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1、药用植物生态学药用植物生态学第二章第二章第二章第二章 药用植物与光的关系药用植物与光的关系药用植物与光的关系药用植物与光的关系主要内容主要内容一、光的性质一、光的性质二、光照强度及其变化二、光照强度及其变化三、光谱成分的变化三、光谱成分的变化四、日照长度及其变化四、日照长度及其变化五、水体和植物群落中的光照情况五、水体和植物群落中的光照情况第一节第一节 光的性质和变化光的性质和变化第二节第二节 光与药用植物生态光与药用植物生态一、光强对药用植物的生态作用一、光强对药用植物的生态作用二、光质对药用植物的生态作用二、光质对药用植物的生态作用三、光能的信息作用三、光能的信息作用 第一节第一节 光的性
2、质和变化光的性质和变化一、光的性质一、光的性质太阳辐射光谱太阳辐射光谱 指太阳辐射按波长不同顺序排列，太阳辐射波长范围很广，但占太阳辐射总能量的99%集中在1504000nm1504000nm范围内，将太阳辐射光谱分为:紫紫外外光光、可可见见光光和和红红外光外光三部分。1“A”=0.1nm=1*10-10m 紫外光谱：波长小于紫外光谱：波长小于380nm可见光谱：波长可见光谱：波长380760nm红外光谱：大于红外光谱：大于760nm白白光光 红红760-620nm760-620nm; ;橙橙626-595nm;626-595nm;黄黄595-575nm;595-575nm;绿绿575-490
3、nm575-490nm; ;蓝蓝490-490-435nm;435nm;紫紫435-380nm435-380nm全部太阳辐射中紫外线占全部太阳辐射中紫外线占1%1%生理辐射或光合有效辐射生理辐射或光合有效辐射 指在太阳辐射光谱中，能直接指在太阳辐射光谱中，能直接参与植物光合作用，被植物吸收固定参与植物光合作用，被植物吸收固定的太阳辐射。的太阳辐射。波长范围波长范围400-700nm400-700nm 橙橙红红光光600-700nm600-700nm对对植植物物的的光光合合作作用用具具有有最最大大活活性性，其其次次是是400-470nm400-470nm蓝蓝紫紫光光，而而对对绿绿光光的的吸收较少
4、。吸收较少。二、光照强度及其变化二、光照强度及其变化光照强度光照强度用光产生的热效应来测量。用光产生的热效应来测量。太太阳阳辐辐射射强强度度指指垂垂直直于于太太阳阳光光的的单单位位面面积积（1m2）、单单位位时时间间(1min)的的黑黑体体上上所所获获得得的的太阳总热量。单位太阳总热量。单位(卡卡/cm2.min)太阳常数太阳常数指在地球大气上界垂直于太阳光的指在地球大气上界垂直于太阳光的平面上所接受的太阳辐射强度为平面上所接受的太阳辐射强度为1.94卡卡/cm2.min1.94卡卡/cm2.min影影响响太太阳阳辐辐射射的的因因素素大气层大气层吸收、反射和散射吸收、反射和散射太阳高度角太阳高
5、度角平行光束射向地面的太阳辐射与地面的交角平行光束射向地面的太阳辐射与地面的交角纬度影响纬度影响赤道向两极随纬度的增加，太阳高度角减小，赤道向两极随纬度的增加，太阳高度角减小，太阳辐射减弱太阳辐射减弱海拔高度海拔高度随海拔高度升高而增强随海拔高度升高而增强地形地貌地形地貌地面朝向和坡度地面朝向和坡度三、光谱成分的变化三、光谱成分的变化 太阳辐射光谱受大气层吸收、散射等影响，光谱成分会发生变化。 原因：大气层对不同波长的光谱的吸收和散射不同，具有选择性。 大气对波长较短的辐射光大气对波长较短的辐射光谱的散射作用较强，谱的散射作用较强，随高度角的增随高度角的增加，紫外线和可见光的比例增加，加，紫外
6、线和可见光的比例增加，红外线比例减小。红外线比例减小。为什么？为什么？日照长度日照长度 指每天太阳的可照时数，即昼长。四、日照长度及其变化四、日照长度及其变化 日照长度随不同纬度和季节有规律地变化着，重复作用于植物，形成了与长短日照相适应的植物类型。长日照植物长日照植物每天日照时间在12 h以上(黑夜短于12 h)才能开花的植物。 短日照植物短日照植物需要一定的短日照(通常每天12 h以上黑夜)才能开花的植物。 五、水体和植物群落中的光照情况五、水体和植物群落中的光照情况水体水体表面反射深处吸收水体中的辐射强度减弱，水体中的辐射强度减弱，光谱组成发生变化光谱组成发生变化影响水体中植物的分布变化
