光合生理研究現(xiàn)狀

1、光合生理研究現(xiàn)狀09級植物學李宏富the research actuality of photosynthesisthe research actuality of photosynthesis光合作用的發(fā)現(xiàn)光合作用的發(fā)現(xiàn)光合作用的場所光合作用的場所光合作用的過程光合作用的過程 光合作用的意義光合作用的意義 研究進展與展望研究進展與展望 光合作用的發(fā)現(xiàn)l 公元前3世紀，古希臘哲學家亞里士多德提出，植物生長在土壤中，土壤是構成植物體的原材料。l 1627年，荷蘭人van helmont的盆栽柳樹稱重實驗 他將一株2.3kg重的小樹種在重90.9kg的干土中，用雨水澆灌年。小樹長成重76.7kg，

2、而土壤只比試驗開始時減少57g。 由此試驗不難看出：植物生長所需的大部分物質(zhì)并非來自于土壤。1771年，英國普里斯特利的實驗年，英國普里斯特利的實驗結論：綠色植物具有更新空氣的能力。結論：綠色植物具有更新空氣的能力。 1779年，荷蘭的英恩豪斯證明只有植物的綠色部分在光下才能起使空氣變好的作用。 1804年，法國的索敘爾通過定量研究進一步證明二氧化碳和水是植物生長的原料。 1845年，德國的邁爾發(fā)現(xiàn)植物把太陽能轉化成了化學能。 1864年，德國的薩克斯發(fā)現(xiàn)光合作用的過程中產(chǎn)生了淀粉。薩克斯的實驗薩克斯的實驗在暗處放置幾個小時的葉片在暗處放置幾個小時的葉片一半曝光，一半遮光一半曝光，一半遮光碘蒸

3、氣處理碘蒸氣處理結論：綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉結論：綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉 1880年，美國恩吉爾曼實驗年，美國恩吉爾曼實驗黑暗中黑暗中 光照下光照下結論結論: :光合作用可以釋放氧氣，光合作用可以釋放氧氣， 氧氣由葉綠體釋放氧氣由葉綠體釋放. . 1897年，首次在教科書中稱它為光合作用。 20世紀30年代，美國科學家魯賓和卡門采用同位素標記法研究了“光合作用中釋放的氧到底來自水還是來自二氧化碳”這個問題，得到了光合作用產(chǎn)生的氧氣全部來自于水的結論。 20世紀40年代初，美國的卡爾文等科學家用小球藻做試驗：用c14標記的二氧化碳供小球藻進行光合作用，然后追蹤檢測其放射性，最終探

4、明了二氧化碳中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑，這一途徑被稱為卡爾文循環(huán)。 魯賓、卡門實驗魯賓、卡門實驗結論：光合作用釋放的氧來自水結論：光合作用釋放的氧來自水光合作用的場所葉綠體外膜外膜內(nèi)膜內(nèi)膜基質(zhì)基質(zhì)基?；Ｈ~綠體色素具有吸收光能、傳遞光能、轉化葉綠體色素具有吸收光能、傳遞光能、轉化光能的作用。光能的作用。葉綠體色素葉綠體色素葉綠素葉綠素類胡蘿卜素類胡蘿卜素葉綠素葉綠素a葉綠素葉綠素b b胡蘿卜素胡蘿卜素葉黃素葉黃素主要吸收主要吸收紅光紅光和和藍紫光藍紫光主要吸收主要吸收藍紫光藍紫光什么是光合作用光合作用光合作用(photosynthesis)：是綠色植物通是綠色植物通過葉綠體，利用

5、可見光中的光能，把二氧過葉綠體，利用可見光中的光能，把二氧化碳和水合成為儲存能量的糖類（通常指化碳和水合成為儲存能量的糖類（通常指葡萄糖），并且釋放出氧氣的過程。葡萄糖），并且釋放出氧氣的過程。光合作用的反應式：光合作用的反應式：6co2+12h2oc6h12o6+6o2+6h2o光能光能葉綠體葉綠體釋放的氧氣釋放的氧氣來源于參加來源于參加反應的水反應的水光合作用的過程色素分子色素分子可見光可見光吸收吸收2h2o光解光解o24hadp+pi酶酶atpc5co2固定固定2c3酶酶還原還原能能多種酶多種酶c6h12o6+h2o光反應光反應暗反應暗反應光合作用有關化學方程式 水的光解：h h2 2o

