植物为什么可以进行光合作用?

作者&投稿:云曹 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
为什么植物能进行光合作用动物不行,有没有动物可进行光合作用~

  动物不能进行光合作用。因为光合作用需要:叶绿素,水,二氧化碳和光。


  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,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。

天麻的生态别具一格,它无根、无叶,是一种腐生的多年生草本植物。初夏,由地下块茎顶部抽生出直立的黄赤色的地上茎,很像一支出土的箭,所以在《神农本草》中称为“赤箭”。

天麻没有根和叶,缺少叶绿素,当然不能进行光合作用制造有机物;也不能吸收水、无机盐。那么它是怎样生活的呢? 经过植物学家长期的观察和深入的研究,才揭开这个谜。原来在阴湿的杂木林下,寄生着一种真菌,它的菌盖呈蜜黄色,在菌柄上有个环,名叫“蜜环菌”。当它的菌丝体遇到天麻的地下块茎时,全面包裹并伸入其中,欲收取养料。此时,天麻的组织细胞会分泌溶菌酶,靠消化蜜环菌的菌丝来营养自身。经过漫长的进化过程,天麻的叶退化成现在的鞘状鳞叶,根也退化了,全身没有一点绿色,不需要进行光合作用,全靠“吃”蜜环菌养活自己。生物学上把这种关系称为“共生”。天麻是一种与蜜环菌共生的兰科草本植物。

兰科植物虽然种类繁多,外形差异很大,但其花朵构造基本相似由3枚萼片,3枚花瓣及1个合蕊柱构成。萼片位于花的最外方;3枚花瓣中下方居中的一核算称唇瓣,是兰花最精彩的部分,也是变化最大的部分,为分属分种的主要依据;合蕊柱位于兰花的中央,是由雌蕊和雄蕊结合而成,这是兰科植物独有的结构,是兰科植物的标志。根据兰花的生活习性,一般将兰花分为地生兰、腐生兰和附生兰三类。地生兰最为常见,与其他普通植物一样生长在地面上,有绿色的叶片,可以进行光合作用,靠根系从地壤中吸收水分,温带和亚热带地区的兰花一般也属这一类;附生兰附着生长于树干或石上,广布于热带地区,具肥厚且带根被的气生根,根系多裸露于空气中,以从空气中吸收水分。石斛属Dendrobium,贝母兰属Coelogyne及万带兰属Vanda等为比较常见的附生兰,最有代表性的是石斛Dendrobium nobile Lindl.腐生兰生长在已经死亡并且腐烂的植物体上,从这些残体上吸取营养物质,不能进行光合作用,因而为非绿色植物,这类兰花植物中最有名的是天麻Galtrodiaelata。

没有色素就不能进行光合作用,叶绿体也是因为具有色素才能光合作用,比如有些藻类没有叶绿体,但又色素,它就能进行光合作用。

植物通过光合作用,利用光将吸收的CO2和水同化为有机物并释放出O2。它所合成的有机物用来维持植物本身生长发育的需要(同时也为整个生物界提供食物来源。光合作用释放的O2使人类及一切需要O2的生物能够生存)。是植物的生存、生活、与生长的基础。

反应阶段

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光反应

光反应阶段的特征是在光驱动下水分子氧化释放的电子通过类似于

线粒体呼吸电子传递链那样的电子传递系统传递给

 

,使它还原为

 

。电子传递的另一结果是基质中质子被泵送到类囊体腔中,形成的跨膜质子梯度驱动

 

磷酸化生成

 

反应式:

暗反应

暗反应阶段是利用光反应生成

 

 

进行碳的同化作用,使气体二氧化碳还原为糖。由于这阶段基本上不直接依赖于光,而只是依赖于

 

 

的提供,故称为暗反应阶段。[3] 

反应式:

总反应式:

其中

 

表示糖类。

光反应与暗反应的区别

项目

光反应

碳反应(暗反应)

