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1、第二节光照条件主要内容v一、光合固碳途径与植物适应类群一、光合固碳途径与植物适应类群v二、光强的生态作用与植物适应二、光强的生态作用与植物适应v三、光质的生态作用与植物适应三、光质的生态作用与植物适应v四、光照长短与植物光周期四、光照长短与植物光周期一、光合固碳途径与植物适应类群一、光合固碳途径与植物适应类群v（一）光合作（一）光合作用v定义：定义：植物吸收太阳能，裂解水分子，同化二氧化碳，制造有机物质并释放出氧气的过程。光合作用包括光反应和暗反应两个过程。 v光反应：光反应：光照条件下，叶绿素能吸收光能，被激发，而具有较高能量，将水分解为氧分子和氢离子以及高能电子，在能量传递过程中，将低能量
2、的ADP转化成高能的ATP。氢离子被辅酶（NADP）吸收后形成还原力强大的还原型辅酶(NADPH*)。（ATP，学名三磷酸腺苷，是生物的直接能源物质，结构中有两条高能磷酸键，其中一条会断开释放能量，生成ADP和磷酸）(辅酶是光反应的原料，还原型辅酶是光反应的产物，4NADP+ +2H20=4H+O2辅酶得到一个来自水的H和来自光的能量就会变成还原型辅酶。)v暗反应：一般是在暗处（也可以在光照条件下）由酶催化完成的二氧化碳还原固定过程，这是一类利用活跃化学能合成具有稳定化学能的糖类化合物的化学反应，不需要光合叶绿素的参加。v（二）光合固碳途径与植物适应类群（二）光合固碳途径与植物适应类群v由于二
3、氧化碳不仅转换和储存能量，而且为由于二氧化碳不仅转换和储存能量，而且为植物提供了植物提供了90%以上的有机物质，因此光合以上的有机物质，因此光合作用称为碳固定。植物在进行暗反应经碳固作用称为碳固定。植物在进行暗反应经碳固定主要有定主要有3条途径，条途径，C3,C4,CAM途径途径 vC3途径，又称为卡尔文循环，植物体内途径，又称为卡尔文循环，植物体内CO2含量高时，在含量高时，在Rubp羧化酶作用下，其碳产物羧化酶作用下，其碳产物是三碳化合物。该反应在叶肉细胞的叶绿体是三碳化合物。该反应在叶肉细胞的叶绿体中进行，该途径中进行，该途径光呼吸光呼吸较强。常见的较强。常见的C3途径途径的植物称为的植
4、物称为C3植物，代表类型水稻、小麦、植物，代表类型水稻、小麦、棉花。棉花。由于环境干热等原因，植物叶片气孔关闭，由于环境干热等原因，植物叶片气孔关闭，外界二氧化碳不能进入叶内，致使植物体外界二氧化碳不能进入叶内，致使植物体内部二氧化碳浓度低，氧气浓度高，这种内部二氧化碳浓度低，氧气浓度高，这种情况，就会发生氧化反应，生产二氧化碳，情况，就会发生氧化反应，生产二氧化碳，并释放出来，该过程损失能量、氧气，并并释放出来，该过程损失能量、氧气，并造成造成C损失。损失。 vC4途径，在叶肉细胞中发生的，途径，在叶肉细胞中发生的，Pepc羧化酶羧化酶作用下，其产物为碳四化合物。从空间来看，作用下，其产物为
5、碳四化合物。从空间来看，该类反应在叶肉细胞中吸收固定二氧化碳，该类反应在叶肉细胞中吸收固定二氧化碳，在维管束鞘细胞总进行卡尔文驯环。该途径在维管束鞘细胞总进行卡尔文驯环。该途径二氧化碳利用率高，光呼吸损失少。常见的二氧化碳利用率高，光呼吸损失少。常见的C4途径的植物称为途径的植物称为C4植物，代表类型有玉米、植物，代表类型有玉米、高梁、甘蔗。高梁、甘蔗。v总体来看，四碳植物是少数三碳植物在极端环境中演化而来的，种类较少。v四碳植物单子叶植物主要分布在气候温暖的地区；四碳双子叶植物主要分布在干旱区，且很多为毒草。vCAM途径，有些肉质植物（如景天科植物、途径，有些肉质植物（如景天科植物、凤梨科植
