光合作用與生物固氮

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1、CO2+H2O （ CH2O） +O2 光 能 葉 綠 體一 、 光 合 作 用 的 細 胞 器 葉 綠 體高 等 植 物 的 葉 綠 體 多 呈 扁 平 的 橢 圓 形 ,直 徑 約 3 6,厚 約2 3. 陰 葉 大 于 陽 葉 。 20 200個 葉 綠 體 /細 胞 葉 綠 體 在 不 同 光 強 下 的運 動 ： 低 光 下 扁 平 面 向光 排 列 ， 高 光 強 下 窄 面 向 光 ， 作 避光 性 排 列 。 弱 光 強 光第 一 節(jié) 光 合 作 用 電 子 顯 微 鏡 下 的 葉 綠 體 超 微 結 構典 型 的 葉 綠 體 :40-60grana/chloroplast,

2、10-100 thylakoids/grana,受 植 物種 類 ,年 齡 與 環(huán) 境 條 件 的 影 響 。 1、 葉 綠 體 結 構 和 發(fā) 育第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 類 囊 體 膜 上 光 合 作 用 復 合 體 分 布 示 意 圖 第 一 節(jié) 光 合 作 用第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 光 暗 光原 質 體前 質 體第 一 節(jié) 光 合 作 用 光 合 色 素(三 大 類 ) 葉 綠 素 類 (chlorophylls), Chla,Chlb, Chlc,Chld,Chle和 細 菌 葉 綠 素 a,b等類 胡 蘿 卜 素 類 (

3、carotenoids) ,胡 蘿 卜 素(carotene) 葉 黃 素 (xanthophyll)藻 膽 素 :藻 藍 素 (phycocyanobilin) 藻 紅 素 (phycoerythrobilin)。第 一 節(jié) 光 合 作 用 葉 綠 素 空 間結 構 示 意 圖第 一 節(jié) 光 合 作 用 a b400 500 600 700 Waverlength(nm)Relative absorbtance Chl吸 收 光 區(qū) , 紅 光 區(qū) (640-660 nm), 藍 紫 光 區(qū)(410-470nm)。第 一 節(jié) 光 合 作 用 Waverlength(nm)Relative a

4、bsorbtance 第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 chhvq 1 0 hv hc 第 一 節(jié) 光 合 作 用光 子 能 量 ：光 合 色 素 能 級 差 ： 第 二 單 線 態(tài) (E2)第 一 單 線 態(tài) (E1)基 態(tài) （ E0） h h 三 線 態(tài)吸收蘭紫光 吸收紅光 發(fā)射熒光 發(fā)射磷光葉 綠 素 電 子 云 能 級 及 激 發(fā) 和 發(fā) 射 光 示 意 圖激 發(fā) 能 的 傳 遞或 光 化 學 反 應第 一 節(jié) 光 合 作 用 PDAh h 光合單位PDA 作 用 中 心 色 素

5、（ P） ， 原 初 電子 供 體 （ D） 和 原 初 電 子 受 體 （ A）外圍為天線色素第 一 節(jié) 光 合 作 用B、 光 能 傳 遞 ： 第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 h第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 h DPA DP*A DP+A D+PA PDAh h 光合單位PDA 用 中 心 色 素 （ P） ， 原 初 電 子供 體 （ D） 和 原 初 電 子 受 體 （ A）外圍為天線色素第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 PSI的 結 構 模 型第 一 節(jié) 光 合 作 用 PSI作用中心

6、復合體電子載體的排列 圖 第 一 節(jié) 光 合 作 用 PSII作 用 中 心 的 結 構 模 型第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 P700-1.2-0.8-0.4-0.00.40.81.2 MnH2OO2 +H+ Z P680P680PhQA QBPQFe-S Cytf PC* P700* A0A1FX FBFA FdFNRNADP光 合 電 子 傳 遞 Z字 方 案 圖 hh第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 2H2O+4Fe3+ 光 4Fe2+ +2H+O2類 囊 體第 一 節(jié) 光 合 作 用 閃 光 放 氧 動 力 學第 一 節(jié) 光 合 作 用