实质

光能→化学能,释放O2

同化CO2形成(CH2O)(酶促反应)

时间

短促,以微秒计

较缓慢

条件

需色素、光、ADP、和酶

不需色素和光,需多种酶

场所

在叶绿体内囊状结构薄膜上进行

在叶绿体基质中进行

物质转化

2H2O→4[H]+O2↑(在光和叶绿体中的色素的催化下)ADP+Pi→ATP(在酶的催化下)

CO2+C5→2C3(在酶的催化下)

C3+[H]→(CH2O)+C5(在ATP供能和酶的催化下)

能量转化

叶绿素把光能先转化为电能再转化为活跃的化学能并储存在ATP中

ATP中活跃的化学能转化变为糖类等有机物中稳定的化学能

详细划分

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光合作用过程Ⅰ:光吸收

原初反应

当特殊叶绿素a对(P)被光激发后成为激发态P*,放出电子给原初电子受体(A)。叶绿素a被氧化成带正电荷(P+)的氧化态,而受体被还原成带负电荷的还原态(A-)。氧化态的叶绿素(P+)在失去电子后又可从原初电子供体(D)得到电子而恢复电子的还原态。这样不断地氧化还原,原初电子受体将高能电子释放进入电子传递链,直至最终电子受体NADP+。同样,氧化态的电子供体(D+)也要想前面的供体夺取电子,一次直到最终的电子供体水。

光合作用过程Ⅱ:电子传递和光合磷酸化

1. 光合电子传递

1)集光复合体

由大约200个叶绿素分子和一些肽链构成。大部分色素分子起捕获光能的作用,并将光能以诱导共振方式传递到反应中心色素。因此这些色素被称为天线色素。叶绿体中全部叶绿素b和大部分叶绿素a都是天线色素。另外类胡萝卜素和叶黄素分子也起捕获光能的作用,叫做辅助色素。

2)光系统Ⅰ(PSI)

能被波长700nm的光激发,又称P700。包含多条肽链,位于基粒与基质接触区的基质类囊体膜中。由集光复合体Ⅰ和作用中心构成。结合100个左右叶绿素分子、除了几个特殊的叶绿素为中心色素外,其它叶绿素都是天线色素。三种电子载体分别为A0(一个chla分子)、A1(为维生素K1)及3个不同的4Fe-4S。

3)光系统Ⅱ(PSⅡ)

吸收高峰为波长680nm处,又称P680。至少包括12条多肽链。位于基粒与基质非接触区域的类囊体膜上。包括一个集光复合体(LHC Ⅱ)、一个反应中心和一个含锰原子的放氧的复合体。D1和D2为两条核心肽链,结合中心色素P680、去镁叶绿素及质体醌。

4)细胞色素b6/f复合体

可能以二聚体形式存在,每个单体含有四个不同的亚基。细胞色素b6(b563)、细胞色素f、铁硫蛋白、以及亚基Ⅳ(被认为是质体醌的结合蛋白)。

5)非循环电子传递链

非循环电子传递链过程大致如下:

电子从光系统Ⅱ出发。

光系统Ⅱ→初级接受者→质体醌(Pq)→细胞色素复合体→质体蓝素(含铜蛋白质,Pc)→光系统Ⅰ→初级接受者→铁氧化还原蛋白(Fd)→NADP还原酶

非循环电子传递链从光系统Ⅱ出发,会裂解水,释出氧气,生产ATP与NADPH。

6)循环电子传递链

循环电子传递链的过程如下:

电子从光系统Ⅰ出发。

光系统Ⅰ→初级接受者→铁氧化还原蛋白(Fd)→细胞色素复合体→质粒蓝素(含铜蛋白质)(Pc)→光系统Ⅰ

循环电子传递链不会产生氧气,因为电子来源并非裂解水。最后会生产出ATP。

非循环电子传递链中,细胞色素复合体会将氢离子打到类囊体里面。高浓度的氢离子会顺着高浓度往低浓度的地方流这个趋势,像类囊体外扩散。但是类囊体膜是双层磷脂膜,对于氢离子移动的阻隔很大,它只能通过一种叫做ATP合成酶的通道往外走。途中正似水坝里的水一般,释放它的位能。经过ATP合成酶时会提供能量、改变它的形状,使得ATP合成酶将ADP和磷酸合成ATP。

