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1、植物光合作的基础知识 及应用,教学内容 光合作用的概念及意义 叶绿体和色素 光合作用过程 有机物的运输和分配 影响光合作用的因子,CO+ HO 光 绿色植物 (CHO)O (1),绿色植物 利用光能把CO和水合成有机物，同时释放氧气的过程。,1 光合作用的概念和意义,一 、光合作用的概念,二、光合作用的意义,1.把无机物变为有机物约合成5千亿吨/年 有机物 “绿色工厂”吸收2千亿吨/年 碳素 (6400t/s) 2.把太阳能转变为可贮存的化学能 将3.21021J/y的日光能转化为化学能 3. 维持大气中O2和CO2的相对平衡 释放出5.35千亿吨氧气/年 “环保天使”,一、叶绿体 叶绿体是光
2、合作用最重要的细胞器。它分布在叶肉细胞的细胞质中。,2 叶绿体和光合色素,主要光合色素的结构式,叶绿素,类胡萝卜素,二、光合色素,在光合作用的反应中吸收光能的色素称为光合色素,叶绿素结构,1.叶绿素,使植物呈现绿色的色素。,主要有叶绿素a（呈蓝绿色）和叶绿素b（呈黄绿色）,3,(紫罗兰酮环),环己烯,橙黄色,黄色,主要有胡萝卜素（ 呈橙黄色）和叶黄素（黄色）,2.类胡萝卜素,类胡萝卜素总是和叶绿素一起存在于高等植物的叶绿体中，此外也存在于果实、花冠、花粉、柱头等器官的有色体中。 叶绿素、类胡萝卜素都不溶于水,而溶于有机溶剂。,深秋树叶变黄是叶中叶绿素降解的缘故,一般来说，叶片中叶绿素与类胡萝卜
3、素的比值约为31，所以正常的叶子总呈现绿色。秋天或在不良的环境中，叶片中的叶绿素较易降解，数量减少，而类胡萝卜素比较稳定，所以叶片呈现黄色。,三、光合色素的吸收光谱,分光仪,光源,叶绿体色素,三角棱镜,物质波谱及太阳光的光谱,640660nm的红光 430450nm的蓝紫光,对橙光、黄光吸收较少，尤以对绿光的吸收最少。,叶绿素吸收光谱,有两个强吸收峰区,类胡萝卜素的吸收光谱,类胡萝卜素吸收带在400500nm的蓝紫光区基本不吸收黄光，从而呈现黄色。,思考：从吸收光谱分析为什么阴生植物在阴暗的角落也能进行光合作用？,学生自我检查,1高等植物光合素可分为四类，即 、 、 、 。 2. 叶绿素吸收光
4、谱的最强吸收区有两个：一个在 ，另一个在 ；类胡萝卜素吸收光谱的最强吸收区在 。 3. 一般来说，正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素分子比例为 ，叶黄素和胡萝卜素分子比例为 。,1、合成过程,需光：哪一步,三、影响叶绿素合成的环境因子,思考 为什么光照不足叶色发黄？ 为什么要对植物进行施肥？ 为什么秋天叶色会发黄 ？,2.影响因子,（1）光 光是影响叶绿素形成的主要条件。 从原叶绿素酸酯转变为叶绿酸酯需要光，而光过强，叶绿素又会受光氧化而破坏。 黑暗中生长的幼苗呈黄白色，遮光或埋在土中的茎叶也呈黄白色。这种因缺乏某些条件而影响叶绿素形成，使叶子发黄的现象，称为黄化现象。 韭黄、白芦笋、豆芽菜、葱白、
5、蒜白、等都是黄化通过遮光生产出来的。 一些生长在阴暗处的园林苗木也会出现叶色褪绿黄化现象。,叶绿素形成的最低温度约2，最适温度约30,最高温度约40 。,棕榈科植物在上海冬季冻害严重,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,(2) 温度,缺N,CK,缺N,(3) 营养元素 氮和镁是叶绿素的组成成分，铁、锰、铜、锌等则在叶绿素的生物合成过程中有催化功能或其它间接作用。 缺少这些元素时引起缺绿症，其中以氮的影响最大，因而叶色的深浅可作为衡量植株体内氮素水
