《光合C與光呼吸》課件

光合作用與光呼吸植物利用光能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物并釋放氧氣的過(guò)程。光呼吸是植物在光照條件下發(fā)生的呼吸作用，消耗氧氣，釋放二氧化碳，會(huì)降低光合效率。概述11.光合作用與光呼吸概述光合作用是植物利用光能將二氧化碳和水合成有機(jī)物并釋放氧氣的過(guò)程，光呼吸是植物在光照條件下發(fā)生的耗能過(guò)程，消耗氧氣并釋放二氧化碳。22.重要性光合作用是地球上所有生物賴以生存的基礎(chǔ)，光呼吸則對(duì)植物在強(qiáng)光下保護(hù)其光合機(jī)構(gòu)起到重要作用。33.本次課程我們將深入探討光合作用和光呼吸的定義、過(guò)程、關(guān)系、影響因素、調(diào)控機(jī)制以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。光合作用的定義光能轉(zhuǎn)化光合作用是綠色植物利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并釋放氧氣的過(guò)程。葉綠素光合作用主要在葉綠體中進(jìn)行，葉綠素是光合作用的關(guān)鍵物質(zhì)。光合作用的過(guò)程1光能吸收葉綠素吸收光能2光反應(yīng)水的光解，產(chǎn)生ATP和NADPH3暗反應(yīng)碳固定，生成糖類光合作用可以分為兩個(gè)階段：光反應(yīng)和暗反應(yīng)。光反應(yīng)階段需要光能，在類囊體膜上進(jìn)行，利用光能將水裂解，產(chǎn)生ATP和NADPH。暗反應(yīng)階段不需要光能，在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行，利用光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH將二氧化碳固定，生成糖類，最終合成有機(jī)物。光合作用的場(chǎng)所光合作用發(fā)生在植物細(xì)胞中的葉綠體。葉綠體是植物細(xì)胞中重要的細(xì)胞器，它含有葉綠素和其他色素，能夠吸收光能并將其轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。葉綠體具有雙層膜結(jié)構(gòu)，內(nèi)部包含基質(zhì)和類囊體。類囊體是扁平的囊狀結(jié)構(gòu)，堆疊在一起形成基粒。光反應(yīng)發(fā)生在類囊體的膜上，而暗反應(yīng)發(fā)生在葉綠體的基質(zhì)中。光合作用的光反應(yīng)光能的吸收葉綠素等色素吸收光能，主要吸收紅光和藍(lán)紫光。水的光解光能被吸收后，水分子被分解成氧氣、氫離子和電子。電子傳遞電子沿著電子傳遞鏈傳遞，并釋放能量，用于合成ATP。NADPH的生成電子傳遞鏈中的能量也被用來(lái)還原NADP+，生成NADPH。光反應(yīng)的光能轉(zhuǎn)換光反應(yīng)利用光能將水分子裂解，釋放電子和氫離子。電子通過(guò)電子傳遞鏈，最終與NADP+結(jié)合，生成NADPH。同時(shí)，水分子裂解產(chǎn)生的氫離子被泵入類囊體腔，形成質(zhì)子梯度，驅(qū)動(dòng)ATP合成酶催化ADP和無(wú)機(jī)磷酸生成ATP。光反應(yīng)生產(chǎn)的ATP和NADPH光反應(yīng)階段通過(guò)光能驅(qū)動(dòng)電子傳遞鏈，產(chǎn)生高能的ATP和NADPH。2ATP三磷酸腺苷，是細(xì)胞內(nèi)普遍存在的能量載體。1NADPH還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，是重要的還原劑。ATP和NADPH作為暗反應(yīng)的能量來(lái)源和還原劑，為碳固定提供能量和還原力。光合作用的暗反應(yīng)1碳固定二氧化碳與RuBP結(jié)合，生成不穩(wěn)定的六碳化合物2還原利用光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH，將3-磷酸甘油酸還原成糖3再生RuBP的再生，為下一輪碳固定循環(huán)做準(zhǔn)備暗反應(yīng)不需要光照，但需要光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH提供能量和還原力。