NADPH的合成没有如此戏剧化,就是把送来的电子与原本存在于基质内的氢离子与NADP合成而已。值得注意的是,光合作用中消耗的ATP比NADPH要多得多,因此当ATP不足时,相对来说会造成NADPH的累积,会刺激循环式电子流之进行。

2.光合磷酸化

P680接受能量后,由基态变为激发态(P680*),然后将电子传递给去镁叶绿素(原初电子受体),P680*带正电荷,从原初电子供体Z(反应中心D1蛋白上的一个酪氨酸侧链)得到电子而还原;

光合作用电子传递链Z+再从放氧复合体上获取电子;氧化态的放氧复合体从水中获取电子,使水光解。2H2O→O2+2(2H)+4e

在另一个方向上去镁叶绿素将电子传给D2上结合的QA,QA又迅速将电子传给D1上的QB,还原型的质体醌从光系统Ⅱ复合体上游离下来,另一个氧化态的质体醌占据其位置形成新的QB。质体醌将电子传给细胞色素b6/f复合体,同时将质子由基质转移到类囊体腔。电子接着传递给位于类囊体腔一侧的含铜蛋白质体蓝素(plastocyanin,PC)中的Cu,再将电子传递到光系统Ⅱ。

P700被光能激发后释放出来的高能电子沿着A0→A1→4Fe-4S的方向依次传递,由类囊体腔一侧传向类囊体基质一侧的铁氧还蛋白(FD)。最后在铁氧还蛋白-NADP还原酶的作用下,将电子传给NADP,形成NADPH。失去电子的P700从PC处获取电子而还原。

以上电子呈Z形传递的过程称为非循环式光合磷酸化,当植物在缺乏NADP时,电子在光系统Ⅰ内流动,只合成ATP,不产生NADPH,称为循环式光合磷酸化。

一对电子从P680经P700传至NADP,在类囊体腔中增加4个H,2个来源于H2O光解,2个由PQ从基质转移而来,在基质外一个H又被用于还原

NADP,所以类囊体腔内有较高的H(pH≈5,基质pH≈8),形成质子动力势,H经ATP合酶,渗入基质、推动ADP和Pi结合形成ATP。

ATP合酶,即CF1-F0偶联因子,结构类似于线粒体ATP合酶。CF1同样由5种亚基组成α3β3γδε的结构。CF0嵌在膜中,由4种亚基构成,是质子通过类囊体膜的通道。

光合作用过程Ⅲ:碳同化

1.卡尔文循环

1)羧化阶段

CO2必须经过羧化阶段,固定成羧酸,然后被还原。核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)是CO2的接受体,在核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)作用下,和CO2形成中间产物,后者再与1分子H2O反应,形成2分子的甘油酸-3-磷酸(PGA),这就是CO2羧化阶段。

2)还原阶段

甘油酸-3-磷酸被ATP磷酸化,在甘油酸-3-磷酸激酶催化下,形成甘油酸-1,3-二磷酸(DPGA),然后在甘油醛-3-磷酸脱氢酶作用下被NADPH+H还原,形成甘油醛-3磷酸(PGAld)。

3)更新阶段

更新阶段是PGAld进过一系列的转变,再形成RuBP的过程,也就是RuBP的再生阶段。

2. C4途径

1)羧化

C4途径的CO2受体是叶肉细胞质中的PEP,在烯醇丙酮磷酸羧激酶(PEPC)催化下,固定HCO3-(CO2溶解于水),生成草酰乙酸(OAA)。草酰乙酸是含四个碳原子的二羧酸,所以这个反应称为C4-二羧酸途径

