2020年第二章-光合作用與生物固氮(新課)參照模板課件

第二章光合作用與生物固氮第二章光合作用與生物固氮?第二章光合作用與生物固氮第二章光合作用與生物固氮?1第一節(jié)光合作用一、光能在葉綠體中的轉換（一）、葉綠體的結構與其中的色素?第一節(jié)光合作用一、光能在葉綠體中的轉換（一）、葉綠體的2??3光合色素包括：葉綠素、類胡蘿卜素，比例約為3:1。葉綠素分為a、b，比例約為3:1。全部葉綠素和幾乎所有的類胡蘿卜素都包埋在類囊體膜中，與蛋白質以非共價鍵結合。-CHOinchlb葉綠素a（C55H72O5N4Mg）葉綠素b（C55H70O6N4Mg）胡蘿卜素（C40H56）葉黃素（C40H56O2）少數(shù)--作用中心色素多數(shù)--天線色素?光合色素-CHOinchlb葉綠素a（C55H72O54（二）光能在葉綠體中的轉換光能→電能→活躍的化學能→穩(wěn)定的化學能1、光能轉換成電能條件：光、色素、酶A聚光色素CDNADP+NADPHeH2O2H2O→O2+4H++4e-?（二）光能在葉綠體中的轉換光能→電能→活躍的化學能→穩(wěn)定的5兩個光系統(tǒng)的協(xié)調作用光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）：P680光系統(tǒng)Ⅰ（PSI）：P700?兩個光系統(tǒng)的協(xié)調作用光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）：P680光系統(tǒng)Ⅰ（P6??72、電能轉換成活躍的化學能ADP+PiNADP+H2OO2ATPNADPHeH+貯存活躍化學能的物質：ATP、NADPH反應式：

NADP++2e+H+NADPH

ADP+PiATP光、酶光、酶?2、電能轉換成活躍的化學能ADP+PiNADP+H2OO8ATPNADPH（CH2O）CO2ADP+Pi供能NADP+供氫、供能暗反應光合作用各種能量轉變概況:能量轉變

光能→電能→活躍的化學能→穩(wěn)定的化學能貯存能量的物質

光量子

電子

ATP、NADPH

糖類等進行轉變的部位基粒囊狀結構薄膜基粒囊狀結構薄膜基質反應階段

光反應光反應暗反應3、活躍的化學能轉換成穩(wěn)定的化學能?ATPNADPH（CH2O）CO2ADP+Pi供能NADP+9二、C3植物和C4植物1、C3植物和C4植物的概念：C3植物：在光合作用過程中，CO2中的C轉移到C3

（3-磷酸甘油酸）中，無C4出現(xiàn)的綠色植

物。如水稻、小麥、大豆、棉花等

C4植物：在光合作用過程中，CO2中的C首先轉移到

C4（草酰乙酸）中，然后才轉移到C3中的

綠色植物。如甘蔗、高粱、玉米等

?二、C3植物和C4植物1、C3植物和C4植物的概念：C3102、C3植物和C4植物葉片結構的特點維管束鞘細胞C3植物葉片結構C4植物葉片結構C3植物葉片結構維管束鞘細胞不含葉綠體

