植物的光合作用(影响光合作用的因素)[上学期]

课件29张PPT。深圳市龙华中学生物课件组制作高中生物多媒体课件植物生理学植物的光合作用第三节 植物的光合作用影响光合作用的因素影响光合作用的因素 植物的光合作用受内外因素的影响，而衡量内外因素对光合作用影响程度的常用指标是光合速率。 一、光合速率及表示单位 光合速率通常是指单位时间单位叶面积的CO2吸收量或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。 通常测定光合速率时没有把呼吸作用(光、暗呼吸)以及呼吸释放的CO2被光合作用再固定等因素考虑在内，因而所测结果实际上是表观光合速率或净光合速率，如把表观光合速率加上光、暗呼吸速率，便得到总光合速率或真光合速率。CO2吸收量干物质积累量O2释放量影响光合作用的内因 (1)叶组织发育未健全，气孔尚未完全形成或开度小，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，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。(一)叶的发育和结构1.叶龄2.叶的结构 叶的结构如叶厚度、栅栏组织与海绵组织的比例、叶绿体和类囊体的数目等都对光合速率有影响。叶的结构一方面受遗传因素控制，另一方面还受环境影响。
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。(二)光合产物的输出 例如，摘去花、果、顶芽等都会暂时阻碍光合产物输出，降低叶片特别是邻近叶的光合速率；反之，摘除其他叶片，只留一张叶片与所有花果，留下叶的光合速率会急剧增加，但易早衰。 光合作用产物(蔗糖)从叶片中输出的速率会影响叶片的光合速率。 光是光合作用的动力，也是形成叶绿素、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，因此光直接制约着光合速率的高低。 影响光合作用的外因(一)光照 光照因素中有光强、光质与光照时间，这些对光合作用都有深刻的影响。拍摄气孔开启的装置和实例光诱导的气孔开启(每隔5分钟拍1张)1.光强暗中叶片不进行光合作用，只有呼吸作用释放CO2(图中的OD为呼吸速率)。
随着光强的增高，光合速率相应提高，当到达某一光强时，叶片的光合速率等于呼吸速率，即CO2吸收量等于CO2释放量，表观光合速率为零，这时的光强称为光补偿点。 光强-光合曲线图解
A.比例阶段； B.比例向饱和过渡阶段； C.饱和阶段(1)光强-光合曲线 在低光强区，光合速率随光强的增强而呈比例地增加(比例阶段，直线A)；当超过一定光强，光合速率增加就会转慢(曲线B)；当达到某一光强时，光合速率就不再增加，而呈现光饱和现象。开始达到光合速率最大值时的光强称为光饱和点，此点以后的阶段称饱和阶段(直线C)。
比例阶段中主要是光强制约着光合速率，而饱和阶段中CO2扩散和固定速率是主要限制因素。光强-光合曲线图解
A.比例阶段； B.比例向饱和过渡阶段； C.饱和阶段不同植物的光强-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；
C4植物的光饱和点要高于C3植物。不同植物的光强光合曲线(2)强光伤害—光抑制 当光合机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。
晴天中午的光强常超过植物的光饱和点，很多C３植物，如水稻、小麦、棉花、大豆、毛竹等都会出现光抑制，轻者使植物光合速率暂时降低，重者叶片变黄，光合活性丧失。
当强光与高温、低温、干旱等其他环境胁迫同时存在时，光抑制现象尤为严重。 2.光质 在太阳幅射中，只有可见光部分才能被光合作用利用。用不同波长的可见光照射植物叶片，测定到的光合速率不一样。 在600～680nm红光区，光合速率有一大的峰值，在435nm左右的蓝光区又有一小的峰值。可见，光合作用的作用光谱与叶绿体色素的吸收光谱大体吻合。光合作用的作用光谱与叶绿体色素的吸收光谱大体吻合树木的叶片吸收红光和蓝光较多，故透过树冠的光线中绿光较多，因而会使树冠下生长的本来就光照不足的植物利用光能的效率更低，“大树底下无丰草”就是这个道理。
水层同样改变光强和光质。水层越深，光照越弱，例如，20米深处的光强是水面光强的二十分之一。水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于蓝、绿部分，深水层的光线中短波长的光相对较多。
所以含有叶绿素、吸收红光较多的绿藻分布于海水的表层；而含有藻红蛋白、吸收绿、蓝光较多的红藻则分布在海水的深层，这是海藻对光适应的一种表现。3.光照时间 对放置于暗中一段时间的材料(叶片或细胞)照光，起初光合速率很低或为负值，要光照一段时间后，光合速率才逐渐上升并趋与稳定。
从照光开始至光合速率达到稳定水平的这段时间，称为“光合滞后期” 或称光合诱导期。