6、平高低的标志。,葡萄缺氮,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,苹果缺镁,3光合作用的过程,概述-光合过程几点认识A）光合作用过程相当复杂，光合作用靠光发动，但并非全过程都需要光。根据需光与否，可将光合作用过程分为光反应和暗反应。,B）从物质代谢角度看，光合作用过程是植物利用光能将无机物（CO2和水），通过一系列复杂的化学变化，合成碳水化合物等有机物的过程。,C）从能量代谢角度看，光合作用过程是植物将光能转变为化学能的过程。,一 、光反应,引起水的裂释放氧气 形成两个化合物：ATP和NADPH，叶绿体便可在暗反应中同化二氧化碳，形成碳水化合物等有机物。故又将
7、ATP和NADPH称为“同化力”。,水的光解H2O是光合作用中O2来源，也是光合电子的最终供体。水光解的反应：2H2OO24H+4e-问题：光合作用过程中释放的氧气来自于哪个反应物？,光反应小结,光反应为暗反应作好了能量上的准备,植物利用光反应中形成的同化力将CO2转化成稳定的碳水化合物的过程，称为CO2同化或碳同化,二 、暗反应碳 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 CAM(景天科酸代谢)途径。,1、 C途径,C途径是光合碳代谢中最基本的循环，是所有放氧光合生物所共有的同化CO2的途径。 整个循环如图所示，第一步反应形
8、成一个3碳化合物。全过程分为羧化、还原、再生3个阶段。,2、C4 途 径,C4 途径的发现 自20世纪50年代卡尔文等人阐明C3途径以来，曾认为不管是藻类还是高等植物，其CO2固定与还原都是按C3途径进行的。 1965年，美国夏威夷甘蔗栽培研究所的科思谢克等人报道，甘蔗叶的CO2固定途径与C3途径不同，且甘蔗等有很高的光合速率，引起人们广泛的注意。以后逐渐提出了C4途径。至今已知道，被子植物中有20多个科约近2000种植物按C4途径固定CO2，这些植物被称为C4植物。,高梁,甘蔗,C4植物,香根草,玉米,C4植物叶的结构以及 C4 植物光合碳代谢的基本反应,全过程分为羧化反应 还原 脱羧反应
9、底物再生,C途径的意义,在高温、强光、干旱和低CO2条件下，C植物显示出高的光合效率。 但是C4植物同化CO2消耗的能量比C植物多，也可以说这个“CO2泵”是要由能量来开动的，故在光强及温度较低的情况下，其光合效率还低于C植物。可见C4途径是植物光合碳同化对热带环境的一种适应方式。,C3、C4植物的区别,C4植物多集中在单子叶植物的禾本科中，约占C4植物总数的75%，其次为莎草科。 它们生长得快，具有很强的竞争优势。例如稗草、香附子、狗牙根、狗尾草、马唐、蟋蟀草等都是C4植物。 双子叶植物中C4植物多分布于藜科、大戟科、苋科和菊科等十几个科中。,C植物生长的适宜温度较低，C4植物生长的适宜温度
10、较高，在热带和亚热带地区C4植物相对较多，而在温带和寒带地区C植物相对较多。 在北方早春开始生长的植物几乎全是C植物，直至夏初才出现C4的植物。,C3、C4植物的区别,C植物栅栏组织和海绵组织分化明显，叶片背腹面颜色不一致，而C4植物分化不明显，叶背腹面颜色较一致，多为深绿色。 C植物BSC不含叶绿体，外观上叶脉是淡色的，而C4植物BSC有叶绿体，叶脉就显现绿色，具有花环结构。 C植物叶片上小叶脉间的距离较大，而C4植物小叶脉间的距离较小。,C3、C4植物的区别,讨论与分析 考虑到C4植物光合效率高，在园林植物的引种中，我们是否可以从南方引种大量的C4植物，提高绿化效率？,3、景天科酸代谢途径
11、CAM途径,CAM最早是在景天科植物中发现的，目前已知在近30个科，1万多个种的植物中有CAM途径，主要分布在景天科、仙人掌科、兰科、凤梨科、大戟科、番杏科、百合科、石蒜科等植物中。其中凤梨科植物达1千种以上，兰科植物达数千种，此外还有一些裸子植物和蕨类植物。 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，往往具有角质层厚、气孔下陷，叶面上有蜡质层等旱生特征。 内有叶绿体和液泡，然而肉质植物不一定都是CAM植物。,景天科酸代谢途径,OOA,景天科酸代谢途径 景天科等植物夜间固定CO2产生有机酸，白天有机酸脱羧释放CO2，用于光合作用。,剑麻,芦荟,落地生根,龙舌
