影響光合作用因素

《植物與植物生理》第四單元教學(xué)子單元3：光合作用微課件6影響光合作用的因素匯報(bào)人：郭振升一、光合作用的度量指標(biāo)

光合作用的指標(biāo)有光合速率和光合生產(chǎn)率。光合速率(photosyntheticrate)是指單位時(shí)間內(nèi)、單位葉面積吸收CO2的量或放出O2的量。單位：μmolCO2·m-2·s-1和μmolO2·dm-2·h-1表觀光合速率（Pn,凈光合速率，測(cè)定值*）

＝真正光合速率(Pg)－呼吸速率(R)光合生產(chǎn)率(photosyntheticproducerate)也稱凈同化率(netassimilationrate,NAR)，指植物在較長(zhǎng)時(shí)間(一晝夜或一周)內(nèi)，單位葉面積生產(chǎn)的干物質(zhì)量。常用g·m-2·d-1表示。二、外部因素對(duì)光合作用的影響

1.光照1）光照強(qiáng)度（光強(qiáng)）(1)光強(qiáng)-光合曲線(需光量曲線)

當(dāng)葉片的光合速率與呼吸速率相等(凈光合速率為零)時(shí)的光照強(qiáng)度，稱為光補(bǔ)償點(diǎn)。如棉花(1000-1500lux)，水稻(600-700lux)，大豆(500lux)。在一定條件下，使光合速率達(dá)到最大時(shí)的光照強(qiáng)度，稱為光飽和點(diǎn)。如陽生植物玉米、高粱(100,000lux)，稻麥(30,000-50,000lux)，大豆(25,000lux）；陰生植物人參、三七、姜、蘭小于10,000lux。光補(bǔ)償點(diǎn)在生產(chǎn)上有何意義？光飽和點(diǎn)的原因：強(qiáng)光下暗反應(yīng)跟不上光反應(yīng)從而限制了光合速率。一般來說，光補(bǔ)償點(diǎn)高的植物其光飽和點(diǎn)也高。如，草本植物的光補(bǔ)償點(diǎn)與光飽和點(diǎn)>木本植物；陽生植物的>陰生植物；C4植物的>C3植物。光補(bǔ)償點(diǎn)低的植物較耐蔭，適于和光補(bǔ)償點(diǎn)高的植物間作。如豆類與玉米間作。（2）光合作用的光抑制光能過剩導(dǎo)致光合效率降低的現(xiàn)象稱為光合作用的光抑制(photoinhibitionofphotosynthesis)。如晴天中午的光強(qiáng)往往超過植物的光飽和點(diǎn)，如果強(qiáng)光與其它不良環(huán)境(如高溫、低溫、干旱等)同時(shí)存在，光抑制現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

2）光質(zhì)對(duì)光合作用有效的是可見光。在紅光下，光合效率高；藍(lán)紫光次之；綠光的效果最差。紅光有利于碳水化合物形成，藍(lán)紫光有利于蛋白質(zhì)形成。2.二氧化碳1）當(dāng)光合吸收的二氧化碳量等于放出的二氧化碳量，這個(gè)時(shí)候外界的二氧化碳濃度就叫做CO2補(bǔ)償點(diǎn)。2）當(dāng)CO2達(dá)到某一濃度時(shí)，光合速率便達(dá)最大值，開始達(dá)到光合最大速率時(shí)的CO2濃度被稱為CO2飽和點(diǎn)。3）CO2飽和點(diǎn)代表吸收強(qiáng)光的能力，CO2補(bǔ)償點(diǎn)代表吸收弱光的能力。4）C3植物與C4植物CO2光合曲線對(duì)比。

C4植物的CO2補(bǔ)償點(diǎn)低，在低CO2濃度下光合速率的增加比C3快，CO2的利用率高；C3植物與C4植物CO2光合曲線比較C4植物CO2飽和點(diǎn)低的原因：A.C4植物PEPC的Km低，對(duì)CO2親和力高，有濃縮CO2機(jī)制，很快達(dá)到飽和點(diǎn)。B.可能與C4植物的氣孔對(duì)CO2濃度敏感有關(guān)，即CO2濃度超過空氣水平后，C4植物氣孔開度就變小。

3.溫度光合作用的溫度范圍和三基點(diǎn)三基點(diǎn)定義抑制光合的原因或范圍最低溫度(冷限)該低溫下表觀光合速率為零(0℃))低溫時(shí)膜脂呈凝膠相，葉綠體超微結(jié)構(gòu)受到破壞，酶促反應(yīng)緩慢，氣孔開閉失調(diào)。最高溫度(熱限)該高溫下表觀光合速率為零(45℃)膜脂與酶蛋白熱變性，使光合器官損傷，葉綠體中的酶鈍化；高溫刺激了光暗呼吸，使表觀光合速率下降。最適溫度能使光合速率達(dá)到最高的溫度C3陰生植物10～20℃

一般C3植物20～30℃

C4植物35～45℃

4.水分

水分是光合作用的原料，但光合作用利用的H2O不到植物所吸收水分的1%，因此，水分主要是間接地影響光合作用。在缺水時(shí)，光合作用降低：

1）缺水時(shí)，氣孔關(guān)閉，減少CO2的供應(yīng)；

2）缺水時(shí)促進(jìn)淀粉分解，抑制光合產(chǎn)物的外運(yùn)，發(fā)生反饋抑制。

3）嚴(yán)重缺水時(shí)，會(huì)導(dǎo)致光合器結(jié)構(gòu)的破壞，光合面積減少。水分過多也會(huì)影響光合作用。土壤水分過多時(shí)，通氣狀祝不良，根系活力下降，間接影響光合作用。5.礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)1）葉綠體結(jié)構(gòu)的組成成分如N、P、S、Mg是葉綠體中構(gòu)成葉綠素、蛋白質(zhì)、核酸以及片層膜不可缺少的成分。2）電子傳遞體的重要成分如PC中含Cu，F(xiàn)e-S中心、Cytb、Cytf和Fd中都含F(xiàn)e，放氧復(fù)合體不可缺少M(fèi)g2+和Cl-。3）磷酸基團(tuán)的重要作用構(gòu)成同化力的ATP和NADPH，光合碳還原循環(huán)中所有的中間產(chǎn)物中都含有磷酸基團(tuán)。4）活化或調(diào)節(jié)因子如Rubisco等酶的活化需要Mg2+；Fe、Cu、Mn、Zn參與葉綠素的合成；K+和Ca2+調(diào)節(jié)氣孔開閉；K和P促進(jìn)光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化與運(yùn)輸?shù)取?/p>

6.光合作用的日變化一天中，外界的光強(qiáng)、溫度、土壤和大氣的水分狀況、空氣中的CO2濃度以及植物體的水分與光合中間產(chǎn)物含量、氣孔開度等都在不斷地變化，這些變化會(huì)使光合速率發(fā)生日變化，其中光強(qiáng)日變化對(duì)光合速率日變化的影響最大。在溫暖、水分供應(yīng)充足的條件下，光合速率變化隨光強(qiáng)日變化呈單峰曲線，即日出后光合速率逐漸提高，中午前達(dá)到高峰，以后逐漸降低；當(dāng)光照強(qiáng)烈、氣溫過高時(shí)，光合速率日變化呈雙峰曲線，大峰在上午，小峰在下午，中午前后，光合速率下降，呈現(xiàn)“午睡”現(xiàn)象，且這種現(xiàn)象隨土壤含水量的降低而