光合作用的有关机理-王学奎.ppt

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1、/101,1,第二讲 光合作用及其调节,光合作用是地球上最大规模的生物合成过程。“没有光合作用，就没有植物、动物和人类的生存、繁衍和发展！”植物利用太阳能将环境中的CO2和H2O同化为动物能够利用的有机物糖类。动物生存的能源就来自于绿色植物叶片所转化的“一股小小的电子流”。碳同化过程是植物贮藏太阳能的主要途径，碳同化的途径主要有C3和C4途径。,/101,2,2.1 光合碳还原（PCR）循环的酶调节2.2 Rubisco的光活化2.3 Rubisco的纯化与分析2.4 C4二羧酸途径及其调节2.5 光合产物的运转及调节2.6 光合作用与环境因子2.7 光合作用研究进展,/101,3,2.1.1

2、 PCR的循环中的调节酶,2.1 光合碳还原（PCR）循环的酶调节,/101,4,（3）RuBP的再生 5PGA1d 5DHAP 3PGA1d+3DHAP 3FBP 3FBP+3H2O 3F6P+3Pi 2F6P+2PGA1d 2Xu5P+2E4P 2E4P+2DAHP 2SBP,/101,5,2SBP+2H2O 2S7P+2Pi2S7P+2PGA1d 2R5P+2Xu5P 2R5P 2Ru5P4Xu5P 4Ru5P 6Ru5P+6ATP 6RuBP+6ADP,/101,6,自然界有两种类型的Rubisco:（1）类型I Rubisco,L8S8 存在于所有真核和大多数原核的光合有机体中。（2

3、）类型Rubisco,L2 存在于一种紫色非硫光合细菌、深红红螺菌中。,2.1.2.1 Rubisco（Rubulose-1,5-bisphophate carboxylase-oxygenase）,2.1.2 PCR循环中调节酶的调节作用,/101,7,8个大亚基（5060KD）和8个小亚基（1218KD）组成，全酶分子量M560KD。,L8(S8)与L2的同源性约28%，但在活性部位的氨基残基是保守的。,类型I Rubisco（L8S8）的特征：,/101,8,Rubisco的羧化功能和氧化功能：,/101,9,Km/CO2 Km/O2，且羧化和氧化反应发生在同一个活性中心。,Rubisc

4、o羧化和氧化初速之比：Vc/V0=(Vc/Kc)/(V0/K0)*(CO2/O2)其中(Vc/Kc)/(V0/K0)称为特征性因子（Srel），即羧化酶与加氧酶的Vmax/Km之间的比值。,Rubisco所催化的羧化反应与氧化反应的速率之比决定于细胞内CO2和O2浓度的相对比值。,Rubisco：,/101,10,C3植物-高光呼吸植物，C4植物-低光呼吸植物？,C3植物：同化34mol CO2,吸收1mol O2，光呼吸速率30%。C4植物：维管束鞘细胞中 CO2 O2。,/101,11,Rubisco活性中心(Tolbert，1980)：,(L201),Srel 随生物进化而提高!,Fig

5、.2-2,/101,12,菠菜中纯化的GA1d-3-PDH有两种型式：（1）原基体（Mr=100KD）：四亚基构成，优先利用NADP（H）（2）寡聚体（Mr=600KD）：16个亚基构成，对NAD（H）专一（参与EMP中PGA的还原）,2.1.2.2 甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAld-3PDH）,/101,13,GA1d-3-P-DH 调节的多样性与复杂性：光；还原剂；聚合；解聚；组装过程中的修饰作用,在10mmol/L Mg2+存在时，其最适pH为8.0且Mg2+可单独激活FBPase；叶绿体在照光时，类囊体中的Mg2+外流，可使间质中的Mg2+浓度高达13mmol/L，同时也使间质中的pH

