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第四章 植物的光合作用
 

 

一 教学大纲基本要求

1了解光合作用的概念、意义、研究历史,光合作用的总方程式;

2了解叶绿体的结构、光合色素的种类;

3了解光合作用的过程以及能量吸收转变情况;

4了解光合碳同化的基本生化途径以及不同碳同化类型植物的特性;

5理解光呼吸的含义、基本生化途径和可能的生理意义;

6了解光合作用的测定方法以及影响光合作用的内外因素;

7理解光合作用与作物产量的关系;掌握提高光能利用率的途径和措施。

二 本章知识要点

(一)名词解释

1光合作用2碳素同化作用3希尔反应4光反应5暗反应6同化力7量子效率8光合单位9红降现象10爱默生增益效应11光合膜12类囊体13原初反应14荧光现象15激子传递16共振传递17反应(作用)中心18聚光色素19作用中心色素20光合链21水氧化钟22放氧复合体23聚光色素复合体24质醌穿梭25光合磷酸化26质子电动势27光能利用率(转化效率)28 CO2同化29光呼吸30 CO2猝发31光合速率32净光合速率33净同化率34光合有效辐射35光补偿点36光饱和点37光饱和现象38光抑制39 CO2补偿点40 CO2饱和点41光合“午睡现象”42叶面积系数43生物产量44经济产量45光合产量

(二)知识要点

植物碳素同化作用有细菌光合作用、绿色植物光合作用和细菌化能合成作用三种类型。绿色植物光合作用需要的条件(光、CO2、水等)最为普遍,因此其规模最大,在有机物合成、太阳能的蓄积和环境保护等方面起很大作用,是农业生产的基础,在理论和实践上都具有重大意义。本章主要讨论绿色植物的光合作用。

叶片是光合作用的主要器官。叶绿体是进行光合作用的特殊细胞器,其双层被膜(特别是内膜)可调节不同物质的进出,其类囊体膜(光合膜)是吸收光能并将之转化为活跃化学能的场所,碳素同化过程在其间质中进行。高等植物的叶绿体色素包括叶绿素(a和b)和类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素),它们分布在光合膜上。叶绿素的吸收光谱、荧光和磷光现象,说明它可吸收光能、被光激发。叶绿素的生物合成是以谷氨酸或α酮戊二酸为原料,在光照条件下还原而成,既受遗传性制约,又受到光照、温度、水分、矿质元素等的影响。

光合作用包括原初反应、电子传递和光合磷酸化、碳同化三个相互联系的步骤,原初反应包括光能的吸收、传递和光化学反应,通过它把光能转变为电能。电子传递和光合磷酸化则指电能转变为ATP和NADPH(合称同化力)这两种活跃的化学能。活跃的化学能转变为稳定化学能是通过碳同化过程完成的。碳同化有三条途径:C3途径、C4途径和CAM途径。根据碳同化途径的不同,把植物分为C3植物、C4植物和CAM植物。但C3途径是所有的植物所共有的、碳同化的主要形式,其固定CO2的酶是RuBPCase,既可在叶绿体内合成淀粉,也可通过叶绿体被膜上的运转器,以丙糖磷酸形式运出叶绿体,在细胞质中合成蔗糖。C4途径和CAM途径都不过是CO2固定方式不同,最后都要在植物体内再次把CO2释放出来,参与C3途径合成淀粉等。C4途径和CAM途径固定CO2的酶都是PEPCase,其对CO2的亲和力大于RuBPCase,C4途径起着CO2泵的作用;CAM途径的特点是夜间气孔开放,吸收并固定CO2形成苹果酸,昼间气孔关闭,利用夜间形成的苹果酸脱羧所释放的CO2,通过C3途径形成糖。这是在长期进化过程中形成的适应性。

光呼吸是绿色细胞吸收氧气放出CO2的过程,其底物是C3途径中间产物RuBP加氧形成的乙醇酸。整个乙醇酸途径是依次在叶绿体、过氧化物体和线粒体中进行的。C3植物光呼吸明显,C4植物光呼吸不明显。

植物光合速率因植物种类品种、生育期、光合产物积累等的不同而有异,也受光照、CO2、温度、水分、矿质元素、O2等环境条件的影响。这些环境因素对光合的影响不是孤立的,而是相互联系、共同作用的。在一定范围内,各种条件越适宜,光合速率就越快。

目前植物光能利用率还很低。作物现有的产量与理论值相差甚远,所以增产潜力很大。要提高光能利用率,就应减少漏光等造成的光能损失和提高光能转化率,主要通过适当增加光合面积、延长光合时间、提高光合效率、提高经济产量系数和减少光合产物的消耗。

三 重点、难点

(一)重点

1 叶绿体的基本结构和叶绿素的性质;

2 光合作用的机理;

3 影响光合作用的内外因素;

4 光能利用率与作物的生物产量的关系。

(二)难点

1 叶绿素的生物合成;

2 光合作用的机理;

3 C3、C4途径的调节。

(三)基本内容

第一节 光合作用的概念意义

一、光合作用的概念;

二、光合作用的意义;

三、光合作用的指标:光合强度(光合速率)、光合生产率。

第二节 叶绿体的结构和功能

一、叶绿体的结构及成分;

二、叶绿体色素:叶绿体色素的种类、结构和化学性质;叶绿体色素的光学性质;影响叶绿素合成的外界条件。

第三节 光合作用的机理

一、原初反应

二、电子传递和光合磷酸化:电子传递;光合磷酸化。

三、二氧化碳同化

1、光合碳循环:羧化阶段、二氧化碳还原阶段、受体更新阶段。

2、四碳途径。

3、景天酸代谢途径;

4、光合产物的形成

第四节 光呼吸

第五节 影响光合作用的因素

一、内部因素

二、外部因素:光照强度:光饱和点、光补偿点;二氧化碳浓度:二氧化碳饱和点、二氧化碳补偿点;温度;水分;矿质元素。

第六节 光合效率与作物产量的关系

一、植物对光能的利用效率;

二、提高光能利用率的途径;

三、三种类型植物的比较


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