植物光合作用（植物光合作用的原料）

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1植物的光合作用

植物光合作用是一个生物化学过程，是生物界赖以生存的基础。植物光合作用指的是植物吸收光能，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。植物光合作用又叫做光能合成作用。

光合作用的介绍

光合作用分为光反应、暗反应两个阶段，光合作用所产生的有机物主要是碳水化合物，并释放出能量。植物的光合作用发生在绿色植物的叶绿体、光合细菌内，涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，有助于调节大气碳-氧平衡，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳-氧平衡具有重要意义。

植物在同化无机碳化物的同时，把太阳能转变为化学能，储存在所形成的有机化合物中。每年光合作用所同化的太阳能约为人类所需能量的10倍。有机物中所存储的化学能，除了供植物本身和全部异养生物之用外，更重要的是可供人类营养和活动的能量来源。

2植物光合作用

一、植物的光合作用

光合作用（Photosynthesis）是植物、藻类和某些细菌利用叶绿素，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为葡萄糖，并释放出氧气的生化过程。

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所贮存的能量，效率为30%左右。

对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是他们赖以生存的关键。而地球上的碳氧循环，光合作用是必不可少的。

光合作用的发现 古希腊哲学家亚里士多德认为，植物生长所需的物质全来源于土中。 荷兰人范·埃尔蒙做了盆栽柳树称重实验，得出植物的重量主要不是来自土壤而是来自水的推论。

他没有认识到空气中的物质参与了有机物的形成。 1771年，英国的普里斯特利发现植物可以恢复因蜡烛燃烧而变“坏”了的空气。

1773年，荷兰的英恩豪斯证明只有植物的绿色部分在光下才能起使空气变“好”的作用。 1804年，瑞士的索绪尔通过定量研究进一步证实二氧化碳和水是植物生长的原料。

1845年，德国的迈尔发现植物把太阳能转化成了化学能。 1864年，德国的萨克斯发现光合作用产生淀粉。

1880年，美国的恩格尔曼发现叶绿体是进行光合作用的场所。 1897年，首次在教科书中称它为光合作用。

原理 植物与动物不同，它们没有消化系统，因此它们必须依靠其他的方式来进行对营养的摄取。就是所谓的自养生物。

对于绿色植物来说，在阳光充足的白天，它们将利用阳光的能量来进行光合作用，以获得生长发育必需的养分。 这个过程的关键参与者是内部的叶绿体。

叶绿体在阳光的作用下，把经有气孔进入叶子内部的二氧化碳和由根部吸收的水转变成为葡萄糖，同时释放氧气： 12H2O + 6CO2 + 光 → C6H12O6 （葡萄糖） + 6O2↑+ 6H2O 注意： 上式中等号两边的水不能抵消，虽然在化学上式子显得很特别。原因是左边的水，是植物吸收所得，而且用于制造氧气和提供电子和氢离子。

而右边的水分子的氧原子则是来自二氧化碳。为了更清楚地表达这一原料产物起始过程，人们更习惯在等号左右两边都写上水分子，或者在右边的水分子右上角打上星号。

光反应和暗反应 光合作用可分为光反应和暗反应两个步骤 光反应 场所：叶绿体膜 影响因素：光强度，水分供给 植物光合作用的两个吸收峰 叶绿素a,b的吸收峰过程：叶绿体膜上的两套光合作用系统：光合作用系统一和光合作用系统二，（光合作用系统一比光合作用系统二要原始，但电子传递先在光合系统二开始）在光照的情况下，分别吸收680nm和700nm波长的光子，作为能量，将从水分子光解光程中得到电子不断传递，最后传递给辅酶NADP。而水光解所得的氢离子则因为顺浓度差通过类囊体膜上的蛋白质复合体从类囊体内向外移动到基质，势能降低，其间的势能用于合成ATP，以供暗反应所用。

而此时势能已降低的氢离子则被氢载体NADP带走。一分子NADP可携带两个氢离子。

这个NADPH+H离子则在暗反应里面充当还原剂的作用。 意义：1：光解水，产生氧气。

2：将光能转变成化学能，产生ATP，为暗反应提供能量。3：利用水光解的产物氢离子，合成NADPH+H离子，为暗反应提供还原剂。

暗反应 实质是一系列的酶促反应 场所：叶绿体基质 影响因素：温度，二氧化碳浓度 过程：不同的植物，暗反应的过程不一样，而且叶片的解剖结构也不相同。这是植物对环境的适应的结果。