C4植物葉片結構維管束鞘細胞較大,含沒有基粒的葉綠體C4–玉米維管束鞘細胞有葉綠體C3–

小麥維管束鞘細胞無葉綠體?2、C3植物和C4植物葉片結構的特點維管束鞘細胞C3植物葉11卡爾文(1911—1997)生于美國明尼蘇達州，1931年獲得密歇根采礦技術學院的化學學士學位，1935年獲明尼蘇達州大學的博士學位，1944年一1945年在曼哈頓計劃中從事鈾和钚的研究，因揭示了植物光合作用的暗反應機理而獲得了1961年的諾貝爾化學獎。1940年，魯賓和卡門發(fā)現(xiàn)碳的長壽命同位素14C，使卡爾文有了一種理想的工具來追蹤二氧化碳是如何在暗反應階段中一步步地變成碳水化合物的。在卡爾文的研究過程中，14C成了主要工具，發(fā)揮了特別重要的作用。二氧化碳的同化是相當復雜的?？栁牡壤梅派湫院怂厥聚櫤图垖游龅确椒?，經(jīng)過10年的系統(tǒng)研究，在20世紀50年代提出二氧化碳同化的循環(huán)途徑，稱為卡爾文循環(huán)(theCalvincycle)。由于這個循環(huán)中的二氧化碳受體是一種戊糖(核酮糖二磷酸)，故又稱為還原戊糖磷酸途徑。這個途徑的二氧化碳固定最初產(chǎn)物是一種三碳化合物，故又稱為C3途徑。沿著C3途徑同化CO2的植物如水稻、小麥、棉花、大豆等大多數(shù)植物，稱之為C3植物。C3途徑（卡爾文循環(huán)）?卡爾文(1911—1997)生于美國明尼蘇達州，1912卡爾文在一個裝置中放入進行光合作用的小球藻懸浮液，并注入普通的二氧化碳，然后按照預先設定的時間長度向裝置中注入14C標記的二氧化碳。在每個時間長度結束時，殺死小球藻，使酶反應終止，并提取產(chǎn)物進行分析。他通過色譜分析法發(fā)現(xiàn)，當把光照時間縮短為幾分之一秒時，磷酸甘油酸(一種C3化合物)占全部放射性的90％。這就證明了磷酸甘油酸是光合作用中由二氧化碳轉化的第一個產(chǎn)物。在5秒中的光合作用后，卡爾文找到了含有放射性的C3化合物、C5化合物和C6化合物。在實驗中，卡爾文發(fā)現(xiàn)，在光照下C3化合物和C5化合物很快達到飽和并保持穩(wěn)定。但當把燈關掉后，C3化合物的濃度急速升高，同時C5化合物的濃度急速降低。如果在光照下突然中斷二氧化碳的供應，則C5化合物就積累起來，C3化合物就消失。澳大利亞科學家Hatch和S1ack在研究玉米、甘蔗等原產(chǎn)熱帶地區(qū)的綠色植物時發(fā)現(xiàn)，當向這些綠色植物提供14CO2時，光合作用開始后的1s內，竟有90％以上的14C出現(xiàn)在含有四個碳原子的有機酸(一種C4化合物)中。隨著光合作用的進行，C4化合物中的14C逐漸減少，而C3化合物中的14C逐漸增多。?卡爾文在一個裝置中放入進行光合作用的小球藻懸浮液，并13卡爾文循環(huán)三個階段（羧化階段、還原階段和更新階段）1．羧化階段：2．還原階段：PGAld經(jīng)過一系列的轉變，再形成RuBP的過程。核酮糖—1，5二磷酸+CO22分子3—磷酸甘油酸3—磷酸甘油酸被ATP磷酸化，形成1，3—二磷酸甘油酸，再被NADPH+H+還原，形成3—磷酸甘油醛(PGAld)，這就是糖類（磷酸丙糖）。3．更新階段：卡爾文循環(huán)的總反應式：3CO2+3H2O+3RuBP+9ATP+6NADPH→PGAld+6NADP++9ADP+9Pi6分子的CO2參與反應生成的糖？循環(huán)使用的RuBP為幾個分子？RuBP羧化酶?卡爾文循環(huán)三個階段（羧化階段、還原階段和更新階段）1．羧化14維管束鞘細胞中的葉綠體3、C3途徑和C4途徑葉肉細胞中的葉綠體C4CO2C4C3(PEP)ATPADP+PiC3(丙酮酸)CO2NADPHATPNADP+ADP+Pi(CH2O)多種酶參加催化C5C4植物光合作用的C4途徑發(fā)生在葉肉細胞的葉綠體內，C3途徑發(fā)生在維管束鞘細胞的葉綠體內C5CO22C3①C4途徑PEP羧化酶?維管束鞘細胞中的葉綠體3、C3途徑和C4途徑葉肉細胞中的葉綠15②C4植物較C3植物進化的原因大氣中的二氧化碳產(chǎn)物能量含量低的二氧化碳C4途徑PEP羧化酶含量高的二氧化碳C3途徑RuBP羧化酶能量CO2泵PEP羧化酶與CO2親和的Km值為7μmol,RuBP羧化酶與CO2親和的Km值為450μmol,前者可以固定較低濃度的CO2C4植物光合作用的產(chǎn)生的淀粉存在于維管束鞘細胞,如甘蔗、玉米；C3植物光合作用的產(chǎn)生的淀粉僅積累在葉肉細胞中,如小麥、水稻。C4植物較C3植物更適應CO2濃度低的環(huán)境。?②C4植物較C3植物進化的原因大氣中的二氧化碳產(chǎn)物能量含量16三提高農作物的光能利用率1、光能利用率：單位土地面積上，農作物通過光合作用

