导图社区 光合作用
植物生理学之光合作用思维导图，介绍了光合作用的重要性、叶绿素及其色素、光呼吸、植物对光能的利用、光合作用过程等。
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第14章DNA的生物合成读书笔记
光合作用
C3、C4、CAM植物的光和特性比较
叶片结构
C3植物 C4植物 维管束鞘薄壁细胞 较小，不含或很少叶绿体 较大，有叶绿体 叶肉细胞 排列松散，无“花环型”结构 排列紧密，有“花环型”结构 胞间连丝 有少量胞间连丝 维管束鞘薄壁细胞与邻近的叶肉细胞间有大量的胞间连丝 淀粉形成场所 叶肉细胞 维管束鞘薄壁细胞
生理特性
C3途径 C4途径 CAM途径 羧化酶（叶肉细胞） 叶绿体Rubisco 细胞质基质PEP羧化酶 光呼吸（CO2亲和力） 明显（高光呼吸植物） 低（低光呼吸植物） 光合作用弱 生理功能 固定CO2→产物 固定、转运CO2 主要CO2固定酶 Rubisco Rubisco、PEPC CO2最初接受体 RuBp PEP 光下：RuBp 暗中：PEP CO2固定最初产物 PGA OAA 光下：PGA 暗中：OAA CO2固定时间地点 白天，叶绿体 白天，叶绿体 夜晚、细胞质 CO2同化时间地点 白天，叶绿体 白天，维管束鞘细胞 白天，细胞质 叶绿素a/b C4>C3>CAM 蒸腾比率 C3>C4>CAM 同化产物分配 慢 快 不等
光呼吸
光呼吸（C2环）的途径
RuBp+O2p PGA+磷酸乙醇酸 ¯ 磷酸酶 乙醇酸+pi
p
Rubisco：双功能酶，催化RuBp羧化反应+加氧反应
光呼吸的生理功能
减少光抑制
在有氧呼吸条件下避免损失过多的碳
为光合作用过程提供磷或参与某些蛋白质的合成
影响光合作用的因素
外界条件对光合速率的影响
光照：光补偿点/光饱和点（阴生< 阳生）
CO2：CO2补偿点/CO2饱和点（C4 < C3）
温度：CAM < C3 < C4
矿质元素：Cl、Mg、Fe、Mn、Cu、S、K、P
水分：水分缺乏，光合作用下降
光合速率的日变化：类似开口向下的抛物线（有午休现象）
内部因素对光合速率的速率
不同部位：一定范围内，叶绿素，光合
不同生育期
个体：营养生长期 > 生长末期
群体：单位叶面积、总叶面积、群体结构
植物对光能的利用
植物的光能利用率：仅能利用5%的太阳光
提高光能利用率的途径
延长光合作用时间：提高复种指数、补充人工光照
增加光合面积：合理密植
提高光合效率：Ã优化光能的吸收、传递和转化效率； Ã增加光能的高效利用； Ã提高光合碳同化效率； Ã促进光合产物从叶片（源）向经济器官（库）的运输
光合作用过程
原初反应（光能®电能）
光能的吸收
光系统：聚光复合物+反应中心复合物
光能的传递
类胡萝卜素®叶绿素b®叶绿素a®特殊叶绿素a对
光能的转化
D·P·ApD·P*·A5®D·P+·A-®D+·P·A-
电子传递（NADPH）
光系统
爱默生：红降，增益效应（光系统I和光系统II）
光合电子传递体
PSⅡ复合体
简化式：2H2OpO2+ 4H++ 4e-（OEC）
电子传递：H2O®OEC®Tyr®P680ppheo®QA®QB®PQH2
质体醌（PQH2）
细胞色素b6f复合体（Cyt b6f）
简化式：PQH2+Cyt b6fpPQ+PC+Cyt b6f
电子传递：PQH2®b6®Fe®f®PC
PC（质体蓝素）
