不同的单色光对植物光合作用的影响(不同光质对植物光合作用的影响)

不同的单色光对植物光合作用的影响(不同光质对植物光合作用的影响)

来源:网友投稿 更新时间: 2023-04-24 阅读

不同的单色光对植物光合作用的影响(不同光质对植物光合作用的影响)

不同光质对植物光合作用的影响

光是一个十分复杂而重要的生态因子,包括光强、光质和光照长度。光因子的变化对生物有着深刻的影响。光强的生态作用与生物的适应:

(1)光强与植物

光对植物的形态建成和生殖器官的发育影响很大。植物的光合器官叶绿素必须在一定光强条件下才能形成,许多其他器官的形成也有赖于一定的光强。在黑暗条件下,植物就会出现“黄化现象”。在植物完成光周期诱导和花芽开始分化的基础上,光照时间越长,强度越大,形成的有机物越多,有利于花的发育。光强还有利于果实的成熟,对果实的品质也有良好作用。

不同植物对光强的反应是不一样的,根据植物对光强适应的生态类型可分为阳性植物、阴性植物和中性植物(耐阴植物)。在一定范围内,光合作用效率与光强成正比,达到一定强度后实现饱和,再增加光强,光合效率也不会提高,这时的光强称为光饱和点。当光合作用合成的有机物刚好与呼吸作用的消耗相等时的光照强度称为光补偿点。阳性植物对光要求比较迫切,只有在足够光照条件下才能正常生长,其光饱和点、光补偿点都较高。阴性植物对光的需求远较阳性植物低,光饱和点和光补偿点都较低。中性植物对光照具有较广的适应能力,对光的需要介于上述两者之间,但最适在完全的光照下生长。

(2)光强与动物

光照强度与很多动物的行为有着密切的关系。有些动物适应于在白天的强光下活动,如灵长类、有蹄类和蝴蝶等,称为昼行性动物;另一些动物则适应于在夜晚或早晨黄昏的弱光下活动。

不同光质对植物光合作用的影响的坐标图xing

由于研究光合作用对农业生产有极大的帮助,因此高考中也有大量的关于净光合作用与实际光合作用的题目。

净光合作用,又称“表观光合作用”,是指一段时间内植物体内发生光合作用的总量减去呼吸作用的量。

实际光合作用,又称总光合量是指一段时间内植物体内发生光合作用(吸收二氧化碳)的总量。 净光合量是指一段时间内植物体内发生光合作用的总量减去呼吸作用的量。(吸收的二氧化碳减去呼吸作用放出的二氧化碳) 植物体内有机物的变化量来看的,只要是一段时间后有机物增加量都为净光合作用的量。只要有负值就是净的,若无负值,不易确定,能直接测出的氧气或二化碳的值就是净的。

如果不能理解,可以这样迁移,你把总光合作用比成赚的钱数,呼吸作用是花的钱数,而净光合作用就是净赚的钱数。如你赚了10块钱,用了4块钱,那么净赚了6块钱。生物一定要呼吸提供能量,植物也不例外。但是植物可以赚钱,及能进行光合作用,那么既能赚钱,又要花钱。就存在一个差值,及净赚。当净赚为0时,及净光合作用=0时,并非不进行光合作用,而是此时,赚的和花的相等。我们把这样的点成为补偿点,是高考的高频考点。

2017年全国高考1卷

植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制,光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度,已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。回答下列问题:

(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中,适宜条件下照光培养。培养后发现两种植物的光合速率都降低,原因是_________________,甲种植物净光合速率为0时,乙种植物净光合速率_________________(填“大于0”“等于0”或“小于0”)。

(2)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中,照光培养一段时间后,发现植物的有氧呼吸增加,原因是_________________。

本题考查CO2浓度对不同植物的光合作用影响和氧气对有氧呼吸的影响,要求考生能正确把握题干中信息,二氧化碳补偿点的理解及影响光合作用的因素,理解净光合作用和总光合作用与呼吸作用的关系成为解题的关键。