6、物），夜间，气孔开放吸收凤梨科植物），夜间，气孔开放吸收CO2,在在 Pep羧化酶的催化作用下，最终形成苹果酸，羧化酶的催化作用下，最终形成苹果酸，储存在液泡中；白天，释放储存在液泡中；白天，释放CO2，参与卡尔，参与卡尔文循环，合成淀粉和糖类等。文循环，合成淀粉和糖类等。CAM途径的植途径的植物为物为CAM植物，常见的有仙人掌，凤梨。植物，常见的有仙人掌，凤梨。二、光强的生态作用与植物适应v光合速率：通常以单位时间单位叶面积所吸收的CO2，标示。v总光合速率，净光合速率加上呼吸速率，即为植物的总光合速率。v光合能力：在光、温、水等条件适宜情况下，各类植物的最大净光合速率，为光合能力 （一）光
7、强与植物光合作用v光合作用速率随着光强的增减而变化。光强增加，光合速率呈线性正关系增加，光强超过植物光合系统所能利用的限度，光合功能下降。v随着光照增强，光合作用不断增强，当光合速率与呼吸速率相等时的光照强度，称为光补偿点光补偿点，这时碳水化合物的形成与消耗相等，植物需要的最低光强必须低于这个光补偿点。v随着光强的增加，光合速率随之增加，当光强超过一定范围后，光合速率增加速度变慢，直到停止时达到最大值的光强称为光饱和点光饱和点。此时光合作用的限制因子不再是光强，而是CO2，如果此时提高CO2的浓度，光合作用还会继续进行。当光强超过植物光合系统所能利用的限度时，光合功能下降，称为光抑制光抑制。v
8、（二）植物对光强的生态适应（二）植物对光强的生态适应v1、植物对光强的适应类群、植物对光强的适应类群v分为阳生植物、阴生植物、中生植物。v阳生植物：适应光环境、耐阴力弱，对青光利用率强。代表的C4植物。v阴生植物，对弱光利用率强。v中生植物，对光的适应范围较宽。v2、植物对光强的适应机制、植物对光强的适应机制v阴生植物叶片面积较大，薄、叶细胞排列疏松，栅阴生植物叶片面积较大，薄、叶细胞排列疏松，栅栏组织不发达，叶片被毛较少，叶片与入射光夹角栏组织不发达，叶片被毛较少，叶片与入射光夹角较小，气孔经常开放，枝叶茂密，植下高较低，叶较小，气孔经常开放，枝叶茂密，植下高较低，叶绿素含量较多，增大了光的
9、截获面积，减少了反射绿素含量较多，增大了光的截获面积，减少了反射率，利于在弱光条件下进行光合作用，还能够充分率，利于在弱光条件下进行光合作用，还能够充分利用漫射光中的蓝紫光，提高光的利用率。利用漫射光中的蓝紫光，提高光的利用率。v阳生植物常具有小而厚的叶片，也细胞排列紧密，阳生植物常具有小而厚的叶片，也细胞排列紧密，展览组织发达且细胞细长，海绵组织较少，叶绿体展览组织发达且细胞细长，海绵组织较少，叶绿体小而少，叶多被毛，叶片与入射角较大，叶稀疏，小而少，叶多被毛，叶片与入射角较大，叶稀疏，植下高较高，适于强光、高温和干旱条件。植下高较高，适于强光、高温和干旱条件。v当植物长期缺乏光照时，就不能
10、形成叶绿素，已有的叶绿素也会消失，植物体变黄白色，称为黄化现象。且幼株多表现纤化现象，即节间延长，茎的机械组织不发达，叶内组织分布不良，叶片小，发育差。 v林下植物多为阳生植物，林下植物多为阳生植物，采取缩短生长期的方法，来避免与乔木争夺阳光的情况。早发芽-早开花-早结实-休眠。例紫堇、绵枣、顶冰花。v阴生植物，采取营腐生生活方式阴生植物，采取营腐生生活方式，避开光照条件的限制。例雀巢兰、斑叶兰、水晶兰。或者还有些采或者还有些采取根状茎繁殖方式取根状茎繁殖方式。v植物叶片改变其入射光线的角度，以适应不同光强的现象，称为向日叶运动。有垂直运动和水平向日叶运动。紫堇横断山尖咀紫堇v3、植物耐阴性、
11、植物耐阴性v植物忍耐遮阴的能力，即在弱光环境下植物生长和繁殖的能力，称为耐阴性。v同种植物耐阴力随生长发育而变化，幼株一般比成株的耐阴力强，随着年龄增加，耐阴力逐渐减弱。v同种植物生长在不同条件下，耐阴性也有很大差异。在水分、养分、温度等其他条件较好的生境种，植物的耐阴性有所增加。v4、植物对光能的利用、植物对光能的利用v植物光合作用所累积的有机物所含的能量，占照射在单位地面上的太阳光能量的比率，称为植物植株的光能利用率光能利用率。可以通过延长光合时间、增加光合面积和提高光合速率三条途径来提高植物对光能的利用率。套作间作v（三）光强与水生植物分布（三）光强与水生植物分布v在水体种，随着深度增加