6、2ho2h+ +1/2o+1/2o2 2 遞氫：nadp+2enadp+2e- -+h+h+ +nadphnadph 遞能：adp+piadp+pi atp atp co2的固定： coco2 2+c+c5 5化合物化合物2c2c3 3化合物化合物 有機物的生成（c3的還原）：2c2c3 3化合物化合物（chch2 2o o）+c+c5 5化合物化合物 耗能：atp adp+piatp adp+pi 能量轉化過程：光能不穩(wěn)定的化學能（能量儲存在atp的高能磷酸鍵中） 穩(wěn)定的化學能（糖類即淀粉的合成） 光、暗反應的聯(lián)系：兩者是一個整體，兩者緊密聯(lián)系。光反應為暗反應提供能量（atp）和還原劑（na

7、dph），暗反應產(chǎn)生的adp和pi為光反應合成atp提供原料。光反應和暗反應的比較光反應和暗反應的比較場所場所條件條件物質(zhì)物質(zhì)變化變化能量變化能量變化光反應光反應暗反應暗反應基粒片層膜上基粒片層膜上基質(zhì)中基質(zhì)中有光有光光反應、多種酶光反應、多種酶水的光解水的光解atp的生成的生成co2的固定的固定c3的還原的還原atp的水解的水解光能光能 活躍化能活躍化能活躍化能活躍化能 穩(wěn)定化能穩(wěn)定化能 影響光合作用的外界條件 光照：光合作用是一個光生物化學反應，所以光合速率隨著光照強度的增加而加快，但超過一定范圍之后，光合速率的增加變慢，直到不再增加。 co2： co2是綠色植物進行光合作用的原料，在一定

8、范圍內(nèi)提高其濃度能提高光合作用速率，當濃度增加到一定值之后光合作用速率不再增加，因為光合作用的產(chǎn)物有限。 溫度：光合作用中的化學反應都是在酶的催化作用下進行的，而溫度直接影響酶的活性。溫度與光合速率的關系就像溫度與酶之間的關系，有一個最適溫度。 礦質(zhì)元素：礦質(zhì)元素直接或間接影響光合作用。例如：n是構成葉綠素、atp、酶的化合物的元素，p是構成atp的元素，mg是構成葉綠素的元素。 水分：水分既是光合作用的原料之一，又可影響葉片氣孔的開閉，間接影響co2的吸收。缺水時光合速率下降。光合作用的意義1、生物界中有機物的來源；、生物界中有機物的來源；2、維持大氣中氧和二氧化碳的相對穩(wěn)定；、維持大氣中氧

9、和二氧化碳的相對穩(wěn)定；3、對生物的進化具有重要作用；、對生物的進化具有重要作用；4、生物生命活動所需能量的最終來源。、生物生命活動所需能量的最終來源。 總之，從物質(zhì)轉變和能量轉變的過程來總之，從物質(zhì)轉變和能量轉變的過程來 看，光合作用是生物界最基本的物質(zhì)代謝看，光合作用是生物界最基本的物質(zhì)代謝和能量代謝。和能量代謝。光合作用與生產(chǎn)生活光合作用與生產(chǎn)生活在生活中的應用在生活中的應用 清晨或夜間不在密林中鍛煉清晨或夜間不在密林中鍛煉在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應用( (如何增加作用單位面積的如何增加作用單位面積的產(chǎn)量產(chǎn)量) )增增 加加 光光 照照 面面 積積延延 長長 光光 照照 時時 間間適當

10、增加二氧化碳濃度適當增加二氧化碳濃度增加光照面積增加光照面積合理密植合理密植立體種植立體種植改變株形改變株形延長光照時間延長光照時間大棚人工光照大棚人工光照一年一熟改為一年多熟一年一熟改為一年多熟增加二氧化碳濃度增加二氧化碳濃度施用施用nh4hco3（大田）（大田）施用農(nóng)家肥施用農(nóng)家肥研究進展與展望 我國最早進行植物光合生理生態(tài)學研究的是李繼侗,他發(fā)表的論文光對光合速率變化的瞬時效應,可以說是對兩個光系統(tǒng)的先驅報告.在1960年-1980年從生理生態(tài)學角度開展的大田光合生理研究,對傳統(tǒng)的群落光合模型作了修訂.以興安嶺和長白山紅松針闊混交林、內(nèi)蒙古草原、亞熱帶杉木針闊混交林結構與光合生產(chǎn)的研究也