A点为CO2补偿点,此时净光合作用为0.总光合作用强度和呼吸作用强度相等。甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的CO2补偿点,所以甲种植物的净光合速率为0时环境中的CO2浓度大于乙的净光合速率为0时所需的CO2浓度,所以甲种植物净光合速率为0时,乙种植物净光合速率大于0。

2018年全国高考1卷

甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。

回答下列问题:

(1)当光照强度大于a时,甲、乙两种植物中,对光能的利用率较高的植物是____________。

(2)甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,那么净光合速率下降幅度较大的植物是_________,判断的依据是______________________。

(3)甲、乙两种植物中,更适合在林下种植的是______。

(4)某植物夏日晴天中午12:00时叶片的光合速率明显下降,其原因是进入叶肉细胞的_________ (填“O2”或“CO2”)不足。

本题考查影响光合作用的因素,据图可知,甲植物的净光合速率变化幅度明显大于乙植物,因此可以得出甲植物对光能的利用率明显高于乙植物。且乙植物的饱和点和光补偿点都比较低,属于阴生植物,甲植物属于阳生植物。

解题的关键就了理解净光合作用的意义。

2018全国高考2卷

为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性,某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片,分别测定其净光合速率,结果如图所示。据图回答问题:

(1)从图可知,A叶片是树冠_________(填“上层”或“下层”)的叶片,判断依据是______________________。

(2)光照强度达到一定数值时,A叶片的净光合速率开始下降,但测得放氧速率不变,则净光合速率降低的主要原因是光合作用的_____________反应受到抑制。

(3)若要比较A、B两种新鲜叶片中叶绿素的含量,在提取叶绿素的过程中,常用的有机溶剂是______________。

解题关键是:①要理解横、纵坐标的含义及曲线代表的含义,这是解题的重心所在。②关注坐标上的“四点、二量、一趋势”。“四点”指的是起点、交点、折点和终点;“二量”指的是分清自变量与因变量,绝对不能颠倒;“一趋势”,指的是曲线的走势,特别要注意的是分析问题时一定要结合横轴的点、区段来进行。③分析曲线变化有关的知识点时,还要挖掘或捕捉题目所给予的有效信息。

结束语:由于该知识属于高中生物主干知识,高考中频繁出现该知识点,因此有必要花时间认真学习和理解该知识点。

不同颜色的光对植物光合作用的影响

通常在红光下光合作用最快,蓝、紫光次之,绿光最差。红光是被叶绿素吸收最多的光线部分,并能促进叶绿素的形成,具有最大的光合活性蓝紫光其次,它也能被光合色素吸收和利用。

绿光易被绿色叶子反射和透射,因此很少被吸收利用,一般把绿光称为生理无效光红色光可以增加果实内的糖分与维生素的含量,也能促进植物成熟;蓝色光能增加植物蛋白质的含量(用蓝色光照射大豆,大豆的成熟期可以提前 20 天,蛋白质的含量提高 2.1% )。

对植物光合作用最没有价值的光

无机盐对光合作用的影响极大,光合作用的主要色素是叶绿素,而叶绿素的构成需要镁元素和铁元素。

而光合作用中的光反应中光解水释放氧气,则需要锰元素和氯元素,这些都是矿质元素,缺少了这些元素,植物的光合作用将无法完成。植物的光合作用是利用光能将水分和二氧化碳(两种无机物)合成有机物的过程。这句话是正确的,这句话中间有“主要”二字是因为自然界中还有一些生物可以合成有机物,这就是光合细菌或者化能合成细菌。它们不属于植物,但是也能产生有机物。所以“主要”二字用的很贴切。自然界中90%的太阳能由绿色植物固定,最终形成储藏能量的有机物,将光能转化为稳定的化学能,因此植物是自然界中最主要的生产者。通过食物链将物质和能量传递到生物圈内。

