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1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式1 1* *第四章 植物生活与环境 4.2 植物与光的关系4.2 植物与光的生态关系n4.2.1 光的生态意义n4.2.2 光对植物的生态作用n4.2.3 植物的光合功能型4.2.1 光的生态意义n太阳能是地球一切生物能量的源泉n太阳辐射为维持生命的环境创造了必要的条件。n有害方面：紫外线的杀伤作用n光的信号作用光照强度的生态作用及植物的生态适应n光照强度的生态作用n植物对光强的适应类型光合作用的过程n原初反应 光能的吸收、传递和转换过程。n电子传递与光合磷酸化 电能转变为活跃化学能n碳同化光反应(light reaction)内囊体膜暗反应
2、dark reaction 叶绿体基质光合作用的实质是将光能转变成化学能。COCO2 2+2H+2H2 2O* (CHO* (CH2 2O)+OO)+O2 2*+H*+H2 2O O 糖糖其他有机化合物其他有机化合物淀粉淀粉纤维素纤维素细胞呼吸细胞呼吸COCO2 2OO2 2HH2 2OO叶绿体叶绿体C C 反应反应光反应光反应三三C C糖糖(PGA)(PGA)光光光合作用光合作用GAPGAP三、光强的生态作用n光强与植物的形态建成n光强与植物的发育n光强与植物的光合作用 q光补偿点q光饱和点q光抑制q光呼吸气体交换气体交换光饱和光饱和点点光补偿光补偿点点净光合净光合总光合总光合黑暗中释放的C
3、O2量光照强度COCO2 2吸收量吸收量COCO2 2放出量放出量光合速率与呼光合速率与呼吸速率相等时吸速率相等时的光照强度的光照强度光合速光合速率达到率达到最大值最大值时的光时的光强强光强超过光强超过一定范围一定范围后，光合后，光合功能下降功能下降的现象的现象光抑制光抑制植物对光强的适应类型植物对光强的适应类型植物阳性植物阳性植物耐荫性植物耐荫性植物阴性植物阴性植物适应强光强光环境，耐荫力弱，对强光强光的利用力强介于阳生植物与阴生植物之间适应弱光弱光环境，耐荫力强，对弱光弱光的利用力强 比较较特征阳性植物阴性植物形态态特征树树木特征枝叶稀疏，透光，自然整枝良好；枝下高长长；树树皮厚；叶色淡；
4、植物开花结实结实 力较较大；生长长快，寿命短枝叶茂密，透光度小，自然整枝不良；枝下高短；树树皮薄；叶色深；植物生长缓长缓 慢，寿命较长较长。茎外形较较粗，节间节间 短，分枝多。茎细长细长 ，节间长节间长 ，分枝少。内部结结构细细胞体积积小，胞壁厚，木质质部与机械组织发组织发 达，维维管束多，细细胞结结构紧紧密，含水量较较少。细细胞体积积大，胞壁薄，木质质部与机械组织组织 不发发达，维维管束少，细细胞结结构疏松，含水量较较多。叶外形叶子较较小，厚；角质层质层 厚；叶脉细细密而长长；有的叶子表面具有绒绒毛； 叶子常常与直射光排列呈一定的角度。叶子较较大，薄；角质层质层 不发发达；叶脉较较稀；叶面光
5、滑；叶柄长长短不齐齐，呈镶镶嵌状排列。内部结结构细细胞排列紧紧密，细细胞小，胞壁厚，气孔小而数目多，栅栏组织发栅栏组织发达，海绵组织绵组织 不发发达细细胞排列疏松，细细胞大，胞壁薄，气孔大而数目少，栅栏组织栅栏组织 不发发达，海绵组织发绵组织发 达生理生化特征耐荫荫力弱；光补偿补偿 点、光饱饱和点高；呼吸作用与光合作用强；渗透压压大；叶绿绿素含量小；抗性高耐荫荫力强；光补偿补偿 点、光饱饱和点低；呼吸作用与光合作用弱；渗透压压小；叶绿绿素含量高；抗性低阳性植物和阴性植物的比较阳性植物（a）与阴性植物（b）光补偿点（CP）示意图三、光质的生态作用及生物的适应n微波和无线电波nx射线和射线n红外线
6、n紫外线n可见光太阳辐射能(仿A. Mackenzie et. al,1999)o光的性质：波长1504000nm,分紫外光、可见光和红外光三类，波长在380760nm之间的光为可见光。绿色植物的光合作用有效范围是380700nm之间。紫外线可见光红外线 400630 1000 25004000 波长(nm)能量强度红外线及其生态作用n增热效应n温室效应（greenhouse effect）的产生紫外线及其生态作用n紫外线的生态作用由于其具有高能量，紫外线有杀伤生物的作用紫外线参与动物体内维生素D的合成参与植物的形态建成，诱导向光性及色素形成n臭氧层对紫外线的吸收当光穿过大气时，紫外线大部分被
