第3章光合作用及调节.ppt

第3章 蔬菜光合作用与光能利用第一节 蔬菜对光能的利用一、光合作用的概念绿色植物利用它特有的叶绿体色素（ 主要是叶绿素）吸收光能，同化二氧化碳 和水等无机物，使之经过复杂的变化而成 为富含能量的有机物，这一过程，叫光合 作用植物所利用的有效辐射量• 太阳光波长范围为250-4000mμ，其中390-760 mμ的部分为可见光 • 波长短于390 mμ的是紫外线，长于760mμ的是红 外线，这两部分对光合作用都是无效的，称无效 辐射； • 有效辐射约为总辐射的44.4% • 叶片反射，约占有效辐射的8%； • 群体漏光损失，漏光约占有效辐射的2% • 非绿色部分所吸收占有效辐射总量的10% • 只有80%的有效辐射为植物所利用最适宜条件光能转变为化学能 的效率为22.4%• 目前一般认为，光合过程中每同化一分子CO2，约需8-10 个光量子，同化1摩尔CO2，需要8-10个爱因斯坦，（与 摩尔数相当的量子数）并知可见光的平均能量为每爱因 斯坦50千卡，以10个爱因斯坦计，共需吸收500千卡，而 1摩尔CO2同化成CH2O，贮存化学能112千卡被叶绿体吸收的可见光真正被光合所利用的只有 18%左右了 （80%×22.4） 有机物形式保存的化学能• 这18%的光能转化为化学能之后，呼吸消耗约占光合贮能总量的1/3。

以有机物形式保存下来的化学能，只占全部有效辐射的12%左右• 有人认为，在最好的情况下，某些单细胞藻类光能利用率可达有效辐射的20%左右 作物产量的高限 • 华北地区夏季，某一作物的生长期以100天，• 夏天华北地区平均每日太阳总辐射500卡/cm2• 全生育期太阳辐射能总收入为500千卡/cm2,即每667.7m2收 入3.33亿千卡，换算成有效辐射分别为22.2千卡/cm2及 1.48亿千卡/亩• 光能利用率以12% 计算，• 则光合产物贮能总量为1.48×0.12=1776万千卡• 折合碳水化物（以每克碳水化物含热能 4千卡计算） 17760000/4=4440 kg • 经济系数以0.4 • 禾谷类作物的经济产量可达1775kg／ 667.7m2 目前光能利用率低的原因 1. 漏光损失：作物生长初期叶面积很小，日光大部分漏射在地面上而损失生产水平较低的大 田，一生不封行，直到后期漏光仍很多 估计稻麦普通大田，平均漏光达50%以上 2. 光饱和浪费 •稻麦光饱和点约为 全日照的1/3-1/2， 光更强不能提高光 合强度，而形成浪 费 •光强远在光饱和点 以前，光合强度已 不随光强成比例增 加 •群体的光饱和点较 高，甚至在全日照 下仍未饱和，但上 部叶层仍因光饱和 而有浪费，可能达 吸收量的50%左右。

光能利用率随光强的增加而 下降当光强达到全日照时(夏天可达10万lx),利用率已很低，而一般田间光强均在利用率较低范围以内 3．条件限制 • 温度过高过低；水分过多过少；某些矿质元素缺乏； CO2供应不足；病虫害严重等等，• 一方面使光合能力不能充分发挥，限制了光能的利用；另一方面会使呼吸消耗相对增多，最终使产量降低 提高光能利用率的比较现实的 指标• 适当密植和间作套作，合理施肥，增加CO2 ，调 节温度，防止病虫等不仅能促进生长，扩大叶面 积，减少漏光损失，还能改进生活条件，提高光 合能力，并在一定程度上缓和光饱和现象，从而 有可能大大提高光能利用率而增加产量一般认 为，争取光能利用率达到5%是目前比较现实的指 标 光能利用率5%的效果• 在人工气候室的最适条件下，有些作物的光能利用率可达10-20%• 据国外资料，甘蔗最高亩产量为6000kg,光能利用率为5% ，马铃薯最高也达5% ，双交玉米有的达4%• 以光能利用率5%计，在华北地区，小麦亩产可达750kg，水稻可达1250kg• 可见提高光能利用率，增产潜力很大，关键在于如何促进光合产物的积累与分配 光能吸收、光能利用、产物分配• 在我们考虑提高光能利用率时 ：• 考虑扩大叶面积，以便能充分吸收光能， 减少漏光损失。