探究光照对植物光合作用的影响

会,因为光照太强会使叶片灼伤,因而停止光合作用。

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。在一定范围内几乎是呈正相关。但超过一定范围之后,光合速率的增加转慢;当达到某一光照强度时,光合速率就不再增加,这种现象称为光饱和现象(light saturation)。各种作物的光饱和点(light saturation point)不同,与叶片厚薄、单位叶面积叶绿素含量多少有关。

当气温过高时,植物的气孔会关闭,这时就无法利用外界空气中的二氧化碳,但植物的呼吸作用在继续进行,产生的二氧化碳就会被光合作用消耗,所以光合作用只是比较弱。

不同光质对植物光合作用的影响高考模拟题

光是一个十分复杂而重要的生态因子,包括光强、光质和光照长度。光因子的变化对生物有着深刻的影响。

1.光强的生态作用与生物的适应

(1)光强与植物

光对植物的形态建成和生殖器官的发育影响很大。植物的光合器官叶绿素必须在一定光强条件下才能形成,许多其他器官的形成也有赖于一定的光强。在黑暗条件下,植物就会出现“黄化现象”。在植物完成光周期诱导和花芽开始分化的基础上,光照时间越长,强度越大,形成的有机物越多,有利于花的发育。光强还有利于果实的成熟,对果实的品质也有良好作用。

不同植物对光强的反应是不一样的,根据植物对光强适应的生态类型可分为阳性植物、阴性植物和中性植物(耐阴植物)。在一定范围内,光合作用效率与光强成正比,达到一定强度后实现饱和,再增加光强,光合效率也不会提高,这时的光强称为光饱和点。当光合作用合成的有机物刚好与呼吸作用的消耗相等时的光照强度称为光补偿点。阳性植物对光要求比较迫切,只有在足够光照条件下才能正常生长,其光饱和点、光补偿点都较高。阴性植物对光的需求远较阳性植物低,光饱和点和光补偿点都较低。中性植物对光照具有较广的适应能力,对光的需要介于上述两者之间,但最适在完全的光照下生长。

(2)光强与动物

光照强度与很多动物的行为有着密切的关系。有些动物适应于在白天的强光下活动,如灵长类、有蹄类和蝴蝶等,称为昼行性动物;另一些动物则适应于在夜晚或早晨黄昏的弱光下活动,如蝙蝠、家鼠和蛾类等,称为夜行性动物或晨昏性动物;还有一些动物既能适应于弱光也能适应于强光,白天黑夜都能活动,如田鼠等。昼行性动物(夜行性动物)只有当光照强度上升到一定水平(下降到一定水平)时,才开始一天的活动,因此这些动物将随着每天日出日落时间的季节性变化而改变其开始活动的时间。

2.光质的生态作用与生物的适应

(1)光质与植物

植物的光合作用不能利用光谱中所有波长的光,只是可见光区(400-760nm),这部分辐射通常称为生理有效辐射,约占总辐射的40-50%。可见光中红、橙光是被叶绿素吸收最多的成分,其次是蓝、紫光,绿光很少被吸收,因此又称绿光为生理无效光。此外,长波光(红光)有促进延长生长的作用,短波光(蓝紫光、紫外线)有利于花青素的形成,并抑制茎的伸长。

(2)光质与动物

大多数脊椎动物的可见光波范围与人接近,但昆虫则偏于短波光,大致在250-700nm之间,它们看

光合作用对植物的影响产生

植物进行光合作用必须有光才能进行。因为只有有光的时候才能进行光反应,为暗反应提供还原剂和能量。暗反应无光下也能进行。因此,光照交替进行时。 有光的时候,光反应和暗反应都可以进行,当停止光的时候,由于光反应产生的还原这个能量,还有一部分。因此暗反应可以继续进行。这样就比梁旭光照相同时间所进行的。暗反应时间就延长了,因此合成的有机物就会增多。

探究光合作用对植物的影响

植物有没有进行光合作用?