将植物从弱光下移至强光下，也有类似情况出现。(二)CO2光下CO2浓度为零时叶片只有光、暗呼吸,释放CO2。图中的OA部分为光下叶片向无CO2气体中的CO2释放速率,通常用它来代表光呼吸速率。1.CO2-光合曲线在比例阶段，光合速率随CO2浓度增高而增加，当光合速率与呼吸速率相等时，环境中的CO2浓度即为CO2补偿点(图中C点)；当达到某一浓度(S)时，光合速率便达最大值(Pm)，开始达到光合最大速率时的CO2浓度被称为CO2饱和点。 C4植物的CO2饱和点比C3植物低，在大气CO2浓度下就能达到饱和；而C3植物CO2饱和点不明显，光合速率在较高CO2浓度下还会随浓度上升而提高。可以看出：C4植物的CO2补偿点低，在低CO2浓度下光合速率的增加比C3快，CO2的利用率高；C3与C4植物CO2光合曲线CO2能显著提高作物的光合速率，这对C3植物尤为明显(三)温度 光合过程中的暗反应是由酶所催化的化学反应，因而受温度影响。 在强光、高CO2浓度时温度对光合速率的影响要比弱光、低CO2浓度时影响大，这是因为在强光和高CO2条件下，温度成了光合作用的主要限制因素。光合作用的温度范围和三基点(四)水分 水分亏缺会使光合速率下降。在水分轻度亏缺时，供水后尚能使光合能力恢复，倘若水分亏缺严重，供水后叶片水势虽可恢复至原来水平，但光合速率却难以恢复至原有程度。水分对光合作用的影响有直接的也有间接的原因。直接的原因是水为光合作用的原料。但是用于光合作用的水不到蒸腾失水的1%，因此缺水影响光合作用主要是间接的原因水分亏缺降低光合作用的主要原因有：(1)气孔导度下降 当水分亏缺时，引起气孔关闭，导度下降，进入叶片的CO2减少。
(2)光合产物输出变慢 水分亏缺会使光合产物输出变慢，加之缺水时叶片中淀粉水解加强，糖类积累，结果引起光合速率下降。
(3)光合机构受损 缺水时叶绿体的电子传递速率降低且与光合磷酸化解偶联，影响同化力形成。严重缺水还会使叶绿体变形，片层结构破坏。水分过多也会影响光合作用。土壤水分太多，通气不良妨碍根系活动，从而间接影响光合；雨水淋在叶片上，一方面遮挡气孔，影响气体交换，另一方面使叶肉细胞处于低渗状态，这些都会使光合速率降低。 （五）矿质营养 矿质营养在光合作用中的功能：
1.叶绿体结构的组成成分 如N、P、S、Mg是叶绿体中构成叶绿素、蛋白质、核酸以及片层膜不可缺少的成分。
2.电子传递体的重要成分 如PC中含Cu，Cytb和Fd中都含Fe，放氧复合体不可缺少Mn2+和Cl-
3.磷酸基团的重要作用 构成同化力的ATP和NADPH，光合碳还原循环中所有的中间产物都含有磷酸基团。
4.活化或调节因子 如Rubisco等酶的活化需要Mg2+；Fe、Mn、Zn参与叶绿素的合成；K+和Ca2+调节气孔开闭；K和P促进光合产物的转化与运输等。 光合速率的日变化 一天中，外界的光强、温度、土壤和大气的水分状况、空气中的CO2浓度以及植物体的水分与光合中间产物含量、气孔开度等都在不断地变化，这些变化会使光合速率发生日变化，其中光强日变化对光合速率日变化的影响最大。
在温暖、水分供应充足的条件下，光合速率变化随光强日变化呈单峰曲线，即日出后光合速率逐渐提高，中午前达到高峰，以后逐渐降低，日落后光合速率趋于负值(呼吸速率)。如果白天云量变化不定，则光合速率会随光强的变化而变化。当光照强烈、气温过高时，光合速率日变化呈双峰曲线，大峰在上午，小峰在下午，中午前后，光合速率下降，呈现“午睡”现象，且这种现象随土壤含水量的降低而加剧。
引起光合“午睡”的主要因素是大气干旱和土壤干旱。
在干热的中午，叶片蒸腾失水加剧，如此时土壤水分也亏缺，那么植株的失水大于吸水，就会引起萎蔫与气孔导度降低，进而使 CO2吸收减少。
另外，中午及午后的强光、高温、低. CO2浓度等条件都会使光呼吸激增，光抑制产生，这些也都会使光合速率在中午或午后降低。
光合“午睡”是植物遇干旱时的普遍发生现象，也是植物对环境缺水的一种适应方式。但是“午睡”造成的损失可达光合生产的30%，甚至更多，所以在生产上应适时灌溉，或选用抗旱品种，增强光合能力，以缓和“午睡”程度。 是指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日光能量的比率。 植物的光能利用率 约为1％ 光合作用与产量形成提高光能利用率的途径 1. 增加光合面积 （1）合理密植
（2）改变株型 2. 延长光合时间 (1) 提高复种指数
(2) 补充人工光照 3. 提高光合效率 （1）增加CO2浓度
（2）降低光呼吸 结束放映再见熊国强个人专辑http://afeng.swjx.cn/bbs/AdvGet.asp?UserID=731这些仪器能单人提着携带到野外工作，能测定光合速率、呼吸速率、蒸腾速率、气孔导度等植物的生理参数，同时还能测定环境中光强、温度、湿度等参数，操作十分方便，用叶室夹一片叶，在操作面板上按一下键，在数分钟内就能把上述参数测完并储存好。 LI-6200光合作用分析系统LCA-4光合作用分析系统测定光合速率的方法