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影响光合作用的因素


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关键字:光合作用 2006-6-3

 
影响光合作用的因素

  1)光

  a、光强度:
  在一定范围内,光合作用速率随光照强度的增强而加快,但光强增加到一定强度,光合作用速率不再加快。故阳生植物和阴生植物对光强需求不同,生产中应控制好光照强度。因为一方面,同化CO2所需的ATP和NADPH+H+来自于光反应。另一方面,暗反应中的若干关键性酶,像RUBP羧化酶与PEP羧化酶等都受光的活化

  b、光质:
  复色光(白光)下,光合速率最快;单色光中,红光下光合速率最快,蓝紫光次之,绿光最差。故温室大棚常用无色透明薄膜。

  一般植物的叶片,在黑暗中只进行呼吸作用,吸收氧气而放出二氧化碳。当光强增至数百米烛光时,叶片的光合强度等于呼吸强度,CO2吸收量等于放出量,碳素营养处于收支平衡的状态。这时的光强叫光补偿点。光补偿点标志着植物对光强的最低要求,反映着植物对弱光的利用能力。当气温在25~30℃时,棉花的光补偿点高达1000~1500米烛光。水稻为600~700米烛光,而大豆仅500米烛光。因此,大豆苗期较耐荫,可在玉米行间正常生长。当光强超过光补偿点后,叶片才表现出光合作用,其CO2吸入量才大于放出量,这时才能测定出表观光合强度(净光合强度)。

  在一定范围内,光照越强,光合强度就愈大。超过一定范围,再增加光照强度,光合强度并不再增加。这种现象称为光饱和现象。开始饱和时的光强度称为光饱和点。光饱和点的高低反映着植物对强光的利用能力。玉米、高梁等四碳植物具有CO2泵,光呼吸强度又低,在夏季中午光照强度达到10万米烛光时,仍未达到光饱和点;稻、麦、棉等三碳植物的光饱和点约为3~5万米烛光,这些植物统称为阳性植物。大豆的光饱和点较低,约为2.5万米烛光,有耐阴植物之称。而人参、三七等药用植物的光饱和点还不到1万米烛光,只能生长在森林下或山阴坡,叫做阴性植物。

  当植物处于高光强下,会导致叶绿体损伤,使PSⅡ电子传递速率和光合磷酸化活性下降,这种现象称为光抑制作用,阴性植物的电子传递速率比阳性植物低,从而,更易受到光抑制。但是,阴性植物的叶片较薄、叶绿体较大,其基粒呈不规则排列。叶绿素b含量较高,这些特性均有利于阴性植物更多地吸收漫射光中的蓝紫光。

  根据光饱和点与光补偿点,可以合理地选择间作套种的物种与品种、密植程度、林带树种的搭配以及确定树木修剪与采伐。

  在农业生产中,各植株的叶片层层交错,互相遮阴,往往当上层叶片处于光饱和时,中下层叶片仍低于光饱和点。因此,群体的光饱和与叶面积系数的关系很大。例如,分蘖期的水稻群体,叶面积系数仅1.4,其光饱和点约为3.5~4.2万米烛光,与单株差别不大,以后,随着叶面积系数的增加,光饱和点也相应提高,进人孕穗期,叶面积系数增至5.7,即使于最强的自然光下,也不显示光饱和现象。


  (2)温度

  温度通过影响酶活性来影响光合速率。在一定范围内随温度升高,光合速率增大;温度过高会使酶活性下降,从而使光合速率减小。生产中的应用:适时播种;温室栽培农作物时,白天适当升温,晚上适当降温。


  (3)CO2浓度

  植物光合速率在一定范围内随CO2浓度增大而加快,但CO2达一定浓度时,光合速率不再增加。生产中,常施用有机肥及其他措施提高大田或温室CO2浓度。

  CO2是光合作用的原料之一,主要靠叶片从空气中吸收。但是,空气中的CO2浓度很低,只有330ppm,即每升空气约含0.65毫克。每合成一克光合产物(葡萄糖),叶片约需从2250升空气中才能吸收到足量的CO2,从而在光照充足而通风不良时,CO2往往成为光合作用的限制因素。当CO2浓度为400ppm时,麦苗于11000米烛光已达光饱和状态,如于此时增加CO2浓度,可显著提高光合强度。但当CO2浓度增至1200ppm时,光合强度不再上升,这时的CO2浓度称为CO2的饱和点。然而,此时将光照强度增至22000米烛光,CO2的饱和点又可进一步提高。上述现象显示出CO2浓度与光强度对光合作用的影响是协同的,包含着一个“限制因子”概念,它相当于哲学上的“主要矛盾”。图提供了三碳植物菜豆与四碳植物玉米在不同光强与CO2浓度配合下的光合强度变化。从中可以更具体地认识“限制因子”的重要性

  三碳植物的二氧化碳补偿点约为50ppm,四碳植物的补偿点在2~5ppm。在光饱和时,增加二氧化碳浓度无疑可以提高植物的光合强度,但最近有人证明,即使在冬天光受到限制的条件下,增加植物周围二氧化碳浓度也有利于光合作用。不过,在这两种情况下,提高光合强度的途径是不同的,在光饱和时,增加二氧化碳浓度除了供给原料外,还促进了RuBP羧化酶的活性,从而提高二氧化碳的固定速率。在光受到限制的条件下,增加二氧化碳浓度之所以能提高光合强度,是通过量子产率提高和光补偿点的降低来实现的。

  在光照、温度、肥与水供应良好的条件下,CO2浓度常是光合作用的限制因子,这时四碳植物可依靠本身的CO2泵来加速吸收CO2,三碳植物则需从外界补充供应CO2。据试验,将温室空气中的二氧化碳浓度提高3~5倍,番茄、萝卜与黄瓜等可增产25%~49%;大田条件下可以使用大量的有机肥料,增加土壤微生物的呼吸。但是,必须指出,当植物周围的二氧化碳浓度过高时,光合作用强度也会受到抑制。例如当CO2浓度增至0.12%,小麦的光合作用就会受到抑制;甚至叶片还会出现中毒症状。


  (4)必需矿质元素

  矿质元素会直接或间接影响光合作用。N、Mg、Fe、Mn等是合成叶绿素的必需元素;K、P等参与碳水化合物代谢;P参与叶绿体膜的构成及光合作用中间产物的转变和能量传递,故生产中应合理施肥。

  (5)水

  水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质。另外,水还影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体,所以水对光合作用影响很大,生产上,应合理灌溉,预防干旱。


  例:光合作用合成了1摩尔的葡萄糖,在五碳化合物数量不变的情况下,此过程中产生的三碳化合物的摩尔数是(  )

  A、3摩尔   B、6摩尔    C、12摩尔    D、24摩尔

  答案:C

  解析:我们知道,暗反应中二氧化碳的固定是指一分子的二氧化碳与一分子的五碳化合物形成两分子的三碳化合物的过程,而二氧化碳固定后产生的两分子三碳化合物经还原后,两个三碳化合物(共六个碳)中的一个碳用于合成葡萄糖分子中的一个碳,共它五个碳重新产生五碳化合物;而葡萄糖分子中有六个碳,因此,在五碳化合物不变的情况下,要通过光合作用产生一摩尔的葡萄糖,需要的三碳化合物的摩尔数为12摩尔。

影响光合作用的因素

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