6、升高，接近该酶的最适pH。光诱导Mg2+和pH的变化是活化FBPase的重要因素。,1,2.1.2.3 果糖-1,6-二磷酸酯酶（FBPase）,/101,14,在Mg2+浓度较低（4mmol/L）的条件下，其最适pH升高。FBPase可被硫氧还蛋白（Td）、还原型铁氧还蛋白（Fdred）活化。FBPase的活化与光合电子传递的关系密切。外源还原剂1，4-二硫苏糖醇（DTT）可代替Fdred起活化作用。该酶的活性受其氧化还原状态所控制。,FBPase的活化模式(Buchanan，1977),2,/101,15,光系统1和调节蛋白活化FBPase的示意图,Fig.2-3,/101,16,FBPa

7、se是一种多亚基(16个亚基)酶蛋白；FBPase 存在着多种亚型，表现出不同的动力学特性，其中一些亚型无催化活性。在体外，亚型之间的相互转变依赖于氧化-还原剂、二价阳离子（如Ca2+）或pH。,3,高度变构的调节,原核藻类聚球藻中的FBPase：A型和B型；B型总活力A型;B型蛋白又存在二聚体和四聚体两种亚型，且这两种亚型之间可以可逆转换（视FBP和Mg2+的存在与否）。,/101,17,SFBPase与 FBPase 一样，亦受体内铁氧化蛋白和硫氧化还蛋白系统的活化，活化过程需要Mg2+，DTT亦可代替Fdred的作用。与FBPase不同的是Mg2+本身不使SBPase 活化。FBPase

8、和SBPase是光合碳循环的限速酶。,2.1.2.4 景天庚酮糖-1,7-二磷酸酯酶(SBPase),/101,18,该酶受光反应产生的还原剂所活化，DTT可代替光的作用使该酶活化。完整的叶绿体照光不到8秒钟，该酶活性即可提高24倍。Ru-5-PK的活化出现在羧化作用开始时，即活化该酶的还原剂产生于Fd之前。这样叶绿体一经照光即有充足的CO2受体，以推动CO2的固定。,2.1.2.5 核酮糖-5-磷酸激酶（Ru-5-PK）,/101,19,光对叶绿体中光活化酶调节机理假设,Fig.2-4,/101,20,2.2.1 Rubisco的光活化现象,图2-5 光照强度对重组叶绿体中RuBP羧化酶活性

9、的影响,反应中具有恒定的pH、CO2和Mg2+浓度，说明酶活化程度的增加不是依赖于离子的活化，而是与光产生的还原剂或活化因子的量有关。,2.2 Rubisco的光活化,/101,21,Rubisco是植物中最丰富的蛋白质(占叶绿体可溶蛋白的50%)。每克植物鲜叶含110mg Rubisco，其在叶绿体间质中的浓度可达300mg/ml。,光对Rubisco的调节不是通过其量的增减，而是通过Rubisco的活化与钝化机制来实现的。前已讲述，只有Rubisco L-201 Lys的-氨基甲酰化之后，才具有羧化活性，处于活化态的Rubisco才能参与CO2的固定。,/101,22,（1）提供还原力（A

10、TP和NADPH）；（2）改变叶绿体的微环境、提高间质的pH，增加Rubisco与Mg2+和CO2的亲和力；（3）提供活化因子（如NADPH等）。,光对Rubisco的活化作用：,/101,23,图2-6 DTT还原的Td对叶绿体可溶部分中Rubisco的活化作用（Td加入量为40g）,2.2.2 硫氧还蛋白（Td）对Rubisco的活化作用,/101,24,图2-7 光还原的Td对重组叶绿体中Rubisco的活化作用1.照光、加入Td；2.照光、不加Td；3.不照光、加入Td；4.不照光、不加Td。,/101,25,Rubisco在模拟体内条件下(10mol/L CO2,510mmol/L

11、Mg2+,pH8.0和4mmol/L RuBP)，保温时，则酶不能被活化。在RuBP存在时，即使有高浓度的CO2和 Mg2+存在时，Rubisco的也很难被活化。,说明CO2和 Mg2+对Rubisco的活化可能与酶的状态有关。,2.2.3 Rubisco活化酶,/101,26,RuBP与非氨基甲酰化状态的Rubisco紧密结合，从而阻止了酶与活化剂CO2分子的结合，使酶不能被活化。,RuBP存在时，Rubisco为何难于被活化？,在高光强下，即使高浓度RuBP（4mmol/L）存在时，Rubisco仍能被活化。,?,/101,27,Salvucci M E等（1985）发现一种拟南芥（Ara