暗反应可分为C3,C4和CAM三种类型。三种类型是因二氧化碳的固定这一过程的不同而划分的。

卡尔文循环 卡尔文循环（Calvin Cycle）是光合作用的暗反应的一部分。反应场所为叶绿体内的基质。

循环可分为三个阶段： 羧化、还原和二磷酸核酮糖的再生。大部分植物会将吸收到的一分子二氧化碳通过一种叫二磷酸核酮糖羧化酶的作用整合到一个五碳糖分子1,5-二磷酸核酮糖（RuBP）的第二位碳原子上。

此过程称为二氧化碳的固定。这一步反应的意义是，把原本并不活泼的二氧化碳分子活化，使之随后能被还原。

但这种六碳化合物极不稳定，会立刻分解为两分子的三碳化合物3-磷酸甘油酸。后者被在光反应中生成的NADPH+H还原，此过程需要消耗ATP。

产物是3-磷酸丙糖。后来经过一系列复杂的生化反应，一个碳原子将会被用于合成葡萄糖而离开循环。

剩下的五个碳原子经一些列变化，最后在生成一个1,5-二磷酸核酮糖，循环重新开始。循环运行六次，生成一分子的葡萄糖。

C3类植物 二战之后，美国加州大学贝克利分校的马尔文·卡尔文与他的同事们研究一种名叫Chlorella的藻，以确定植物在光合作用中如何固定CO2。此时C14示踪技术和双向纸层析法技术都已经成熟，卡尔文正好在实验中用上此两种技术。

他们将培养出来的藻放置在含有未标记CO2的密闭容器中，然后将C14标记的CO2注入容器，培养相当短的时间之后，将藻浸入热的乙醇中杀死细胞，使细胞中的酶变性而失效。接着他们提取到溶液里的分子。

然后将提取物应用双向纸层析法分离各种化合物，再通过放射自显影分析放射性上面的斑点，并与已知化学成份进行比较。 卡尔文在实验中发现，标记有C14的CO2很快就能转变成有。

二、植物的光合作用是什么性质

植物的光合作用 自养生物吸收二氧化碳转变成有机物的过程叫碳素同化作用（carbon assimilation）.生物的碳素同化作用包括细菌光合作用、绿色植物光合作用和化能合成作用三种类型，其中以绿色植物光合作用最为广泛，合成有机物最多，与人类的关系也最密切，因此，本章重点介绍绿色植物的光合作用.光合作用（photosynthesis）是指绿色植物吸收光能，同化二氧化碳和水，制造有机物质并释放氧气的过程.光合作用对整个生物界产生巨大作用：一是把无机物转变成有机物.每年约合成5*1011吨有机物，可直接或间接作为人类或动物界的食物，据估计地球上的自养植物一年中通过光合作用约同化2*1011吨碳素，其中40%是由浮游植物同化的，余下的60%是由陆生植物同化的；二是将光能转变成化学能，绿色植物在同化二氧化碳的过程中，把太阳光能转变为化学能，并蓄积在形成的有机化合物中.人类所利用的能源，如煤炭、天然气、木材等都是现在或过去的植物通过光合作用形成的；三是维持大气O2和CO2的相对平衡.在地球上，由于生物呼吸和燃烧，每年约消耗3.15*1011吨O2，以这样的速度计算，大气层中所含的O2将在3000年左右耗尽.然而，绿色植物在吸收CO2的同时每年也释放出5.35*1011吨O2，所以大气中含的O2含量仍然维持在21%.由此可见，光合作用是地球上规模最大的把太阳能转变为可贮存的化学能的过程，也是规模最大的将无机物合成有机物和释放氧气的过程.目前人类面临着食物、能源、资源、环境和人口五大问题，这些问题的解决都和光合作用有着密切的关系，因此，深入探讨光合作用的规律，弄清光合作用的机理，研究同化物的运输和分配规律，对于有效利用太阳能、使之更好地服务于人类，具有重大的理论和实际意义.。

三、植物光合作用原理是什么

光合作用可分为光反应和碳反应（旧称暗反应）两个阶段

2.1 光反应

条件：光照、光合色素、光反应酶。

场所：叶绿体的类囊体薄膜。（色素）

光合作用的发现：

水（原料）+二氧化碳 （原料） 光（条件）；叶绿体（场所）=氧气（产物）+有机物（产物）

过程：①水的光解：2H2O→4[H]+O2（在光和叶绿体中的色素的催化下）。②ATP的合成：ADP+Pi+能量→ATP（在光、酶和叶绿体中的色素的催化下）。

影响因素：光照强度、CO2浓度、水分供给、温度、酸碱度、矿质元素等。

意义：①光解水，产生氧气。②将光能转变成化学能，产生ATP，为碳反应提供能量。③利用水光解的产物氢离子，合成NADPH（还原型辅酶Ⅱ），为碳反应提供还原剂NADPH（还原型辅酶Ⅱ），NADPH（还原型辅酶Ⅱ）同样可以为碳反应提供能量。

