第三章 植物的光合作用

讲授内容和目标：

掌握植物光合作用的概念和生理基础，了解叶绿体色素的结构组成和生理作用。了解环境因素同植物光合作用之间的关系，了解植物光合作用在农业中的应用。

重点突出介绍光合作用的机理和研究方法。

学时分配： 6学时。 具体内容：

光合作用的定义：

太阳光能

CO2 + H2O ===== （CH2O） + O2 绿色细胞

绿色植物利用太阳光能同化二氧化碳和水成为有机物质并蓄积太阳光能的过程。

第一节 光合作用的重要性 1.合成有机物质

光合作用是地球上规模最大的有机物质的合成过程。l每年同化2×1011t碳素。浮游植物同化 40%，陆地植物同化60%。

为人类和动物界提供最终的食物来源。

为人类的工农业生产提供原料： 棉花、木材、石油、橡胶等。

2.蓄积太阳光能

植物在合成有机物质的同时将太阳光能储存到了有机化合物中。每年储存的太阳光能有3×1021J。 为人类的生存提供能源：

–生命活动的能源—— 食物。 –煤炭、石油的能源。 –沼气、柴草等

3.生态平衡

大气CO2的平衡：

二氧化碳是温室气体，其浓度的增加可以使地球的温度增加。 大气氧气的平衡：

–氧气是一切需氧生物生存的必需条件。 –氧气是臭氧层形成的基础。

第二节 叶绿体及叶绿体色素

叶片是光合作用的主要器官，叶绿体是植物进行光合作用的主要细胞器。 叶绿体色素是植物进行光合作用吸收光能的主要物质 。 一.叶绿体的结构和成分

1.叶绿体的外部形态

高等植物的叶绿体大多数呈圆形，直径3~6mm，厚2~3 mm。每平方毫米叶片含有3×107~ 5×107个叶绿体。 2.内部结构

外被——叶绿体膜，外膜、内膜。 基质 基粒 嗜锇滴

类囊体 ： 基粒类囊体 基质类囊体

（二）叶绿体的成分

水分 75%，干物质25%。在干物质中：蛋白质 30%~45%，脂类 20~40% ，储藏物质（淀粉等）10~20%，灰份 10%，少量的其它成分。

二.光合色素

定义： 存在于叶绿体中在光合作用中参与光能的吸收和传递的色素。 （一）叶绿素 chlorophyll

是一类含镁的卟啉化合物。有chla、chlb、chlc、chld等多种。 分子式：

叶绿素a C55H72O5N4Mg 叶绿素b C55H70O6N4Mg 分子结构：

2.吸收光谱

叶绿素分子的激发状态：

3.荧光和磷光 荧光：

处于第一单线态的电子向基态跃迁时发出的光。 磷光：

处于三线态的电子向基态跃迁时发出的光。

（二）类胡萝卜素 Carotenoid 1.胡萝卜素 carotene

不饱和的碳氢化合物：C40H56。

1）结构式：

2）胡萝卜素吸收光谱

3）生理作用

吸收光能参与光合作用；保护叶绿素不被光氧化。 2.叶黄素 xanthophyll

是胡萝卜素衍生的醇类，胡萝卜醇 carotenol。C40H56O2

1）结构式：

3）生理作用

吸收光能参与光合作用；保护叶绿素不被光氧化。 （三）藻胆素 Phycobilin

藻胆素是红藻、蓝藻等藻类中参与光能吸收的色素，通常与蛋白质结合成为藻胆蛋白(phycobiliprotein)。分为藻红蛋白和藻蓝蛋白。

1、分子结构：由生色团和蛋白质组成，溶于稀盐溶液和水。 其中藻胆蛋白的生色团：

藻红蛋白的生色团与藻蓝蛋白的生色团

2、吸收光谱

3、生理功能 吸收光能参与光合作用。 第三节 光合作用的机理 引言

CO2 + H2O ===== （CH2O） + O2-

光反应：在光下进行的由光所直接引起的反应。 暗反应：在暗处进行的不需要光的反应。

从能量转化的角度的进一步研究表明，光合作用分为三部分： 光能的吸收传递和转换 电能转化为活跃化学能

活跃化学能转化为稳定化学能 一.原初反应 定义：

光能的吸收传递和转变成电能的过程。