光合作用

这是一篇关于光合作用的思维导图，主光合作用是绿色植物（包括藻类）吸收光能，将二氧化碳和水合成富能有机物，同时释放氧气的过程。

光合作用

• 光合作用的概念及意义
  • 概念
    • 植物利用太阳能将二氧化碳和谁合成糖类同时释放氧气的过程
  • 意义
    • 1 把无机物变为有机物
    • 2 把太阳能转变为可贮存的化学能
    • 3 维持大气中O2和CO2的相对平衡
• 叶绿体及光合色素
  • 叶绿体
    • 叶绿体的分离
      • 1 从叶片中直接分离（机械法）
      • 2 从原生质体分离（酶解法
    • 叶绿体的发育，形态及分布
      • 发育
        • 高等植物的叶绿体由前质体发育而来。当茎端分生组织形成叶原基时，前质体的双层膜中的内膜在若干处内折并伸入基质扩展增大，在光照下逐渐排列成片，并脱离内膜形成类囊体，同时合成叶绿素，使前质体发育成叶绿体
      • 形态
        • 高等植物的叶绿体大多呈扁平椭圆形，每个细胞中叶绿体的大小与数目依植物种类、组织类型以及发育阶段而异。一个叶肉细胞中约有20至数百个叶绿体，其长3~6μ m，厚2~3μm 。
      • 分布
        • 叶肉细胞中的叶绿体较多分布在与空气接触的质膜旁，在与非绿色细胞（如表皮细胞和维管束细胞）相邻处，通常见不到叶绿体。这样的分布有利于叶绿体同外界进
      • 运动
        • 随原生质环流运动
        • 随光照的方向和强度而运动。在弱光下，叶绿体以扁平的一面向光；在强光下，叶绿体的扁平面与光照方向平行。
    • 叶绿体的结构
      • 被膜
        • 由两层单位膜组成，两膜间距5~10nm。被膜上无叶绿素，＞主要功能是控制物质的进出，维持光合作用的微环境。
      • 基质
        • 基质中能进行多种多样复杂的生化反应含有还CO2( Rubisco 1,5﹣二磷酸核酮糖羧化酶／加氧酶）与合成淀粉的全部酶系﹣碳同化场所 含有氨基酸、蛋白质、 DNA 、RNA 、还原亚硝酸盐和硫酸盐的酶类以及参与这些反应的底物与产物﹣ N 代谢场所 脂类（糖脂、磷脂、硫脂）、四吡咯（叶绿素类、细胞色素类）和萜类（类胡萝卜素、叶醇）等物质及其合成和降解的酶类﹣脂、色素等代谢场所
        • 基质是淀粉和脂类等物的贮藏库
      • 类囊体
        • 基质类囊体又称基质片层伸展在基质中彼此不重叠
        • 基粒类囊体或称基粒片层，可自身或与基质类囊体重叠，组成基粒。
        • 类囊体膜上的蛋白复合体.蛋白复合体：由多种亚基、多种成分组成的复合体。主要有四类：即光系统I( PSI )、光系统 II ( PSII )、Cytb6/f复合体和 ATP 酶复合体（ ATPase )。
  • 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
      • 叶绿素是双羧酸的酯，一个羧基被甲醇所酯化，另一个羧基被叶绿醇所酯化。 叶绿素 a 与 b 的不同之处是叶绿素 a 比 b 多两个氢少一个氧。两者结构上的差别仅在于叶绿素 a 的第 II 吡咯环上一个甲基 被醛基 所取
    • 类胡萝卜素
      • 胡萝卜素 呈橙黄色，有 a 、 B 、 y 三种同分异构体，其中以 B ﹣胡萝卜素在植物体内含量最多。 B ﹣胡萝卜素在动物体内经水解转变为维生素 A 。 叶黄素 呈黄色，是由胡萝卜素衍生的醇类，也叫胡萝卜醇，通常叶片中叶黄素与胡萝卜素的含量之比约为2:1。
      • 一般来说，叶片中叶绿素与类胡萝卜素的比值约为3:1，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。
      • 类胡萝卜素总是和叶绿素一起存在
• 光合作用的过程和能量转换
  • 子主题
    • 光能的吸收从能量代谢用度看，光合作用过程是植物将光能转变为化学能的过程。与传递
    • 光合作用的实质是将光能转变成化学能。
  • 步骤
    • 原初反应
      • 概念
        • 为光合作用最初的反应，它包括对光能的吸收、传递以及将光能转换为电能的具体过程。
      • 光能的吸收与传递
        • 激发态的形成通常色素分子是处于能量的最低状态
        • 激发态的命运
        • 发射荧光与磷光
      • 传递与转化为电能
        • 1 作用中心色素：为少数叶绿素 a 分子，既能吸光，又能在吸光后被激发，释放一个高能电子，并发生光化学反应
        • 2 聚光色素：为大多数色素分子，只吸收光能，不引起光化反应，仅把吸收的光能传到作用中心色素，又叫做天线色素。
        • 两个光系统
          • 红降现象
            • 波长大于680 nm (685 nm ）的光照射时，小球藻的光合量子产额明显下降，被称为"红降"现象；
          • 双光增益效应
