【正文】 實習 1：作物光能利用率計算及分析 一 、 實習目的及要求 掌握作物光能利用率計算方法 ， 寫出具體 計算公式和步驟 。 培育高光效品種，提高作物光飽和點 光飽和現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是在光合作用的 過程中 ， 光 、 暗反應速度不協(xié)調(diào) ， 暗反應的 速度過慢 ， 不能充分地利用光反應所吸收的 光能 ， 從而造成光能的損失 。 因此，上層葉片為斜立型、中層葉片為 平鋪型的群體，可使光在群體中處于最佳分布 狀態(tài)，充分合理地利用光能。 外因 則是通過農(nóng)業(yè)技術措施來改善 農(nóng)田微氣象條件 。 溫度過低 ， 使細胞原生質(zhì)粘滯性提高 ， 酶的活性受到抑制 ， 減緩所有生物學和物理 化學過程 ， 從而減緩植物質(zhì)量的增長速度 。 （ 2）群體結構和葉片組織本身造成的損失 ● 農(nóng)作物的群體結構不合理 ， 葉層較厚 、 平鋪 ， 上層葉片受光光強處于光飽和點之上 ， 下層葉片受光弱 ， 上飽下饑 ， 浪費了部分光 。光合產(chǎn)物以碳水化合物計，每克碳水化合物所含的能量，因不同作物而異，一般可采用 17782焦耳，所以一個克分子碳水化合物(CH2O)所含的能量等于 17782 30焦耳。 光合作用的能量轉(zhuǎn)換效率 ● 定義 光合作用的能量轉(zhuǎn)換效率是指光合作用中光量子的能量轉(zhuǎn)換效率 。 光能利用率的常用表示方式 （ 1） 太陽輻射能利用率 式中 ， Eu為太陽輻射能利用率； W為測定時間內(nèi)測定面積 上干物質(zhì)的增加量 ， 如用經(jīng)濟產(chǎn)量 ， 還要乘以經(jīng)濟系數(shù) （ 谷草比 ） ； H為每克干物質(zhì)燃燒時釋放出的熱量 ， 也可 定義為單位質(zhì)量的碳水化合物所含的熱量 ， H值一般采用 17782J/g； ∑ Q是同期的總輻射量 。 如有色薄膜的應用 （ 教材 P59） 。 （ 2）黃綠光（ 510～ 610nm） ● 葉片吸收很少； ● 光合作用活性最弱 。 ● 另有人認為， 290～ 315nm的長紫外線 對大多數(shù)植物有害，但可以用來消毒土壤和 殺滅病蟲害， 315～ 400nm的長紫外線有成形 作用，可使植物變矮、葉片變厚等，還可使 果品色澤紅潤、深沉。 ● 紅外線波長范圍內(nèi)， 46% 。 ● 光強過弱，植物體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)積累 不足，導致花芽發(fā)育不良，致使花芽早期退化 或死亡，引起作物產(chǎn)量下降。但光合作用還受溫度、 CO2 濃度、水分等其它環(huán)境條件的影響，因此在 進行數(shù)值模擬時，應加以考慮。 群體的光合作用 將群體內(nèi)光強的垂直分布模型即門司 —佐伯 公式代入單葉光合作用強度公式中 ， 并考慮植物 的呼吸作用 ， 就可得到一定光強下任意一層葉面 的凈光合強度計算公式： 式中 ， P、 a、 b、 I0、 k、 F的含義同前 ， r為單位 葉面積的呼吸作用強度 。 ● 當 I→ 0時 ， P/I→b ； 顯然 b為光 —光合 作用曲線起點 （ I=0） 處的斜率 。 當光強在光補償點以上，植物可以積累 有機物質(zhì)。 光飽和點與光補償點 (1) 光飽和點 在一定的光照強度范圍內(nèi) ， 光合作用強度隨 光強的增強而增強 。 3 光照強度對植物的影響 一 、 光強與光合作用 二 、 植物群體的光合產(chǎn)量 三 、 光照強度對植物生長發(fā)育的影響 一、光強與光合作用 光強與光合作用的關系 光合作用是植物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的 物質(zhì)基礎 ， 而沒有光便沒有光合作用 。 ● 利用作物長 、 短日照特性 ， 可以促進 人們所需要的營養(yǎng)器官的發(fā)育而提高產(chǎn)量 。 （ 5） 同一地區(qū)早中稻作晚稻種植時 ， 提早 成熟 ， 而晚稻早播時 ， 延遲成熟 。 出穗促進率大 ， 則表示短日促進出穗的 作用大 ， 稱為感光性強 ， 反之稱為感光性弱 。 植物的感光性 ——以水稻為例 表示某一植物品種在縮短或延長日照的 情況下對開花結實的影響程度 。 光敏色素是存在于植物體中的一種激素 ， 在植物體內(nèi)以兩種形式同時存在 ， 即： 紅光吸收型 Pr（ 最大吸收波長 660nm） 遠紅光吸收型 Pfr（ 最大吸收波長 730nm） Pr與 Pfr在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化如圖： 660nm→ 黑暗 → Pr —–——— Pfr ———— Pr ← 730nm 由圖可知： 在光照條件下 ， 植物體內(nèi)形成的光敏 色素主要是 Pfr， 當轉(zhuǎn)移到黑暗中后 ， Pfr 緩慢地轉(zhuǎn)變?yōu)?Pr， Pfr → Pr的暗轉(zhuǎn)化約需 8～ 10小時 ， 所以 ， 在暗期中用閃光干擾 ， 這種轉(zhuǎn)化不能完成 。 04 39。 表 夏至日在不同緯度地平線 30186。并認為植物發(fā)育對光暗 反應是在一定的具體階段中進行的，并不是在 全生育期或籠統(tǒng)地在開花以前進行的。 光周期性形成與生態(tài)條件 ● 植物光周期性的形成與原產(chǎn)地發(fā)育期間 自然光照的絕對長度和它的變化趨勢有著密切 的關系。 （ 2）有效光強 ● 植物的光周期反應不需要很強的光強， 幾個勒克司 的弱光即對光周期反應有效。 指開花受光長影響較小的 植物 ， 又稱光期鈍感植物 。 例如麥類 、 豌豆 、 亞麻 、 油菜 、 胡蘿卜等原產(chǎn)于高緯度地區(qū)的作物 。 北半球不同緯度地區(qū)晝夜長度的季節(jié)變化 植物光周期現(xiàn)象 （ 1） 植物光周期現(xiàn)象的概念 晝夜光照與黑暗的交替對植物發(fā)育（主要是開花）有顯著影響的現(xiàn)象稱為光周期現(xiàn)象（ photoperiodism）。 2 光照長度對植物的影響 一 、 植物的光周期現(xiàn)象 二 、 光照長度與植物發(fā)育關系的幾種解釋 三 、 光周期對植物生長發(fā)育的影響 四 、 光周期學說在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用 一、植物的光周期現(xiàn)象 日照長度和光照長度 ● 日照長度 。 因此， K值不是一個穩(wěn)定的值 。 ● 農(nóng)田中各高度透光率存在著相同的日 變化，由于太陽高度角的改變，中午時透光 率最大，早晚時透光率較小。 （ 3）反射、透射和吸收率不是一個常數(shù)， 在任一光譜中有一定幅度。 ● 吸收：進入葉片內(nèi)部的太陽輻射被葉片 吸收的部分稱為吸收。 各種輻射波段對植物的重要性見表 。 3 光照強度對植物的影響 167。 4 不同光譜成分對植物的影響 167。 表 輻射波段及其對植物生命活動的重要性 輻 射 波 段 光譜區(qū) 占太陽 輻射能 （ %） 對植物生命的效應 熱效應 光合 效應 形態(tài) 效應 紫外線 光合有效輻射 近紅外輻射 長波輻射 290～ 380 380～ 710 710～ 4000 3000～ 10000 0～ 4 21～ 46 50～ 79 不重要 重 要 重 要 重 要 不重要 重 要 不重要 不重要 中 等 重 要 不重要 不重要 光對植物影響的主要方式 光主要從三個方面對植物產(chǎn)生影響： ● 光長，即光照時間的長短。 ● 透射：進入葉片內(nèi)部不能被葉片吸收從投射對面一側向葉外逸出的部分稱為透射。 （ 4）群體對日光的反射率和透射率要比 單葉明顯地小，而吸收率卻明顯地高于單葉。 例如在對棉花的觀測中發(fā)現(xiàn)，在始花期， 早晚的透光率為 10%，而正午時透光率可達到 41%。 在實際應用中，禾谷類作物 K值較穩(wěn)定， 因而使用平均值代替。 是指一地每天從日出到日落 之間的日照時數(shù) ， 是一種在一定地區(qū)各年之間 比較穩(wěn)定的氣候要素 。植物的開花、休眠和落葉，以及鱗莖、塊莖、球莖等地下貯藏器官的形成都受晝夜長度的調(diào)節(jié)，但是，在植物的光周期現(xiàn)象中最為重要且研究最多的是植物成花的光周期誘導。 （ 2） 短日性植物 。 如西紅柿 、 黃瓜等 。 ● 幾個勒克司的弱光例如曙暮光和路燈 , 雖不能使植物進行光合作用，但仍能起到延長 光照長度的作用。 ● 植物光周期性的形成，是植物長期適應 原產(chǎn)地發(fā)育期間自然光照條件的結果。 光譜成分學說或光質(zhì)學說（沙垠） 認為植物的發(fā)育不是決定于光周期， 也不是要求光或暗，實質(zhì)上是需要一定 波長的光。以上和以下可照時數(shù) 地 名 緯 度 太陽在地平線 30 186。 N 9小時 20分 4小時 52分 北 京 39 186。 研究表明 ， 開花激素的形成與 Pfr和 Pr 的比值有關 。 每種植物的不同品種雖屬于同一類型 ， 但對光照長短的要求仍有差別 ， 有的甚至對 光長的反應已不明顯 ， 這是不同品種長期適 應各自產(chǎn)地生境的結果 。 ● 水稻的感光性分級（表 ） 感光性級別 短日出穗促進率（ %） 弱 1 ≤ 2 ~ 3 ~ 中 4 ~ 5 ~ 6 ~ 強 7 ~ 8 ~ 9 四、光周期學說在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用 作物引種 光周期學說應用于作物引種時應注意： （ 1） 短日性作物的北方品種向南引種時 ， 由于光照變短 ， 溫度升高 ， 導致生育期縮短 ， 可能出現(xiàn)早穗現(xiàn)象 ， 穗小粒少 。 因此在雙季稻區(qū) ， 早稻可用作晚稻栽培 ， 而晚稻不能用作早稻栽培 。 主要是延長生育期 。 因此 ， 光強對植物生長發(fā)育的影響主要 是通過對光合作用強度的影響來體現(xiàn)的 。 當光強達到一定的強度后 ， 光合作用強度不再相應地增強 ， 而是趨近于一條 漸近線 ， 這種現(xiàn)象稱為光飽和現(xiàn)象 。當光強處于補償點時，植物沒有 干物質(zhì)積累。 因此 a、 b值可通過試驗獲得的資料 ， 繪制 成 PI圖 ， 用上述的生物學意義來確定 。 1bIPraI???凈001kFkFbI e raI e????? 整個群體的凈光合強度就是各層葉面積光合 作用強度的總和，即 : 這便是群體凈光合強度公式之一，亦稱門司 公式。 三、光照強度對植物生長發(fā)育的影響 光照強度對植物生長的影響 （ 1） 實驗觀測結果 表 不同光強對小麥干物重的影響 遮 光 處 理 總干重 （克 /M2） 各部分所占百分數(shù) 根 莖葉 籽粒 對照 780 5 63 32 30% 600 3 63 34 60% 380 3 66 31 90% 90 2 97 1 遮光 天數(shù) 單株 成穗 無效 分蘗 小穗數(shù) 每穗 粒數(shù) 減產(chǎn) （ %） 合計 結實 不實 對照 10 20