详细过程如下：

系统由多种色素组成，如叶绿素a(Chlorophyll a)、叶绿素b(Chlorophyll b)、类胡萝卜素（Carotenoids）等组成。既拓宽了光合作用的作用光谱，其他的色素也能吸收过度的强光而产生所谓的光保护作用（Photoprotection）。在此系统里，当光子打到系统里的色素分子时，会如图片所示一般，电子会在分子之间移转，直到反应中心为止。反应中心有两种，光系统一吸收光谱于700nm达到高峰，系统二则是680nm为高峰。反应中心是由叶绿素a及特定蛋白质所组成（这边的叶绿素a是因为位置而非结构特殊），蛋白质的种类决定了反应中心吸收之波长。反应中心吸收了特定波长的光线后，叶绿素a激发出了一个电子，而旁边的酵素使水裂解成氢离子和氧原子，多余的电子去补叶绿素a分子上的缺。然后叶绿素a透过如图所示的过程，生产ATP与NADPH（还原型辅酶）分子，过程称之为电子传递链（Electron Transport Chain）。

2.2 碳反应

碳反应的实质是一系列的酶促反应。原称暗反应，后随着研究的深入，科学家发现这一概念并不准确。因为所谓的暗反应在暗中只能进行极短的时间，而在有光的条件下能连续不断进行，并受到光的调节。所以在20世纪90年代的一次光合作用会议上，从事植物生理学研究的科学家一致同意，将暗反应改称为碳反应。

条件：碳反应酶。

场所：叶绿体基质。

影响因素：温度、CO2浓度、酸碱度等。

过程：不同的植物，暗反应的过程不一样，而且叶片的解剖结构也不相同。这是植物对环境的适应的结果。暗反应可分为C3、C4和CAM三种类型。三种类型是因二氧化碳的固定这一过程的不同而划分的。对于最常见的C3的反应类型，植物通过气孔将CO2由外界吸入细胞内，通过自由扩散进入叶绿体。叶绿体中含有C5。起到将CO2固定成为C3的作用。C3再与NADPH在ATP供能的条件下反应，生成糖类（CH2O）并还原出C5。被还原出的C5继续参与暗反应。

光合作用的实质是把CO2和H2O转变为有机物（物质变化）和把光能转变成ATP中活跃的化学能再转变成有机物中的稳定的化学能（能量变化）。

CO2+H2O（ 光照、酶、叶绿体）==（CH2O）+O2

(CH2O)表示糖类

3植物的光合作用原理

光合作用的原理

光合作用，通常是指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成富能有机物，同时释放氧气的过程。.其主要包括光反应、暗反应两个阶段，涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳-氧平衡具有重要意义。.

光合作用，通常是指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成富能有机物，同时释放氧气的过程。

其主要包括光反应、暗反应两个阶段，涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳-氧平衡具有重要意义。

4植物为什么要光合作用？

绿色植物要生存，要繁衍，就必须进行新陈代谢，而要进行新陈代谢就必须利用能量，这个能量就是从自然界中最常见的、最普遍的太阳光中获得的。植物正是利用阳光提供的能量，来完成自然界中最伟大的合成作用——光合作用。

事实上，由于经过长期对生存环境的适应和进化，不同的植物对光的要求也不同。有很多植物只有在较强的光照下才能健壮生长，在阴暗的地方则会发育不良、生长缓慢，这类植物人们叫做阳生植物。我们所见到的许多高大乔木都是阳生植物，例如松、杉、杨、柳、桦、槐等。它们为了获得充足的阳光照射，都努力向空中伸展身姿，接受阳光的洗礼。此外，一般的农作物也都是阳生植物，例如我国北方农民普遍种植的小麦、玉米、棉花等等。阳生植物大多生长在空旷的地方，它们的枝叶一般较疏松，透光性比较好；植株的开花结实率也比较高，生长快。还有，阳生植物的叶片质地较厚，叶面往往有角质层或蜡质层用来反射光线，以避免特强光线的损伤。它们的气孔通常小而密集，叶绿体个头小，但是数量很多。尤其有趣的是，阳生植物叶部的叶绿体在细胞中的位置是可以改变的!当光照过于强烈时，叶绿体就会排列在光线射来的平行方向，以减少强光的伤害；当光照较弱时，叶绿体的排列又可以与光线射来的方向成直角，以增强照射在叶绿体上的光照强度，进行有效的光合作用。你看，小小的绿色的叶子也有着自己生存的智慧唰

