶失活叶绿体结构破坏蒸腾失水多气孔开度小CO2吸收少┌最高温度：40－50℃三基点│最适温度：25－35℃└最低温度：5－7℃3、温度缺水：光合速率降低①电子供体缺乏，光反应受阻；②气孔开度减小，CO2吸收减少；③CO2扩散障碍，同化降低；④叶片生长缓慢，光合面积减少；⑤同化物运输受阻，反馈抑制增强。4、水分N、Mg----叶绿素组成P、Cu、Fe----磷酸化（NADP、ATP）K、Mg----激活剂K----气孔调节Fe、Cu、Zn、Mn----叶绿素合成Cl、Mn----水光解（活化剂）5、矿质元素光能利用率：作物光合产物中贮存的能量与同一时间内同一土地面积所接收的能量的比率。二、植物的光能利用率（1）光合作用对光谱的选择性：辐射到地面的太阳光能只是可见光的一部分（约占太阳总辐射能的40～50%）。（2）漏光损失作物生长初期植株较小，或单位面积上苗数不足，或肥水等条件较差，造成叶面积指数过小。（3）反射和透射的损失：照射到叶面上的光能并未全部被吸收，其中有10～15%被反射；5%透过叶片，虽然80～85%被吸收，但仅有0.5～3.5%用于光合作用，而大多以热能消耗于蒸腾过程（76.5～84.5%）。作物光能利用率不高的原因（4）光饱和现象的限制：叶片光合能力的限制，光饱和浪费。（5）其它因素：呼吸消耗，CO2供应不足，水分亏缺、矿质营养不足等。•增加光合面积----绿色覆盖，叶面积指数•提高光合效率----育种，栽培，管理•延长光合时间----间套种，茬口安排，人工光照•减少呼吸消耗----育种，管理三、提高植物的光能利用率的途径小结叶绿体是绿色植物进行光合作用的细胞器，由被膜、基粒和间质构成。光合色素是光合作用的执行者，包括叶绿素和类胡萝卜素，分集光色素和中心色素两大类。大部分的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素都是集光色素，在光合作用中承担光能收集与传递的功能。中心色素是特殊的叶绿素a分子，能将光能转化为电能（以e的形式存在）。通过光合电子传递和光合磷酸化作用，电能又转化为活跃的化学能（ATP，NADPH2），为CO2的固定和光合产物的形成提供能量。叶绿素是光合作用的主体，叶绿素的含量和存在状况影响着光合效率的高低。光照、温度、水分、氧气和某些矿质元素直接影响叶绿素的合成。全过程:大致分为三个过程.一.原初反应:光能的吸收.传递和转换.光能→电能。二.电子传递,光合磷酸化:包括电能→活跃化学能的变化.三.CO2同化：完成活跃的化学能→稳定的化学能.总结