作物生理生态学

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1、【作物生理生态学作物生理生态学】研究作物的生理反应过程与生态环境之间相互关系的科学；它主要研究 包括作物个体、群体对不同环境的适应性，及环境对群体的影响；作物种群和群落在不同环 境中的形成及发展过程以及田间生态随作物生长的变化。 产生背景：产生背景：现代作物生产的负效应。能源过度消耗。水资源日益紧缺。生产成本增加。 污染加剧。其他负效应。 【作物生理生态学原理作物生理生态学原理】 （一）相生相克与互补原理（二）循环与再生原理（三）平衡与补 偿原理。 【光合作用光合作用】绿色植物利用光能把 CO2 和水合成有机物，同时释放氧气的过程。 【光合速率光合速率】指单位时间单位叶面积的 CO2 吸收量或

2、 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。 【新长出的嫩叶光合速率低原因新长出的嫩叶光合速率低原因】(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。 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，光合速率随叶龄增长出现”低 高低”的规律。 【叶的结构对光合能力的影响叶的结构对光合能力的影响】(1)厚度、栅栏组织与海绵组织的比例、叶绿体和类囊体的数 目

3、等都对光合速率有影响。(2)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。 栅栏组织栅栏组织细胞细长，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，而海绵组织海绵组织中情况则相反。 【光合产物的输出对光合的影响光合产物的输出对光合的影响】光合产物积累到一定的水平后会影响光合速率的原因：(1) 反馈抑制-化学。 (2)淀粉粒的影响-物理学。 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，另一方面，由于淀粉粒对光有遮挡，从而直接阻碍光

4、合膜对光的吸 收。 【作物光合生态因子作物光合生态因子】光照、CO2、温度、水分、营养元素。 光照为什么能影响光合？光照为什么能影响光合？光是光合作用的动力。光是形成叶绿素、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。 细分光照因子中有哪些因素对光合有影响？细分光照因子中有哪些因素对光合有影响？光强、光质、光照时间、光周期。 光强对作物光合作用的影响：光强对作物光合作用的影响：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；

5、C4 植物的光饱和点要高于 C3 植物。 【光抑制光抑制】当光合结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。 【强光下作物的保护机理强光下作物的保护机理】通过叶片运动，叶绿体运动或叶表面覆盖蜡质层、积累盐或着 生毛等来减少对光的吸收；通过增加光合电子传递和光合关键酶的含量及活化程度，提高 光合能力等来增加对光能的利用；加强非光合的耗能代谢过程；加强热耗散过程，如蒸 腾作用；增加活性氧的清除系统，如超氧物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽还原酶等的量和活性； 加强 PS的修复循环等。 【光质光质】紫外光对果实着色也有很大影响。红外光主要是产生热量，特别是大

6、于 1000nm 的 红外光是产生热量的主要光源。 【光合滞后期光合滞后期】 从照光开始至光合速率达到稳定水平的这段时间。 【产生滞后期的原因产生滞后期的原因】光对酶活性的诱导。光合碳循环中间产物的增生需要准备过程。 光诱导气孔开启所需较长的时间，是叶片滞后期延长的主要因素。【光周期现象的影响光周期现象的影响】1.异地引种：要考虑两地的日照时数是否一致及作物对光周期的要求。 短日植物（北方南方，发育提前，应选晚熟品种；南方北方,发育推迟，应选早熟品种） 长日植物（北方南方，发育推迟，应选早熟品种；南方北方，发育提前，应选晚熟品种） 。2.光周期可使主茎节数、分枝数和分枝长度、叶片数、株高等发生

7、变化。 【光周期现象在生产中的应用光周期现象在生产中的应用】日照长短不影响黄瓜开花但影响花雌雄的分化，日照短利 于雌花形成。以块茎、鳞茎等贮藏器官休眠的花卉，其贮藏器官的形成受光周期的诱导与 调节。光敏不育性杂交育种。【CO2 对作物光合作用的影响对作物光合作用的影响】光合速率与大气至叶绿体间的 CO2 浓度差成正比，与大气至叶绿体间的总阻力成反比；凡能提高浓度差和减少阻力的因素都可促进 CO2 流通而提高 光合速率。CO2 能显著提高作物的光合速率，这对 C3 植物尤为明显。 【温度对作物光合作用的影响温度对作物光合作用的影响】昼夜温差对光合净同化率有很大的影响。白天温度高，日 光充足，有利