7、第 3,7,11,15隔 4次 閃 光 出 現(xiàn) 一 放 氧 高 峰 。 S0S2S1S3S4 P680hve-e- e-e- e-1min1min第 一 節(jié) 光 合 作 用 放 氧 復 合 體 中 錳 串 的 結 構 . 錳 串 中 有 4個錳 （ Mn)原 子 與 PSII D1蛋 白 的 氨 基 酸 殘基 及 氧 、 氯 相 連 接 ,本 模 型 不 包 括 鈣 。第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 ATP合 成 旋 轉 催 化 模式 圖 當 質 子 流 過 時 ，ATP合 酶 的 亞 基 寡 聚 體與 和 亞 基 一 起 旋 轉 ， 這種

8、旋 轉 導 致 /間 和 亞 基間 的 不 對 稱 互 作 ， 打 開 催化 功 能 開 關 。第 一 節(jié) 光 合 作 用 2 2e-第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 Device when Calvin researched for CO2 fixationHot alcohol 第 一 節(jié) 光 合 作 用 H2COP C=O HCOH HCOHH2COPRuBP +CO2 RuBPCaseMg2+, H2O COOH HCOH +H2COP COOH HCOH H2COP2 3-PGA核 酮 糖 1,5-二 磷 酸 3-磷 酸 甘 油 酸第 一 節(jié) 光 合 作 用 R

9、uBPCase結 構 圖 。高 等 植 物 葉 綠 體 中的 RuBPCase由 8個大 亞 基 和 8個 小 亞 基組 成 。 紅 色 為 4個 小亞 基 ， 另 4個 在 對 面看 不 到 ， 綠 和 蘭 色的 分 別 為 8個 大 亞基 。第 一 節(jié) 光 合 作 用 COOH HCOH H2COP COOP HCOH H2COP HCO HCOH H2COPPGA KinaseATP ADP GAP dehydrogenaseNADPH NADP3-PGA 1,3-PGA 3-GAPPic. RuBP 再 生第 一 節(jié) 光 合 作 用 H2COP C=O HOCH HCOHH2COP H

10、COH H2COP C=O HCOH HCOHH 2COPCOOH HCOHH2COPCOOP HCOHH2COPHCO HCOHH2COP H2COH C=OH2COP CO2ADP ATPNADP NADPH 12345 第 一 節(jié) 光 合 作 用 H2COP C=O HOCH HCOHH2COP HCOH H2COH C=O HOCH HCOHH2COP HCOH H2COP C=O HCOH HCOHH 2COPCOOH HCOHH2COPCOOP HCOHH2COPHCO HCOHH2COP H2COH C=OH2COP CO2ADP ATPNADP NADPH 12345 6Pi第

11、 一 節(jié) 光 合 作 用 H2COP C=O HOCH HCOHH2COP HCOH HCO HCOHH2COP HCOHH2COH C=O HOCH HCOHH2COP HCOH H2COP C=O HCOH HCOHH 2COP H2COH C=OHOCH HCOHH2COPCOOH HCOHH2COPCOOP HCOHH2COPHCO HCOHH2COP H2COH C=OH2COP CO2ADP ATPNADP NADPH 12345 6Pi 7第 一 節(jié) 光 合 作 用 H2COP C=O HOCH HCOHH2COP HCOH HCO HCOHH2COP HCOH C=O HOCH

12、 HCOH HCOHH2COP HCOHH2COPH2COH C=O HOCH HCOHH2COP HCOH H2COP C=O HCOH HCOHH 2COP H2COH C=OHOCH HCOHH2COPCOOH HCOHH2COPCOOP HCOHH2COPHCO HCOHH2COP H2COH C=OH2COP CO2ADP ATPNADP NADPH 12345 6 8Pi 7第 一 節(jié) 光 合 作 用 H2COP C=O HOCH HCOHH2COP HCOH HCO HCOHH2COP HCOH C=O HOCH HCOH HCOHH2COP HCOHH2COPH2COH C=O

13、 HOCH HCOHH2COP HCOH C=O HOCH HCOH HCOHH2COP HCOHH2COH H2COP C=O HCOH HCOHH 2COP H2COH C=OHOCH HCOHH2COPCOOH HCOHH2COPCOOP HCOHH2COPHCO HCOHH2COP H2COH C=OH2COP CO2ADP ATPNADP NADPH 12345 6 8 9Pi Pi 7第 一 節(jié) 光 合 作 用 H2COP C=O HOCH HCOHH2COP HCOH HCO HCOHH2COP HCOH C=O HOCH HCOH HCOHH2COP HCOHH2COP HCO

