植物生长与环境 新世纪高职高专教改项目成果教材
第一篇 植物生长发育的物质基础
退 出
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
第三章
光合作用
辐射色素
光合利用
光合产物
光合色素
光合机理
光能利用
本章小结
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
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,γ-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
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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、氧气和某些矿质元素
直接影响叶绿素的合成。
第三章
第二节
光 合
色 素
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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
叶绿素,a,b,c,d。
叶黄素
类胡萝卜素
胡萝卜素
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 ( 640~660nm)
和蓝紫光 ( 430~450nm) 。
退 出
光照:无光成黄化植物 。
温度,2 ~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 。
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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
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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。
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 )

CO2+ H2O-----→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 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
景天酸代谢
二羧酸途径
卡尔文循环
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
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。
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 1,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
景天酸代谢
二羧酸途径
卡尔文循环
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
退 出 电子传递 总体过程 原初反应 光合产物 概 述 碳的同化
景天酸代谢
二羧酸途径
卡尔文循环
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
电子传递 总体过程 原初反应 光合产物 概 述 碳的同化
景天酸代谢
二羧酸途径
卡尔文循环
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退 出
第三章
第三节
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
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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
概 述 光能利用 潜力提高 影响因素
矿质元素
水 分
光 照
温 度
二氧化碳
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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
概 述 光能利用 潜力提高 影响因素
矿质元素
水 分
光 照
温 度
二氧化碳
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影响因素
光合潜力 2,二氧化碳
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 概 述 光能利用 潜力提高 影响因素
矿质元素
水 分
光 照
温 度
二氧化碳
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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,40- 50℃
三基点 │ 最适温度,25- 35℃
└ 最低温度,5- 7℃
退 出 概 述 光能利用 潜力提高 影响因素
矿质元素
水 分
光 照
温 度
二氧化碳
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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 概 述 光能利用 潜力提高 影响因素
矿质元素
水 分
光 照
温 度
二氧化碳
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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,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 概 述 光能利用 潜力提高 影响因素
矿质元素
水 分
光 照
温 度
二氧化碳
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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
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影响因素
光合潜力 三、提高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
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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作用的
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
第三章
光合作用
本 章
小 结
光合色素
光合机理
光能利用
本章小结
太阳辐射