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光合作用(49张)

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目录

光合作用基本概念与原理

植物叶片结构与功能

光合色素种类、性质及功能

光合作用中能量转化过程

碳同化过程及其关键酶类

光合作用影响因素及调控机制

提高植物光合作用效率途径与方法

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光合作用基本概念与原理

绿色植物、藻类和某些细菌利用光能将二氧化碳和水转化为有机物，并释放氧气的过程。

光合作用定义

为生物圈提供有机物和氧气，维持碳氧平衡；为植物自身提供能量和营养物质。

光合作用意义

发生在叶绿体类囊体薄膜上，包括水的光解、ATP的合成和NADPH的生成。

发生在叶绿体基质中，包括二氧化碳的固定、C3的还原和有机物的生成。

暗反应过程

光反应过程

光能转化为ATP和NADPH中的化学能，再转化为有机物中的化学能。

能量转化

通过光合作用合成葡萄糖等有机物，为植物提供能量和营养。

物质合成

影响因素

光照强度、温度、二氧化碳浓度、水分和矿质元素等。

调控机制

植物通过调节气孔开闭、叶绿素含量、酶活性等方式来适应环境变化，维持光合作用的正常进行。同时，植物激素和信号转导途径也参与光合作用的调控。

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植物叶片结构与功能

叶片形态

叶片是植物进行光合作用的主要器官，具有多种形态，如针状、鳞状、线状、带状、披针形、椭圆形、卵形、圆形等。

叶片分类

根据叶片的形态和内部结构，可将其分为单叶和复叶两大类。单叶只有一个叶片，而复叶则由多个小叶组成。

叶片的表皮细胞排列紧密，无色透明，主要起保护作用。

表皮细胞

表皮上分布有气孔，是植物进行气体交换的通道。气孔的开闭受保卫细胞控制，以调节植物体内的水分和温度。

气孔

位于表皮细胞内侧，是叶片的主要组成部分，包括栅栏组织和海绵组织两种类型。

叶肉组织

栅栏组织

海绵组织

靠近上表皮的叶肉细胞排列紧密，呈长柱状，含叶绿体较多，主要进行光合作用。

靠近下表皮的叶肉细胞排列疏松，呈不规则形状，含叶绿体较少，主要进行气体交换和蒸腾作用。

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叶脉

叶脉是叶片内的维管束组织，起输导和支持作用。叶脉密集且清晰可见，有助于提高叶片的机械强度和水分、养分的运输效率。

输导作用

叶脉中的导管和筛管分别负责水分和无机盐的向上运输以及有机物的向下运输，为光合作用提供必要的物质保障。同时，叶脉还能将光合作用产生的氧气输送到植物体的各个部分。

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光合色素种类、性质及功能

蓝绿色，主要吸收红光和蓝紫光。

叶绿素a

黄绿色，主要吸收蓝紫光。

叶绿素b

不溶于水，溶于有机溶剂；在光照下易分解。

性质

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性质

不溶于水，溶于有机溶剂；在光照下较稳定。

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胡萝卜素

橙黄色，主要吸收蓝紫光。

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叶黄素

黄色，主要吸收蓝紫光。

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利用分光光度计测定色素溶液在特定波长下的吸光度，从而计算出色素的含量。

分光光度法

利用高效液相色谱仪对色素进行分离和测定，具有分离效果好、灵敏度高等优点。

高效液相色谱法（HPLC）

利用质谱仪对色素进行定性和定量分析，具有分辨率高、准确性好等优点。

质谱法

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光合作用中能量转化过程

光能吸收

光合色素分子吸收光能，将其转化为激发态能量。

光能传递

激发态能量在色素分子间传递，形成激发能传递链。

通过光化学反应，将光能转换为化学能，储存在ATP和NADPH中。

光能转换

光合电子传递链上的质子梯度驱动ADP磷酸化生成ATP。

光合磷酸化

光强、CO2浓度、温度等环境因素以及植物内源激素等调控光合作用速率和ATP合成。

光合作用中的调控因子

NADPH形成

光合电子传递链上的电子最终传递给NADP+，生成NADPH。

要点一

要点二

NADPH在碳同化中作用

提供还原力，参与CO2的固定和还原，生成有机物质。

一种特殊的光合作用途径，主要存在于热带和亚热带地区的植物中。通过C4酸的形成和脱羧作用，提高CO2浓度，增加光合作用效率。

C4途径

一种适应干旱环境的光合作用途径，主要存在于多肉植物和某些仙人掌中。通过夜间开放气孔吸收CO2，并在白天关闭气孔进行光合作用，减少水分蒸发。

CAM途径

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碳同化过程及其关键酶类

Calvin循环的基本步骤

CO2固定、C3还原、RuBP再生。

关键酶类

RuBisCO（核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶），催化CO2与RuBP的羧化反应，形成2分子3-磷酸甘油酸。

VS

通过C4途径固定CO2，形成C4酸，再转运至维管束鞘细胞进行Calvin循环。

优势

在高温、低CO2浓度和强光条件下，C4途径能够更有效地固定CO2，减少光呼吸作用对光合作用的负面影响，从而提高光合效率。

C4植物碳同化特点

CAM植物夜间开放气孔，吸收CO2，在PEP羧化酶的催化下将CO2固定为苹果酸，贮存在液泡中；白天关闭气孔，避免水分蒸腾，苹果酸从液泡中释放，在叶绿体中脱羧释放CO2，进行Calvin循