14、 HCOH HCOH HCOHH2COPH2COH C=O HOCH HCOHH2COP HCOH C=O HOCH HCOH HCOHH2COP HCOHH2COH H2COP C=O HCOH HCOHH 2COP H2COH C=OHOCH HCOHH2COPCOOH HCOHH2COPCOOP HCOHH2COPHCO HCOHH2COP H2COH C=OH2COP CO2ADP ATPNADP NADPH 12345 6 8 9 10Pi Pi 7第 一 節(jié) 光 合 作 用 H2COP C=O HOCH HCOHH2COP HCOH HCO HCOHH2COP HCOH C=O H

15、OCH HCOH HCOHH2COP HCOHH2COP HCO HCOH HCOH HCOHH2COPH2COH C=O HOCH HCOHH2COP HCOH C=O HOCH HCOH HCOHH2COP HCOHH2COH H2COP C=O HCOH HCOHH 2COP H2COH C=O HCOH HCOHH2COPH2COH C=OHOCH HCOHH2COPCOOH HCOHH 2COPCOOP HCOHH2COPHCO HCOHH2COP H2COH C=OH2COP CO2ADP ATPNADP NADPH 12345 6 8 9 121110Pi Pi7第 一 節(jié) 光

16、合 作 用 H2COP C=O HOCH HCOHH2COP HCOH HCO HCOHH2COP HCOH C=O HOCH HCOH HCOHH2COP HCOHH2COP HCO HCOH HCOH HCOHH2COPH2COH C=O HOCH HCOHH2COP HCOH C=O HOCH HCOH HCOHH2COP HCOHH2COH H2COP C=O HCOH HCOHH 2COP H2COH C=O HCOH HCOHH2COPH2COH C=OHOCH HCOHH2COPCOOH HCOHH 2COPCOOP HCOHH2COPHCO HCOHH2COP H2COH C=

17、OH2COP CO2ADP ATP ATPADPNADP NADPH 12345 6 8 9 1211 1310Pi Pi7淀 粉 第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 高 梁甘 蔗 粟 ( 谷 子 ,小 米 )莧 菜玉米第 一 節(jié) 光 合 作 用 CHC-O- P + HCO COO PEPCaseMg COOHCHC=O COOH+ Pi3 2 2+PEP OAA 第 一 節(jié) 光 合 作 用 C3 小 麥 維 管 束 鞘細 胞 無 葉 綠 體 C4 玉 米 維 管 束 鞘 細胞 有 葉 綠 體維管束鞘細胞第 一 節(jié) 光 合 作 用 PEPCO2HCO3-OAA OAA M

18、alNADPH NADP PyrPyrPPDK MalNADPNADPHCO2 RuBP3PGAC3途 徑ATP AMPATP 2ADP葉 肉 細 胞 維 管 束 鞘 細 胞Pi PEPCb、 CO2 轉 移 和 PEP的 再 生第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 紅 司靜 夜 第 一 節(jié) 光 合 作 用 PEPOAAMal CO2 MalFBPG6P淀 粉 CO2 PyrC3途 徑 液 泡葉 綠 體CAM植 物 白 天 ()和 晚 上 ()的 光 合 途 徑第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 三 、 光 合 作 用 與 環(huán) 境 條 件第 一 節(jié) 光 合

19、 作 用 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 500 1000 1500 2000 2500 C4C3Shade plant(C 3)Pn (molm-2 s-1 ) PPF(molm-2s-1) photoinhibition 第 一 節(jié) 光 合 作 用 光 抑 制 ： 光 合 作 用 的 光 抑 制 現(xiàn) 象 表 現(xiàn) 為強 光 下 光 合 速 率 降 低 。（ 3） 光 質 ： 紅 光 光 合 效 率 最 高 ,藍 紫 光 次 之 ,綠 光 最 差 。農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 如 何 利 用 光 強 和 光 質 ？第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用