暗反應(yīng)主要發(fā)生在葉綠體的基質(zhì)中，是將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的過(guò)程。暗反應(yīng)包括碳固定、還原和再生三個(gè)階段。暗反應(yīng)的碳代謝過(guò)程1二氧化碳固定二氧化碳與RuBP結(jié)合，生成不穩(wěn)定的六碳化合物，迅速分解為兩個(gè)三碳化合物，即3-磷酸甘油酸(PGA)。2還原PGA在ATP和NADPH的參與下還原為3-磷酸甘油醛(GAP)。3再生部分GAP用于合成葡萄糖，部分GAP通過(guò)一系列反應(yīng)再生RuBP，使循環(huán)持續(xù)進(jìn)行。光合作用與光呼吸的關(guān)系相互關(guān)聯(lián)光合作用和光呼吸在植物體內(nèi)相互聯(lián)系，共同影響著植物的生長(zhǎng)和發(fā)育。協(xié)同作用光呼吸消耗了光合作用產(chǎn)生的部分產(chǎn)物，但同時(shí)也能為光合作用提供所需的還原力。相互制約光呼吸會(huì)降低光合作用的效率，而光合作用也會(huì)影響光呼吸的強(qiáng)度。動(dòng)態(tài)平衡植物體內(nèi)光合作用和光呼吸處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，共同調(diào)節(jié)著植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。光呼吸的定義Rubisco的作用Rubisco是一種重要的酶，在光合作用和光呼吸中起著至關(guān)重要的作用。氧氣的結(jié)合Rubisco除了結(jié)合二氧化碳，還會(huì)結(jié)合氧氣，導(dǎo)致光呼吸過(guò)程的發(fā)生。能量消耗光呼吸過(guò)程中，一部分有機(jī)物被消耗，導(dǎo)致能量損失，降低了光合作用的效率。光呼吸的生理意義減少光合作用的損耗光呼吸可以消耗光反應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)量的ATP和NADPH，防止光合作用體系受到傷害。光呼吸將光合作用的副產(chǎn)物——2-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)移到葉綠體中，減少了光合作用的損耗。保護(hù)光合作用體系光呼吸可以消耗光合作用產(chǎn)生的過(guò)量的ATP和NADPH，防止光合作用體系受到傷害。光呼吸將光合作用的副產(chǎn)物——2-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)移到葉綠體中，減少了光合作用的損耗。光呼吸的光反應(yīng)過(guò)程光呼吸的光反應(yīng)過(guò)程與光合作用的光反應(yīng)過(guò)程非常相似，都是由光能驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生ATP和NADPH。1光能吸收葉綠體中的葉綠素吸收光能。2電子傳遞鏈光能被傳遞到電子傳遞鏈。3ATP和NADPH生成電子傳遞鏈驅(qū)動(dòng)ATP和NADPH生成。光呼吸的光反應(yīng)過(guò)程在葉綠體中進(jìn)行，其主要目的不是生成ATP和NADPH，而是為暗反應(yīng)提供還原劑。光呼吸的暗反應(yīng)過(guò)程第一步：RuBP氧化RuBP與氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成1分子3-磷酸甘油酸（PGA）和1分子2-磷酸乙醇酸（2-PGA）。第二步：磷酸乙醇酸的轉(zhuǎn)化2-PGA轉(zhuǎn)化為乙醇酸，然后被轉(zhuǎn)運(yùn)到過(guò)氧化物酶體中。第三步：乙醇酸的氧化乙醇酸在過(guò)氧化物酶體中被氧化為乙醛酸，并釋放出過(guò)氧化氫。第四步：乙醛酸的轉(zhuǎn)化乙醛酸被轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體中，并轉(zhuǎn)化為甘氨酸。