进行光合作用的条件及原料等这些都是研究光合作用时所要探索的要点。

植物放在暗处后植物的叶片没有进行光合作用可以验证光合作用必要条件是要有光能。

此外还可通过用碘液验证放置暗处的植物叶片碘液没有变蓝色,因为光合作用产物主要是淀粉,置暗处的植物无法进行光合作用也就没有淀粉生成所以加碘旡反应。

所以研究光合作用要将植物放在暗处,就能验证植物光合作用需要光能。

不同光质对植物生长的影响

光质

光质。光质是指拍摄所用光线的软硬性质。可分为硬质光和软质光。

硬质光即是强烈的直射光,如晴天的阳光,人工灯中的聚光灯、回光灯的灯光等。

硬质光照射下的被摄体表面的物理特性表现为:受光面、背光面及投影非常鲜明,明暗反差较大,对比效果明显,有助于表现受光面的细节及质感,造成有力度、鲜活等视角艺术效果。

软质光是一种漫散射性质的光,没有明确的方向性,在被照物上不留明显的阴影。如大雾中的阳光,泛光灯光源等。

软质光的特点是光线柔和,强度均匀,光比较小,形成的影像反差不大,主体感和质感较弱。

光质为影响植物光合作用的条件之一。光质会影响叶绿素a 叶绿素b对于光的吸收,从而影响光合作用的光反应阶段。

光质也可以看作为光的波长。

光质对植物的生长发育至关重要,它除了作为1

种能源控制光合作用,还作为1种触发信号影响植

物的生长。光信号被植物体内不同的光受体感知,

即光敏素、蓝光/近紫外光受体(隐花色素) 、紫外光

受体。不同光质触发不同光受体,进而影响植物的

光合特性、生长发育、抗逆和衰老等。对光合作用的影响  许多研究表明,光合器官的发育长期受光调控,

红光对光合器官的正常发育至关重要,它可通过抑

制光合产物从叶中输出来增加叶片的淀粉积累 ;