7、臭氧层吸收，使生物避免紫外线的伤害。空气中的污染物如氯氟烃类会通过化学反应破坏臭氧层，使地球上一些地区尤其是高纬度地区形成臭氧层漏洞。可见光及其生态作用n红（760-620nm）n橙（620-590nm）n黄（590-560nm）n绿（560-510nm）n青（510-490nm）n蓝（490-460nm）n紫（460-380nm）可见光与光合作用n生理有效辐射 能被植物光合作用所吸收利用的光辐射称为生理有效辐射或光合有效辐射。 红橙光 蓝紫光n生理无效光 绿光在植物的光合作用中很少被吸收，因此又称绿光为生理无效光。 这是因为绿色叶子对绿光反射和透射的结果。n光质对光合作产物的影响可见光的生态
8、作用（1）蓝紫光、青光抑制植物体内某些生长激素的形成，从而抑制植物的伸长生长，造成植物矮化。 （2）青蓝紫光促进花青素的形成。 （3）青蓝紫光引起植物向光性的敏感。 （4）蓝紫光、青光是支配细胞分化最重要的光线。日照长度的生态作用n光周期与植物的开花n光周期现象（photoperiodism） 植物对于白天和黑夜相对长度规律性变化的反应。n植物对光周期的反应n长日照植物n短日照植物n中日照植物n中间型植物n光周期对植物休眠和地下器官形成的影响n对植物伸长生长的影响光与水生植物光光强强水水深深深深弱弱补偿深度在水体中，随着 水深度的增加，光合作用减弱，当光合作用合成量减少到与呼吸作用消耗量平衡时
9、的水深。补偿深度是水体 中光合植物垂直分布的下限。补偿深度随着水 的透明度而变化。4.2.3 植物的光合功能型n植物功能型(plant functional types，PFTs) 具有确定植物功能特征的一系列植物的组合，是研究植被随环境动态变化的基本单元。n植物的光合功能型 C3植物 C4植物 CAM植物C3植物nC3途径q固定CO2的最初产物3-磷酸苷油酸q采取这种途径的植物称为C3植物。qC3植物叶片的维管束鞘细胞小，几乎不含叶绿体，叶肉细胞排列松散，叶绿体大而多，CO2吸收、固定与碳水化合物合成均在这类细胞中完成。q光呼吸C4植物C4途径（Hatch-Slack循环）nCO2首先与PE
10、P结合，形成一种四碳化合物即草酰乙酸(OAA) 。nC4植物特点 叶片具花环结构 C4植物对CO2的净固定是由叶肉细胞和维管束鞘细胞密切配合而完成的。n没有光呼吸 叶肉叶肉细胞细胞CO2OAA(OAA(四四CC糖）糖）卡尔文循环卡尔文循环COCO2 2维管维管束鞘束鞘细胞细胞糖糖淀粉淀粉纤维素纤维素细胞呼吸细胞呼吸其他有机化合物其他有机化合物PEPPEP羧化酶羧化酶不能固不能固定定OO2 2C C4 4 途径途径C C4 4植物植物CAMCAM植物植物COCO2 2COCO2 2OAAOAAPEPPEP羧化羧化酶酶苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸COCO2 2Calvin Calvin 循环循环糖糖淀
11、粉淀粉纤维素纤维素细胞呼吸细胞呼吸其他有机化合物其他有机化合物夜晚夜晚白昼白昼液泡液泡CAMCAM途径途径CAMCAM植物植物特征C3植物C4植物CAM植物植物类类群大部分绿绿色植物，如水稻不包括藻类类、蕨类类植物和针针叶树树，常见见于有花植物，如玉米，甘蔗、高梁、狗尾草等肉质质植物，如波萝萝、仙人掌、景天属植物等生境特征广泛开阔阔、温暖、盐盐生开阔阔、干旱、温暖、盐盐生维维管束鞘细细胞无花环环型结结构花环环型结结构无花环环型结结构CO2固定途径Calvin循环环C4途径CAM途径初始酶及对对CO2亲亲和度Rubisco酶亲亲和度低PEP羧羧化酶亲亲和度高PEP羧羧化酶亲亲和度高CO2固定最初产产物PGA（3C）OAA （4C）OAA （4C）气孔白天开，夜晚闭闭白天开，夜晚闭闭白天闭闭，夜晚开光呼吸高低低最大光合速率55100小于1光合最适温20-3030-4530-35光补偿补偿 点0.2-21-31-3C3C3植物、植物、C4C4植物和植物和CAMCAM植物的适应特征植物的适应特征
