2020-11-26 16:33:20
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光合作用

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反应

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光合作用(Photosynthesis),即光能合成作用,是植物、藻类和某些细菌,在可见光的照射下,经过光反应和暗反应,利用光合色素,将二氧化碳(或硫化氢)和水转化为有机物,将光能转化成化学能储存在有机物中,并释放出氧气(或氢气)的生化过程。

光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和, 是生物界赖以生存的基础,也是地球碳氧循环的重要媒介。

基本信息

  • 中文名

    光合作用

  • 外文名

    Photosynthesis

  • 作用部位

    叶绿体

  • 作用条件

    光色素分子酶二氧化碳(硫化氢)

折叠 编辑本段 简介

光合作用[1][2](Photosynthesis),即光能合成作用,是植物、藻类和某些细菌,在可见光的照射下,经过光反应和暗反应,利用光合色素,将二氧化碳(或硫化氢)和水转化为有机物,并释放出氧气(或氢气)的生化过程。光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和,是生物界赖以生存的基础,也是地球碳氧循环的重要媒介。光合作用(Photosynthesis)是绿色植物利用叶绿素等光合色素和某些细菌(如带紫膜的嗜盐古菌)利用其细胞本身,在可见光的照射下,将二氧化碳和水(细菌为硫化氢和水)转化为有机物,并释放出氧气(细菌释放氢气)的生化过程。植物之所以光合作用图解光合作用图解被称为食物链的生产者,是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。通过食用,食物链的消费者可以吸收到植物及细菌所贮存的能量,效率为10%~20%左右。对于生物界的几乎所有生物来说,这个过程是它们赖以生存的关键。而在地球上的碳-氧循环,(保持氧气和二氧化碳含量的相对稳定)光合作用是必不可少的。

折叠 基本介绍

本词条仅阐释普通意义上的光合作用。相关概念(如光合色素、化能合成作用)请参阅其他词条。植物的光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。

折叠 叶绿体中文解释

光合作用(Photosynthesis)是绿色植物利用叶绿素等光合色素和某些细菌(如带紫膜的嗜盐古菌)利用其细胞本身,在可见光的照射下,将二氧化碳和水(细菌为硫化氢和水)转化为有机物,并释放出氧气(细菌释放氢气)的生化过程。植物之所以被称为食物链的生产者,是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。通过食用,食物链的消费者可以吸收到植物及细菌所贮存的能量,效率为10%~20%左右。对于生物界的几乎所有生物来说,这个过程是它们赖以生存的关键。而在地球上的碳氧循环,光合作用是必不可少的。叶绿素叶绿素

折叠 编辑本段 光合作用原理

折叠 光反应

1.水的光解:2H2O→4[H]+O2(为暗反应提供氢)

2.ATP的形成:ADP+Pi+光能—→ATP(为暗反应提供能量)

折叠 暗反应

1.CO2的固定:CO2+C5→2C3

2.C3化合物的还原:2C3+[H]+ATP→(CH2O)+C5

1、光合作用:发生范围(绿色植物)、场所(叶绿体)、能量来源(光能)、原料(二氧化碳和水)、产物(储存能量的有机物和氧气)。

折叠 编辑本段 相关知识

折叠 1、光合作用的发现

①1771年英国科学家普利斯特莱发现,将点燃的蜡烛与绿色植物一起放在密闭的玻璃罩内,蜡烛不容易熄灭;将小鼠与绿色植物一起放在玻璃罩内,小鼠不容易窒息而死,证明:植物可以更新空气。

②1864年,德国科学家萨克斯把绿叶放在暗处理的绿色叶片一半曝光,另一半遮光。过一段时间后,用碘蒸气处理叶片,发现遮光的那一半叶片没有发生颜色变化,曝光的那一半叶片则呈深蓝色。证明:绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。

③1880年,德国科学家思吉尔曼用水绵进行光合作用的实验。证明:叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所,氧是叶绿体释放出来的。

④20世纪30年代美国科学家鲁宾卡门采用同位素标记法研究了光合作用。第一组相植物提供H₂18O和CO₂,释放的是18O2;第二组提供H₂O和C18O,释放的是O₂。光合作用释放的氧全部来自于水。

折叠 2、叶绿体的色素

①分布:基粒片层结构的薄膜上。

②色素的种类:高等植物叶绿体含有以下四种色素。

A、叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,包括叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色);