• 多注意光能的有效利用• 特别要促进经济产量的提高 重视吸收更重视利用• 吸收主要决定于绿色面积的大小及其光学特性， 而利用则主要决定于光合效率 • 在肥水不足的条件下，盲目增加种植密度，缩小 株行距，虽在生育初期扩大了叶面积而利于光能 的吸收，但由于个体数较多，不能得到足够的营 养而瘦弱，光合效率反而降低，总的光能利用率 不一定能提高 • 在肥水充足的丰产田里，叶面积过大，虽能减少 漏光损失，但影响通风透光而引起倒伏第2节 改善光合性能是作物增产的根本途径一.光合性能的概念及其与产量的 关系• 光合性能： • 作物的经济产量主要决定于光合面积、光合能力 、光合时间、光合产物的消耗和光合产物的分配 利用，称之为光合系统的生产性能或光合性能 • 经济产量=生物产量*经济系数 • 生物产量=光合产量-消耗 • 光合产量=光合时间*光合面积*光合能力 • 经济系数=经济产量/生物产量 • 经济产量=[（光合时间*光合面积*光合能力）-消 耗] *经济系数二．光合性能的基本规律及其 调节• 在讨论光合面积时，应该从它的组成、大 小、分布与动态几方面进行分析 • １.光合面积的组成：• ２.叶面积大小 • 关键在于叶面积与产品器官之间的比例， 希望能以较小叶面积形成较多较大的产品 器官。

• 为了补偿叶面积减少对于光合的影响，选 用厚叶品种较为有利（图1-5） • 3.分布 • 为了减少叶面积过大时 与株间光照之间的矛盾 ，需要考虑叶的空间分 布与角度，这是有关“ 株型” 的重要问题，在 育种上极受重视，一般 上层叶片应比较挺立， 以便减轻对下部的遮光 ；而下部叶片近于水平 ，以便能充分吸收从上 面透进来的弱光，较为 理想 •大麦叶近直立的比与茎成37-72的叶， 光合强度高一倍玉米具有下垂叶的品 系，如用人工使维持直立状态，产量比 对照高当叶近直立时（19它的光合强度比水平状的高1.7倍 • 4.动态：• 为了能使作物一生中经常有足够的光合面积，充分吸收利用光能，希望前期叶面积较快扩大，而后期则防止过早 衰老黄枯• 多年生植物春季发芽后能在较短期内达到较大叶面积，一直维持到秋季，从光合性能方面看是比较有利的；• 但一、二年生的植物，苗期生长较慢而时间较长，前期 叶面积过小，造成光能利用上的很大损失要想改变这种 局面，用间作、套作等办法作用较大• 此外，育苗移栽或选用大粒种子，以及用种肥、苗肥等 法促进前期生长也有一定作用• 但在丰产田中，苗期叶面积发展过快过大，中后期易于 郁闭，也应避免。

二）光合能力• 从理论上讲，光合能力与产量的关系比其他方面更为密切，因为有机物的合成主要决定于光合能力在光合面积达到一定限度后，要想进 一步提高产量，主要应从促进光合能力着眼目前育种上提出所谓“ 生理育种”或“高光效育种”，主要就是从这一观点出发的 •光合强度：•通常指单位叶面积在单位时间内同化CO2 的数量；•但测定时直接得到结果是光合与呼吸之差，称为净光合或表观光合 真正光合强度则为净光合与呼吸之和，有时亦称总光合通常所称光 合强度，大多指净光合而言• 光合生产率有时亦称净同化率，通常用每平方米叶面积在较长时间内（一昼夜或一周）增加干重的克数表示• 它通常比光合强度稍低，因为还要减去夜间呼吸的消耗一般植物的光合生产率为4-6克干重/米2叶.天，但高的也可达15-18克• 由此可见，光合能力方面的潜力也很大1.外界条件对光合能力的影 响： •（1）光是光合中能量的来源 •光补偿点 •必须在光强大于某一限度时，才能测出净光合来，此一限度正在光 合与呼吸强度相等处，此时的光强称为光补偿点 •光饱和点 •光强大于这一限度时，光合随光强而增强，最初几成直线关系超 过一定范围后，光合强度的上升逐渐减缓，最后终于达到另一限度 ，光强超过这一限度时，光合不再增强，有时甚至下降，后一限度 的光强称为光饱和点。