还有一些植物则喜欢生长在光线较弱的地方，它们在弱光下反而比在强光下生长发育得更好，对应于阳生植物，这样的植物就被人们叫做阴生植物。森林中高大树木下生长的许多草本植物、蕨类植物、药用植物以及山毛榉、红豆杉等等，都是胡生植物。当然，称它们为阴生植物，并不是说这类植物对光照的要求越弱越好，它们对弱光的要求也是有一个最低限度的。如果光照低于这个限度，这类植物也不会进行正常的生长和发育，所以阴生植物要求较弱的光照强度也仅仅是相对阳生植物而言的。阴生植物的叶片大都比较平展，叶的上部接收的阳光比较多，叶子上面的颜色较深。阴生植物的叶镶嵌现象特别明显，叶柄有长有短，叶形有大有小，每一片叶子都能充分利用空间，以便更充分地利用阳光。对于这些植物而言，如果光照过强，就会出现植株生长缓慢、叶片变黄、严重时叶子甚至会出现“灼斑”，影响这类植物的生存。因此，在引种这类阴生植物时，如果环境光照较强，就必须采取遮蔽措施来减少植物受到的光照，保护植物顺利生长。

光照对植物的开花也有很重要的影响。科学家们认为，日照强度对植物的开花有决定性的影响。有些植物开花需要较长时间的日照，这样的植物叫做长日照植物，例如作物中的冬小麦、大麦、菠菜、油菜、甜菜、萝卜等；有些植物需要较短的日照长度才会开花，这样的植物类型叫做短日照植物，常见的这类植物有苍耳、牵牛、水稻、大豆、玉米、烟草等。

利用光对植物开花作用的机理，园艺师们就可以通过人为的延长或缩短日照时间，促使植物在我们需要的时间开花。举一个简单的小例子：大家经常见到的植物菊花是一种典型的短日照植物，一般都是在秋季才开花的。现在，人们经过人工处理(遮光成短日照)，在六七月份也可以让菊花开出鲜艳的花朵来!如果人为的延长光照，还可以使花期延后，让我们在寒冷的春节欣赏到刚刚盛开的美丽的菊花呢。

农作物减产的原因是什么及措施？

我们知道，水稻、甘蔗、麦类、大豆、南瓜、胡萝卜、烟草等作物，在同一块地上连年种植，是不会出现生长发育不良和减产的。但是，番茄、茄子、西瓜、豌豆、蚕豆、花生、木薯以及无花果等作物，在同一块地上连作，就往往会生长不良，或者发生病害而减产。

同一种作物在同一块地上连作造成减产的原因是多种多样的，目前已知的有下列几个原因：

连作会使土壤中养分缺乏。土壤中的氮、磷、钾、钙、镁等各种养分和微量元素的含量是有限的，而同一种作物对土壤各种养分的需求是比较固定的，因此在同一块地上连作同一种作物，就必然会使这种作物所必需的养分逐渐在土壤中减少，以至消失，造成这种作物的生长发育不良。例如，芋头在同一块地上连作，土壤中的石灰质含量就会减少一半，从而使芋头减产。

积累在土壤中的前作根系分泌物，影响后作生长。一般作物在生长过程中，除由根系的呼吸作用放出二氧化碳外，还分泌出各种如酒石酸、肉桂酸、柠檬酸等有机酸和各种酶类。前作留在土壤中的这些物质，对第二作的根系有毒害作用，从而使作物生长发育不良而减产。

前作遗留物的影响。有人做过这样的试验，将同一种作物的根、茎、叶、花的浸出液，分别浇灌同一种作物的幼苗，结果对幼苗是有影响的。因此前作遗留在土壤中的根、茎、叶、花等的残体，也和根系分泌物一样，会影响第二作的生长发育。这一情况，在桃树和豌豆的连作中比较明显。

病毒和微生物的影响。前作患病收获后，一些致病的病原菌会留存在土壤里，第二作幼苗就会得病，如番茄、茄子、豌豆和花生的青枯病等。其中花生青枯病最为显著，同一块地上连作花生，必然出现青枯病，严重的会全部死亡。

上述原因有的是单个起减产作用，有的是多个综合作用。因此，这些作物在减产时首先要弄清楚原因，然后采取相应的措施。

目前解决连作减产的措施，最有效的办法是：改连作为轮作；增施肥料；喷施药剂，以毒杀土壤中残留的病原菌；果林则采用换土或给土壤消毒。

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