12、光照减弱。光合作用减弱到与呼吸消耗能量平衡时的深度，称为补偿深度。垂直来看，绿藻主要利用红光，需要较强的光照，分布在水的上层，红藻利用青绿光，分布在深层；褐藻分布在中层（或潜海底）。三、光质的生态作用与植物适应三、光质的生态作用与植物适应v太阳辐射由三部分组成紫外线（太阳辐射由三部分组成紫外线（,0.76um)。太阳辐射中，大部分波。太阳辐射中，大部分波段（段（0.40.7um）能被植物吸收用于光合作用，称为光合有）能被植物吸收用于光合作用，称为光合有效辐射。效辐射。v红光影响植物开花、茎伸长和种子萌发v红橙光促进叶绿素的形成和伸长生长。v青光与兰紫光科引起植物向光性，促进花青素的形成。v蓝光
13、利于蛋白质的合成。v实践应用举例：温室中使用蓝色虑光薄膜，可以提高草莓的产量。v红外光主要提供热量，红外遥感可以准确发现森林火灾，监测病虫害（病虫害植物比健康植物的温度高）v四、光照长短与植物光周期四、光照长短与植物光周期v光照长短是指太阳的可照时数，具有显著的光照长短是指太阳的可照时数，具有显著的季节变化规律。季节变化规律。赤道地区光照长短昼夜平分，随着维度的升高，季节变化逐渐明显，表现为北半球夏季日照逐渐增长，冬季日照逐渐缩短。v光周期：光周期：植物长期生活在一定光照长短变化格局的环境中，借助自然选择和进化，形成了各类植物所特有的对日照长短变化的反应方式（生长、开花、落叶、休眠）。v四、光
14、照长短与植物光周期四、光照长短与植物光周期v长日照植物：日照时间超过一定临界值（长日照植物：日照时间超过一定临界值（14h）后）后才开花，否则只能进行营养生长，不能形成花芽。才开花，否则只能进行营养生长，不能形成花芽。这类植物多起源北方，经过延长光照时间可促使其提前开花，常见的有牛蒡、紫苑、凤仙花、除虫菊、冬小麦、大麦、油菜、萝卜等。v短日照植物：日照时间短于一定临界值（短日照植物：日照时间短于一定临界值（812h）后，才开花，否则只进行营养生长。后，才开花，否则只进行营养生长。这类植物多起源于南方，一般在深秋或早春开花，缩短光照可使其提前开花。常见的有牵牛花、苍耳、菊花等。v中等日照植物：有
15、些植物需要中等日照才能形成花芽。常见的有皇瓜、番茄、四季豆、蒲公英等。v起源于北半球北方起源于北半球北方的植物大多为晚春和夏季开花的长日照植物，如果北移，春夏两季的日照时间相对较长，一般会提前开花结实，缩短生长期。如果南移，春夏两季的日照时间相对缩短，可能会推迟甚至不开花。v起源于北半球南方的植物起源于北半球南方的植物，大多为短日照植物。如果北移，日照时间相对较长，生长期延长，生产力提高，但因为推迟到深秋开花，往往会冻死。相反如果南移，日照时间相对较短，一般会提前开花结实，缩短生长期，造成植株矮小，影响产量。v（二）光周期与植物营养生长适应v光敏素为P66植物活性减弱，逐渐停止生长，进入休眠v
16、光敏素为光敏素为P73植物活性增强，打破休眠，进入生长状态。v杂草种子萌发，正是光敏素为光敏素为P73的诱导而萌发的诱导而萌发的。的。本节知识体系v第二节第二节 光照条件光照条件v一、光合固碳途径与植物适应类群一、光合固碳途径与植物适应类群v（一）光合作（一）光合作用v定义：定义：植物吸收太阳能，裂解水分子，同化二氧化碳，制造有机物质并释放出氧气的过程。光合作用包括光反应和暗反应两个过程。v（二）光合固碳途径与植物适应类群（二）光合固碳途径与植物适应类群vC3途径，又称为卡尔文循环，植物体内途径，又称为卡尔文循环，植物体内CO2含量高时，在含量高时，在Rubp羧化酶作用下，其碳产物是三碳化合物