蓝光则调控着叶绿素形成、气孔开启以及光合节律

等生理过程。光质能够调节光合作用不同类型叶绿

素蛋白质的形成以及光系统之间电子传递。

光质对叶片叶绿素含量也有重要作用。徐

凯、江明艳分别对草莓和一品红研究得出,红

光可提高叶绿素a、b以及总叶绿素含量,但最有利

于Chlb增加; 蓝光可降低叶绿素含量, 最有利于

Chla增加。其它研究也有类似的结果,说明蓝

光培养的植株一般具有阳生植物的特性,而红光培

养的植株与阴生植物相似。在对番茄的研究中发

现,红光处理可提高其叶绿素含量,增加气孔导度及

蒸腾速率,光合速率显著高于其它光处理 。蓝光

处理的叶绿素含量虽略低于对照,但光合速率仍显

著高于对照,原因可能是蓝光促进叶片气孔开放,增

加了胞间CO2 浓度。但也有相反的研究结果, Anna

等发现蓝光促进风信子愈伤组织叶绿素的形成,

而红光降低叶绿素含量。史宏志研究烟叶时

也发现,在白光辅助照射的条件下,增强红光比例使叶

绿素含量下降。Jean - Luc研究发现不同光质下的

藻类,其辅助色素的含量也发生了变化 。

Heraut - Born等研究发现较低的红光与远红

光比值(R /FR ) 能够降低叶片叶绿素的含量。但

Carlos研究菜豆( Phaseolus vulgaris L. )叶片时却

发现随R /FR值增大,叶片叶绿素含量增多,呼吸和

光合速率均增大。原因是由于当R /FR产生变化时

对植物体内提高抵抗光抑制和光氧化的机制产生警

告信号,使氨基酸积累产生变化,从而提高了抵抗能

力。在低R /FR值的光质下生长的草莓叶片,其

类胡萝卜素含量较高,这说明光敏色素参与了草莓

叶片类胡萝卜素合成的调控。较高的光合速率是幼

苗营养生长旺盛的重要原因之一,但光合作用受诸

多因素的影响,不仅仅是叶绿素含量。

红光和远红光协同调节光合作用中聚光色素

(LHC)蛋白和光合碳循环中的Rubisco大亚基的编

码基因rbcL和小亚基的编码基因rbcS的转录。即

在转录水平上调节光合机构的组装,从而直接影响

植物的光合作用。Hua YU研究种子发芽发现

红光,蓝光和黄光照射比白光照射明显降低了表观

量子产额,红光下光饱和点下降,这可能是单色光的

波长范围太窄,引起了PSⅠ和PSII的光子不均衡而

改变了电子传递链。Ramalho等研究表明,不同

光源的光质影响咖啡叶片PSII的光化学效率及电子

传递速率。Ernstsen等研究发现,光质对菠菜的

Rubisco钝化有一定影响。绿膜下生长的草莓叶

片RuBPCase活性最低,黄膜最高。以上多数研究都

表明红光和蓝光能够提高植物的光合速率,绿光

减弱其光合速率,不利于植物生长。

对代谢与生长发育的影响

影响植物生长发育和形态建成 

红光可促进幼苗的生长,红光处理的幼苗干物质积累多,营养

生长旺盛 。马光恕、傅明华等在番茄、茄子

及黄瓜等作物方面的研究也得出了相同结论。蓝光

与红光能够显著抑制茎的伸长,这可能是由于红光

通过降低赤霉素的含量; 蓝紫光能提高吲哚乙酸

( IAA)氧化酶的活性,使IAA含量降低,进而抑制植

物的伸长生长。UV - B辐射过强,作物不能正常

生长,会限制结实量,如UV - B处理下的黄瓜

植株变的矮小,叶面积小,结实量少。不同光质补光处

理均促进新梢延长生长,缩短了新梢节间长度。其

中,补充红光、蓝光明显增加新梢基部粗度;红光处

理明显增加了新梢总的干物质积累,而且增大了叶

片干物质分配比例 。光敏色素还可以影响种子

萌发,这是通过影响赤霉素的合成来完成的。红

光对种子萌发的促进作用主要由PhyB 调控, PhyB

能够感受R /FR比例变化。种子能否充分发芽生长

主要由所接受光的R /FR比例决定,较低的R /FR比

值抑制种子的发芽 。

影响生理代谢

光质对植物的碳氮代谢有

重要的调节作用。蓝光促进新合成的有机物中蛋白

质的积累,而红光促进碳水化合物的增加。增加蓝

光比例可以明显促进氮代谢,使叶片总氮提高,总碳

降低。红光和蓝光处理显著提高抗氧化酶POD、

SOD及APX活性 。红光照射可能促进了APX

基因的表达,从而使APX活性明显升高。但光质

对CAT活性的影响不大。红光和蓝光下较高的抗

氧化酶活性是幼苗健壮生长的重要原因之一,而黄