2)转变

叶肉细胞的叶绿体中的草酰乙酸经过NADP-苹果酸脱氢酶作用,被还原为苹果酸。但是也有一些品种,细胞质中的草酰乙酸与谷氨酸在天冬氨酸转氨酶作用下,形成天冬氨酸和酮戊二酸。

上述苹果酸和天冬氨酸等C4酸形成后,就转移到维管束鞘细胞中。

3)脱羧与还原

四碳双羧酸在维管束鞘中脱羧后变成丙酮酸或丙氨酸。释放的CO2通过卡尔文循环被还原为糖类。

4)再生

C4酸脱羧形成的C3酸(丙酮酸或丙氨酸)在运回叶肉细胞,在叶绿体中,经丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)催化和ATP作用,生成CO2受体PEP,是反应循环进行。

3、景天科酸代谢途径(CAM)

景天科植物如景天、落地生根等叶子具有特殊的CO2固定方式。夜晚气孔开放,吸进CO2,在PEP羧基酶作用下,与PEP结合,形成OAA,进一步还原为苹果酸,积累于液泡中。白天气孔关闭,液泡中的苹果酸便运到胞质溶胶,在NADP-苹果酸酶作用下,氧化脱羧,放出CO2,参与卡尔文循环,形成淀粉等。此外,丙糖磷酸通过糖酵解过程,形成PEP,再进一步循环。所以植物体在夜晚的有机酸含量十分高,而糖类含量下降;白天则相反,有机酸下降,而糖分增多。这种幼根机酸合成日变化的代谢类型,而最早发现于景天科植物,所以称为景天酸代谢。[4] 

光合色素

1.光色素种类 

叶绿体是光合作用的场所类囊体中含两类色素:叶绿素和橙黄色的类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素),通常叶绿素和类胡萝卜素的比例约为3:1,chla与chlb也约为3:1,在许多藻类中除叶绿素a、b外,还有叶绿素c、d和藻胆素,如藻红素和藻蓝素;在光合细菌中是细菌叶绿素等。叶绿素a、b和细菌叶绿素都由一个与镁络合的卟啉环和一个长链醇组成,它们之间仅有很小的差别。类胡萝卜素是由异戊烯单元组成的四萜,藻胆素是一类色素

蛋白,其生色团是由吡咯环组成的链,不含金属,而类色素都具有较多的共轭双键。全部叶绿素和几乎所有的类胡萝卜素都包埋在类囊体膜中,与蛋白质以非共价键结合,一条肽链上可以结合若干色素分子,各色素分子间的距离和取向固定,有利于能量传递。类胡萝卜素与叶黄素能对叶绿素a、b起一定的保护作用。几类色素的吸收光谱不同,叶绿素a、b吸收红,橙,蓝,紫光,类胡萝卜素吸收蓝紫光,吸收率最低的为绿光。特别是藻红素和藻蓝素的吸收光谱与叶绿素的相差很大,这对于在海洋里生活的藻类适应不同的光质条件,有生态意义。

2.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Ⅰ和光合作用系统Ⅱ,(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(以蓝紫光为主,伴有少量红色光),作为能量,将从水分子光解过程中得到电子不断传递,(能传递电子得仅有少数特殊状态下的叶绿素a)最后传递给辅酶二NADP。

叶绿素a,b的吸收峰

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,NADP+2e+H=NADPH。还原性辅酶二NADPH则在暗反应里面充当还原剂的作用。



因为叶绿体中含有各种光合色素,其中叶绿素A具有吸收、传递、转化光能的作用,叶绿素B、胡萝卜素和叶黄素具有传递和转化光能的作用,正是这些使得绿色植物能够进行光和作用。还有一些绿色生物虽然不含叶绿体,比如蓝藻,但含有光合片层,其中就具有光合色素,依旧能进行光合作用。可以说没有蓝藻的关合作用就不可能有人类的诞生。补充一点的是液泡中也含色素,但不能进行光合作用,希望我的回答能给你帮助,祝你学业有成!

