廣東生物競賽光合作用

影響呼吸作用的因素

一、呼吸速率和呼吸商

呼吸作用的指標有兩個，即呼吸速率和呼吸商。

1．呼吸速率:在一定時間內(nèi)所放出的二氧化碳的體積，或所吸收的氧的體積來表示。

2．呼吸商又稱呼吸系數(shù):植物組織在一定時間內(nèi)，放出二氧化碳的mol數(shù)與吸收氧氣的mol數(shù)的比率。13.呼吸商的特點：（1）呼吸底物性質(zhì)與呼吸商有密切關系A、當呼吸底物是糖類（如葡萄糖）而又完全氧化時，呼吸商是1。B、如果呼吸底物是一些富于氫的物質(zhì)，如脂肪或蛋白質(zhì)，則呼吸商小于1。C、如果呼吸底物只是一些比糖類含氧較多的物質(zhì)，如已局部氧化的有機酸。則呼吸商大于1。（2）氧氣供應狀態(tài)時呼吸商影響也很大。2影響呼吸速率的外部因素（一）溫度

1.溫度之所以能影響呼吸速率主要是影響呼吸酶的活性。2.超過最適點，呼吸速率則會隨著溫度的增高而下降

3.呼吸作用的最適溫度總是比光合作用的最適溫度高4.應用：實踐上貯藏果實和蔬菜時應該使溫度降低，以減少呼吸消耗，但是溫度又不能低到破壞植物組織的程度，否則，細胞受損害，對病原微生物的抵抗力大減，也易腐爛損壞。3（二）氧氣

1.氧氣影響呼吸速率和呼吸性質(zhì)；2.為什么植物不能長時間忍受無氧呼吸？（1）無氧呼吸產(chǎn)生酒精。酒精使細胞質(zhì)的蛋白質(zhì)變性；（2）能量消耗過多。因為無氧呼吸利用每mol葡萄糖產(chǎn)生的能量很少，相當于有氧呼吸的百分之幾，植物要維持正常生理需要，就要消耗更多的有機物，這樣，植物體內(nèi)養(yǎng)料耗損過多；（3）沒有丙酮酸氧化過程，需要中間產(chǎn)物形成的物質(zhì)就無法繼續(xù)合成。4（三）二氧化碳

1.濃度高抑制呼吸。2.高濃度二氧化碳抑制呼吸這個原理可利用于貯藏果蔬。（四）機械損傷

機械損傷會顯著加快組織的呼吸速率（1）是原來氧化酶與其底物在結構上是隔開的，機械損傷使原來的間隔破壞，酚類化合物就迅速地被氧化；（2）是機械損傷使某些細胞轉變?yōu)榉稚M織狀態(tài)，以形成愈傷組織去修補傷處，這些生長旺盛的生長細胞的呼吸速率比原來休眠或成熟組織的呼吸速率快得多。5綠色植物吸收太陽光能,同化CO2和H2O,制造有機物并釋放O2的過程。

光

CO2+H2O*（CH2O)+O2*

葉綠體一、光合作用概念6（一）是自然界巨大的物質(zhì)轉換站（二）是自然界巨大的能量轉換站（三）凈化環(huán)境，維持大氣O2、CO2

平衡全球范圍CO2的升高，會產(chǎn)生溫室效應（四）在生物進化上的意義*

好氧生物的出現(xiàn)

*生物由海洋進入陸地二、光合作用意義7三、葉綠體（一）、葉綠體的發(fā)育前質(zhì)體質(zhì)體白色體葉綠體黃化質(zhì)體有色體葉綠體有色體8切開的葉綠體葉綠體膜基?；|(zhì)基粒類囊體基質(zhì)類囊體（二）、葉綠體結構910四光合色素及其性質(zhì)葉綠素類胡蘿卜素藻膽素——高等植物藻類chla、chlb、chlc、chld胡蘿卜素、葉黃素藻紅素、藻藍素11

chlb此處以-CHO代替-CH3

CH2CHH

CH3CH3C

Ⅰ

Ⅱ

CH2-CH3

NNH-C

Mg

C-H

NNH3C

ⅢⅣ

CH3

HC

H

Ⅴ

CH2HCC=OCH2

C-O-CH3

C=OOO

C2OH39

葉綠素a的結構式1.葉綠素12葉綠素的提取研磨法提取光合色素13卟啉環(huán)中的鎂可被H+所置換。當為H＋所置換后，即形成褐色的去鎂葉綠素。去鎂葉綠素中的H＋再被Cu2+取代，就形成銅代葉綠素，顏色比原來的葉綠素更鮮艷穩(wěn)定。根據(jù)這一原理可用醋酸銅處理來保存綠色標本。銅代葉綠素反應向葉綠素溶液中放入兩滴5％鹽酸搖勻，溶液顏色的變?yōu)楹稚?，形成去鎂葉綠素。當溶液變褐色后，投入醋酸銅粉末，微微加熱，形成銅代葉綠素142.類胡蘿卜素3橙黃色黃色類胡蘿卜素都不溶于水,而溶于有機溶劑。15