所產(chǎn)生的有機物中所含的能量，與這塊

土地所接受的太陽能的比。2、影響光合作用的因素：（1）光照（時間、強弱、光質等）（2）二氧化碳（3）礦質元素（4）溫度（5）氧氣（6）水分有機物中所含的能量土地所接受的太陽能光能利用率×100%=?三提高農作物的光能利用率1、光能利用率：單位土地面積上，17影響光合作用的因素1、光照光補償點光飽和點光照強度CO2吸收CO2放出光補償點：同一葉片在同一時間內，光合過程吸收的CO2和呼吸過程放出的CO2等量時的光照強度光飽和點：葉片光合速率一般隨光照強度的增加而加快，一定范圍內呈正相關，超過一定范圍后，光合速率增加減慢；達到某一光照強度時光合速率不在增加，稱為光飽和現(xiàn)象，此時的光照強度。①不同植物的光飽和點與光補償點是否一致？分析陰生植物與

陽生植物的區(qū)別②表觀光合速率=真正光合速率+呼吸速率陽生植物的光飽和點與光補償點均高于陰生植物?影響光合作用的因素1、光照光補償點光飽和點光照強度CO2吸18二氧化碳補償點：當光合吸收的二氧化碳的量等于呼吸放出的二氧化碳的量，此時外界的二氧化碳數(shù)量就叫做二氧化碳補償點。2、二氧化碳

光合作用強度

0二氧化碳的含量CO2濃度（mg/L）CO2吸收700lx350lx70lx①為什么在不同光照條件下，菜豆對CO2濃度的要求發(fā)生變化？②植物光合作用所需要的二氧化碳如何進入體內？陸生植物（氣孔、根）水生植物（表皮細胞）③大田作物與溫室作物如何采取措施提高農作物光能利用率？合理密植（良好的通風）；增施農家肥（微生物數(shù)量多分解有機物）使用二氧化碳發(fā)生器?二氧化碳補償點：當光合吸收的二氧化碳的量等于呼吸放出的二氧化193、必需的礦質元素N、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn是葉綠素生物合成必需的。K、P參與糖代謝，缺乏時影響糖類的轉變和運輸。N、P也參與光合作用中間產(chǎn)物的轉變和能量的傳遞。（NADP+、ATP及葉綠體膜結構）三要素中對光合作用效果最明顯的是？原因？氮肥。直接影響（葉綠素、蛋白質含量、酶）；

間接影響（葉片面積、數(shù)量）光合速率（相對值）3210

12340.20.40.60.8

12水稻葉片N、P、K含量與光合速率的關系NPK?3、必需的礦質元素N、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn是葉綠素生204、溫度、氧氣、水分植物一般在10--35℃正常進行光合作用，25--30℃最適宜，40--50℃完全停止。（高溫破壞葉綠體和細胞質的結構，酶鈍化；呼吸大于光合）真正光合速率呼吸速率010203040溫度℃蘚在不同溫度下的光合和呼吸速率543210CO2（mg）表觀光合速率總結《齊民要術》中“正其行，通其風”涉及光合作用哪些方面？光、O2、CO2等?4、溫度、氧氣、水分植物一般在10--35℃正常進行光合作用21第二節(jié)生物固氮生物固氮的概念固氮微生物的種類生物固氮過程簡介生物固氮的意義生物固氮在農業(yè)生產(chǎn)中的應用生物固氮:是指固氮微生物將大氣中的氮還原成氨的過程?第二節(jié)生物固氮生物固氮的概念生物固氮:是指固氮微生物將22一、固氮微生物的種類共生固氮微生物自生固氮微生物概念：指一些與綠色植物互利共生的固氮

微生物種類根瘤菌（細菌）：與豆科植物互利共生弗蘭克氏放線菌：與楊梅屬、沙棘屬等非豆科植物共生藍藻：與紅萍等水生蕨類植物或羅漢松等

裸子植物共生實例---根瘤菌1、形態(tài)：棒槌形、“T”形、“Y”形2、生理特點：只與一種或若干種豆科寄主結瘤（大豆族只有大豆屬，豇豆族有豇豆、花生、綠豆、赤豆、蠶豆等）3、代謝類型：異養(yǎng)需氧型

