《{生物科技管理}第二章光合作用与生物固氮新课)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《{生物科技管理}第二章光合作用与生物固氮新课)（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 光合作用与生物固氮,第二章 光合作用与生物固氮,第一节 光合作用,一、光能在叶绿体中的转换,（一）、叶绿体的结构与其中的色素,光合色素 包括：叶绿素、类胡萝卜素，比例约为3:1。 叶绿素分为a、b，比例约为3:1。 全部叶绿素和几乎所有的类胡萝卜素都包埋在类囊体膜中，与蛋白质以非共价键结合。,-CHO in chl b,叶绿素a（C55H72O5N4Mg）,叶绿素b（C55H70O6N4Mg）,胡萝卜素（C40H56）,叶黄素（C40H56O2）,（二） 光能在叶绿体中的转换,光能电能活跃的化学能稳定的化学能,1、光能转换成电能 条件：光、色素、酶,A,聚光色素,C,D,NADP+,N
2、ADPH,e,H2O,2H2O O2+4H+4e-,两个光系统的协调作用,光系统（PS）：P680,光系统（PSI）：P700,2、 电能转换成活跃的化学能,ADP+Pi,NADP+,H2O,O2,ATP,NADPH,ATP,NADPH,（CH2O）,CO2,暗 反 应,光合作用各种能量转变概况:,3、活跃的化学能转换成稳定的化学能,二、 C3植物和C4植物,1、C3植物和C4植物的概念：,C3植物：在光合作用过程中，CO2中的C转移到C3 （3-磷酸甘油酸）中，无C4出现的绿色植 物。如水稻、小麦、大豆、棉花等,C4植物：在光合作用过程中，CO2中的C首先转移到 C4（草酰乙酸）中，然后才转
3、移到C3中的 绿色植物。如甘蔗、高粱、玉米等,2、 C3植物和C4植物叶片结构的特点,维管束鞘细胞,C3植物叶片结构,C4植物叶片结构,C3植物叶片结构维管束鞘细胞不含叶绿体C4植物叶片结构维管束鞘细胞较大,含没有基粒的叶绿体,C4 玉米维管束鞘细胞有叶绿体,C3 小麦维管束鞘细胞无叶绿体,卡尔文(19111997)生于美国明尼苏达州，1931年获得密歇根采矿技术学院的化学学士学位，1935年获明尼苏达州大学的博士学位，1944年一1945年在曼哈顿计划中从事铀和钚的研究，因揭示了植物光合作用的暗反应机理而获得了1961年的诺贝尔化学奖。 1940年，鲁宾和卡门发现碳的长寿命同位素14C，使卡
4、尔文有了一种理想的工具来追踪二氧化碳是如何在暗反应阶段中一步步地变成碳水化合物的。在卡尔文的研究过程中，14C成了主要工具，发挥了特别重要的作用。二氧化碳的同化是相当复杂的。卡尔文等利用放射性核素示踪和纸层析等方法，经过10年的系统研究，在20世纪50年代提出二氧化碳同化的循环途径，称为卡尔文循环(the Calvin cycle)。由于这个循环中的二氧化碳受体是一种戊糖(核酮糖二磷酸)，故又称为还原戊糖磷酸途径。这个途径的二氧化碳固定最初产物是一种三碳化合物，故又称为C3途径。沿着C3途径同化CO2的植物如水稻、小麦、棉花、大豆等大多数植物，称之为C3植物。,C3途径（卡尔文循环）,卡尔文在
5、一个装置中放入进行光合作用的小球藻悬浮液，并注入普通的二氧化碳，然后按照预先设定的时间长度向装置中注入14C标记的二氧化碳。在每个时间长度结束时，杀死小球藻，使酶反应终止，并提取产物进行分析。他通过色谱分析法发现，当把光照时间缩短为几分之一秒时，磷酸甘油酸(一种C3化合物)占全部放射性的90。这就证明了磷酸甘油酸是光合作用中由二氧化碳转化的第一个产物。在5秒中的光合作用后，卡尔文找到了含有放射性的C3化合物、C5化合物和C6化合物。 在实验中，卡尔文发现，在光照下C3化合物和C5化合物很快达到饱和并保持稳定。但当把灯关掉后，C3化合物的浓度急速升高，同时C5化合物的浓度急速降低。如果在光照下突
6、然中断二氧化碳的供应，则C5化合物就积累起来，C3化合物就消失。 澳大利亚科学家Hatch和S1ack在研究玉米、甘蔗等原产热带地区的绿色植物时发现，当向这些绿色植物提供14CO2时，光合作用开始后的1s内，竟有90以上的14C出现在含有四个碳原子的有机酸(一种C4化合物)中。随着光合作用的进行，C4化合物中的14C逐渐减少，而C3化合物中的14C逐渐增多。,卡尔文循环三个阶段（羧化阶段、还原阶段和更新阶段）,1羧化阶段：,2还原阶段：,PGAld经过一系列的转变，再形成RuBP的过程。,核酮糖1，5二磷酸+CO2,2分子3磷酸甘油酸,3磷酸甘油酸被ATP磷酸化，形成1，3二磷酸甘油酸，再被N