葉綠素功能（1）絕大部分chla和全部chlb、c、d具有收集并傳遞光能的作用（2）少數(shù)特殊chla具有將光能轉為電能作用

類胡蘿卜素功能（1）輔助吸收光能（2）保護葉綠素免受光氧化破壞

藻膽素功能

輔助吸收光能16吸收光譜----葉綠體色素吸收部分光質(zhì)后，在光譜上出現(xiàn)的暗帶。

*地面上太陽光：300nm~2600nm

*可見光：390nm~770nm（紅橙黃綠青藍紫）*用于光合作用光：400nm~700nm光合色素的光學性質(zhì)17（1）葉綠素吸收光譜

最大吸收區(qū)：紅光區(qū)640~660nm（特有）

藍紫光區(qū)430~450nm

150

chlb

消100660光

chla

系50643

數(shù)mmol-1.cm-1

50

O400500600700(λ/nm)

葉綠素a和b的顏色？18

150

chlb

消100660光

chla

系50643

數(shù)mmol-1.cm-1

50

O400500600700(λ/nm)

Chla和Chlb在乙醇溶液中的吸收光譜陰生植物與陽生植物相比chla含量高還是chlb含量高？19（2）類胡蘿卜素吸收光譜

最大吸收區(qū)域：藍紫光區(qū)（3）藻膽素吸收光譜

藻藍素吸收峰：橙紅區(qū)藻紅素吸收峰：綠光區(qū)、黃光區(qū)20

E2

第二單線態(tài)（250KJ)

放

熱

第一單線態(tài)(179KJ)

能

藍放量光紅熱

吸光

三線態(tài)收吸

（125KJ）E1

收

熱

熱

熒磷

光光

EO

基態(tài)葉綠素的熒光和磷光現(xiàn)象21熒光——第一單線態(tài)回到基態(tài)時發(fā)出的光，壽命短，10-8~10-9

S，強度大。磷光——三線態(tài)回到基態(tài)時發(fā)出的光，壽命較長，10-2~10-3S，強度小，為熒光的1%。22光+CO2O2+CH2O低滲光+Fe3+O2Hill反應離心光合膜基質(zhì)完整葉綠體破損葉綠體光+Fe3+O2CO2CH2O證實葉綠體中CO2同化和光合放氧反應部位的實驗23

原初反應:光反應電子傳遞

（基粒片層）光合磷酸化

C3途經(jīng)暗反應

C4途經(jīng)碳同化

（葉綠體基質(zhì)）

CAM途徑四、光合作用的步驟光能（光子）→電能（高能電子）光能的吸收、傳遞和轉換電能（高能電子）→活躍化學能（ATP、NADPH）活躍化學能→穩(wěn)定化學能（碳水化合物等）24光合單位聚光色素作用中心作用中心色素原初電子受體(A)原初電子供體(D)只能吸收和傳遞光能的色素分子（包括大部分chla、全部chlb、胡蘿卜素和葉黃素、藻紅素和藻藍素）。引起光化學反應的少數(shù)特殊狀態(tài)的ChlaP680

P7002526包括光能的吸收、傳遞和轉換。27

原初反應:光反應電子傳遞

（基粒片層）光合磷酸化

C3途經(jīng)暗反應

C4途經(jīng)碳同化

（葉綠體基質(zhì)）

CAM途徑四、光合作用的步驟光能（光子）→電能（高能電子）光能的吸收、傳遞和轉換電能（高能電子）→活躍化學能（ATP、NADPH）活躍化學能→穩(wěn)定化學能（碳水化合物等）28中心色素1、原初反應29紅降——在大于68０nm的單一紅光（遠紅光區(qū)）下，光合作用的量子效率下降的現(xiàn)象。雙光增益效應——在波長大于68０nm（７００）的遠紅光條件下，再補加波長小于６８０nm的紅光，這兩種波長的光協(xié)同作用大大增加光合效率的現(xiàn)象。光合作用兩個光系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)2、電子傳遞3031PSIPSⅡTyr酪氨酸殘基去鎂葉綠素質(zhì)體醌PC（質(zhì)體藍素）PCAo（特化的葉綠素a分子）鐵氧還蛋白32需光能來推動（P680---P680*，P700---P700*）每傳遞4個電子分解2分子H2O，需吸收8個光量子，釋放1個O2，還原2個NADP+，同時運轉8個H+進入類囊體腔，其中4個來自水的光解，另外4個由“PQ穿梭”完成。P216電子傳遞鏈的特點33示循環(huán)及非循環(huán)電子傳遞圖34定義：葉綠體在光下將ADP和Pi轉化為ATP過程類型：非環(huán)式光合磷酸化：在基粒片層進行2ADP+2Pi+2NADP++2H2O2ATP+2NADPH+2H++O2循環(huán)式光合磷酸化：在基質(zhì)片層進行，補充ATP不足