光和绿光处理下较低的酶活性表现为幼苗显著徒

长,质量较低。红光与蓝光有利于黄瓜果实维

生素C与还原糖含量的提高,蓝光与UV - A能促进

黄瓜果实蛋白质的形成。有研究表明,蓝光可显

著促进线粒体的暗呼吸,在呼吸过程中产生的有机

酸又为氨基酸的合成提供了碳架,进一步导致蛋白

质合成。已有研究证明光敏色素参与硝酸还原酶

(NR)的诱导。蓝光、红光、远红光都可诱导幼苗

NR的活性。不同光质对麦苗硝态氮代谢关键酶活

性的影响与细胞内钙调系统有密切的联系。通过改

变细胞内内环境的离子浓度,对植物氮代谢过程起

调节作用。苯丙氨酸解氨酶( PAL)是莽草酸途径

中受光调节的关键酶。PAL活性对甘蓝型油菜种皮

色泽有影响 ,且对黄籽的影响更大。红光和蓝光

处理甘蓝型油菜种子发现蓝光可降低种皮中的PAL

活性,增加蛋白质含量。对结构特征的影响  光质影响植物结构的研究中,UV - B辐射增强

引起叶片形态解剖结构的变化的研究居多。而此部

分研究主要集中于表皮附属物的变化等领域,而对

叶肉解剖结构研究甚少。有研究表明,UV - B辐射

的增加将引起叶面积和生物量明显减少, 比叶重

(LMA)增加 。而赵平等指出, UV - B 辐射对

叶片形态的影响很小,叶面积没有出现明显变化。

研究结果不一致可能与植物种类和适应能力存在差

异有关,明确UV - B辐射增强对植物叶片形态结构

基础的影响需要更多研究。

UV - B辐射增强主要作用于叶片PSⅡ,使基粒

和基质类囊体受到损伤,叶绿体完整结构受到破坏。

Pisum sativum的研究表明UV - B 使叶绿体的类

囊体膜扩张。表皮层解剖结构也发生变化,如表皮

细胞变短、叶片厚度的增厚等以降低UV - B辐射的

穿透率 。UV - B照射下的白桦幼苗的叶片变

厚变小,也是由于上表皮层,海绵薄壁组织和海绵组

织细胞间隙的增厚引起的。在Populus trichocar2

pa中还发现栅栏组织也变厚,但表皮没有发生变

化。UV - B下的亚显微结构中出现了许多脂质体,

并且出现了细胞膜的不正常卷曲,脂质体增多表明

细胞老化。

光质的改变直接影响叶片生长。据报道,蓝光有利于

叶绿体的发育,在蓝光下生长的桦树(B etula

pendu la)幼苗的叶面积是红光下的2倍,其叶表皮细

胞面积、栅栏组织、海绵组织和功能叶绿体面积都比

白光和红光下大 ,且蓝光下叶肉细胞中淀粉粒积

累比红光少,这是因为红光抑制了光合产物从叶片

中输出,增加了叶片的淀粉积累。光质对叶片组织

结构影响的研究报道尚少,有待于进一步的研究。

植物的光合作用受多种因素的影响

光是光合作用的动力,也是形成叶绿素、叶绿体以及正常叶片的必要条件,光还显著地调节光合酶的活性与气孔的开度,因此光直接制约着光合速率的高低。光照因素中有光强、光质与光照时间,这些对光合作用都有深刻的影响。

一、光合速率及表示单位

光合速率通常是指单位时间、单位叶面积的CO2吸收量或O2的释放量,也可用单位时间、单位叶面积上的干物质积累量来表示。常用单位有:μmol CO2·m-2·s-1、μmol O2·dm-2·h-1 和mgDW(干重)·dm-2·h-1。

CO2吸收量用红外线CO2气体分析仪测定,O2释放量用氧电极测氧装置测定,干物质积累量可用改良半叶法等方法测定。有的测定光合速率的方法都没有把呼吸作用(光、暗呼吸)以及呼吸释放的CO2被光合作用再固定等因素考虑在内,因而所测结果实际上是表观光合 速率或净光合速率,如把表观光合速率加上光、暗呼吸速率,便得到总光合速率或真光合速率。

二、内部因素

 (一)叶片的发育和结构

  1.叶龄

新长出的嫩叶,光合速率很低。其主要原因有:(1)叶组织发育未健全,气孔尚未完全形成或开度小,细胞间隙小,叶肉细胞与外界气体交换速率低;(2)叶绿体小,片层结构不发达,光合色素含量低,捕光能力弱;(3)光合酶,尤其是Rubisco的含量与活性低。(4)幼叶的呼吸作用旺盛,因而使表观光合速率降低。但随着幼叶的成长,叶绿体的发育,叶绿素含量与Rubisco酶活性的增加,光合速率不断上升;当叶片长至面积和厚度最大时,光合速率通常也达到最大值,以后,随着叶片衰老,叶绿素含量与Rubisco酶活性下降,以及叶绿体内部结构的解体,光合速率下降。