PSⅠ复合体
简化式：NADP++H++2e-pNADPH
电子传递：PC®P700®A0®A1®FeSx®FeSA/FeSB®Fd
光合电子传递途径
非环式电子传递连（主要）
环式电子传递连（PSⅠ受光刺激，PSⅡ´)
PSⅠ®Fd®(NADPH®PQ)®Cyt b6f®PC®PSⅠ
假环式电子传递连（NADP+供应不足）
H2O®PSⅡ®PQ®Cyt b6f®PC®PSⅠ®Fd®O2
光合磷酸化（ADP+Pi®ATP）
利用光能驱动电子传递建立跨膜类囊体膜的质子动力势
ATP产生：化学渗透假说
碳同化（CO2®糖类）
淀粉在叶绿体中合成
蔗糖在细胞质基质中合成
叶绿素及其色素
叶绿体的结构和成分
结构：叶绿体被膜（内/外膜）、类囊体（基粒/基质类囊体）、叶绿体基质
成分：75%H2O、蛋白质，脂质、色素、质体醌、无机盐
遗传：环状DNA，半自主性细胞器，可合成ATPase和Rubisco
光合色素的化学特性
叶绿素
叶绿素a（蓝绿）、叶绿素b（黄绿）
部分叶绿色a和全部叶绿素b：收集和传递光能
特殊叶绿素a：将光能转化为化学能
类胡萝卜素
叶黄素（黄）、胡萝卜素（橙黄）
收集和传递光能
光合色素的光学特性
叶绿素吸收光谱：640~660nm红光+430~450nm蓝紫光； 类胡萝卜素吸收光谱：蓝紫光
基态→激发态→基态（能量传递）
叶绿素的合成及降解
合成：叶绿体a（4个阶段）； 叶绿素b：叶绿素a氧化酯化； 叶绿素a：叶绿素b=3:1
降解：叶绿素bp叶绿素ap脱植基叶绿素ap脱镁叶绿素ap水溶性的无色产物
光合作用的重要性
碳素营养
异养植物
自养植物
¶绿色植物光合作用； 碳同化作用 ：¶细菌光合作用； ¶化能合成
方程式：CO2+H2Op（CH2O）+ O2
¶把无机物变成有机物； 光合作用 ：¶蓄积太阳能； ¶环境保护
碳同化
C3途径——卡尔文循环
植物：水稻、小麦、棉花、大豆
过程
羧化阶段：3RuBP+CO2+3H2Op6PGA+6H+
还原阶段
反应1：PGA+ATPpDPGA
反应2：DPGA+NADPH+H+pPGAld
更新阶段：PGAld+ATPpRuBP+ADP+Pi
调节
自身催化：当RuBP¯时，CO2用于RuBP的增生
光的调节
铁氧还蛋白-硫氧还蛋白系统（含二硫键）
光下：-S-S-基还原成-SH，酶活化
暗中：氧化状态（-S-S-），酶不活化
光增加Rubisco活性：较高浓度的Mg2+和pH
光合产物转运（磷酸转运体）：叶绿体（磷酸丙糖）«细胞质基质（Pi）
C4途径——四碳二羧酸途径
植物：甘蔗、高粱、玉米、苋菜
羧化与还原（叶肉细胞细胞质）
羧化：PEP+CO2+H2OpOAA+Pi
还原：OAA+NADPH+H+pMal+NADP+
转移和脱羧（维管束鞘细胞mit+chl）
脱羧：Mal+NADP+pPyr+CO2+NADPH+H+
卡尔文循环（叶绿体）
更新（叶肉细胞叶绿体）：Pyr+ATP+PipPEP+AMP+PPi
光：激活苹果酸脱氢酶、磷酸丙酮酸激酶、PEP羧化酶
效应剂：调节PEP羧化酶
二价金属离子：脱酸酶的活化剂
CAM——景天酸代谢途径
植物：景天、仙人掌、菠萝、兰花、落地生根
白天（气孔关闭，还原CO2）
夜晚（气孔打开，固定CO2）
短期调节
夜晚型：CO2®苹果酸（液泡）
白天型：苹果酸®CO2®卡尔文循环（叶绿体)
长期调节
干旱：CAM途径
水分充足：C3途径