12、bidopsis）的突变种:在正常空气中培养时会死亡；在高浓 度CO2中培养时能顺利生存。,叶绿体间质蛋白,缺失的这二条肽链就是组成Rubisco活化酶的二个亚基。,突变体缺失47KD、50KD二条肽链,/101,28,生理浓度的 CO2(10mol/L)和 Mg2+(5-10mol/L)、类囊体膜、非活化的Rubisco(即与RuBP结合的Rubisco)、活化酶和高浓度的RuBP成分的存在。照光时，Rubisco迅速活化。活化酶表现活性需要照光，实际上是需要ATP,Rubisco活化酶的活性表现：,/101,29,Rubisco活化酶对Rubisco的活化过程：,Fig.2-8,/101,

13、30,烟草叶片,暗中生长,光下生长,叶片粗酶液Rubisco活性高,CO2、Mg2+,Rubisco活性进一步提高,叶片粗酶液Rubisco活性低,CO2、Mg2+,Rubisco活性不受促进,暗叶粗提液中可能存在某种抑制Rubisco活性的物质，在照光条件下可被解除。,2.2.4 2-羧基阿位伯糖醇-1-磷酸（CA-1-P）,/101,31,暗叶的粗提液中存在的是一种磷酯类化合物抑制剂：一种6-碳中间产物类似物，即2-羧基阿拉伯糖醇-1-磷酸（CA-1-P）。,/101,32,CA-1-P仅存在于某些植物中：,菜豆：CA-1-P的含量特别高，完全抑制暗中Rubisco活性；大豆、马铃薯和烟草

14、：CA-1-P的含量较高，抑制暗中的Rubisco活性达50%；菠菜、小麦和拟南芥等许多植物中几乎检测不到CA-1-P的存在。,CA1P的抑制机制：CA-1-P与活化的Rubisco紧密结合，阻断RuBP与酶的结合，使氨基甲酰化的Rubisco转变为不能进行催化的形式，但不改变酶的氨基甲酰化作用。,/101,33,CA-1-P-Rubisco复合体,光(NADPH-磷酸酯酶)Rubisco活化酶,暗,CA-1-P+Rubisco,CA-1-P抑制机制的解除：,/101,34,2.3.1 Rubisco的纯化方法,方法：,*粗酶液中加入ATP显著提高Rubisco 的热稳定性。中性条件下于85加

15、热10min，可使其他蛋白和蛋白水解酶变性沉淀，大大改善Rubisco 的纯化效果。,菠菜叶纯化的Rubisco：纯度99%，比活性 22.3 molmin-1mg-1Pr，产率 0.10.2 g/100g鲜叶，总回收率 10%。,2.3 Rubisco的纯化与分析,/101,35,方法:Rubisco 的结晶纯化，限于烟草,*酚类物质有很大干扰。粗酶液的提取应在低温下尽快完成，操作过程中应加入还原剂防止酚类物质氧化时对酶活性的破坏。,/101,36,Rubisco蛋白的定量分析：,每分子Rubisco有8个活化位点，测定与 Rubisco紧密结合的14C-2CABP的数量即可。,2.3.2

16、Rubisco的分析方法,/101,37,羧化酶活性,*酶的活化：将Rubisco与CO2及Mg2+进行预保温（50，10min；或3740，2hrs）。,Rubisco的活性分析：,/101,38,Rubisco的四级结构模型(Andersson et al,1989;Chapman et al,1988):,外型：Rubisco呈直径13.2nm、高10.5nm的桶状圆柱体结构。,大亚基的排列：四对交互结合的L2大亚基二聚体排列成 8 聚体核(L8)。大亚基二聚体由N和C两个结构域组成。即一个大亚基上的C结构域与另一个大亚基上的N结构域交互结合成大亚基二聚体。在交互接触的两个结构域界面上与