依据光合速率随叶龄增长出现“低—高—低”的规律,可推测不同部位叶片在不同生育期的相对光合速率的大小。如处在营养生长期的禾谷类作物,其心叶的光合速率较低,倒3叶的光合速率往往最高;而在结实期,叶片的光合速率应自上而下地衰减。

   2.叶的结构

叶的结构如叶厚度、栅栏组织与海绵组织的比例、叶绿体和类囊体的数目等都对光合速率有影响。叶的结构一方面受遗传因素控制,另一方面还受环境影响。

  C4植物的叶片光合速率通常要大于C3植物,这与C4植物叶片具有花环结构等特性有关。许多植物的叶组织中有两种叶肉细胞,靠腹面的为栅栏组织细胞;靠背面的为海绵组织细胞。栅栏组织细胞细长,排列紧密,叶绿体密度大,叶绿素含量高,致使叶的腹面呈深绿色,且其中Chla/b比值高,光合活性也高,而海绵组织中情况则相反。生长在光照条件下的阳生植物(sun plant)叶栅栏组织要比阴生植物(shade plant)叶发达,叶绿体的光合特性好,因而阳生叶有较高的光合速率。

同一叶片,不同部位上测得的光合速率往往不一致。例如,禾本科作物叶尖的光合速率比叶的中下部低,这是因为叶尖部较薄,且易早衰的缘故。

 (二)光合产物的输出

光合产物(蔗糖)从叶片中输出的速率会影响叶片的光合速率。例如,摘去花、果、顶芽等都会暂时阻碍光合产物输出,降低叶片特别是邻近叶的光合速率;反之,摘除其他叶片,只留一张叶片与所有花果,留下叶的光合速率会急剧增加,但易早衰。对苹果等果树枝条环割,由于光合产物不能外运,会使环割上方枝条上的叶片光合速率明显下降。光合产物积累到一定的水平后会影响光合速率的原因有:(1)反馈抑制。例如蔗糖的积累会反馈抑制合成蔗糖的磷酸蔗糖合成酶的活性,使F6P增加。而F6P的积累,又反馈抑制果糖1,6-二磷酸酯酶活性,使细胞质以及叶绿体中磷酸丙糖含量增加,从而影响CO2的固定;(2)淀粉粒的影响。叶肉细胞中蔗糖的积累会促进叶绿体基质中淀粉的合成与淀粉粒的形成,过多的淀粉粒一方面会压迫与损伤类囊体植物的光合作用受内外因素的影响,而衡量内外因素对光合作用影响程度的常用指标是光合速率。

三、外部因素

(一)光照

光是光合作用的动力,也是形成叶绿素、叶绿体以及正常叶片的必要条件,光还显著地调节光合酶的活性与气孔的开度,因此光直接制约着光合速率的高低。光照因素中有光强、光质与光照时间,这些对光合作用都有深刻的影响。

  1.光照强度

(1)光强-光合曲线

X

随着光强的增高,光合速率相应提高,当到达某一光强时,叶片的光合速率等于呼吸速率,即CO2吸收量等于CO2释放量,表观光合速率为零,这时的光强称为光补偿点。在低光强区,光合速率随光强的增强而呈比例地增加(比例阶段,直线A);当超过一定光强,光合速率增加就会转慢(曲线B);当达到某一光强时,光合速率就不再增加,而呈现光饱和现象。开始达到光合速率最大值时的光强称为光饱和点,此点以后的阶段称饱和阶段(直线C)。比例阶段中主要是光强制约着光合速率,而饱和阶段中CO2扩散和固定速率是主要限制因素。