8、于光合作用的进行；夜间温度较低，降低了呼吸消耗，因此，在一定温度范围 内，昼夜温差大有利于光合积累。在农业实践中要注意控制环境温度，避免高温与低温对 光合作用的不利影响。 【水分对作物光合作用的影响水分对作物光合作用的影响】气孔导度下降。光合产物输出变慢。光合机构受损。 光合面积扩展受抑。 【提高作物光能利用效率基础和途径提高作物光能利用效率基础和途径】一、提高光能利用率。二、增加光合面积。1.合理密 植。所谓合理密植，就是使作物群体得到合理发展，使之有最适的光合面积，最高的光能利 用率，并获得最高收获量的种植密度。2.改变株型。培育矮秆、叶挺而厚的高产新品种；高 光效品种。3.延长光合时间。

9、提高复种指数、 延长生育期、补充人工光照 【光能利用率光能利用率】植物光合产物中贮存的光能占太阳总辐射的百分比。 【叶面积系数叶面积系数(LAI)】是指作物的总叶面积和土地面积的比值。 【作物的水分生理生态作物的水分生理生态】作物对水分的吸收、运输、利用和散失的水分代谢生理过程与生态 因子间的相互作用。 【根系吸水的途径根系吸水的途径】水分由土壤经根毛、皮层、内皮层、中柱薄壁细胞进入导管的径向运输 途径有两条：共质体途径、质外体途径。 【根系吸水的机理根系吸水的机理】根据吸水的动力植物根系吸水的方式有两种：主动吸水、被动吸水。主 动吸水是由于根系本身生理活动引起的水分吸收,一般认为主动吸水的动

10、力是根压。主动吸 水是植物利用代谢能量主动吸收外界溶质，从而造成导管溶液的水势低于外界溶液的水势， 而水则是被动地顺水势梯度从外部进入导管，水流的真正动力是水势差。 【伤流伤流】如果从植物的茎基部靠近地面的部位切断，不久可看到有液滴从伤口流出。这种从 受伤或折断的植物组织中溢出液体的现象，叫做伤流。 【吐水吐水】没有受伤的植物如处在土壤水分充足，气温适宜，天气潮湿的环境中，叶片的尖端 或边缘也有液体外泌的现象，这种现象称为吐水。 土壤中的水分可以分为三大部分：土壤中的水分可以分为三大部分：1. 重力水 2 吸湿水 3. 毛细管水。 【土壤重力水土壤重力水】土壤水分含量超过田间持水量，过量水分不

11、能被毛管吸持，而在重力作用下 沿大孔隙向下渗漏成为多余的水。 【土壤吸湿水土壤吸湿水】固相土粒依其表面的分子引力和静电引力从大气和土壤空气中吸附气态水， 附着在土粒表面成单分子或多分子层，称土壤吸湿水。 【土壤毛管水土壤毛管水】土壤含水量超过最大分子持水量后，水分可以自由移动，靠毛管力保持在土 壤孔隙中的水分称为毛管水。 【萎蔫系数萎蔫系数】在土壤水分下降到某一数值时，农作物因缺水而丧失膨压以致萎蔫，即使在蒸 腾最小的夜间膨压亦不能恢复，这时的土壤水分称为萎蔫系数。 【田间持水量田间持水量】排除所有重力水，保留所有毛细管水和吸湿水，这时的土壤水分与土壤干重 的百分比，称为田间持水量。 【最大持