17、Mg2+结合，构成酶的活性中心。,2.3.3 Rubisco的立体结构,/101,39,小亚基的排列：小亚基以四聚体的形式结合在大亚基8 聚体的两端，并嵌合在大亚基之间的裂隙中。每个大亚基有45个羧基末端的肽链覆盖在小亚基的上面形成极顶部。,/101,40,Structure Model of Rubisco,Larger subunit protein chain,Smaller subunit protein chain,Rubisco(Rebulose Bisphosphate Carboxylase/Oxygenase),Fig.2-9,/101,41,Triple structure

18、 of larger subunit,Triple structure of larger subunit,Fig.2-10,/101,42,亚基之间存在疏水作用，大亚基之间的疏水作用比大、小亚基间的疏水作用强。在接近等电点的酸性条件下，Rubisco解离成大亚基核L8和游离小亚基。,2.3.4 Rubisco亚基间的相互作用,/101,43,原核生物Rubisco的大小亚基基因可以在大肠杆菌中表达并能组装成有活性的全酶。高等植物Rubisco的大小亚基基因可以在大肠杆菌中表达，但不能产生有活性的全酶。高等植物Rubisco在体外解离后再重组时，大亚基往往形成不可逆的沉淀。,2.3.5.1 R

19、ubisco及其亚基的合成与加工,高等植物Rubisco的装配远比原核生物的复杂。,2.3.5 Rubisco的合成与组装,/101,44,叶绿体监护蛋白,Ellis等(1980):,这种叶绿体间质蛋白是Rubisco亚基结合蛋白，又称为叶绿体监护蛋白(chloroplast chaperonins),Mr约 720 kD。,/101,45,Rubisco全酶的组装,Fig.2-11,/101,46,叶绿体监护蛋白是一个高分子量的蛋白质，在Rubisco装配过程中，与大亚基结合成复合物后，才能使大亚基正确组装。叶绿体监护蛋白还能与Rubisco的小亚基以及其他植物蛋白如捕光色素蛋白、谷氨酰胺合

20、成酶等结合。,在所有生物的线粒体也具有与叶绿体监护蛋白功能相似的蛋白，其氨基酸序列的同源性为43%54%。这类被称为监护蛋白（属于监护分子的一个亚类，molecular chaperone）。,2.3.5.2 叶绿体监护蛋白在Rubisco组装过程中的作用,/101,47,帮助其他蛋白质的多肽链正确折叠和装配，自身并不成为最终被装配结构的成分。,叶绿体监护蛋白参与Rubisco装配的证据：,监护蛋白的作用：,/101,48,Rubisco基因在E.Coli中的转化与表达：,/101,49,监护蛋白60(cpn60)，亚基分子量60KD，具ATP酶活性；,监护蛋白10(cpn10)，亚基分子量1

21、0KD。,线粒体的cpn60由一种亚基组成，叶绿体的cpn60由和两种亚基组成。,监护蛋白的类型：,/101,50,监护蛋白参与Rubisco二聚体的折叠过程：,Fig.2-12,/101,51,高等植物Rubisco的组装模型,Fig.2-13,/101,52,根据鞘细胞中C4酸脱羧机理不同，C4植物可分为3个生化亚型,2.4.1 C4二羧酸途径(Hatch-Slack 途径)简介,2.4 C4二羧酸途径及其调节,Fig.2-14,/101,53,2.4.2.1 NADP-ME型/NADP-苹果酸酶型,存在的植物种类,单子叶：玉米、高粱、甘蔗、马唐、小米、稗、白茅等；,双子叶：地锦、半子莲、

22、地肤等。,2.4.2 C4二羧酸途径的脱羧类型,/101,54,NADP-ME型的脱羧历程：,Fig.2-15,/101,55,存在的植物种类,单子叶：稷、狗牙根、蟋蟀草、千金子等；,双子叶：马齿苋、绿苋、雁来红等。,2.4.2.2 NAD-ME型/NAD-苹果酸酶型,/101,56,NAD-ME型的脱羧历程：,Fig.2-16,/101,57,存在的植物种类,单子叶：盖氏虎尾草、大黍、非洲鼠尾粟、羊草、卫茅、结缕等；,PCK型可能存在3种脱羧途径：(1)PCK催化脱羧，主要途径(BSC的细胞质中)；(2)NAD-ME催化脱羧(BSC的线粒体中)；(3)NAD-MD和NAD-ME共同催化脱羧(