            • 用波长较短的橙红光（650-670 nm ）与长波红光同时照射，光合量子产额比分别用二种单色光照射的总和要高，这种效应称双光增益效应或叫爱默生效应。
        • 光合电子传递体的组成与功能
          • PSII复合体 PSII 的生理功能是吸收光能，进行光化学反应，产生强的氧化剂，使水裂解释放氧气，并把水中的电子传至质体醌。PSII 复合体的组成与反应中心中的电子传递 PSII 是含有多亚基的蛋白复合体。它由聚光色素复合体 II 、中心天线、反应中心、放氧复合体、细胞色素和多种辅助因子组成。
    • 电子传递和光合磷酸化
      • • 光系统
          • PSI ：作用中心色素为P700,P700被激发后，把电子供给 Fd
          • PSII ：作用中心色素为P680,P680被激发后，把电子供给 pheo （去镁叶绿素），并水裂解放氧相连。
        • 电子传递和质子传递
          • 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.锰、氯和钙是放氧反应中必不可少的
      • 光合磷酸化
        • 概念
          • 叶绿体在光下把无机磷酸和 ADP 转化为 ATP，形成高能磷酸键的过程
        • 方式
          • 1 非循环式光合磷酸化：PSII所产生的电子经过一系列的传递，在细胞色素复合体上引起 ATP 的形成，继而将电子传至 PSI ，提高能位，最后用去还原 NADP +。这样，电子经 PS II 传出后不再返回。
          • 2 循环式光合磷酸化：从 PSI 产生的电子，经过 Fd 和细胞色素b563等后，引起了 ATP 的形成，降低能位，又经 PC 回到原来的起点P700，形成闭合回路。
    • 碳同化
      • 概念
        • 植物利用光反应中形成的 NADPH 和 ATP 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
      • 途径
        • A 卡尔文循环（又叫C3途径）：是最基本、最普遍的，且只有该途径才可以生成碳水化合物．
          • 1．固定
          • 2．还原
          • 3．更新
        • B C4途径
        • C 景天科酸代谢途（ CAM )
          • 景天科等植物有一个很特殊的CO2同化方式：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，这样的与有机酸合成日变化有关的光合碳代谢途径称为 CAM途径
        • C4和 CAM 途径都是C3途径的辅助形式，只能起固定、运转、浓缩CO2的作用，单独不能形成淀粉等碳水化合物。
• 植物的光能利用
  • 指植物光合作用所累积的有机物所含的能量，占照射在单位地面上的日光能量的比率。
  • 提高光能利用率的途径
    • 1 增加光合面积
      • 1 合理密植
      • 2 改变株型
    • 2 延长光合时间
      • 1 提高复种指数
      • 2 补充人工光照
    • 3 提高光合速率
      • 1增加CO浓度
      • 2 降低光呼吸
• 影响光合作用的因素
  • 外界因素
    • 1 光照
    • 2 CO2
    • 3 温度
    • 4 矿质营养
    • 5 水分
    • 6 光合速率的日变化
  • 内部因素
    • 1 不同部位
    • 2 不同生育期
• 光呼吸
  • 概念
    • 1光呼吸的概念光呼吸是指植物的绿色细胞在光照条件下进行的吸收O2并放出CO2的过程
    • 2光呼吸的生物化学(1）呼吸的本质就是乙醇酸的生物合成和氧化(2）乙醇酸途径中，氧的吸收发生在叶绿体和过氧化体,CO2的放出发生在线粒体中。即乙醇酸途径是叶绿体、过氧化体和线粒体三种细胞器的协同活动下完成的。(3）乙醇酸途径是循环的，故又称为C2循环
  • 生化途径
  • 意义
    • 1．回收碳素通过C2碳氧化环可回收乙醇酸中3/4的碳（2个乙醇转化1个 PGA ，释放1CO2)。
    • 2．维持C3光合碳还原循环的运转在叶片气孔关闭或外界CO2浓度低时，光呼吸释放的CO2能被C3途径再利用，以维持光合碳还原循环的运转。
    • 3．防止强光对光合机构的破坏作用在强光下，光反应中形成的同化力会超过CO2同化的需要，从而使叶绿体中 NADPH / NADP 、 ATP / ADP 的比值增高。同时由光激发的高能电子会传递给02，形成的超氧阴离子自由基0.2会对光合膜、光合器有伤害作用，而光呼吸却可消耗同化力与高能电子，降低0.2的形成，从而保护叶绿体，免除或减少强光对光合机构的破坏
    • 4．消除乙醇酸乙醇酸对细胞有毒害，光呼吸则能消除乙醇酸，使细胞免遭毒害。