植物生长与环境3光合作用.ppt

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1、植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,太阳辐射,光合作用,光合色素,太阳辐射,目的要求,实验实训,光合色素,光合机理,光能利用,第三章光合作用辐射色素 光合利用,光合产物,小 结,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章光合作用辐射色素 光合利用,目的要求：了解光合作用原理，明确光合色素的种类、结构及作用特点、掌握光合作用的影响因素，懂得通过提高光能利用率增加作物产量的方法。教学要点：光合作用的概念、原理，光反应、暗反应，光合色素，光合磷酸化，太阳辐射、太阳光谱，影响光合作用的因素及提高光合利用率的方法。技能培训：叶绿素的测定技术，光合强度的测定技术。,退 出,太阳辐射

2、,目的要求,实验实训,光合色素,光合机理,光能利用,小 结,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,退 出,概 述,太阳光谱,太阳辐射,太阳以电磁波或粒子形式向外放射的能量叫太阳辐射。按 电磁波波长的不同，太阳辐射分为无线电辐射、红外线辐射、可见光辐射、紫外线辐射、X-射线辐射、-射线辐射等。太阳辐射的主要波长范围在150nm 4000nm。太阳辐射能随波长的分布，称为太阳辐射光谱。波长在390nm 760nm的光为可见光，波长小于390nm的光为紫外光（紫外线），波长大于760nm的光为红外光（红外线）。太阳辐射的波长比地面和大气辐射的波长短，因此把太阳辐射称为短波辐射，其中对地球生

3、物影响最大的是可见光辐射和紫外线辐射。能够被叶绿素吸收的太阳辐射称为生理辐射。对植物的生长发育起着主要作用的是可见光，由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光混合而成。,第三章第一节 太 阳 辐 射 与 光,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章第一节 太 阳 辐 射 与 光,概 述,太阳光谱,太阳辐射,太阳辐射：太阳以电磁波或粒子形式向外放射的能量。,一、太阳辐射,退 出,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章第一节 太 阳 辐 射 与 光,概 述,太阳光谱,太阳辐射,太阳光谱：太阳辐射能随波长的分布。,二、太阳光谱,退 出,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成

4、果教材,退 出,概 述,光合色素,影响因素,叶 绿 体,叶绿体是绿色植物进行光合作用的细胞器，由被膜、基粒 和间质构成。光合色素是光合作用的执行者，包括叶绿素和类胡萝卜素，分集光色素和中心色素两大类。大部分的叶绿素a、叶绿素 b 和类胡萝卜素都是集光色素，在光合作用中承担光能收集与传递的功能。中心色素是特殊的叶绿素 a 分子，能将光能转化为电能（以 e 的形式存在）。通过光合电子传递和光合磷酸化作用，电能又转化为活跃的化学能（ATP，NADPH2），为 CO2 的固定和光合产物的形成提供能量。叶绿素是光合作用的主体，叶绿素的含量和存在状况影响着光合效率的高低。光照、温度、水分、氧气和某些矿质元

5、素直接影响叶绿素的合成。,第三章第二节 光 合 色 素,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,退 出,第三章第二节 光 合 色 素,影响因素,1被膜 2基粒 3基质 4类囊体5基粒片层6基质片层,一、叶绿体的基本结构,基粒：分布有叶绿素，光反应的场所。基质：含有各种酶类，暗反应的场所。,概 述,光合色素,叶 绿 体,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章第二节 光 合 色 素,二、光合色素,概 述,光合色素,影响因素,叶 绿 体,叶绿素是光合作用的主体，叶绿素的最大吸收光是红光（640660nm）和蓝紫光（430450nm）。,退 出,光照：无光成黄化植物。温度：2

6、4，30，40。（三基点）矿质元素：N Mg Fe Cu Zn Mn。水分：缺水缺绿。氧气：有氧呼吸提供能量。,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章第二节 光 合 色 素,三、影响叶绿素形成的环境因素,概 述,光合色素,影响因素,叶 绿 体,退 出,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,退 出,电子传递,总体过程,光合作用是一系列光化学、光物理和生物化学转变的复杂 过程。光合作用必须在有光的条件下才能进行，但并不是光合作用的每一步骤都需要光。光合作用总体来说分两步进行，第一步需要光，称光反应，通过原初反应、电子传递与光合磷酸化，吸收太阳光能转换为电能，再形成活跃的化

