第五章：光合作用

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第9章- 光合作用

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本章内容提要1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 叶绿体的结构 光合作用发生的场所 光合作用吸收的光譜与水的分解 光合作用中电子的传递 光合作用系统I和光合作用系统II 光合磷酸化 光合作用暗反应 旱生植物的C4路线

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光合作用光合作用是绿色植物通过叶绿体，利用可 见光中的光能，把二氧化碳和水合成为储 存能量的糖类(通常指葡萄糖),并且释 放出氧气的过程。光合作用的反应式： 6CO2+12H2O光能 叶绿体

C6H12O6+6O2+6H2O

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一、光合作用的发现1642年，赫尔蒙特(J.B. van Helmont)

五年后柳树增重74.47kg 土壤减少0.06kg

水分是建造植物体的唯一原料公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德认为：植物生长所需的物质全来源于土壤中。

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1771年，(英)普里斯特利(Joseph Priestley)的实验

A组:

B组:

实验现象

实验结果

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1864年，(德)萨克斯(Julius von Sachs)的实验

酒精 水

先暗处理，再 一半曝光，一 半遮光

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1880年，恩格尔曼(C.Engelmann)的实验

采用水绵细胞特异光照实验，好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射到的部位附 近；如果完全暴露在光下，好氧细菌则集中在叶绿体所有受光部位的周围。证 明释放氧气实验结果完全是光照引起的，并且氧是由叶绿体释放出来的。

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20世纪40年代，美国科学家卡尔文(M.Calvin)用小球 藻做实验：用14C标记的CO2(其中碳为14C)供小球 藻(一种单细胞的绿藻)进行光合作用，然后追踪检测其 放射性，最终探明了二氧化碳中的碳在光合作用中转化 成有机物中碳的途径，这一途径被成为卡尔文循环。 21世纪初，合成生物学的兴起，人工设计与合成生物代 谢反应链成为改造生物的转基因系统生物学技术，2003 年美国贝克利大学成立合成生物学系，开展光合作用的 生物工程技术开发，同时美国私立文特尔研究所展开藻 类合成生物学的生物能源技术开发，将使光合作用技术 开发在太阳能产业领域带来一场变革。

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光合作用的几个要素1) 2) 3) 4) 太阳能 (提供能量) 二氧化碳 (提供碳素) 水 (提供电子) 叶绿体 (光合作用场所)

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光合作用利用的太阳能每年照射到地球上的日光能约5.2 x 1021 kJ, 其中0.05%,即1.3 x 1018 kJ进入有机分子. 2) 陆地植物每年固定的CO2量约1.55 x 1011吨, 占总量61%, 水生植物占39%. 3) 全球每年消耗的矿物燃料约3 x 109吨, 为光合 作用的2%. 4) 总体上说, 光合作用利用太阳能的效率比较低, 一般 光合作用的效率在0.5%-1.5%, 照射在植 物叶片上的光能绝大部分未被利用. 1)

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地球大气中的二氧化碳 地球大气由77%的氮，21%氧，微量的氩、二氧化碳 (0.03%)和水组成。地球最初形成时，大气中可能存在大量 二氧化碳，随

后几乎都被组合成了碳酸盐岩石，少部分溶 入了海洋或给活着的植物消耗了。如果把空气中二氧化碳 的含量从0.03%提高到0.09%,水稻可以增产29% 大气中稳定存在的少量二氧化碳通过温室效应对维持地表 气温有极其深远的重要性。温室效应使平均表面气温提高 了35摄氏度(从-21℃升到适人的14℃);没有它海洋将会 结冰，而生命将不可能存在. 大氣層中的二氧化碳雖然不會吸收從太陽而來的輻射能， 卻可以吸收紅外线辐射能量。當陽光透過大氣層而抵達地 面，繼而被地面吸收，然後以紅外線的形式釋放出來時， 其中部分會被二氧化碳吸收，熱量也就在大氣空間積累起 來，當大氧層中的二氧化碳含量越多，被吸收的紅外線也 就越多，地球表面的溫度亦隨即向上攀升。

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光合作用的意义为一切生物生命活动的进行提供所必需的营养物质； 为一切生物生命活动的进行提供所必需的能量； 维持大气中氧气和二氧化碳的平衡。 总之，从物质转变和能量转变的过程来看，光合作 用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。

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植物的光合作用

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光能与碳素固定

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光反应与暗反应

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光合作用的底物与产物