20、C4 C3Pn (molm-2 s-1 ) CO 2 (l L-1) C3植 物 高 于 C4植 物 ， 怎 樣 進 行 CO2施 肥 ？ . 第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 -20 -10 0 10 20 30 40 50 0 20 40 60 Pn,Rd (molm-2 s-1 ) Temperature ( )Total photosynthetic ratePn Respiration rate第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 0 5 10 15 20 25 30 35 40 5 10 15 20 25 C4C3PPF 1000, Pn (

21、molm-2 s-1 ) Time of day (h) 第 一 節(jié) 光 合 作 用 第 一 節(jié) 光 合 作 用 固 氮 4 108t/y,化 肥 8 107t/y A、 固 氮 真 菌 與 地 衣 共 生 、 固 氮 藍細 菌 與 苔 蘚 類 共 生 。 B、 與 根 (豆 科 )共 生 的 細 菌 和其 他 微 生 物 根 瘤 菌 。 已 知約 3000種 豆 科 植 物 有 固 氮 能 力 。其 中 90%含 有 根 瘤 。第 二 節(jié) 生 物 固 氮 第 二 節(jié) 生 物 固 氮 第 二 節(jié) 生 物 固 氮大豆根瘤 豌 豆 根 瘤 第 二 節(jié) 生 物 固 氮 （ 1） 植 物 根 系 釋

22、放 根 瘤 菌基 因 表 達 的 激 發(fā) 子（ 2） 細 菌 釋 放 結 瘤 因 子（ 3） 植 物 根 系 產(chǎn) 生 離 子 流， 表 達 結 節(jié) 蛋 白 ， 根 瘤 菌 浸染 ， 并 開 始 根 瘤 形 態(tài) 發(fā) 生 。 第 二 節(jié) 生 物 固 氮根 瘤 的 形 成 過 程 示 意 圖 （ 苜蓿 ）A、 根 毛 彎 曲 ， 形 成 感 染 線B、 無 限 型 根 瘤 形 態(tài) 發(fā) 生i.感 染 線 進 入 內 皮 層 。 ii.內 皮 層 細 胞分 裂 。 iii.永 久 性 分 生 組 織 形 成 。 .由 遠 軸 端 到 近 軸 端 依 次 形 成 伸 長 節(jié)、 感 染 細 胞 和 衰 老

23、細 胞 。 .(1)根 瘤 分 生 組 織 形 成 層 ; (2)感 染 線生 長 和 細 胞 穿 透 區(qū) ； (3)浸 入 細 胞 擴 大區(qū) ； (4)含 成 熟 的 根 瘤 菌 組 織 ； (5)含 衰 老 的根 瘤 菌 組 織 ； (6)外 皮 層 ； (7)根 瘤 內 表 皮 ； (8)內 皮層 ； (9)根 瘤 維 管 束 ； (10)根 表 皮 ； (11)根 皮 層 ； (12)根 內 表 皮 ； (13)根 木 質 部 和 韌 皮 部 。C、 有 限 型 （ 球 形 ） 根 瘤 形 態(tài) 發(fā) 生 起 始 于 外 皮 層 細 胞 分 裂 。4a 開 始 衰 老 區(qū) ； (14)厚

24、壁 組 織 ； (15)木 栓 形 成 層 第 二 節(jié) 生 物 固 氮 第 二 節(jié) 生 物 固 氮 固 氮 酶固 氮 酶具 大 的 耗 能 反 應 書 本 第 二 節(jié) 生 物 固 氮 Fd鐵 氧 還 蛋 白 第 二 節(jié) 生 物 固 氮ATP推 動 雙 固 氮 酶 還 原 酶 （ Fe蛋 白 ） 變 構 第 二 節(jié) 生 物 固 氮 褐 色 的 為 Fe原 子 ，黃 色 的 為 S原 子 第 二 節(jié) 生 物 固 氮（ 1） 高 親 和 力 的 細 胞 色 素 氧 化 ， （ 2） 束 縛 氧 的 豆 血 紅 蛋 白 ， （ 3） 可 變 的 氧 透 過 屏 障 。 第 二 節(jié) 生 物 固 氮 第 二 節(jié) 生 物 固 氮 第 二 節(jié) 生 物 固 氮