植物生理学--光合作用.pptVIP

医学课件 医学课件 2. 光呼吸的生理意义 从进化的观点来说，光呼吸是对植物有害而无益的，但在自然选择中没有被淘汰，说明它还是有其存在的意义，至今在自然界中也还没有发现存在不进行光呼吸的植物。在实践中也发现抑制光呼吸同时也会影响光合产量。 但到目前为止，对光呼吸的生理意义只有几种推测而已 医学课件 2. 光呼吸的生理意义 （1）植物自身防护体系，防止高光强对光合器官的破坏。消耗了多余的光能，平衡同化力与碳同化之间的关系，避免了强光下同化力过剩对光合器官的损伤，同时也清除了乙醇酸的毒害；（2）光呼吸是一种代谢“抢救”措施。植物通过光呼吸将乙醇酸中四分之三的有机碳回收到Calvin环中，避免了有机态碳的过多损失。同时光呼吸降低叶绿体间质中O2浓度，保持叶内CO2浓度，维持RuBPCase活性，促进C3途径正常运转；（3）光呼吸与氮代谢有关。乙醇酸代谢过程中产生了甘氨酸、丝氨酸等，是氨基酸合成的补充途径。 医学课件 光呼吸与暗呼吸 光呼吸不释放能量和还原物质，与呼吸作用本质完全不同，而是光合作用附带反应，是碳循环的一部分，故趋向于称之为氧化光合碳循环（oxidative photosynthetic carbon cyle）。 医学课件 四、C3植物和C4植物 C3植物：只具有C3途径进行光合碳同化的植物。 如：水稻、小麦、棉花、大豆，蔬菜等大部分农作物都属于C3植物，以及重要木本科植物(除红杉等)。 C4植物：包括C4途径和C3途径进行光合碳同化的植物。 农作物中只有玉米、高粱、甘蔗、黍、粟等几种适合于高温、强光和干旱条件下生长的植物属于C4 植物。这两类植物在叶片解剖结构与光合特性方面有着显著的差异，当然也有一些共同的特征。 医学课件 1. 叶片解剖结构上的差异 C3leaf C4leaf C3、C4植物的叶片内部细胞结构和 叶绿体的分布及结构特点。 医学课件 2. C3、C4植物的酶系统的区域分布 C4植物维管束鞘细胞的叶绿体含有C3途径的全部酶系统以及C4植物特有的催化C4二羧酸脱羧反应的酶类。 C4植物叶肉细胞的叶绿体内不含RuBP羧化酶，而细胞质中有对CO2亲和力很强的PEP羧化酶系统，故C4植物通过PEP固定CO2的反应是在叶肉细胞的细胞质中进行的。形成CO2二羧酸转移到维管束鞘细胞中脱羧，放出CO2参与C3途径，因而只有在维管束鞘细胞形成淀粉。 C3植物维管束鞘细胞不含叶绿体，仅叶肉细胞含有叶绿体，整个光合过程都是在叶肉细胞里进行，所以，淀粉也只是积累在叶肉细胞。 医学课件 五、C3植物和C4植物的光合特征 （1）光呼吸：C4植物含光呼吸相关酶以及过氧化物体的数目很少，而且主要集中在维管束鞘细胞。光呼吸放出的CO2不易逸出，即使发生了光呼吸，CO2也会被叶肉细胞重新固定。而且由于C4植物“CO2泵”的作用，一般维管束鞘细胞中CO2/O2总是较高，所以光呼吸较低，因此又称之为低光呼吸植物，而C3植物则被称为（高）光呼吸植物。 医学课件 （2）光效：C4植物Calvin循环在鞘细胞中进行，且CO2/O2总是较高，即使空气中CO2稀薄，也能保证鞘细胞中CO2浓度较高，因而对可见光的利用效率比较高，具有高光效。 农业生产中降低C3作物光呼吸，提高光合速率，增加农作物产量，也是植物生理的一个重要研究课题。 医学课件 （3）CO2补偿点和光饱和点 ： C4植物的PEP羧化酶对CO2亲和力很强，能充分利用低浓度的CO2。 C4植物的CO2补偿点约为0～10μl·L-1； C3植物的约为30～70μl·L-1。 C4植物适应于高光强，光饱和点明显高于C3植物，有的甚至在夏天的最高自然光强下(约500W·m-2)也不饱和，而C3植物多在120～200W·m-2下即已饱和。 医学课件 （4）生长适应性 在温度较高、光照较强以及相对湿度较低的条件下， C4植物光合速率可达25～40μmolCO2·m-2·s-1 C3植物则在10～22μmolCO2·m-2·s-1左右 相应的C4植物全年干物质积累量近40t·hm-2 C3植物约22 t·hm-2。 C4植物光合作用的最适温度(30℃～47℃) C3植物(20℃～30℃)的最适温度 C4植物也比较耐盐。 此外由于维管束鞘细胞接近导管，不易缺水，因此C4植物具有较强抗旱性，适应干旱、高温、高光强的生存环境，但不适合于低温条件。 医学课件 （5）能量消耗 C4植物比C3消耗更多的能量。 C4植物每同化1分子CO2，除了在C3途径中消耗与C3植物相同的同化力（2NADPH和3ATP）外，在C4途径中还要多消耗2ATP， 即CO2∶ATP∶NADPH＝1∶5∶2，能量上不经济。 而且高光效并不一定是将光合产物全部用于收获器官的生长，再考虑到产物的运输、