23、BSC的线粒体中)。,2.4.2.3 PCK型/PEP羧激酶型,/101,58,PCK型的脱羧历程：,Fig.2-17,/101,59,2.4.3.1 酶的调节,(1)PEP羧化酶(PEPC),PEPC:Mr为400kD(玉米、高梁)，全酶由4个相同亚基组成,活性中心具有Lys残基(Lys-606).,2.4.3 C4二羧酸途径的调节,/101,60,光暗调节；,PEPC的调节：,/101,61,/101,62,(2)丙酮酸磷酸二激酶（PPDK）,/101,63,/101,64,丙酮酸磷酸二激酶活化-钝化的可逆磷酸化过程,/101,65,(3)NADP-苹果酸脱氢酶(NADP-MD),/101

24、,66,NADP-铁氧还蛋白与硫氧还蛋白对NADP-MD活化-钝化的调节,图2-19 NADP-铁氧还蛋白与硫氧还蛋白对NADP-MD活化-钝化的调节（Jiao et al.,1991）,/101,67,NADP-ME的调节受pH和Mal的共同调节：Mal(mmol/L)0.1 10 NADP-ME最适pH 7.4 8.5 pH7.5时，1mmol/L的Mal抑制NADP-ME的活性,(4)NADP-苹果酸酶(NADP-ME),/101,68,NADP-ME不受光和代谢产物的调节。但光下引起叶绿体间质pH的增加，可增加NADP-ME 对Mal的脱羧速率。,该酶以二聚体、四聚体和八聚体形式存在。

25、其离体活性受多种效应剂，如FBP、乙酰CoA、CoA、HCO3-调节。,(5)NAD苹果酸酶(NAD-ME),/101,69,目前，对此酶的调节特性了解不多。FBP、PGA和DHAP对酶活力有非竞争性抑制；ADP对依赖ATP的OAA脱羧有竞争性抑制等。,(6)PEP羧激酶(PEP-CK),/101,70,(1)光对酶水平的影响,除光合碳循环中的很多关键酶活性受 光的调节外，光还能促进酶蛋白的合成（如照光后，3H亮氨酸掺入酶蛋白中的量增加）。,(2)代谢物运输的调节,C4途径生化反应过程跨越不同类型的细胞、细胞器，维持有关代谢物在细胞间或细胞器间迅速转运以及鞘细胞中CO2的高浓度？,2.4.3.

26、2 其他方面的调节,/101,71,C4植物叶肉细胞鞘细胞间壁对代谢物及CO2的透性是其他植物的10倍，而对CO2的渗透系数则为C3光合细胞的1100，维持了BSC中CO2的高浓度(为C3叶中的10倍)。,/101,72,2.5.1 光合产物的累积或亏缺对光合速率的影响,(1)光合产物长时间的大量累积会引起光合速率下降,烫叶柄处理的菠菜进行光合作用6h，叶片中蔗糖、淀粉均比对照增加50%以上，对其叶片的光合速率及叶绿体碳同化和希尔反应无影响，但光合磷酸化活力有所降低。当光合产物累积4d，蔗糖、淀粉分别比对照增加1 100%及140%，叶片光合及叶绿体碳同化下降约20%，希尔反应下降30%，光合

27、磷酸化下降54%。以累积淀粉为主的甘薯叶片也是在光合产物累积时间的大于6h以后才出碳同化的明显下降。,2.5 光合产物的运转及调节,/101,73,1天之内叶片中光合产物积累后叶片的光合速率并没有明显降低。C3植物如玉米、水稻、小麦等植物叶片在进行光合作用时，本身就伴随着光合产物的输出；棉花、大豆等植物在白天进行光合作用时，叶片的光合产物输出很少，主要在夜晚输出。,产物抑制不大可能是植物光合作用调节控制的主要方式。,/101,74,光合中间产物的严重不足影响光合机构的维持与更新。,(2)光合产物亏缺导致光合速率下降,/101,75,(1)磷再生限制，光合速率下降,ATP供应不足；碳同化初产物P