ADP+PiATP3、光合磷酸化光光35ATP合酶36（一）C3途徑CO2受體是一種戊糖（核酮糖二磷酸RUBP）CO2被固定形成的最終產(chǎn)物是三碳化合物，故稱C3途徑卡爾文等在50年代提出的，故稱卡爾文循環(huán)（Calvin循環(huán)）C3途徑分三個階段：羧化（固定）、還原、再生4、光合作用的碳同化37

1羧化階段CH2OPC=O

Rubisco

CH2O

P

COOHHCOH+CO2+H2OHCOH+HCOHHCOHCOOHCH2OPCH2OP

RuBP2分子PGA

C3途徑3-磷酸甘油酸核酮糖二磷酸382還原階段

O

COOHMg2+C-OPHCOH+ATPHCOH+ADPCH2OPCH2OP

PGADPGA

OC-OPCHOHCOH+NADPH+H+HCOH+NADP++Pi

CH2OPCH2OP

DPGAPGAld

1、3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛39由PGAld（GAP）經(jīng)一系列轉變重新合成RUBP的過程3、再生階段40CO2最初受體是RuBP，固定CO2最初產(chǎn)物PGA，最初形成糖是PGAld總反應式：3CO2+3H2O+3RuBP+9ATP+6NADPH→PGAld+6NADP++9ADP+9Pi總結41玉米水稻維管束鞘葉綠體C4植物與C3植物葉片解剖結構的差異葉肉細胞厚壁細胞（二）C4途徑421羧化：葉肉細胞中，PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）羧化酶作用，固定CO2為草酰乙酸OAA，后形成四碳二羧酸（Mal或Asp)，（蘋果酸或天冬氨酸）反應歷程：四個階段43

2轉移：C4酸通過胞間連絲轉運到維管束鞘細胞內(nèi).

3脫羧與還原：鞘細胞中，C4酸脫羧放出CO2形成C3酸，CO2進入C3途徑還原為光合產(chǎn)物。4再生：脫羧形成的C3酸(丙酮酸或丙氨酸)

轉運回葉肉細胞，再生成CO2的受體PEP。C4反應歷程4445玉米水稻維管束鞘葉綠體C4植物與C3植物葉片解剖結構的差異葉肉細胞厚壁細胞461、CO2最初受體是PEP2、最初產(chǎn)物四碳二羧酸OAA3、在兩種細胞器中完成：葉肉細胞、鞘細胞4、起“CO2”泵作用，不能將CO2轉變?yōu)樘荂4途徑特點47

1、CAM植物解剖學、生理學特點

（1）解剖學特點：景天、仙人掌，菠蘿，落地生根（2）生理學特點：

*氣孔夜間開放，吸收CO2，白天關閉

*綠色細胞有機酸含量夜間上升，白天下降

*細胞淀粉含量夜間下降，白天上升（三）CAM途徑（景天科酸代謝途徑）482CAM途徑化學歷程：夜晚

CH2

PEP羧化酶

COOHC=OP+CO2+H2OCH2

COOHC=OCOOH

PEP磷酸烯醇式丙酮酸OAA草酰乙酸COOHMal脫氫酶

COOHCH2+NAD(P)H+H+C=O+NAD(P)+HCOHHCOHCOOHCOOHOAAMal蘋果酸49

白天：

COOH依賴NAD

COOHCH2+NAD(P)+

蘋果酸酶

C=O+NAD(P)H+H++CO2HCOHCOOHCOOH

MalPyr

丙酮酸

PEPC3途徑50相同點：

都有羧化和脫羧兩個過程都只能暫時固定CO2，不能將CO2還原為糖

CO2最初受體是PEP，最初產(chǎn)物是OAA

催化最初羧化反應的酶是PEP羧化酶不同點：C4途徑羧化和脫羧在空間上分開羧化——葉肉細胞、脫羧——鞘細胞CAM途徑羧化和脫羧在時間上分開

羧化——夜晚、脫羧——白天3CAM途徑與C4途徑比較5152535455光呼吸一、概念

*光呼吸—植物綠色細胞依賴光照，吸收O2釋放CO2的過程。*高光呼吸植物—具有明顯的光呼吸。如小麥、大豆、煙草等C3植物。*低光呼吸植物—光呼吸很微弱，幾乎檢測不出來。如高粱、玉米、甘蔗、狗尾草、馬齒莧、羊草等C4植物。56二、光呼吸的生化歷程

Rubisco

2

3-磷酸甘油酸RUBP

3-磷酸甘油酸+2-磷酸乙醇酸

H2O

乙醇酸磷酸O2CO2關鍵酶：1，5-二磷酸核酮糖羧化酶（雙功能）光合作用光呼吸57

RuBP

O2

葉綠體PGA

磷酸乙醇酸

ADPH2OATPPi

甘油酸乙醇酸甘油酸過氧化物酶體乙醇酸

NAD+

O2NADHH2O2→H2O+1/2O2

羥基丙酮酸乙醛酸