光合作用3植物生理學(xué)-資料下載頁
2025-05-07 22:47本頁面
【正文】 光能利用率：指植物光合作用所累積的有機(jī)物所含的能量，占照射在單位地面上的日光能量的比率。 ?據(jù)氣象學(xué)研究 ， 到達(dá)地球表面的太陽輻射 ， 只有其中的可見光部分的 400～ 700nm能被植物用于光合作用 。 ?如果把到達(dá)葉面的日光全輻射能定為 100%， 那么 ， 經(jīng)過如表47所示的若干難免的損失之后 ，最終轉(zhuǎn)變?yōu)橘A存在碳水化合物中的光能最多只有 5%。 一、植物的光能利用率 光能利用率 ＝ (光合產(chǎn)物中積累的能量 /輻射總量 ) 100% ? 106kJm2，一年二熟，水稻產(chǎn)量每100m2為 75kg，小麥產(chǎn)量每 100m2為 60kg。經(jīng)濟(jì)系數(shù)水稻為 ，小麥為 ，含水量稻谷13%，小麥籽粒為 12%，干物量含能均按 10４ kJkg 1計(jì)算，試求該地區(qū)的光能利用率。 計(jì)算： 一、植物的光能利用率 二、提高光能利用率的途徑 1．延長(zhǎng)光合時(shí)間 （ 1）提高復(fù)種指數(shù)：全年內(nèi)農(nóng)作物的收獲面積對(duì)耕地面積之比。輪種、間種和套種 （ 2）延長(zhǎng)生育期：促開花，防早衰 （ 3）補(bǔ)充人工光照 2．增加光合面積 （ 1）合理密植 （ 2）改變株型：緊湊型品種，矮化 3．提高光合效率。溫、光、水、氣、肥 ? 光合作用是光合生物利用光能同化 CO2生成有機(jī)物的過程。植物的光合作用能氧化水而釋放氧氣，它在光能轉(zhuǎn)化、有機(jī)物制造和環(huán)境保護(hù)等方面都有巨大的作用。 ? 葉綠體是進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器。類囊體是光反應(yīng)的場(chǎng)所，其膜上存在 PSⅠ 、 PSⅡ 、 Cytb6/f、 ATP酶四類蛋白復(fù)合體?；|(zhì)是暗反應(yīng)的場(chǎng)所，內(nèi)含同化 CO2的全部酶類。高等植物的光合色素有兩類： (1)葉綠素，主要是葉綠素 a和葉綠素 b； (2)類胡蘿卜素，其中有胡蘿卜素和葉黃素。 ? 根據(jù)能量轉(zhuǎn)變的性質(zhì)將光合作用分為三個(gè)過程： (1)光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換，由原初反應(yīng)完成； (2)電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學(xué)能，由電子傳遞和光合磷酸化完成；(3)活躍化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化學(xué)能，由碳同化完成。 小 結(jié) ? 原初反應(yīng)是反應(yīng)中心中進(jìn)行 ， 包括光物理與光化學(xué)兩個(gè)階段 。光物理指天線色素吸收光能 ， 通過分子間能量傳遞 ， 把光能傳給反應(yīng)中心色素；光化學(xué)是指受光激發(fā)的反應(yīng)中心色素發(fā)生光氧化還原反應(yīng) 。 原初反應(yīng)的結(jié)果 ， 使反應(yīng)中心發(fā)生電荷分離 ， 產(chǎn)生的高能電子用于驅(qū)動(dòng)光合膜上的電子傳遞 。 ? 電子傳遞是在光合膜上的電子或質(zhì)子傳遞體中進(jìn)行的，非環(huán)式電子傳遞是按H2O→PSⅡ→PQ→Cytb 6/f→PC→PSⅠ→Fd→FNR→NADP +的順序進(jìn)行。電子傳遞引起水氧化放氧， NADP+還原，同時(shí)使基質(zhì)中H+向類囊體膜內(nèi)轉(zhuǎn)移，形成質(zhì)子動(dòng)力。依質(zhì)子動(dòng)力， H+由膜內(nèi)向膜外流經(jīng) ATP酶時(shí)會(huì)偶聯(lián) ATP的生成。 ATP與 NADPH合稱同化力，用于 CO2的同化。 ? 碳同化的生化途徑有 C3途徑、 C4途徑與 CAM途徑。 C3途徑是碳同化的基本途徑，可分為羧化、還原和再生三個(gè)階段。每同化 1個(gè) CO2要消耗 3個(gè) ATP與 2個(gè) NADPH。初產(chǎn)物為磷酸丙糖，它可運(yùn)出葉綠體，在細(xì)胞質(zhì)中合成蔗糖，也可留在葉綠體中合成淀粉而被臨時(shí)貯藏。 Rubisco具有羧化與加氧雙重功能， O2和 CO2互為羧化反應(yīng)和加氧反應(yīng)的抑制劑。 ? 光呼吸是與光合作用隨伴發(fā)生的吸收 O2和釋放 CO2的過程 。整個(gè)途徑要經(jīng)過三種細(xì)胞器 ， 即在葉綠體中合成乙醇酸 ，在過氧化體中氧化乙醇酸 ， 在線粒體中釋放 CO2。 由于光呼吸與光合作用兩者的底物均起始于 RuBP， 且都受 Rubisco催化 ， 因此 ， 兩者的活性比率取決于 CO2和 O2的濃度比例 。 在O2和 CO2并存的環(huán)境中 ， 光呼吸是不可避免的 。 光呼吸釋放的 CO2可被光合再固定 。 ? C4途徑需經(jīng)過兩種光合細(xì)胞，即在葉肉細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，由 PEPC催化羧化反應(yīng)，形成 C4二羧酸， C4二羧酸運(yùn)至維管束鞘細(xì)胞脫羧，釋放的 CO2再由 C3途徑同化。根據(jù)形成 C4二羧酸的種類以及參與脫羧反應(yīng)的酶類，可將 C4途徑分為NADPME、 NADME和 PCK三種亞類型。 ? CAM途徑的特點(diǎn)是：晚上氣孔開啟，在葉肉細(xì)胞質(zhì)中由 PEPC固定 CO2，形成蘋果酸；白天氣孔關(guān)閉，蘋果酸脫羧，釋放的 CO2由 Rubisco羧化。 ? 由于 PEPC對(duì) CO2的親和力高，且 C4途徑的脫羧使 BSC中 CO2濃度提高，所以這就促進(jìn)了 Rubisco的羧化反應(yīng)，抑制了Rubisco的加氧反應(yīng)；另外， BSC中即使有光呼吸的 CO2釋放，也易于被再固定。 C4植物的光呼吸低，光合速率高。 ?光合作用的進(jìn)行受內(nèi)外因素的影響，主要因素有部位、生育期、光照、 CO2濃度、溫度和礦質(zhì)元素。在適度范圍內(nèi)提高光強(qiáng)、 CO2濃度、溫度和礦質(zhì)元素含量能促進(jìn)光合作用。內(nèi)外因素對(duì)光合作用的影響不是獨(dú)立的，而是相互聯(lián)系，相互制約的。 ?光能利用率是指植物光合產(chǎn)物中貯存的能量占光能投入量的百分比。按理論計(jì)算可達(dá) 5%，而目前高產(chǎn)田為 1%～2%。作物栽培的本質(zhì)是將日光能轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟惪衫玫幕瘜W(xué)能，采用合理的栽培措施，增加光合面積，延長(zhǎng)照光時(shí)間，就能提高作物的凈同化率、光能利用率和作物的光合產(chǎn)量。
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