28、GA累积，间质pH下降，PCR 中的酶活性下降；(3)Rubisco 对CO2和O2的敏感性降低。,2.5.2 磷再生与光合作用的关系,/101,76,光合作用过程中的无机磷再生途径,图2-20 光合作用过程中的无机磷再生途径Gly：乙醇酸；Sta：淀粉；Suc：蔗糖；TP：磷酸丙糖,/101,77,2.6.l 光照,(1)光强,1)光合作用:提供同化力；活化光合作用关键酶和促使气孔开放；调节光合机构的发育。,2)光合作用诱导期:叶片照光后光合速率逐渐增高并达到稳态的过程。光合诱导前期：光合速率主要受中间产物水平和酶活化水平的限制；光合诱导后期：主要受气孔导度的限制。,2.6 光合作用与环境因

29、子,/101,78,当光合机构接受的光能超过它所能利用的量时，引起光合活性降低的现象就是光合作用的光抑制。,光抑制主要发生在PS，按其发生的原初部位不同：受体侧光抑制:起始于还原型QA的积累；供体侧光抑制:起始于水光解受阻。,3)光能过剩-光抑制,/101,79,光抑制的机制：,Fig.2-21,（1）受体侧光抑制 QA red累积三线态P680 催化O2.形成,（2）供体侧光抑制 P680呈氧化态,氧化破坏叶绿素和D1蛋白,/101,80,1）慢恢复，与光合机构的破坏相关连；2）快恢复，与激发能的热耗散相关联。,热耗散的途径：1）依赖跨类囊体膜质子梯度的热耗散，可能通过天线色素的热耗散，响应

30、最快；2）依赖叶黄素循环的热耗散:,光抑制的恢复：,/101,81,堇菜黄素 花药黄素 玉米黄素(violaxanthin)(antheroxanthin)(zeaxanthin)(双环氧)(单环氧)(无环氧),叶黄素的氧化：,/101,82,3）PS反应中心可逆失活的热耗散，也称为PS反应中心的下调,4）依赖PS循环电子流的热耗散,P680*,PQ,Cytb559,e,e,/101,83,减少光吸收增加对光的利用加强非光合的耗能代谢过程加强热耗散过程增加有害物质的清除系统加强PS的修复循环,植物对光破坏的保护机制：,/101,84,通过状态转换(State transition)调节PSI和

31、PS的光合效率。,在PS优先吸收的红光下，光合机构向状态2转变，从而把较多的光能分配给PSI；在PSI优先吸收的远红光下，光合机构向状态l转变，从而把较多的光能分配给PS。,(2)光质,/101,85,图2-22 LHC的状态转换模式图（Hiroko T等，2006）,LHC的状态转换(State transition)机制:,/101,86,植物光合作用对温度的响应曲线一般为钟罩形。,低温下光合作用的主要限制因素：无机磷的再生利用率低。,高温下光合作用速率下降的主要原因：CO2溶解度、Rubisco对CO2的亲和力以及光合机构关键成分的热稳定性的降低。,2.6.2 温度,/101,87,(1

32、)水分不足，气孔关闭:如光合“午睡”现象；,(2)严重水分胁迫，碳固定的酶钝化，叶绿体膜破坏；,(3)空气湿度：叶片和空气之间的蒸气压差过大，速率显著下降。,2.6.3 水分,/101,88,(1)CO2/O2 的比值高，光合速率高 C4植物的光呼吸低,(2)低气压限制光合作用 是高原地区植物光合作用的一个限制因素。,2.6.4 空气,/101,89,2.6.6 环境限制的复杂性,/101,90,2.7 光合速率的测定方法,光合作用测定仪测定光合速率（LI-6400，PPS CIRAS-1/-2）红外CO2分析仪测定光合速率溶氧法测定光合速率经典的“半叶法”测定光合速率的基本原理“改良半叶法”