概念：土壤中獨立自行固氮的微生物實例---圓褐固氮菌1、形態(tài)2、作用（分泌生長素，刺激植株生長和果實發(fā)育）新陳代謝類型？根瘤菌供給豆科植物氨，豆科植物供給根瘤菌有機物?一、固氮微生物的種類共生固氮微生物自生固氮微生物概念：指一些23根瘤的形成過程受侵根毛侵入線含菌細胞內皮層（薄壁細胞）木質部豆科植物的根毛分泌特殊蛋白質，刺激同一互接種族的根瘤菌在附近大量繁殖，并集聚到根毛頂端。根瘤菌結瘤最旺盛的時期是開花前；固氮速率最高的時期是開花后,種子和實果發(fā)育需氮。占總氮量的90%。?根瘤的形成過程受侵根毛侵入線含菌細胞內皮層（薄壁細胞）木質部24二、生物固氮過程簡介1、固氮酶功能：將分子氮還原成氨2、固氮酶的組成：兩種蛋白質包括鐵蛋白和鉬鐵蛋白3、生物固氮過程反應式：N2+6H++nMg-ATP+6e-2NH3+nMg-ADP+nPi固氮酶4、生物固氮原理e-+H+ATPADP+Pi固氮酶N2NH3C2H2C2H4?二、生物固氮過程簡介1、固氮酶功能：將分子氮還原成氨3、生物25常見類型生活方式代謝類型對植物的作用固氮量共生固氮微生物自生固氮微生物在土壤中獨立生活與植物互利共生，有專一性異養(yǎng)需氧型異養(yǎng)需氧型提供氮素提供氮素提供生長素大小根瘤菌圓褐固氮菌固氮微生物的比較?常見生活方式代謝類型對植物固氮量共生自生在土壤中獨立生活與植26三、生物固氮的意義1、氮循環(huán)的主要環(huán)節(jié)：2、生物固氮的意義大氣中的氮必須通過以生物固氮（90%）為主的固氮作用，才能被植物吸收利用。硝化細菌③硝化作用NH4+、NH3NO3-（氧氣充足）①有機體內氮的合成

NH4+、NO3-植物體內蛋白質動物體內蛋白質微生物②氨化作用動、植物中的有機氮氨④反硝化作用NO3-NO2-N2（氧氣不足）⑤固氮作用N2NH3（生物固氮、工業(yè)固氮、高能固氮）?三、生物固氮的意義1、氮循環(huán)的主要環(huán)節(jié)：2、生物固氮的意義硝273、氮的循環(huán)高能固氮生物固氮工業(yè)固氮固氮作用有機體內氮的合成氨化作用氨化作用反硝化作用反硝化作用硝化作用硝化作用?3、氮的循環(huán)高能固氮生物固氮工業(yè)固氮固氮作用有機體內氮的合成28四、生物固氮在農業(yè)生產(chǎn)中的應用1、補充土壤含氮量的兩條途徑施用含氮肥料（化肥、農家肥）；生物固氮2、生物固氮的措施對豆科植物進行拌種；用豆科植物做綠肥；固氮基因工程。?四、生物固氮在農業(yè)生產(chǎn)中的應用1、補充土壤含氮量的兩條途徑229黃花苜蓿黃花草木犀紫云英苕子?黃花苜蓿黃花草木犀紫云英苕子?30??31大豆根瘤豌豆根瘤根瘤菌主要在哪一種根上結瘤？為什么？?大豆根瘤豌豆根瘤根瘤菌主要在哪一種根上結瘤？為什么？?32雙固氮酶（MoFe蛋白的空間結構）褐色的為Fe原子，黃色的為S原子?雙固氮酶（MoFe蛋白的空間結構）褐色的為Fe原子，黃色的為33部分C4植物高梁甘蔗粟(谷子,小米)莧菜玉米?部分C4植物高梁甘蔗粟(谷子,小米)莧菜349、有時候讀書是一種巧妙地避開思考的方法。9月-239月-23Tuesday,September12,202310、閱讀一切好書如同和過去最杰出的人談話。09:25:0009:25:0009:259/12/20239:25:00AM11、越是沒有本領的就越加自命不凡。9月-2309:25:0009:25Sep-2312-Sep-2312、越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯兒。09:25:0009:25:0009:25Tuesday,September12,202313、知人者智，自知者明。勝人者有力，自勝者強。9月-239月-2309:25:0009:25:00September12,202314、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。12九月20239:25:00上午09:25:009月-2315、最具挑戰(zhàn)性的挑戰(zhàn)莫過于提升自我。。九月239:25上午9月-2309:25September12,202316、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2023/9/129:25:0009:25:0012September202317、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。9:25:00上午9:25上午09:25:009月-239、有時候讀書是一種巧妙地避開思考的方法。9月-239月-23Tuesday,September12,202310、閱讀一切好書如同和過去最杰出的人談話。09:25:0009:25:0009:259/12/20239:25:00AM11、越是沒有本領的就越加自命不凡。9月-2309:25:0009:25Sep-2312-Sep-2312、越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯兒。09:25:0009:25:0009:25Tuesday,September12,202313、知人者智，自知者明。勝人者有力，自勝者強。9月-239月-2309:25:0009:25:00September12,202314、意志堅強的人能把世界放在