第五步：甘氨酸的氧化甘氨酸在線粒體中被氧化為絲氨酸，并釋放出二氧化碳和氨。第六步：絲氨酸的轉(zhuǎn)化絲氨酸被轉(zhuǎn)運(yùn)回葉綠體中，并轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油酸（PGA）。光合作用與光呼吸的差異11.目的光合作用是植物利用光能合成有機(jī)物，光呼吸是植物在光照下釋放二氧化碳的過(guò)程。22.過(guò)程光合作用包含光反應(yīng)和暗反應(yīng)，光呼吸則是一個(gè)復(fù)雜的循環(huán)過(guò)程。33.能量轉(zhuǎn)換光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，光呼吸消耗能量，降低光合效率。44.生理意義光合作用是植物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，光呼吸保護(hù)植物免受光抑制。影響光合作用的因素光照強(qiáng)度光照強(qiáng)度直接影響光合作用速率。光照越強(qiáng)，光合作用速率越高，但當(dāng)達(dá)到一定強(qiáng)度后，光合作用速率不再增加。二氧化碳濃度二氧化碳是光合作用的原料，濃度增加可以促進(jìn)光合作用，但當(dāng)達(dá)到一定濃度后，光合作用速率不再增加。溫度溫度影響光合作用的酶活性，溫度過(guò)低或過(guò)高都會(huì)抑制光合作用，最佳溫度范圍在25-30攝氏度之間。水分水分是光合作用的必需物質(zhì)，水分不足會(huì)降低光合作用速率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致植物枯萎死亡。溫度的影響最適溫度光合作用速率隨溫度升高而加快，但超過(guò)最適溫度，酶活性下降，速率降低。低溫影響低溫下，酶活性降低，光合作用速率減慢，甚至停止。高溫影響高溫下，酶失活，光合作用速率降低，甚至光合器官受到損傷。光照的影響光照強(qiáng)度光合作用需要光能，光照強(qiáng)度越高，光合作用速率越快，但超過(guò)一定強(qiáng)度，光合作用速率反而下降。光照時(shí)間光照時(shí)間越長(zhǎng)，光合作用積累的物質(zhì)越多，但超過(guò)一定時(shí)間，光合作用速率會(huì)下降，植物會(huì)發(fā)生光抑制現(xiàn)象。光質(zhì)不同光質(zhì)對(duì)光合作用的影響不同，紅光和藍(lán)光對(duì)光合作用的促進(jìn)作用最強(qiáng)，綠光對(duì)光合作用的促進(jìn)作用較弱。二氧化碳濃度的影響光合作用的關(guān)鍵二氧化碳是光合作用的底物，濃度越高，光合作用速率越快。飽和點(diǎn)當(dāng)二氧化碳濃度達(dá)到一定程度，光合速率不再增加。溫室效應(yīng)二氧化碳濃度升高，會(huì)造成溫室效應(yīng)，影響植物生長(zhǎng)。水分供給的影響水分是光合作用的重要原料水參與光反應(yīng)，為光合作用提供電子和氫離子，是合成有機(jī)物的必要成分。水分缺乏影響光合作用水分缺乏會(huì)導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，限制二氧化碳進(jìn)入葉片，影響光合作用效率。水分過(guò)量也會(huì)影響光合作用水分過(guò)量會(huì)導(dǎo)致根系缺氧，影響根系吸收水分和礦質(zhì)元素，從而影響光合作用。無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素的影響氮氮是葉綠素和蛋白質(zhì)的組成成分，對(duì)光合作用至關(guān)重要。磷磷是ATP和核酸的組成成分，參與能量代謝和遺傳信息的傳遞。鉀鉀是酶的活化劑，促進(jìn)光合產(chǎn)物的運(yùn)輸和光合作用的進(jìn)行。鎂鎂是葉綠素的中心原子，直接參與光合作用的光反應(yīng)過(guò)程。遺傳因素的影響基因型決定光合效率植物的基因型決定著其光合作用的潛力。不同基因型的植物具有不同的光合酶活性、葉綠體結(jié)構(gòu)和葉片形態(tài)，這些差異會(huì)影響光合作用的效率。遺傳改良提高光合效率通過(guò)遺傳育種和基因工程技術(shù)可以培育出光合效率更高的作物品種。