33、测定光合速率的基本原理利用密闭容器中碳酸氢钠溶液pH的测定光合速率,/101,91,2.7.1“半叶法”测定光合速率的基本原理,植物进行光合作用形成有机物，而有机物的积累可使叶片单位面积的干物重增加，但是，叶片在光下积累光合产物的同时，还会通过输导组织将同化物运出，从而使测得的干重积累值偏低。为了消除这一偏差，必须将待测叶片的一半遮黑，测量相同时间内叶片被遮黑的一侧单位面积干重的减少值，作为同化物输出量（和呼吸消耗量）的估测值。测定时须选择对称性良好、厚薄均匀一致的两组叶片，一组叶片用于测量干重的初始值，另一组（半叶遮黑的）叶片用于测定干重的终了值。但该法手续烦琐，且误差较大。,/101,92

34、,2.7.2“改良半叶法”测定光合速率的基本原理,采用烫伤、环割或化学试剂处理等方法来损伤叶柄韧皮部活细胞，以防止光合产物从叶中输出（这些处理几乎不影响木质部中水和无机盐分向叶片的输送），仅用一组叶片，且无须将一半叶片遮黑，既简化了手续，又提高了测定的准确性。,/101,93,2.7.3 利用密闭容器中碳酸氢钠溶液pH的测定光合速率,利用比色法测定密闭光合容器中碳酸氢钠溶液的pH，通过密闭光合容器中碳酸氢钠溶液pH的变化推算该容器中CO2浓度的变化，进而计算出植物的净光合速率。,/101,94,2.7.4 红外CO2分析仪的工作原理,CO2气体能吸收红外线4个区段的能量，吸收峰的波长分别在：波

35、长：2.67m，吸收率为0.54%，2.77m，0.31%，4.26m，23.2%，14.98m，3.1%（H2O 对红外线的最大吸收峰为2.59m）,/101,95,红外CO2分析仪的工作原理（续）：,光,叶片,Air（参比室）,CO2分析室,CO2,叶面积、空气流量,光合速率,/101,96,（1）光合作用结构与功能的关系及遗传控制；（2）光合反应中心的结构与功能；（3）放氧复合体的结构与功能；（4）能量转换与电子、质子传递的规律；（5）光合机构的运转与调节；（6）光合作用与逆境；（7）光合作用与作物生产；（8）光合作用的模拟等。,2.8 光合作用研究进展,/101,97,光合机构的精细结

36、构研究进展,图2-23 LHCII三聚体的超滤图像(From Boekema1 EB et al,1999)(A.示由PSII反应中心、LHCII单体和LHCII三聚体组成的C2S2M超级复合体；B.示从C2S2ML超级复合体上分离下来的C2S2L超级复合体；C,D.分别示S-LHCII三聚体),/101,98,图2-24 LHC三聚体示意图,/101,99,图2-25 PSI单体中的-螺旋及其亚基排列示意图(From Schubert WD et al,1997)（a:Top view;b:Side view）,/101,100,本章思考题,1.C3途径的光合碳同化循环中的主要光调节酶有哪几

37、类？2.光如何活化Rubisco？3.类型Rubisco的立体结构及其组装过程有哪些主要特点？4.C4植物各生化亚型具有哪些主要生理特点？5.什么是光合作用的光抑制？6.什么是状态转换？7.磷再生循环对光合作用有何影响？8.研究光合作用的机理有何意义？,/101,101,补充参考文献,Sugawara H,Yamamoto H,Shibata N et al.Crystal Structure of Carboxylase Reaction-oriented Ribulose 1,5-Bisphosphate Carboxylase/Oxygenase from a Thermophilic

38、Red Alga,Galdieria partite.THE JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY,1999,274(22):15655-15661Standfuss J,Scheltinga ACT,Lamborghini M et al.Mechanisms of photoprotection and nonphotochemical quenching in pea lightharvesting complex at 2.5 resolution.The EMBO Journal,2005,24(5):919-928Boekema EJ,Roon H,Breemen JFL et al.Supramolecular organization of photosystem II and its light-harvesting antenna in partially solubilized photosystem II membranes.Eur.J.Biochem.1999,266:444-452Nelson N,Ben-Shem A.The structure of photosystem I and evolution of photosynthesis.BioEssays,2005,27(9):914-922,