17、。该反应在叶羧化酶作用下，其碳产物是三碳化合物。该反应在叶肉细胞的叶绿体中进行，该途径光呼吸较强。常见的肉细胞的叶绿体中进行，该途径光呼吸较强。常见的C3途径途径的植物称为的植物称为C3植物，代表类型水稻、小麦、棉花。植物，代表类型水稻、小麦、棉花。vC4途径，在叶肉细胞中发生的，途径，在叶肉细胞中发生的，Pepc羧化酶作用下，其产羧化酶作用下，其产物为碳四化合物。从空间来看，该类反应在叶肉细胞中吸收物为碳四化合物。从空间来看，该类反应在叶肉细胞中吸收固定二氧化碳，在维管束鞘细胞总进行卡尔文驯化。该途径固定二氧化碳，在维管束鞘细胞总进行卡尔文驯化。该途径二氧化碳利用率高，光呼吸损失少。常见的二
18、氧化碳利用率高，光呼吸损失少。常见的C4途径的植物称途径的植物称为为C4植物，代表类型有玉米、高梁、甘蔗。植物，代表类型有玉米、高梁、甘蔗。v光呼吸：由于环境干热等原因，植物叶片气孔关闭，外界二光呼吸：由于环境干热等原因，植物叶片气孔关闭，外界二氧化碳不能进入叶内，致使植物体内部二氧化碳浓度低，氧氧化碳不能进入叶内，致使植物体内部二氧化碳浓度低，氧气浓度高，这种情况，就会发生氧化反应，生产二氧化碳，气浓度高，这种情况，就会发生氧化反应，生产二氧化碳，并释放出来，该过程损失能量、氧气，并造成并释放出来，该过程损失能量、氧气，并造成C损失。损失。vCAM途径，有些肉质植物（如景天科植物、凤梨科植物
19、），途径，有些肉质植物（如景天科植物、凤梨科植物），夜间，气孔开放吸收夜间，气孔开放吸收CO2,在在 Pep羧化酶的催化作用下，最羧化酶的催化作用下，最终形成苹果酸，储存在液泡中；白天，释放终形成苹果酸，储存在液泡中；白天，释放CO2，参与卡尔，参与卡尔文循环，合成淀粉和糖类等。文循环，合成淀粉和糖类等。CAM途径的植物为途径的植物为CAM植物，植物，常见的有仙人掌，凤梨。常见的有仙人掌，凤梨。v二、光强的生态作用与植物适应v光合速率：通常以单位时间单位叶面积所吸收的CO2，标示。v总光合速率，净光合速率加上呼吸速率，即为植物的总光合速率。v光合能力：在光、温、水等条件适宜情况下，各类植物的最
20、大净光合速率，为光合能力。v（一）光强与植物光合作用v光合作用速率随着光强的增减而变化。光强增加，光合速率呈线性正关系增加，光强超过植物光合系统所能利用的限度，光合功能下降。v光补偿点光补偿点v光饱和点光饱和点v光抑制光抑制。v（二）植物对光强的生态适应（二）植物对光强的生态适应v1、植物对光强的适应类群、植物对光强的适应类群v分为阳生植物、阴生植物、中生植物。v2、植物对光强的适应机制、植物对光强的适应机制v3、植物耐阴性、植物耐阴性v植物忍耐遮阴的能力，即在弱光环境下植物生长河繁殖的能力，称为耐阴性。v4、植物对光能的利用、植物对光能的利用v光能利用率v可以通过延长光合时间、增加光合面积和
21、提高光合速率三条途径来提高植物对光能的利用率。v（三）光强与水生植物分布（三）光强与水生植物分布v补偿深度v三、光质的生态作用与植物适应三、光质的生态作用与植物适应v能被植物吸收用于光合作用，称为光合有效能被植物吸收用于光合作用，称为光合有效辐射。辐射。v四、光照长短与植物光周期四、光照长短与植物光周期v光照长短是指太阳的可照时数，具有显著的季节变光照长短是指太阳的可照时数，具有显著的季节变化规律。化规律。v光周期：光周期：植物长期生活在一定光照长短变化格局的环境中，借助自然选择和进化，形成了各类植物所特有的对日照长短变化的反应方式（生长、开花、落叶、休眠）。v常日照植物：日照时间超过一定临界值后才开花，常日照植物：日照时间超过一定临界值后才开花，否则只能进行营养生长，不能形成花芽。否则只能进行营养生长，不能形成花芽。v短日照植物：日照时间短于一定临界值（短日照植物：日照时间短于一定临界值（812h）后，才开花，否则只进行营养生长。后，才开花，否则只进行营养生长。v中等日照植物：有些植物需要中等日照才能形成花芽。常见的有皇瓜、番茄、四季豆、蒲公英等。