7、植植物物群群落落中中的的光光照照情情况况1、植物叶片对太阳辐射的吸收、反射和透、植物叶片对太阳辐射的吸收、反射和透过过吸收约占吸收约占70%，反射占，反射占20%，透过约，透过约占占2-10%。若叶片的性质及光波长不同，若叶片的性质及光波长不同，则反射、吸收和透过的程度不同。则反射、吸收和透过的程度不同。叶片也具叶片也具有选择吸收特性。有选择吸收特性。透过主要取决于叶片结构透过主要取决于叶片结构和厚度。和厚度。红外光和绿光的透过较强。红外光和绿光的透过较强。2、辐射在树冠中的分布在树冠剖面上分为三层：光线充足外层、关照强度逐渐减弱的中层、光照不足的内层。3、辐射在植物群落中的分布照射在群落上的
8、太阳光，可分为三部分：一部分被吸收，一部分被反射，另一部分穿过间隙射入群落内部。植物种类、群落结构、季节不同，则这三部分光的比例不同。特点： 1、光照强度明显比群落外部弱。 2、随季节不同，群落内部光照变化大。 3、光质改变。群落中的植物具有分层的现象。 第二节第二节 光与药用植物生态光与药用植物生态一、光强对药用植物的生态作用一、光强对药用植物的生态作用二、光质对药用植物的生态作用二、光质对药用植物的生态作用三、光能的信息作用三、光能的信息作用主要内容主要内容一、光强对药用植物的生态作用一、光强对药用植物的生态作用1、植物对光能的利用、植物对光能的利用太阳能化学能植物光合作用植物光合作用CO
9、2/O2扩散交换光反应吸收能量的光化学过程暗反应与光照无关的光能转移过程二氧化碳同化二氧化碳同化（CO2 assimilation） 简称碳同化，是指植物利用光反应中形成的同化力(ATP和NADPH)，将CO2转化为碳水化合物的过程。二氧化碳同化是在叶叶绿绿体体的基质中进行的，有许多种酶参与反应。高等植物的碳同化途径有三条，即即C3途途径径、C4途途径径和和CAM（景天酸代谢）途径（景天酸代谢）途径。 C3途径途径1946年，美国加州大学放射化学实验室的卡尔文(M.Calvin)和本森(A.Benson)等人采用了两项新技术：(1)14C同位素标记与测定技术(可排除原先存在于细胞里的物质干扰，
10、凡被14C标记的物质都是处理后产生的)；(2)双向纸层析技术(能把光合产物分开)。选用小球藻等单细胞的藻类作材料，藻类不仅在生化性质上与高等植物类似，且易于在均一条件下培养，还可在试验所要求的时间内快速地杀死 。经过10多年周密的研究，卡尔文等人终于探明了光合作用中从CO2到蔗糖的一系列反应步骤，推导出一个光合碳同化的循环途径，这条途径被称为卡尔文循环或卡尔文/本森循环。由于这条途径中CO2固定后形成的最初产物PGA为三碳化合物，所以也叫做C3途径或C3光合碳还原循环(C3 photosynthetic carbon reduction cycle, C3PCR循环)，并把只具有C3途径的植物
11、称为C3植物(C3 plant)。此项研究的主持人卡尔文获得了此项研究的主持人卡尔文获得了19611961年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖。C4途径途径 在某些热带或亚热带起源的植物中，CO2最初固定于叶肉细胞，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下将CO2连接到磷酸烯醇式丙酮酸上生成四碳化合物草酰乙酸，经胞间连丝运向维管束鞘细胞，参与卡尔文循环，合成同化产物的途径。 碳四途径包括碳四途径包括4个步骤：个步骤： （1）羧化，叶肉细胞的细胞质中的磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化，把CO2固定为草酰乙酸（OAA），后转变为C4酸（苹果酸或天冬氨酸）； （2）转移，C4酸转移到维管束鞘细胞； （3）脱羧与还原，
12、维管束鞘细胞中的C4酸脱闳产生CO2，CO2再通过卡尔文循环被还原为糖类； （4）再生，C4酸脱羧形成的C3酸（丙酮酸或丙氨酸）再运回叶肉细胞再生成PEP。 夜间吸收大量的二氧化碳产生苹果酸，白天苹果酸中的二氧化碳释放出来用于光合作用的植物。 CAM（景天酸代谢）途径（景天酸代谢）途径景天酸代谢植物 （CAM-植物 Crassulacean acid metabolism (CAM)）属于C4类植物。代表性的植物有仙人掌, 凤梨和长寿花。 光照与植物的黄化现象光照与植物的黄化现象 多数植物在黑暗中生长时呈现黄色和其他变态特征的现象。植物在暗中不能合成叶绿素，显现出类胡萝卜素的黄色；节间伸长很快
13、;叶片不能充分展开和生长;根系、维管束和机械组织不发达。 2、光照强度对药用植物的、光照强度对药用植物的生态作用生态作用光补偿点光补偿点 light compensation point 植物的光合强度和呼吸强度达到相等时的光照度值。在光补偿点以上，植物的光合作用超过呼吸作用，可以积累有机物质。 光饱和点光饱和点 光强超过补偿点后，随光强的增加，光合效率仍继续增加，一旦当光强增至某一数值，光合作用达最大值，再增加光强，光合效率也不会提高，这是的光强称光饱和点。 3、药用植物对光照强度适、药用植物对光照强度适应的生态类型应的生态类型阳性植物阴性植物耐阴植物生态类型生态类型光补偿点饱和点较高光补偿