B、类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,包括胡萝卜素(橙黄色)和叶黄素(黄色)。

折叠 3、叶绿体的酶

分布在叶绿体基粒片层膜上(光反应阶段的酶)和叶绿体的基质中(暗反应阶段的酶)。

折叠 4光反应与暗反应的区别与联系

①场所:光反应在叶绿体基粒片层膜(类囊体膜)上,暗反应在叶绿体的基质中。

②条件:光反应需要光、叶绿素等色素、酶,暗反应需要许多有关的酶。

③物质变化:光反应发生水的光解和ATP的形成,暗反应发生CO₂的固定和C₃化合物的还原。

④能量变化:光反应中光能→ATP中活跃的化学能,在暗反应中ATP中活跃的化学能→CH2O中稳定的化学能。

⑤联系:光反应产物[H]是暗反应中CO2的还原剂,ATP为暗反应的进行提供了能量,暗反应产生的ADP和Pi为光反应形成ATP提供了原料。

光合作用图解光合作用图解

折叠 6、光合作用的意义

①提供了物质来源和能量来源。②维持大气中氧和二氧化碳含量的相对稳定。③对生物的进化具有重要作用。总之,光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。

折叠 7、影响光合作用的因素

有光照(包括光照的强度、光照的时间长短)、二氧化碳浓度、温度(主要影响酶的作用)和水等。这些因素中任何一种的改变都将影响光合作用过程。如:在大棚蔬菜等植物栽种过程中,可采用白天适当提高温度、夜间适当降低温度(减少呼吸作用消耗有机物)的方法,来提高作物的产量。再如,二氧化碳是光合作用不可缺少的原料,在一定范围内提高二氧化碳浓度,有利于增加光合作用的产物。当低温时暗反应中(CH₂O)的产量会减少,主要由于低温会抑制酶的活性;适当提高温度能提高暗反应中(CH₂O)的产量,主要由于提高了暗反应中酶的活性。

折叠 8、光合作用过程

可以分为两个阶段,即光反应和暗反应。前者的进行必须在光下才能进行,并随着光照强度的增加而增强,后者有光、无光都可以进行。暗反应需要光反应提供能量和[H],在较弱光照下生长的植物,其光反应进行较慢,故当提高二氧化碳浓度时,光合作用速率并没有随之增加。光照增强,蒸腾作用随之增加,从而避免叶片的灼伤,但炎热夏天的中午光照过强时,为了防止植物体内水分过度散失,通过植物进行适应性的调节,气孔关闭。虽然光反应产生了足够的ATP和〔H〕,但是气孔关闭,CO₂进入叶肉细胞叶绿体中的分子数减少,影响了暗反应中葡萄糖的产生。

折叠 9、在光合作用中

光合作用是指绿色植物利用光能,把二氧化碳和水合成为贮存了能量的有机物,同时释放出氧气的过程。

a、由强光变成弱光时,产生的[H]、ATP数量减少,此时C3还原过程减弱,而CO₂仍在短时间内被一定程度的固定,因而C3含量上升,C5含量下降,(CH₂O)的合成率也降低。

b、CO₂浓度降低时,CO2固定减弱,因而产生的C3数量减少,C5的消耗量降低,而细胞的C₃仍被还原,同时再生,因而此时,C3含量降低,C5含量上升。

植物光合作用过程:二氧化碳+水 →有机物(储存着能量)+氧气

光合作用环境光合作用环境

折叠 编辑本段 发现史

1771年,英国化学家普利斯特列(Joseph Priestley)发现,把薄荷枝条和燃着的蜡烛放在一只密闭的钟罩里,蜡烛不容易熄灭;把小鼠和植物放在同一钟罩里,小鼠也不易窒息死亡。因此他提出植物可以“净化”空气。1779年,荷兰人英格豪茨(Jan Ingen-housz)进一步证实,绿色植物只有在日光下才能“净化”空气。1782年,瑞士的森尼别(Jean Senebier)用化学分析证明二氧化碳是光合作用所必需的,氧气是光合作用的产物。1804年索苏尔(Nicholes.Th.de.Saussare)证实了植物光合作用以二氧化碳和水作原料。 1864年,萨克斯(Julius Sachs)发现只有照光时,叶绿体中的淀粉粒才会增大,指出光合作用的产物是氧气和有机物。

折叠 编辑本段 实际应用

研究课题

研究光合作用,对农业生产,环保等领域起着基础指导的作用。知道光反应暗反应的影响因素,可以趋利避害,如建造温室,加快空气流通,以使农作物增产。人们又了解到二磷酸核酮糖羧化酶的两面性,即既催化光合作用,又会推动光呼吸,正在尝试对其进行改造,减少后者,避免有机物和能量的消耗,提高农作物的产量。

当了解到光合作用与植物呼吸的关系后,人们就可以更好的布置家居植物摆设。比如晚上就不应把植物放到室内,以避免因植物呼吸而引起室内氧气浓度降低。

农业生产的目的是为了以较少的投入,获得较高的产量。根据光合作用的原理,改变光合作用的某些条件,提高光合作用强度(指植物在单位时间内通过光合作用制造糖的数量),是增加农作物产量的主要措施。这些条件主要是指光照强度、温度、CO2浓度等。如何调控环境因素来最大限度的增加光合作用强度,是现代农业的一个重大课题。

