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1、【光合作用理论基础光合作用理论基础】 1 / 17光光 合合 作作 用用一、定义及总反应式一、定义及总反应式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，并且释放出氧气的过程。且释放出氧气的过程。叶绿体是进行光合作用的完整单位。叶绿体是进行光合作用的完整单位。 （离体叶绿体也可以进行光合作用）（离体叶绿体也可以进行光合作用）有叶绿体不一定正在进行光合作用。有叶绿体不一定正在进行光合作用。无叶绿体不一定不能进行光合作用。无叶绿体不一定不能进行光合作用。能进行光合作用的生物：绿色植物、蓝藻、光合细菌等。
2、能进行光合作用的生物：绿色植物、蓝藻、光合细菌等。 （在生态系统中为生产者）（在生态系统中为生产者）总反应式：总反应式：6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2 二、叶绿体及其色素二、叶绿体及其色素1色素的种类、作用及层析后的位置色素的种类、作用及层析后的位置色素种类色素种类色素颜色色素颜色元素组成元素组成吸收光谱吸收光谱滤纸条上的位置滤纸条上的位置叶绿素叶绿素 a蓝绿色蓝绿色叶绿素叶绿素 （3/4）叶绿素叶绿素 b黄绿色黄绿色C、H、O 、N、Mg吸收红光和吸收红光和 蓝紫光蓝紫光胡萝卜素胡萝卜素橙黄色橙黄色类胡萝卜素类胡萝卜素 （1/4）叶黄素叶黄素黄色黄
3、色C、H、O吸收蓝紫光吸收蓝紫光含量：叶绿素含量：叶绿素 a 叶绿素叶绿素 b 叶黄素叶黄素 胡萝卜素胡萝卜素2分布：叶绿体中的类囊体薄膜上分布：叶绿体中的类囊体薄膜上3功能：吸收、传递和转化光能功能：吸收、传递和转化光能吸收、传递：吸收、传递：4 种色素均可种色素均可吸收、转化：少数处于特殊状态的叶绿素吸收、转化：少数处于特殊状态的叶绿素 a光光叶绿体叶绿体【光合作用理论基础光合作用理论基础】 2 / 174特性：不溶于水，能溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂。特性：不溶于水，能溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂。液泡中的色素：水溶性。液泡中的色素：水溶性。 （eg：花青素）：花青素）5影响叶绿
4、素生物合成的因素（光照、温度、矿质元素等）影响叶绿素生物合成的因素（光照、温度、矿质元素等）（1）光照：光是影响叶绿素形成的主要条件，一般植物在黑暗中生长不能合成叶绿素，）光照：光是影响叶绿素形成的主要条件，一般植物在黑暗中生长不能合成叶绿素，因而叶片发黄。因而叶片发黄。（2）温度：叶绿素的生物合成过程，绝大多数都有酶的参与。一般来说，叶绿素形成）温度：叶绿素的生物合成过程，绝大多数都有酶的参与。一般来说，叶绿素形成的最低温度是的最低温度是 24，最适温度是，最适温度是 30左右，最高温度是左右，最高温度是 40。秋天叶片变黄和早春。秋天叶片变黄和早春寒潮过后水稻秧苗的变黄现象，都与低温抑制叶
5、绿素形成有关。寒潮过后水稻秧苗的变黄现象，都与低温抑制叶绿素形成有关。（3）矿质元素：植物缺）矿质元素：植物缺 N、Mg、Fe、Mn、Cu 或或 Zn 等元素时，就不能形成叶绿素，呈等元素时，就不能形成叶绿素，呈缺绿病。缺绿病。N、Mg 都是组成叶绿素的元素，不可缺少。都是组成叶绿素的元素，不可缺少。Fe、Mn、Cu、Zn 等可能是叶绿素等可能是叶绿素形成过程中某些酶的活化剂，在叶绿素形成过程中起间接作用。形成过程中某些酶的活化剂，在叶绿素形成过程中起间接作用。6植物的质体植物的质体质体是绿色植物细胞所特有的细胞器，分成叶绿体、有色体和白色体三类。质体是绿色植物细胞所特有的细胞器，分成叶绿体、
