PhotosynthesisLecture 7

   

Objectives I

● Explain how the process of photosynthesis is involved in net primary production and an increase in plant biomass.

● Draw a sketch of a chloroplast, identify the structural components, and indicate where the light reactions and the Calvin cycle take place.

● List the inputs and outputs of the light reactions and the Calvin Cycle.

   

● Describe how the light reactions and Calvin Cycle are linked

● Describe the role of enzymes in the process of photosynthesis.

● Explain how the following factors affect photosynthesis: stomatal opening, temperature, light intensity, water availability, and CO2 availability.

● Explain what the plant does with the carbohydrate that is produced by photosynthesis.

Objectives II

   

Photosynthesis

● Captures solar energy● Store as chemical energy in 

sugars● Food● Bioenergy● Global Carbon Cycle

   

● Reactions are COUPLED

● Carbon is CYCLED

● Reactions are inefficient

Photosynthesis :

CO2 H 2 O light

Carbohydrates O2

Respiration :

O2Carbohydrates CO2H2 OHeatATP

   

Net Primary Productivity

● GPP = Gross primary productivity         = Total amount of photosynthesis

● Ra    = Autotrophic (Plant) Respiration● NPP = Total amount of new plant biomass● On average NPP ~ ½ GPP

NPP=GPP−Ra

   

What is sunlight?

   

Why are plants green?

   

   

   

   

   

LightDependent Reactions

● Convert light energy into chemical energy● Occurs on thylakoid membranes

2H2 O2NADP3 ADP3Pilight O22 NADPH2 ATP

Water Energy storing compounds Oxygen Stored energy

   

   

   

   

NADP

   

Summary of Light Reactions● Light energy enters chloroplast● Flow of electrons

– Splitting water provides electrons– Release of oxygen from water– Accumulation of H+ in thylakoid spaces

● Reduction of NADP to NADPH using H+● Production of ATP

– ATP synthase enzyme– Powered by flow of H+ from thylakoid spaces– ATP + P   ATP→

http://www.science.smith.edu/departments/Biology/Bio231/ltrxn.html

   

Calvin Cycle

● Cyclic series of reactions

● 2 PGAL > 1 Glucose● Enzyme mediated● Coupled to light reactions

3CO29ATP6NADPHPGAL9 ADP9 Pi6 NAPD

Phosphoglyceraldehyde

   

   

RuBisCo

● Most abundant protein on Earth

● Large fraction of leaf nitrogen● Rate limiting step of Calvin 

Cycle

   

   

Calvin Cycle Summary

● Addition (fixing) of gaseous CO2 to RUBP, a 5 carbon compound in the stroma of chloroplasts.

● Energy input from ATP(ATP from the light reactions > ADP + Phosphate back to the light reactions)

● Addition of H+ and energy from NADPH(NADPH from the light reactions > NADP back to the light reactions

● Production of carbohydrates for storage, transport, and biosynthesis

● Recycling of 5 carbon compound (RUBP) to fix more CO2

http://www.science.smith.edu/departments/Biology/Bio231/calvin.html

   

   

Leaf Anatomy

   

Stomata● Regulate CO2 uptake 

and H2O loss● Can't photosynthesize 

with stomata closed● Tradeoff of drought 

risk● Thermal regulation● C4 & CAM plants store 

CO2 for later use 

   

Limits to Photosynthesis

   

Limits to Photosynthesis

   

Limits to Photosynthesis

   

Limits to Photosynthesis

● Water– Low soil moisture   Close stomata→– Low humidity   Close stomata→– Actual limitation is CO2– Photosynthetic reactions themselves are never 

water limited

● Minerals– Nitrogen   RUBISCO→ , protein– Phosphorus   ATP, nucleic acids→

   

Lecture activity● Get into groups of one or two 

● From your understanding of biomes and the basic equation of photosynthesis, write down the factors you predict to be limiting the rate of photosynthesis and Net Primary Productivity (NPP) in:

– Boreal forest (navy blue)

– Deserts (tan)

– Tropical Forest(bright green)

● PRINT & SIGN YOUR NAMEon the top of your paper

   

Limits to global NPP

Slide 1Slide 2Slide 3Slide 4Slide 5Slide 6Slide 7Slide 8Slide 9Slide 10Slide 11Slide 12Slide 13Slide 14Slide 15Slide 16Slide 17Slide 18Slide 19Slide 20Slide 21Slide 22Slide 23Slide 24Slide 25Slide 26Slide 27Slide 28Slide 29Slide 30Slide 31Slide 32