不同植物的光强-光合曲线不同,光补偿点和光饱和点也有很大的差异。光补偿点高的植物一般光饱和点也高,草本植物的光补偿点与光饱和点通常要高于木本植物;阳生植物的光补偿点与光饱和点要高于阴生植物;C4植物的光饱和点要高于C3植物。光补偿点和光饱和点可以作为植物需光特性的主要指标,用来衡量需光量。光补偿点低的植物较耐阴,如大豆的光补偿点仅0.5klx,所以可与玉米间作,在玉米行中仍能正常生长。在光补偿点时,光合积累与呼吸消耗相抵消,如考虑到夜间的呼吸消耗,则光合产物还有亏空,因此从全天来看,植物所需的最低光强必须高于光补偿点。对群体来说,上层叶片接受到的光强往往会超过光饱和点,而中下层叶片的光强仍处在光饱和点以下,如水稻单株叶片光饱和点为40~50klx,而群体内则为60~80lx,因此改善中下层叶片光照,力求让中下层叶片接受更多的光照是高产的重要条件。

植物的光补偿点和光饱和点不是固定数值,它们会随外界条件的变化而变动,例如,当CO2浓度增高或温度降低时,光补偿点降低;而当CO2浓度提高时,光饱和点则会升高。在封闭的温室中,温度较高,CO2较少,这会使光补偿点提高而对光合积累不利。在这种情况下应适当降低室温,通风换气,或增施CO2才能保证光合作用的顺利进行。

在一般光强下,C4植物不出现光饱和现象,其原因是:①C4植物同化CO2消耗的同化力要比C3植物高 ②PEPC对CO2的亲和力高,以及具有“CO2泵”,所以空气中CO2浓度通常不成为C4植物光合作用的限制因素。

(2)强光伤害—光抑制

光能不足可成为光合作用的限制因素,光能过剩也会对光合作用产生不利的影响。当光合机构接受的光能超过它所能利用的量时,光会引起光合速率的降低,这个现象就叫光合作用的光抑制。

晴天中午的光强常超过植物的光饱和点,很多C3植物,如水稻、小麦、棉花、大豆、毛竹、茶花等都会出现光抑制,轻者使植物光合速率暂时降低,重者叶片变黄,光合活性丧失。当强光与高温、低温、干旱等其他环境胁迫同时存在时,光抑制现象尤为严重。通常光饱和点低的阴生植物更易受到光抑制危害,若把人参苗移到露地栽培,在直射光下,叶片很快失绿,并出现红褐色灼伤斑,使参苗不能正常生长;大田作物由光抑制而降低的产量可达15%以上。因此光抑制产生的原因及其防御系统引起了人们的重视。

光抑制机理:一般认为光抑制主要发生在PSⅡ。按其发生的原初部位可分为受体侧光抑制和供体侧光抑制。受体侧光抑制常起始于还原型QA的积累。还原型QA的积累促使三线态P680(P680T)的形成,而P680T可以与氧作用(P680T +O2→P680 + 1O2)形成单线态氧(1O2);供体侧光抑制起始于水氧化受阻。由于放氧复合体不能很快把电子传递给反应中心,从而延长了氧化型P680(P680+)的存在时间。P680+和1O2都是强氧化剂,如不及时消除,它们都可以氧化破坏附近的叶绿素和pan >D1蛋白,从而使光合器官损伤,光合活性下降。

不同颜色光对植物光合作用的影响

第一波段的辐射光:

是含有大量能量的紫外线,但部份的紫外线都被臭氧层所吸收。所以我们较关心的是与农膜有密切相关的部份:紫外线-b(波长280—320nm)及紫外线-a(波长320—380nm),这二种波段的紫外线有其不同的作用如:对植物的花产生着色的作用.

第2波段的辐射光:

是可见光(波长400—700nm),相当于蓝光、绿光、黄光及红光,又称为par,即光合作用活跃区。是植物用来进行光合作用的最重要可见光部份。蓝光与红光是在par光谱带中最重要的部份,因为植物中的核黄素能有效的吸收此一部份的光线,而

绿光则不容易被吸收。

第3波段的辐射光:

是红外线,又可分为近红外线和远红外线。

近红外线(波长780—3,000nm)的光基本上对植物是没有用的,它只会产生热能。

远红外线(波长3000—50,000nm),这一部份的辐射线并不是直接从太阳光而来的。它是一种带有热能分子所产生的辐射线,一到晚上就很容易散失掉.

★  光合作用 单色光 植物

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