例如，提高光合酶活性、增加葉綠體數(shù)量、改善葉片結(jié)構(gòu)等措施可以提高光合效率。光合作用與光呼吸的調(diào)控機(jī)制光合作用的調(diào)控光合作用受多種因素影響，如光照強(qiáng)度、CO2濃度、溫度等。植物會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)葉綠體中的酶活性、葉片結(jié)構(gòu)和光合色素含量來(lái)適應(yīng)環(huán)境變化，維持最佳光合效率。光呼吸的調(diào)控光呼吸是一個(gè)復(fù)雜的代謝過(guò)程，受多種因素影響，如氧氣濃度、二氧化碳濃度、溫度等。植物會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)酶活性、葉綠體中光合產(chǎn)物的分配來(lái)控制光呼吸速率，降低光呼吸對(duì)光合作用的負(fù)面影響。光合作用的調(diào)控1光照強(qiáng)度光照強(qiáng)度影響光合速率，光照過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱都會(huì)抑制光合作用。2二氧化碳濃度二氧化碳是光合作用的原料，濃度增加會(huì)促進(jìn)光合作用，但濃度過(guò)高也會(huì)抑制。3溫度溫度影響酶的活性，適宜溫度促進(jìn)光合作用，過(guò)高或過(guò)低都會(huì)抑制。4水分水分是光合作用的必需物質(zhì)，缺水會(huì)抑制光合作用。光呼吸的調(diào)控環(huán)境因素光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、溫度等環(huán)境因素會(huì)影響光呼吸的速率，從而影響植物的生長(zhǎng)和發(fā)育。遺傳因素不同植物品種的光呼吸酶活性不同，導(dǎo)致光呼吸速率差異，影響植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。生理調(diào)控植物體內(nèi)存在著復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制，通過(guò)酶活性調(diào)節(jié)、基因表達(dá)調(diào)控等途徑來(lái)控制光呼吸的速率。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用作物產(chǎn)量光合作用是作物生產(chǎn)有機(jī)物的基礎(chǔ)。提高光合效率，增加作物產(chǎn)量。改善品質(zhì)光呼吸會(huì)消耗光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物。減少光呼吸，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。提高作物光合效率的措施增強(qiáng)光照選擇光照充足的種植環(huán)境，合理密植，避免遮蔭。充足水分保證土壤水分，提高水分利用效率。增加CO2濃度使用溫室栽培技術(shù)，提高CO2濃度，促進(jìn)光合作用。合理施肥保證氮磷鉀等必需元素的供應(yīng)，促進(jìn)葉片生長(zhǎng)，提高光合效率?？偨Y(jié)1光合作用植物利用光能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，釋放氧氣。2光呼吸一種消耗能量的代謝過(guò)程，在一定程度上抑制光合作用。3關(guān)系光合作用和光呼吸相互影響，共同維持植物的生命活動(dòng)。4意義了解光合作用和光呼吸，有利于提高作物產(chǎn)量和改善環(huán)境。思考與討論光合作用和光呼吸是植物生命活動(dòng)中至關(guān)重要的兩個(gè)過(guò)程，它們之間存在著密切的聯(lián)系。在課堂上，我們學(xué)習(xí)了光合作用和光呼吸的原理、過(guò)程和影響因素，并了解了它們?cè)谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用?，F(xiàn)在，我們來(lái)思考幾個(gè)問(wèn)題：光合作用和光呼吸如何協(xié)同作用，共同維持植物的生長(zhǎng)發(fā)育？