因为叶绿体中含有各种光合色素,其中叶绿素A具有吸收、传递、转化光能的作用,叶绿素B、胡萝卜素和叶黄素具有传递和转化光能的作用,正是这些使得绿色植物能够进行光和作用。还有一些绿色生物虽然不含叶绿体,比如蓝藻,但含有光合片层,其中就具有光合色素,依旧能进行光合作用。可以说没有蓝藻的关合作用就不可能有人类的诞生。补充一点的是液泡中也含色素,但不能进行光合作用,希望我的回答能给你帮助,祝你学业有成!

因为植物的叶肉细胞里存在一种物质叫做叶绿体的细胞质,里面含有特殊的色素能将光能转化为化学能并储存在有机物种,所以植物能进行光合作用




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掌包痔疮:[答案] 就像人们要呼吸一样,大家相互利用而已

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掌包痔疮: 植物进行光合作用是进化使然.植物分高等植物和低等植物,大部分植物都是自养的——进行光合作用:以二氧化碳和水为原料,固定光中的能量,合成糖类等有机物供自身及异养生物利用.植物本身和异养生物再分解这些有机物成二氧化碳和水,利用这些能量完成生命活动.这就是生态系统中的物质循环和能量流动.另外:也有可以进行光合作用的动物,如太平洋中的某些腔肠动物.

迭部县18935366192: 植物为什么可以光合作用啊?
掌包痔疮: 首先,纯水在0℃的时候达到冰点,但是植物体内的是溶液,冰点在0℃以下,如同盐水在0℃不会结冰一样,这是常识. 其次,澄清一点,植物也是会产热的,有些种类的植物在开花的时候在环境温度5℃的情况下保持花的温度在20℃. 然后,温度确实是会影响酶的活性,而且低温也是会造成损伤,而有些植物不适应这种环境就会冻死;同时有些抗寒能力强的植物仍能够保持活性,在低温条件下通过其自身一些抗逆性的机制(比如上面说的产热)保持自我存活,这种情况下当然可以进行光合作用.

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迭部县18935366192: 为什么植物会产生光合作用?
掌包痔疮: 因为在植物细胞内有叶绿体,叶绿体中有把光能转化为细胞的化学能的功能.所以在光照刺激下,叶绿体就会开始“工作”,也就导致了植物的光合作用. 说法应该是这样:植物具有光合作用是因为叶绿体的存在.

迭部县18935366192: 为什么植物会进行光合作用?
掌包痔疮:是的光合作用(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有机物,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,这个过程是它们赖以生存的关键.而地球上的碳氧循环,光合作用是必不可少的.

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掌包痔疮: 解析:光是一切生物体能量的最终来源.“万物生长靠太阳”,没有光就没有万物.在生物进化过程中,只有植物才能进行光合作用,它是生物进化的产物,是生态系统的主要成分,它实现从无机到有机的转化,实现了把光能转化成化学能,最后转化在有机物中贮存起来,这一切都与它进化的结构密切相关.它是叶肉细胞中的叶绿体上含有时行光合作用的色素.这些色素能对光能进行转化.没有光这些色素就失去了它意义.所以植物有光就会进行光合作用与其结构相关.

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掌包痔疮: 光合作用对自然界的意义重大,如果把绿叶比作“绿色工厂”,那么进行光合作用的“动力”就是光,原料是二氧化碳和水,产物是淀粉和氧气,“厂房”是叶绿体.如果没有绿色植物存在,这个工程就无法完成.光合作用制造的有机物是构成地球上一切生物体的物质基础,又为各种生物提供了进行生命活动所需要的能量.放出的氧气供给本身以及其他需氧生物进行呼吸作用.吸收二氧化碳作为原料,使大气中氧气和二氧化碳含量保持稳定.所以我们要绿化造林,让植物为地球作出更大的贡献.为了迎合世界万物的生存需要就是回答你问题的答案.

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