6、有色体和白色体三类。（1）叶绿体）叶绿体叶绿体是含有叶绿素的质体，主要存在于植物体绿色部分的薄壁组织细胞中，是绿叶绿体是含有叶绿素的质体，主要存在于植物体绿色部分的薄壁组织细胞中，是绿色植物进行光合作用的场所，因而是重要的质体。色植物进行光合作用的场所，因而是重要的质体。（2）有色体）有色体有色体是含有色素的质体。叶绿体也是有色质体，但习惯上将叶绿体以外的有色质有色体是含有色素的质体。叶绿体也是有色质体，但习惯上将叶绿体以外的有色质体叫做有色体或杂色体。体叫做有色体或杂色体。有色体内含有叶黄素和胡萝卜素，呈红色或橙黄色。它存在于花瓣和果实中，在番有色体内含有叶黄素和胡萝卜素，呈红色或橙黄色。它
7、存在于花瓣和果实中，在番茄和辣椒（红色）果肉细胞中可以看到。有色体主要功能是积累淀粉和脂类。茄和辣椒（红色）果肉细胞中可以看到。有色体主要功能是积累淀粉和脂类。（3）白色体）白色体白色体不含可见色素，也叫无色体。在贮藏组织细胞内的白色体上，常积累淀粉或白色体不含可见色素，也叫无色体。在贮藏组织细胞内的白色体上，常积累淀粉或蛋白质，形成比它原来体积大很多倍的淀粉和糊粉粒，成了细胞里的贮藏物质。蛋白质，形成比它原来体积大很多倍的淀粉和糊粉粒，成了细胞里的贮藏物质。有些细胞的白色体含有无色的原叶绿素，见光后可转变成叶绿素，白色体变绿，所有些细胞的白色体含有无色的原叶绿素，见光后可转变成叶绿素，白色体
8、变绿，所以有人认为白色体也能变成叶绿体。以有人认为白色体也能变成叶绿体。【光合作用理论基础光合作用理论基础】 3 / 17三、光合作用过程三、光合作用过程（一）（一）C3植物的光合作用植物的光合作用1光反应光反应（1）场所：叶绿体基粒类囊体薄膜。）场所：叶绿体基粒类囊体薄膜。（2）条件：光、色素、酶。）条件：光、色素、酶。（3）物质变化：）物质变化：H2O 2 H + O2 （希尔反应）（希尔反应）1 2ADP + Pi + 能量能量 ATP（4）能量变化：光能）能量变化：光能电能电能活跃的化学能活跃的化学能光能光能电能电能能吸收和传递光能的色素（有哪些？）叫能吸收和传递光能的色素（有哪些？）
9、叫做天线色素（右图中的做天线色素（右图中的 B） 。在光的照射下，天。在光的照射下，天线色素将吸收的光能传递给一个能够产生光化线色素将吸收的光能传递给一个能够产生光化学反应的学反应的“反应中心反应中心”区域，区域中的反应中区域，区域中的反应中心色素分子（右图中的心色素分子（右图中的 A）是一种处于特殊状态）是一种处于特殊状态的叶绿素的叶绿素 a 分子，它能够吸收光能，并被激发分子，它能够吸收光能，并被激发光光 酶酶酶酶【光合作用理论基础光合作用理论基础】 4 / 17而失去电子。脱离叶绿素而失去电子。脱离叶绿素 a 的电子，经过一系列的传递，最后传递给一种带正电荷的有的电子，经过一系列的传递，
10、最后传递给一种带正电荷的有机物机物NADP（辅酶（辅酶） 。失去电子的叶绿素。失去电子的叶绿素 a 变成一种强氧化剂，能够从水分子中变成一种强氧化剂，能够从水分子中夺取电子，使水分子氧化生成夺取电子，使水分子氧化生成 O2和和 H，叶绿素，叶绿素 a 由于获得电子而恢复原状。这样，在由于获得电子而恢复原状。这样，在光的照射下，反应中心的叶绿素光的照射下，反应中心的叶绿素 a 连续不断地丢失电子和获得电子，从而形成电子流，连续不断地丢失电子和获得电子，从而形成电子流，使光能转换为电能。使光能转换为电能。 （图中的（图中的 C 和和 D 代表传递电子的物质）代表传递电子的物质）电能电能活跃的化学能