农业上应用的例子有:合理密植、立体种植、适当增加二氧化碳浓度、适当延长光照时间、减少大气电场的屏蔽、设立空间电场等。

应用实例

⑴云南生态农业研究所所长那中元开发的作物基因表型诱导调控表达技术(GPIT),在世界上第一个成功地解决了提高光合作用效率的难题。

提高农作物产量有多种途径,其中之一是提高作物光合作用效率,而如何提高则是一个世界难题,许多发达国家开展了多年研究,但至今未见成功的报道。

那中元开发的GPIT技术率先解决了这一难题,据西藏、云南、山东、黑龙江、吉林等省、自治区试验结果,使用GPIT技术,不同作物的光合作用效率可分别提高50%至400%以上。

云南省西北部的迪庆藏族自治州中甸高原坝区海拔3276米,玉米全生育期有效积温493℃,不到世界公认有效积温最低极限的一半;玉米苗期最低气温零下5.4℃,地表最低气温零下9.5℃。但使用GPIT技术试种的玉米仍生长良好,获得每亩499公斤的高产。

1999年在海拔3658米的拉萨试种的玉米,单株最多长出八穗,全部成熟,且全是高赖氨酸优质玉米。全国高海拔地区和寒冷地区的试验示范表明,应用GPIT技术可使作物的生育期大为缩短,小麦平均缩短7至15天,水稻平均缩短10至20天,玉米平均缩短30至40天。

GPIT技术还解决了农作物自身抗性表达,高抗根、茎、叶多种病害的世纪难题。1999年在昆明市官渡区进行了百亩小麦连片对照试验,未使用GPIT技术的小麦三次施用农药,白粉病仍很严重;而应用GPIT技术处理的百亩小麦,不用农药,基本不见病株。

⑵模拟大气电场的空间电场在提高温室内作物、大田作物的光合效率方面具有应用价值。空间电场生物效应之一是植物在空间电场作用下能快速吸收二氧化碳并提高根系的呼吸强度。大气电场防病促生理论、模拟大气电场变化的空间电场在农业生产中一般用来解决弱光生理障碍和加快二氧化碳的同化速率。在空间电场环境中,增补二氧化碳可获得高的生物产量。

⑶ 二氧化碳捕集技术,即光碳核肥,是由南阳东仑生物光碳科技有限公司生产的产品,

大气电场与空间电场调控光合作用之应用 (13张)

世界第一例可以大面积推广的增加植物光合作用的技术,该技术可以有效的增加作物周围的二氧化碳浓度,增加植物的光合作用,同时抑制夜间的光呼吸,从而达到作物高产。

实际意义

⒈一切生物体和人类物质的来源(所需有机物最终由绿色植物提供)

⒉一切生物体和人类能量的来源(地球上大多数能量都来自太阳能)

⒊一切生物体和人类氧气的来源(使大气中氧气、二氧化碳的含量相对或绝对稳定)

折叠 编辑本段 影响条件

折叠 光照

光合作用是一个光生物化学反应,所以光合速率随着光照强度的增加而加快。但超过一定范围之后,光合速率的增加变慢,直到不再增加。光合速率可以用CO2的吸收量来表示,CO2的吸收量越大,表示光合速率越快。

折叠 二氧化碳

CO2是绿色植物光合作用的原料,它的浓度高低影响了光合作用暗反应的进行。在一定范围内提高CO2的浓度能提高光合作用的速率,CO2浓度达到一定值之后光合作用速率不再增加,这是因为光反应的产物有限。

折叠 温度

温度对光合作用的影响较为复杂。由于光合作用包括光反应和暗反应两个部分,光反应主要涉及光物理和光化学反应过程,尤其是与光有直接关系的步骤,不包括酶促反应,因此光反应部分受温度的影响小,甚至不受温度影响;而暗反应是一系列酶促反应,明显地受温度变化影响和制约。

当温度高于光合作用的最适温度时,光合速率明显地表现出随温度上升而下降,这是由于高温引起催化暗反应的有关酶钝化、变性甚至遭到破坏,同时高温还会导致叶绿体结构发生变化和受损;高温加剧植物的呼吸作用,而且使二氧化碳溶解度的下降超过氧溶解度的下降,结果利于光呼吸而不利于光合作用;在高温下,叶子的蒸腾速率增高,叶子失水严重,造成气孔关闭,使二氧化碳供应不足,这些因素的共同作用,必然导致光合速率急剧下降。当温度上升到热限温度,净光合速率便降为零,如果温度继续上升,叶片会因严重失水而萎蔫,甚至干枯死亡。

光合作用途径光合作用途径

参考资料

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