7、学能，贮存在ATP和NADPH2中，这一过程是在叶绿体的基粒片层上完成的，随着光强的增大而加速。第二步不需要光，称暗反应，通过二氧化碳同化，吸收CO2和H2O合成有机物，同时将活跃的化学能转变为稳定的化学能，贮藏在这些有机物分子的化学键当中，这一过程是在叶绿体的基质中进行的，随温度的升高而加快。植物光合效率的高低。,第三章第三节 光 合 作用 机 理,原初反应,光合产物,概 述,碳的同化,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章第三节 光 合 作用 机 理,光化学反应 电子传递 太阳光能hr-电能e-活跃化学能同化力（光能的吸收、传递）（ATP，NADPH2）（光反应）CO2H2

8、O-稳定化学能 C6H12O6（暗反应）,万寿菊,一、总体过程,电子传递,总体过程,原初反应,光合产物,概 述,碳的同化,退 出,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章第三节 光 合 作用 机 理,二、原初反应,聚光色素：吸收、传递光能（光量子）到作用中心色素分子上起光化学应，包括大部分的叶绿素 a，全部的叶绿素 b 和类胡萝卜素。中心色素：接受聚光色素传递来的光能并通过光化学反应将其转换为电能，指少数特殊状态的叶绿素a（P680和P700）。,电子传递,总体过程,原初反应,光合产物,概 述,碳的同化,退 出,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章第三节 光 合

9、 作用 机 理,三、电子传递,希尔反应：离体叶绿体在光下分解水，并释放氧的过程。,电子传递,总体过程,原初反应,光合产物,概 述,碳的同化,退 出,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章第三节 光 合 作用 机 理,四、二氧化碳的同化,景天酸代谢,二氧化碳同化：叶绿体基质里，通过一系列的酶促反应，把CO2和H2O合成有机物（糖），同时把活跃的化学能转化为稳定的化学能（键能），贮存在所生成的有机物的化学键中。,二羧酸途径,卡尔文循环,电子传递,总体过程,原初反应,光合产物,概 述,碳的同化,退 出,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章第三节 光 合 作用 机 理

10、,1.卡尔文循环,景天酸代谢,二羧酸途径,卡尔文循环,退 出,电子传递,总体过程,原初反应,光合产物,概 述,碳的同化,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章第三节 光 合 作用 机 理,2.C4二羧酸途径,景天酸代谢,二羧酸途径,卡尔文循环,退 出,电子传递,总体过程,原初反应,光合产物,概 述,碳的同化,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,退 出,第三章第三节 光 合 作用 机 理,3.景天酸代谢途径,景天酸代谢,二羧酸途径,卡尔文循环,电子传递,总体过程,原初反应,光合产物,概 述,碳的同化,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,退 出,第三章第三节

11、 光 合 作用 机 理,光合作用产物：糖类 3-磷酸甘油醛，磷酸二羟丙酮。单糖-葡萄糖，果糖。双糖-蔗糖 多糖-淀粉 以蔗糖和淀粉为最普遍。,五、光合作用的产物,电子传递,总体过程,原初反应,光合产物,概 述,碳的同化,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,退 出,概 述,光能利用,潜力提高,影响因素,光合作用是一个在有光条件下，以CO2 和H2O 为原料合成 有机物的酶促反应过程，一切与之相关的因素都会对光合作用的进行产生影响。影响植物光合作用的因素主要有光照、温度、CO2 的浓度、水分及矿质元素，满足上述条件即可提高光合作用的效率，提高农业生产率。单位土地面积上，作物光合产物中贮

12、存的能量占作物光合期间照射在同一地面上太阳总能量的百分率称作物光能利用率。由于自然环境、栽培方式和植物自身的特点，地球上植物的光能利用率不超过 1%，植物的生产潜力极大。目前生产上主要通过增加光合面积、延长光合时间、增强光合效率和减少呼吸消耗四条途径来提高植物的光能利用率。,第三章第四节 影响因素光合潜力,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,退 出,第三章第四节 影响因素光合潜力,光合作用是一个在多种酶的催化下，绿色植物吸收太阳的光能，把CO2和H2O合成有机物，贮藏能量，同时释放氧气的过程。一切与之相关因素的变化都会影响光合作用的效果。,一、光合作用的影响因素,光 照,二氧化碳,

13、温 度,水 分,矿质元素,概 述,光能利用,潜力提高,影响因素,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,退 出,第三章第四节 影响因素光合潜力,光照作用-提供能量，调节酶活性。光饱和现象：光照增加到一定强度光合速率不再增加的现象。光饱和点：刚刚达到光饱和现象时的光照强度。光补偿点：光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量相等时的光照强度。*光补偿点以上，光饱和点以下的区间内，光合速率与光强成正比。,1.光 照,光 照,二氧化碳,温 度,水 分,矿质元素,概 述,光能利用,潜力提高,影响因素,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章第四节 影响因素光合潜力,2.二氧化