11、活跃的化学能随着光能转换成电能，随着光能转换成电能，NADP得到得到 2 个电子和个电子和 1 个个 H，就形成了，就形成了 NADPH（还原型（还原型辅酶辅酶） ，即：，即：NADP + 2e + H NADPH这样，一部分电能就转化成活跃的化学能储存在这样，一部分电能就转化成活跃的化学能储存在 NADPH 中。与此同时，叶绿体利中。与此同时，叶绿体利用光能转换成的另一部分电能，将用光能转换成的另一部分电能，将 ADP 和和 Pi 转化成转化成 ATP，这一部分电能则转换成活跃，这一部分电能则转换成活跃的化学能储存在的化学能储存在 ATP 中。中。酶酶【光合作用理论基础光合作用理论基础】 5
12、 / 17这一步骤形成的这一步骤形成的 NADPH 和和 ATP，由于富含活跃的化学能，很容易分解并释放出能，由于富含活跃的化学能，很容易分解并释放出能量，供暗反应阶段中合成有机物利用。量，供暗反应阶段中合成有机物利用。NADPH 还是很强的还原剂，可以将还是很强的还原剂，可以将 CO2最终还原最终还原成糖类等有机物，自身则氧化成成糖类等有机物，自身则氧化成 NADP，继续接受脱离开叶绿素，继续接受脱离开叶绿素 a 的电子。的电子。2暗反应暗反应（1）场所：叶绿体基质）场所：叶绿体基质（2）条件：）条件：CO2、酶、酶、ATP、NADPH。（3）物质变化（卡尔文循环）：）物质变化（卡尔文循环）
13、：CO2的固定：的固定： CO2 + C5 2C3C3的还原和的还原和 C5的再生：的再生： 2C3 （CH2O）+ C5（4）能量变化：活跃的化学能）能量变化：活跃的化学能稳定的化学能稳定的化学能（二）（二）C4植物的光合作用植物的光合作用1C4植物的发现植物的发现对于小麦、水稻等大多数绿色植物来说，在暗反应阶段中，一个对于小麦、水稻等大多数绿色植物来说，在暗反应阶段中，一个 CO2被一个被一个 C5固定固定后，形成的是两个后，形成的是两个 C3，但是，科学家在研究玉米、甘蔗等原产在热带地区绿色植物的光，但是，科学家在研究玉米、甘蔗等原产在热带地区绿色植物的光酶酶ATP、NADPH 酶酶【光
14、合作用理论基础光合作用理论基础】 6 / 17合作用时发现，当向这些绿色植物提供合作用时发现，当向这些绿色植物提供14CO2时，光合作用开始后的时，光合作用开始后的 1s 内，竟有内，竟有 90%以以上的上的14C 出现在含有出现在含有 4 个碳原子的有机酸（个碳原子的有机酸（C4）中。随着光合作用的进行，）中。随着光合作用的进行，C4中的中的14C 逐逐渐减少，而渐减少，而 C3中的中的14C 逐渐增多。这说明在这类绿色植物的光合作用中，逐渐增多。这说明在这类绿色植物的光合作用中，CO2中的中的 C 首首先转移到先转移到 C4中，然后才转移到中，然后才转移到 C3中。科学家将这类植物叫做中。
15、科学家将这类植物叫做 C4植物，将仅含有植物，将仅含有 C3的植的植物叫做物叫做 C3植物。植物。2C4植物的叶片结构植物的叶片结构绿色植物的叶片中有由导管和筛管等构成的维管束，围绕着维管束的一圈薄壁细胞绿色植物的叶片中有由导管和筛管等构成的维管束，围绕着维管束的一圈薄壁细胞叫做维管束鞘细胞。叫做维管束鞘细胞。C3植物叶片：维管束鞘细胞不含叶绿体，叶肉细胞排列疏松、含有叶绿体。植物叶片：维管束鞘细胞不含叶绿体，叶肉细胞排列疏松、含有叶绿体。C4植物叶片：围绕维管束的是呈植物叶片：围绕维管束的是呈“花环型花环型”的两圈细胞：的两圈细胞：内圈内圈维管束鞘细胞：含无基粒的叶绿体维管束鞘细胞：含无基粒的叶绿体外圈外圈部分叶肉细胞：含正常叶绿体部分叶肉细胞：含正常叶绿体C3植物叶片结构植物叶片结构 C4植物叶片结构植物叶片结构3C4途径途径C3植物：植物：C3途径（叶肉细胞）途径（叶肉细胞）C4植物：植物：C3途径（维管束鞘细胞）和途径（维管束鞘细胞）和 C4途径（叶肉细胞）途径（叶肉细胞） 。在在 C4植物叶肉细胞的叶绿体中，在植物叶肉细胞的叶绿体中，在 PEP 羧化酶的催化作用下，一个羧化酶的催化作用下，一个 CO2被一个磷酸被一个磷酸烯醇式丙酮酸（烯醇式丙酮酸（PEP）所固定，形成一个）