12、水量最大持水量】是指土壤中所有空隙都充满水时的含水量。【土壤通气差引起植株中毒缺水的原因土壤通气差引起植株中毒缺水的原因】因为土壤通气差，O2 含量降低，CO2 浓度增高， 短期内可以使根系呼吸减弱，影响根压，从而阻碍吸水；时间较长，则会引起根细胞进行 无氧呼吸，产生和积累酒精，根系中毒受伤，吸水更少。缺 O2 还会产生其它还原物质 （如 Fe2+、NO2、H2S 等） ，不利于根系的生长。 【低温降低根系吸水速率的原因低温降低根系吸水速率的原因】水分本身的黏性增大，扩散速率降低；细胞质黏性增 大，水分不易通过细胞质；呼吸作用减弱，影响根压；根系生长缓慢，有碍吸水表面的 增加。 【土壤温度过高

13、对根系吸水不利的原因土壤温度过高对根系吸水不利的原因】高温加速根的老化过程，吸收面积减少，吸收速 率也下降。温度过高使酶钝化，影响根系主动吸水。 【土壤溶液浓度土壤溶液浓度】根系要从土壤中吸水，根部细胞的水势必须低于土壤溶液的水势。在一般 情况下，土壤溶液浓度较低，水势较高，根系吸水；盐碱土则相反。 【蒸腾作用蒸腾作用】水分以气态形式通过植物体表面散失到体外的过程叫做蒸腾作用。 【蒸腾作用的生理意义蒸腾作用的生理意义】蒸腾作用产生的蒸腾拉力是植物吸水的主要动力。可以促进木 质部汁液中物质的运输。降低植物体的温度。蒸腾作用的正常进行有利于 CO2 的同化。【内部因素对气孔蒸腾的影响内部因素对气孔

14、蒸腾的影响】气孔频度气孔大小气孔下腔气孔构造。 【外部因素对气孔蒸腾的影响外部因素对气孔蒸腾的影响】光照温度风湿度。 空气相对湿度的大小是影响作物蒸腾和作物吸水的重要因子之一。相对湿度小时，作物 蒸腾旺盛，吸水较多。当土壤水分充足时，蒸腾旺盛可增加植物对水分和养分的吸收，从而 加快生长。因此，在一定程度上空气相对湿度较小时对作物是有利的。但如果空气相对湿 度太小，可能引起干旱，特别是在气温高、土壤水分缺少时，会破坏作物的水分平衡，阻碍 生长，造成减产，灾害性天气”干热风”就是典型的例子。 【连阴雨对作物生产的影响连阴雨对作物生产的影响】降水的直接影响。光照不足，作物易倒伏与多病，且导致 光合产

15、物不足而秕粒、减产并降低品质；引起落粒、落果，穗上发芽或种子、果实霉烂； 雨日还间接影响温度，特别是土壤温度。春季多雨日引起的降温将延迟作物出苗，产生不 利的影响；秋季多雨带来的低温则影响喜热作物的成熟与产量形成。 【蒸腾速率蒸腾速率】植物在单位时间内，单位叶面积通过蒸腾作用所散失水分的量。 【蒸腾效率蒸腾效率】植物蒸腾 1Kg 水形成的干物质的克数，常用 gkg-1 表示。 【蒸腾系数蒸腾系数】植物每形成 1 克干物质需要消耗水分的克数，是蒸腾效率的倒数。 【蒸腾作用的人工调节蒸腾作用的人工调节】尽可能地减少植物水分散失，维持植物体内水分平衡。减少蒸 腾面积：在移栽植物时，去掉一些枝叶。降低

16、蒸腾速率：在傍晚或阴天的时间移栽；移栽 后通过一定的措施遮阴。使用抗蒸腾剂。 【生理需水生理需水】作物体内保持水分平衡和正常生理活动所需要的水。 【生态需水生态需水】维持作物生长发育良好的环境条件所需要的水。 【水分临界期和关键期水分临界期和关键期】作物对水分最敏感时期，即水分过多或缺乏对产量影响最大的时 期，称为作物水分临界期。各种作物需水的临界期不同，但基本都处于营养生长即将进入 生殖生长时期。一般作物的水分临界期与花芽分化的旺盛时期相联系。不同作物与品种， 其临界期不相等，临界期越短的作物和品种，适应不良水分条件的能力越强，而临界期越长， 则适应能力越差。 【水分胁迫条件下的作物生理变化水分胁迫条件下的作物生理变化】叶片水势降低、气孔导度减小、胞质