12、兰,绯牡丹,昙花,CAM植物,CAM植物-瓦松属,瓦松属1,多肉质植物,鸡冠掌,红司,锦晃星,静夜,CAM植物与C4植物区别C4植物是在同一时间(白天)和不同的空间(叶肉细胞和维管束鞘细胞)完成CO2固定(C4途径)和还原(C3途径)两个过程； 而CAM植物则是在不同时间(黑夜和白天)和同一空间(叶肉细胞)完成上述两个过程的。,一、光合产物： 1、糖合 成,糖,戊糖磷酸途径,糖酵解,三羧酸循环,中间产物,蛋白质,脂肪,其他,卡尔文循环,4 植物体内有机物的运输,2 蛋白质和脂肪 3 由糖类等可衍生得到许多次级产物,光合作用各种产物在数量上的比例，与植物的种类、植株和叶片的年龄、光照的质和量以及
13、氮素营养状况都有密切的关系。 幼嫩的叶片产生的蛋白质较多，长成后的叶片往往只形成碳水化合物； 光照增加，产生碳水化合物就多一些，光照减弱，所形成的蛋白质就多一些； 在红光下，植物合成碳水化合物较多，在蓝光下，则合成蛋白质较多； 氮素营养增加，产生的蛋白质较多，氮素营养降低，形成碳水化合较多。,二、运输和分配 1 运输途径纵向运输途径为韧皮部，主要运输组织是筛管和韧皮薄壁细胞。也可横向运输。问题： 1、为什么说树怕剥皮，不怕空心？2、在枝条进行扦插前，我们为什么要对其进行环剥,2 代谢源与代谢库的概念及其关系代谢源：指制造并输送有机物质到其他器官的组织、器官。如成熟的叶片（功能叶）。代谢库：指植
14、物接纳有机物质用于生长、消耗或贮藏的组织、器官。如发育中的种子、果实等。源与库的相互关系：源是制造同化物的器官，库是接纳同化物的部位，源与库共存于同一植物体，相互依赖、相互制约。,3、分配规律 1）优先供应生长中心 2） 就近运输 3）同侧运输 问题： 为什么要对植物进行合理修剪？ 扦插、移栽时植株或枝条上保留的叶片为什么要保持左右对称？ 案例分析：有两株花灌木，一株我们希望它每年开花数量均匀，还有一株我们在不久之后要参加花展，如何根据有机物运输和分配的规律对这两株植物进行适当的修剪？,4 影响光合作用的因素,一、光合速率及表示单位 光合速率通常是指单位时间单位叶面积的CO2吸收量或O2的释放
15、量，也可用单位时间单位叶面积上的干物质积累量来表示。,CO+ HO 光 叶绿体 (CHO) O,通常测定光合速率时没有把呼吸作用(光、暗呼吸)以及呼吸释放的CO2被光合作用再固定等因素考虑在内，因而所测结果实际上是表观光合速率或净光合速率，如把表观光合速率加上光、暗呼吸速率，便得到总光合速率或实际光合速率。,实际光合速率=表观光合速率+呼吸速率,（一)光照 光是光合作用的动力，也是形成叶绿素、叶绿体以及正常叶片的必要条件，光还显著地调节光合酶的活性与气孔的开度，因此光直接制约着光合速率的高低。 光照因素中有光强、光质与光照时间，这些对光合作用都有深刻的影响。,二、影响光合作用的外部因素,光强,
16、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，表观光合速率为零，这时的光强称为光补偿点。,图 光强-光合曲线图解,光合速率随光强的增强而呈比例地增加；当超过一定光强，光合速率增加就会转慢；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。,图 不同植物的光强光合曲线,光补偿点高的植物一般光饱和点也高， 阳生植物的光补偿点与光饱和点要高于阴生植物；,从光强光合曲线分析： 阴生植物、阳生植物的园林配置？,春季落叶林下喜光的草本植物竞相生长、开花，充分利用上层乔木树叶尚未长出来的空隙。,常绿林下透光率小，植物一般比较耐荫，除有草本、灌木，还有上层乔木的更新苗。,案例分析： 爬山虎是一种落叶的藤本植物，适合于墙面垂直绿化。近年来引进了美国爬山虎（又称五叶地锦）用于高架下面立柱上的的垂直绿化。该种藤本植物四季常绿，但“爬山”的效果不及爬山虎。 1. 可否在高架下用爬山虎? 2. 可否在大楼的立面上采用美国爬山虎？ 3. 如果美国爬山虎可以在大楼墙面上存活，这样的做法是否合适？,