14、点饱和点较低耐阴强弱与生长环境有关阳性植物和阴性植物的区别植株生长状态的区别茎形态结构的区别叶形态结构的区别生理的区别了解光生态类型对药用植物栽培中的指导作用了解光生态类型对药用植物栽培中的指导作用根据光照条件选择不同的栽培品种根据药用植物的需光性确定栽种方式确定选地、栽培措施等。如:间作套种引种驯化等都有重要的指导作用.阴性植物选背阴地段，在一定条件下人工遮阴，如三七、西洋参等植物的栽培。4、光强对药用植物分布的影响植物在长期不同光照环境下的适应，形成以光强为主导因子的三个生态类型：阳性植物多生长在路边、草原、沙漠、平原。阴性植物多生长在阴暗、潮湿的生境，森林内部或背阴的山涧。耐阴植物分布的
15、生境较广，如桔梗、党参等。三个生态类型分布日照时数日照时数一天内太阳直射光线照射地面的时间，以小时为单位。 光强一般用日照时数来表示。我国日照时数与太阳总辐射的分布有相似的趋势。二、光质对药用植物的生二、光质对药用植物的生态作用态作用1、光质对药用植物生长的影响2、光质与植物的光合作用的关系3、光质与药用植物分布的影响1、光质对药用植物生长的影响蓝蓝紫紫光光青青光光 抑制植物的伸长生长，使植物形成短粗的形态。蓝紫光支配细胞分化，激活光合作用中同化CO2的酶类，影响植物向光性。波长较长的光（红光橙光黄光）仅波长较长的光（红光橙光黄光）仅被叶绿素所吸收，而蓝光和紫光能被叶被叶绿素所吸收，而蓝光和紫
16、光能被叶绿素和类胡萝卜素吸收。绿素和类胡萝卜素吸收。红红、橙橙光光促进茎延长生长，红光还能促进CO2的分解和叶绿素的形成，有利于碳水化合物的合成。紫外线紫外线引起向光性的敏感和促进青花素的形成，高山植物具有茎杆短矮、叶面缩小毛茸发达叶绿素增加茎叶富含青花素，花色鲜艳等特征。这就是高山上的短波光及紫外线较多的缘故。红外线主要是间接反应在热效应上。2、光质与植物的光合作用的关系红光下的光合强度比在蓝紫光下的大。红光下的光合强度比在蓝紫光下的大。 原因是光化反应的强度主要决定于量子的数目，相同的能量的红光所带的量子数较多。绿光为生理无效光绿光为生理无效光原因是蓝光紫光是短波光被叶绿、胡萝卜素强烈吸收
17、，能转给叶绿素进行光合作用，而绿光很少被吸收。3、光质与药用植物分布的影响不同高山、纬度的光照不同，形成不同的植物分布类型。如高山紫外线较多，呈现出特色的高山药用植物。如水体中，呈现有规律的垂直分布。三、光能的信息作用植物的光周期现象指日照的长短对于植物的生长发育的反应，是植物发育的一个重要的因素 植物光周期类型长日植物、短日植物、中日性植物、日中性植物。长日植物种植物都有它特定的临界日长，植物每天日照时间长于它的临界日长就开花，短于它的临界日长就不开花，这类植物就是长日植物。例如天仙子，日照时间长于11.5h就能开花。因而天仙子是长日植物，它的临界日长是11.5h。天仙子甚至在连续日照下也能
18、开花。其他长日植物，如小麦（冬）临界日长12h，菠菜13h，燕麦9h等。长日植物多在仲夏开花。 药用植物有：牛蒡、紫菀、莨菪、菘蓝等。短日植物 这种植物在日照长度短于某一定临界值时才能够开花，对于这种植物适当缩短光照，延长黒暗，可提早开花，在临界日长内，延长光照，就延迟开花，如果光照时数大于临界日长，就不进行花芽分化，不开花。 短日照植物有大豆、紫苏、晚稻、苍耳、菊、烟草、一品红、落地生根等。 中日性植物 只有在某一特定的日照长度下 才 能 开 花 ， 如 甘 蔗 只 有 在11.512.5h的日照长度下才能开花，若延长或缩短这一日照长度都抑制其开花，这类植物称为中日性植物。 日中性植物 这种
19、植物开花对日照长度没有特殊的要求，在任何日照长度下均能开花，因此可四季种植，这种植物开花受自身发育状态的控制。日中性植物包括蕃茄、四季豆、菜豆、蒲公英、月季、长春花等。 临界日长引起植物开花的最小（长日植物）或最大日照长度（短日植物）。长日植物和短日植物的区别，在于各自对临界日长的反应。形成光周期的主要因素1、地球自转速度2、季节和纬度3、地表上的太阳光波组成的变动性。植物在长期的演化过程中，适应了这种周期变化。临界夜长（临界暗期） 指在昼夜周期中短日植物能够开花的最小暗期长度或长日植物能够开花的最大暗期长度。 作业：1、综述光对药用植物次生代谢产物形成与积累影响的研究进展。查资料：进贵州大学主页点击图书文献电子资源目录下点数据库输入关键词