11、是群體水平的工作.這些工作與國際地圈與生物圈計劃（igbp）研究中光合生產(chǎn)、礦質(zhì)營養(yǎng)元素循環(huán)的目標一致,成為群體光合生理生態(tài)的一個特殊領域。 草原植物光合生理生態(tài)系統(tǒng)的研究 1979年中國科學院草原生態(tài)系統(tǒng)定位研究站建站時就開始了這方面的研究,在站內(nèi)建立了光合生理生態(tài)實驗室,實現(xiàn)了對同化室的光照、溫度和濕度等因素的調(diào)控,組裝了適合野外測定的光合測定車;采用了紅外線、co2分析儀和同化室聯(lián)用法多種測定形式.20多年來,在自然條件下著重研究了草原植物光合作用的日進程類型及其與生態(tài)因子的關系;實驗室條件下植物葉片光合速率、光呼吸速率、暗呼吸速率與光合速率同光照、大氣溫度、濕度和co2濃度、土壤水分和

12、養(yǎng)分等不同生態(tài)因子的關系以及植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)對光合速率的影響,并就草原地區(qū)植物光合作用午間降低現(xiàn)象產(chǎn)生的原因進行了探討。森林植物光合生理生態(tài)系統(tǒng)的研究 研究發(fā)現(xiàn),光合作用強弱取決于樹木的遺傳性和環(huán)境條件的影響.由于光合作用與樹木生長的環(huán)境條件密切相關,所以光合強度也常作為評價樹木適應性的重要指標. 研究引種樹木的光合特性及其變化規(guī)律,已經(jīng)運用到樹木的引種馴化,或者對不同地理環(huán)境條件下對當?shù)貥淠究茖W合理的估計.此外,光合作用的某些生理參數(shù),如co2補償點、光補償點、光飽和點等指標已經(jīng)被廣大學者作為樹木早期鑒定、速生豐產(chǎn)以及制定栽培措施的科學依據(jù).光合作用、光響應、co2響應和生理生態(tài)因子的影響等

13、也已成為探討樹木光合生理生態(tài)的指標,尤其光合作用的研究為樹木對生態(tài)環(huán)境變化的響應和適應性以及樹木的引種栽培和森林培育提供理論依據(jù)。瀕危植物的光合生理生態(tài)研究 通過對瀕危植物的光合生理生態(tài)進行研究,與近緣非瀕危種類比較,了解生理生態(tài)特征上的差異,找到瀕危植物可能與環(huán)境不協(xié)調(diào)的生理生態(tài)特征,進而對其瀕危機制進行探討.研究發(fā)現(xiàn),與正常樹木(源木蓮、巴東木蓮)相比,瀕危物種樹木(華木蓮)凈光合速率、蒸騰速率、表觀量子產(chǎn)額、羧化效率、光補償點高;水分利用效率、光飽和點、co2飽和點和補償點低.瀕危物種樹木(華木蓮)要求較高的水濕條件,這與其瀕危機制有很大關系.熱帶林植物的光合生理生態(tài)系統(tǒng)研究 近年來便攜

14、式光合作用測定儀的發(fā)展促進了熱帶林樹種光合作用的研究.目前對熱帶林樹種光合生理生態(tài)的研究由于缺乏大量的野外基礎實驗數(shù)據(jù),使得人們對于樹種對環(huán)境因子變化光合響應的生態(tài)學意義認識不足.在當前及今后熱帶林樹種光合作用的研究中如何準確地定量和定性描述環(huán)境改變對光合碳同化的影響, 以及空氣濕度、溫度、水分、營養(yǎng)元素等因子對樹種光抑制恢復的交互影響,樹種對大氣co2濃度提高的光合響應機制等都有待于更進一步的研究,特別是在當前我國熱帶林樹種光合作用的研究幾乎空白的條件下,這些更應作為熱帶林光合生理生態(tài)研究的重點.在考慮光環(huán)境與光合作用的作用時,主要從熱帶森林中樹種對光環(huán)境改變的光合響應、光斑對下層植物光合作用的影響、co2濃度的升高對樹種光合作用的影響、氣孔導度與光合作用等方面來說明熱帶林植物的光合生理生態(tài)機制.植物光合生理生態(tài)模型的研究 近年來由于co2濃度的增加導致的全球環(huán)境變化問題已經(jīng)引起了廣泛的關注,因此研究和預測全球環(huán)境變化對生態(tài)環(huán)境的影響,尤其是對植物光合呼吸作用的影響至為關鍵.因此必須在詳細