不同类型的作物需光量不同不同种类的植物需光量不同单叶与群体的需光量不同• 所以任何植物都不能 在补偿点弱光下长期 生活在密度较高时 ，中下部叶子常常较 早黄枯，主要与光照 接近补偿点而无法维 持营养有关生产上 如果不问需光量如何 而盲目密植，常因削 弱个体营养而造成减 产• 为了提高光能利用率和适应密植高产的需要，希望能提高作物植株上部或外围叶片的光饱和点及光饱和时的光合强度（即“拉直”需光量曲线），而降低下部或内部叶片的光补偿点，适当扩大叶面积而充分吸收利用光能• 在这方面，选择适当的作物和品种是重要的；• 另外通过改善环境条件，也有重大作用已知光饱和现象主要受暗反应效率的限制，也与“光呼吸”有关，二者直接受温度、光照、CO2浓度等条件的影响，而与肥水也有间接关系所以适宜的温度、光照，充足CO2的和肥水，能在一定程度上提高光饱和点和光饱和时的光合强度 • 人为措施在一定范围内调节作物的需光量，以提 高光能利用率是很有可能的种植方式调节•生产上还应根据作物的需光特性而进行适当调节例如采用 合理的种植方式和适当畦向，可以改善受光条件，提高光能 利用率2）CO2是光合的主要原料， 和光合的关系很大。

•光合所需CO2，主要由叶从空气中吸收空气中CO2，浓度按体积计算，一般为0.03%，约合0.65毫克/升左右，不能满足植物进行强盛光合所需已知当CO2浓度降到一定限度时，叶子即不能吸 收CO2进行光合，这一浓度称为CO2补偿点CO2 浓度大于这一限度，光合直线上升，当到达一定范围后光合增强渐慢，最后达到另一限度，光合不随CO2 的增加而增强，甚至减弱，这一限度的 CO2浓度称为CO2饱和点（图1-16）• 一亩生长茂盛的作物，为了顺利进行光合，每天要从空 气中吸收约40kg的CO2, 即相当于其100米以内空间的全 CO2量在迅速进行光合时，作物株间浓度可降至 0.02%,个别叶子附近可低至0.01%（图1-17） • 国外有人用大型塑料薄膜温室（面积4000m2） 比较CO2浓度300微升/升和2400微升/升对作物产 量的影响• 结果水稻产量分别为750k/亩 和1416.5kg/亩，高 粱增产1倍，大麦干重增加50%，两个大豆品种分 别增产40%及57%，小麦、玉米也大大增产• 但CO2 施肥的可靠结果，只能在光照、温度、 肥水等适当配合下才能得到晚秋及冬季光弱、 温度低时，增施CO2 的效果较小；而在夏天则可 显著增产。

饱和CO2水灌溉及施用碳酸盐肥料 ， 土壤及施肥与CO2• 有人指出：缺乏腐殖质的沙质土壤，每公顷每小时可放出 2kgCO2;• 腐殖质较多的沙土和壤土约4kgCO2/h.ha, 腐殖质极丰富 的森林土则达20-26kgCO2/h.ha• 一般适度施肥的土壤有5kgCO2/h.ha, 约为作物消耗量的 1/3,加上晚上土壤呼吸的补充，空气中量就不致太缺乏• 因此，增施有机肥料和适当灌溉（灌溉可增加土壤呼吸4- 5 倍），结合补充适当的N、P、K化肥， 对促进土壤呼 吸，补充CO2有很大意义、（3）温度影响呼吸、酶活性• 大多数温带植物，能进行光合的最低温度约为0-2℃，在10-35℃范 围内可以正常进行光合，而最适点约在25℃左右，超过此点，光合 便开始下降• 一般植物在35℃以上时，光合下降加快，至40-50℃便完全停止这 是因为高温下呼吸增强得更快，净光合显著迅速减弱的结果此外 ，高温下酶加速钝化及叶绿体受到破坏，或者引起早衰.C4植物的光 合适温比一般C3植物高，约在30-40℃.• 温度对于光合的影响还有以下作用如有人测定小麦、大麦等作物 ，当冬季夜温较低时，第2天午前的光合强度显著减弱，到午后才有 回升。

• 有人认为，如果在测定光合前20-30分钟内温度不同，测定结果可完 全不同说明温度的影响很大生产上如能调节温度，。