7、ADPH+H+还原，形成3磷酸甘油醛(PGAld)，这就是糖类（磷酸丙糖）。,3更新阶段：,卡尔文循环的总反应式：,3CO2+3H2O+3RuBP+9ATP+6NADPHPGAld+6NADP+9ADP+9Pi,6分子的CO2参与反应生成的糖？循环使用的RuBP为几个分子？,RuBP羧化酶,维管束鞘细胞中的叶绿体,3、C3途径和C4途径,叶肉细胞中的叶绿体,C4,CO2,C4,C3 (PEP),ATP,ADP+Pi,C4植物光合作用的C4途径发生在叶肉细胞的叶绿体内，C3途径发生在维管束鞘细胞的叶绿体内,2C3, C4途径,PEP羧化酶, C4植物较C3植物进化的原因,大气中的二氧化碳,产物,
8、能量,三 提高农作物的光能利用率,1、光能利用率：单位土地面积上，农作物通过光合作用 所产生的有机物中所含的能量，与这块 土地所接受的太阳能的比。,2、影响光合作用的因素：,（1）光照（时间、强弱、光质等） （2）二氧化碳 （3）矿质元素 （4）温度 （5）氧气 （6）水分,影响光合作用的因素,1、光照,光补偿点,光饱和点,光补偿点：同一叶片在同一时间内，光合过程吸收的CO2和呼吸过程放出的CO2等量时的光照强度,光饱和点：叶片光合速率一般随光照强度的增加而加快，一定范围内呈正相关，超过一定范围后，光合速率增加减慢；达到某一光照强度时光合速率不在增加，称为光饱和现象，此时的光照强度。,不同植物
9、的光饱和点与光补偿点是否一致？分析阴生植物与 阳生植物的区别,表观光合速率=真正光合速率+呼吸速率,阳生植物的光饱和点与光补偿点均高于阴生植物,二氧化碳补偿点：当光合吸收的二氧化碳的量等于呼吸放出的二氧化碳的量，此时外界的二氧化碳数量就叫做二氧化碳补偿点。,2、二氧化碳,700lx 350lx 70lx, 为什么在不同光照条件下，菜豆对CO2浓度的要求发生变化？, 植物光合作用所需要的二氧化碳如何进入体内？,陆生植物（气孔、根）水生植物（表皮细胞）, 大田作物与温室作物如何采取措施提高农作物光能利用率？,合理密植（良好的通风）；增施农家肥（微生物数量多分解有机物）使用二氧化碳发生器,3、必需的
10、矿质元素,三要素中对光合作用效果最明显的是？原因？,氮肥。直接影响（叶绿素、蛋白质含量、酶）； 间接影响（叶片面积、数量）,4、温度、氧气、水分,植物一般在10-35正常进行光合作用，25-30最适宜，40-50完全停止。（高温破坏叶绿体和细胞质的结构，酶钝化；呼吸大于光合）,真正光合速率 呼吸速率,表观光合速率,总结齐民要术中“正其行，通其风”涉及光合作用哪些方面？,光、O2、CO2等,第二节 生物固氮,生物固氮的概念 固氮微生物的种类 生物固氮过程简介 生物固氮的意义 生物固氮在农业生产中的应用,生物固氮:是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程,一、固氮微生物的种类,概念：指一些与绿色植
11、物互利共生的固氮 微生物,实例-根瘤菌 1、形态：棒槌形、 “T”形、“Y”形,2、生理特点：只与一种或若干种豆科寄主结瘤（大豆族只有大豆属，豇豆族有豇豆、花生、绿豆、赤豆、蚕豆等）,3、代谢类型：异养需氧型,实例-圆褐固氮菌 1、形态 2、作用,（分泌生长素，刺激植株生长和果实发育）,新陈代谢类型？,根瘤菌供给豆科植物氨，豆科植物供给根瘤菌有机物,根瘤的形成过程,受侵根毛,侵入线,含菌细胞,内皮层（薄壁细胞）,木质部,豆科植物的根毛分泌特殊蛋白质，刺激同一互接种族的根瘤菌在附近大量繁殖，并集聚到根毛顶端。,根瘤菌结瘤最旺盛的时期是开花前；固氮速率最高的时期是开花后,种子和实果发育需氮。占总氮
12、量的90%。,二、生物固氮过程简介,1、固氮酶功能：将分子氮还原成氨 2、固氮酶的组成：两种蛋白质包括铁蛋白和钼铁蛋白,4、生物固氮原理,e-+H+,固氮酶,固氮微生物的比较,三、生物固氮的意义,1、氮循环的主要环节：,2、生物固氮的意义 大气中的氮必须通过以生物固氮（90%）为主的固氮作用，才能被植物吸收利用。,有机体内氮的合成 NH4+、NO3- 植物体内蛋白质 动物体内蛋白质,反硝化作用 NO3- NO2- N2 （氧气不足）,固氮作用 N2 NH3（生物固氮、工业固氮、高能固氮）,3、氮的循环,有机体内氮的合成,四、生物固氮在农业生产中的应用,1、补充土壤含氮量的两条途径 施用含氮肥料（化肥、农家肥）；生物固氮,2、生物固氮的措施 对豆科植物进行拌种； 用豆科植物做绿肥； 固氮基因工程。,黄花苜蓿,黄花草木犀,紫云英,苕子,大豆根瘤,豌豆根瘤,根瘤菌主要在哪一种根上结瘤？为什么？,双固氮酶（MoFe蛋白的空间结构）,褐色的为Fe原子，黄色的为S原子,部分C4植物,高梁,甘蔗,粟( 谷子,小米),苋菜,玉米,