14、碳,CO2作用-提供原料 CO2饱和点：CO2浓度继续增加光合速率不再增加，此时CO2的浓度称CO2饱和点。CO2补偿点：光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量相等时的CO2浓度。CO2 补偿点以上，CO2 饱和点以下的区间内，净光合速率与CO2浓度成正比。,退 出,光 照,二氧化碳,温 度,水 分,矿质元素,概 述,光能利用,潜力提高,影响因素,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章第四节 影响因素光合潜力,3.温 度,低温：酶钝化 叶绿体结构破坏 呼吸大于光合高温：酶失活 叶绿体结构破坏 蒸腾失水多 气孔开度小 CO2吸收少 最高温度：4050三基点 最适温度：25

15、35 最低温度：57,退 出,光 照,二氧化碳,温 度,水 分,矿质元素,概 述,光能利用,潜力提高,影响因素,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章第四节 影响因素光合潜力,缺水-光合速率降低电子供体缺乏，光反应受阻；气孔开度减小，CO2吸收减少；CO2扩散障碍，同化降低；叶片生长缓慢，光合面积减少；同化物运输受阻，反馈抑制增强。,4.水 分,退 出,光 照,二氧化碳,温 度,水 分,矿质元素,概 述,光能利用,潜力提高,影响因素,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章第四节 影响因素光合潜力,5.矿质元素,N、Mg-叶绿素组成P、Cu、Fe-磷酸化（NADP

16、、ATP）K、Mg-激活剂K-气孔调节Fe、Cu、Zn、Mn-叶绿素合成Cl、Mn-水光解（活化剂）,退 出,光 照,二氧化碳,温 度,水 分,矿质元素,概 述,光能利用,潜力提高,影响因素,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章第四节 影响因素光合潜力,二、植物的光能利用率,光能利用率：作物光合产物中贮存的能量与同一时间内同一土地面积所接收的能量的比率。光能利用率不高的原因：有效太阳能47；漏光损失；反射透射损失；能量转化20；呼吸消耗30。,退 出,概 述,光能利用,潜力提高,影响因素,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章第四节 影响因素光合潜力,三、提高

17、植物的光能利用率的途径,增加光合面积-绿色覆盖，叶面积指数提高光合效率-育种，管理延长光合时间-间套种，茬口安排，人工光照减少呼吸消耗-育种，管理,退 出,概 述,光能利用,潜力提高,影响因素,退 出,1.实验原理,光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素两大类；光合色素溶于有机溶剂故用酒精和丙酮提取；各种色素在不同溶剂中溶解度不同可利用纸层析法进行分离；依据叶绿素的特定吸收光谱使 用分光光度计测定叶绿素含量。,实验原理,结 论,提取分离,理化性质,含量测定,第三章实 验 四 光合色素性质测定,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,2.叶绿素提取分离,酒精匀浆,滤纸过滤,点滴吹干,卷成纸芯,层

18、析分离,实验原理,结 论,提取分离,理化性质,含量测定,退 出,第三章实 验 四 光合色素性质测定,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,3.光合色素理化性质,色素提取液,醋 酸,苯,透射光绿色（溶液）,反射光暗红色（荧光）,实验原理,结 论,提取分离,理化性质,含量测定,退 出,第三章实 验 四 光合色素性质测定,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,4.叶绿素含量测定,数次研磨,定 容,丙酮匀浆,比 色,实验原理,结 论,提取分离,理化性质,含量测定,退 出,第三章实 验 四 光合色素性质测定,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,退 出,5.结 论,光合色素

19、包括叶绿素和类胡萝卜素两大类；绿色植物含有叶绿素，不同状态的叶片叶绿素含量不同；成年叶片叶绿素含量高，幼嫩、衰老的叶片叶绿素含量低；叶绿素分子吸收光能后不稳定，随时释放多余的能量；分光光度计是测定叶绿素含量的较好工具。,实验原理,结 论,提取分离,理化性质,含量测定,第三章实 验 四 光合色素性质测定,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,植物生长与环境,新世纪高职高专教改项目成果教材,第三章光合作用辐射色素 光合利用,太阳光是复合光，是由各种单色光组合而 成的。叶绿体是绿色植物进行光合细胞器，由被膜、基粒、间质构成的。光合作用分为两个阶段，既光反应和暗反应。光反应在叶绿体的基粒中进行的。暗反应是在叶绿体的间质中进行的，暗反应分为卡尔文循环、二羧酸循环和景天酸代谢三条途径。地球上植物的光能利用率不超过1%。目前生产上主要通过增加光合面积、延长光合时间、增强光合效率和减少呼吸消耗四条途径来提高植物的光能利用率。,退 出,太阳辐射,目的要求,实验实训,光合色素,光合机理,光能利用,小 结,