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太阳辐射能力对生物量的影响 休 闲 居 编 辑 >>>>>>>>休闲养生网回答： 这个我也不懂，你自己看看吧 碳同化 同化力（NADPH及ATP中所含的化学能）在一般情况下主要用于推动光合碳循环、同化CO2形成蔗糖等碳水化合物或其他有机物，但也可有一部分用于同化硫和氢等无机化合物。光合碳循环又称卡尔文循环，此循环的大部分反应均在叶绿体的间质中进行，但从磷酸丙糖转化成蔗糖的一些步骤则是磷酸三糖通过叶绿体被膜转移到细胞质中后，在细胞质中完成的（见光合碳循环）。 植物的光合碳循环常伴随着光呼吸。有些植物中，在CO2由光合碳循环同化前，先通过四碳途径或景天科酸代谢途径固定在四碳双羧酸中。这些都是和碳同化密切关联着的反应。 光呼吸 植物在空气中进行光合作用时，碳同化的中间产物中有一部分被氧化成CO2，其过程和一般有机物氧化成CO2的呼吸作用不同。它是由于O2和CO2竞争，与二磷酸核酮糖反应生成磷酸乙醇酸而引起的。磷酸乙醇酸通过乙醇酸途径氧化而放出CO2。一般植物中，光呼吸所放出的CO2量常可达当时光合作用同化CO2量的 1／3左右。降低空气中氧气浓度，光呼吸就会减少。 四碳途径和景天科酸代谢 有些起源于热带的植物如玉米、甘蔗等进行光合作用时，CO2先在叶肉细胞内与磷酸烯醇式丙酮酸反应，被固定在四碳双羧酸中，后者转运到维管束鞘细胞中再释放出CO2供光合碳循环同化。四碳双羧酸的形成和运输起CO2泵的作用，在鞘细胞中造成一个高于空气中CO2浓度的微环境，以利于光合碳循环的进行。这些植物的光合速率较高，光呼吸较低。此外，一些肉质植物（如景天、仙人掌、菠萝等）中存在景天科酸代谢，其反应与四碳途径相仿，但它是在夜间将CO2固定在四碳双羧酸中，白天释放出来供光合碳循环同化，起一个CO2库的作用。因此使这些植物在白天因缺水而气孔关闭的情况下也能进行光合作用。有四碳途径的植物常被称为四碳植物，无四碳途径或景天科酸代谢的植物常被称为三碳植物。 光合作用的效率及其影响因素 在优良条件下测定光合作用效率的结果和对光合作用机理的分析表明，植物在光合作用中每同化一个CO2分子或碳水化合物需要8～10个光量子。按此量子需要量推算，植物利用太阳总辐射的效率可达10％左右。实际上，大田中作物的光能利用率远低于此数。一般作物生物生长良好的田块，一季中光能利用率只有1～2％，其原因和作物的生理特性、环境条件和群体的结构有关。 光合作用和植物生理状态的关系 光合作用的机构和植物其他机构一样，有它的发生、成长和衰老过程。在发育初期光合速率较低；成长后较高，且稳定一段时期；到衰老时下降。植物的生理状态和外界条件对光合速率各阶段的持续时间和光合速率高低有显著影响。光合机构的光合产物大部分输出到植株其他部分，供各种生命活动之需。当植株其他部分对光合产物需要量增加时，光合速率常会提高。反之，当光合产物利用缓慢，输出受阻时，光合速率会逐渐下降。此外，植株的其他部分还能通过激素传递等方式影响光合机构的发育和运转。 光合作用和环境条件的关系许多环境条件的变动可影响光合机构的运转，植物的光合机构对它的环境也有一定的适应能力。 光 是进行光合作用所需的能源。光照较弱时，光反应速率常是光合作用速率的限制因素。光合速率和光强变化成正比关系。光强较高时，光合作用受其他反应（统称暗反应）速率的限制，所以其速率不能随光强成正比地提高，并逐渐达到饱和。光强太高时，光合机构还会受到破坏。 不同类型的植物在不同光照强度下生长时，其光合速率达到饱和的光强有显著的差别。一般阳生植物（包括绝大部分农作物）的饱和光强接近晴天中午日光（约1kW／m2）的一半。生长良好的时候，其光合速率一般为10～20μmolm-2s-1（1μmolm－2s-1=1.58mgCO2dm－2h－1）。玉米、甘蔗等四碳植物的光合作用在中午日光下也未达到饱和，其速率可达25～35μmolm－2s-1。阴生植物如酢浆草等的光合作用在光强不到中午日光的1／10时便会饱和，光合速率小于6μmolm-2s-1。但其光补偿点（光合速率与呼吸速率相等时的光强）也很低。太阳辐射中植物光合作用所利用的波长范围为380～720纳米，有的细菌的光合作用的利用范围可延伸到1000纳米。不同光质的光对光合机构的发育及光合产物的种类有不同的影响。 温度光合作用的暗反应受温度影响。低温下光合速率较低，温度上升10℃，光合速率可提高一倍左右，至最适温度以上再增加温度则光合速率下降。C3植物的光合作用最适温度一般为20～30℃，C4植物一般为35～40℃。温度过高或过低都会破坏光合机构。植物光合机构对所处温度条件有一定适应能力，不同种类植物的适应范围有显著差别。 水 作为光合作用的原料，每形成1克有机物约需0.6克水，这和陆生植物光合作用时所消耗水的数量相比是微不足道的，大量水分是蒸腾掉的。光合机构通过叶片等表皮上张开的气孔从空气中吸收CO2时，会大量蒸腾散失水分。一般C3植物蒸腾掉的水分重量和光合作用积累的有机物的重量的比值称蒸腾系数，常在300左右，C4植物因为有CO2泵，可低至200以下，景天科酸代谢的植物可小于100。植物缺水时，气孔关闭，光合作用受阻；进一步缺水则光合机构损坏。 气空气中的CO2是光合作用的原料，它的浓度较低，一般为340vpm[1vpm=1／1000 000（体积比）]，且在它到达同化部位的通路上，要经历周围大气→叶片表皮→叶肉细胞表面→叶绿体内这3大阶段的阻力（C3植物中，它们的比例大致为1∶2～6∶8）。所以CO2的供应常是植物在自然条件下光合速率的限制因素（C4植物因有CO2泵，在CO2浓度为0.03％时已接近饱和）。气流通过叶面的速度在一定范围内（一般小于2m／s）和光合速率成正相关。空气中CO2含量增至0.1％左右时，可显著提高光合速率。温室中CO2不易散失，可以增施CO2以提高产量。 空气中所含浓度为21％的氧气是引起光呼吸的重要因素。空气中常含有SO2、O3等污染物质，虽含量甚微，但超过限度就会引起气孔关闭，甚至损害光合机构。 肥植物从土壤中吸收的无机元素在植株组成中所占的比重虽然比光合作用形成的有机物小，但其中许多种为光合所必需。例如，参与光合机构组成或运行的元素有N，P，K，S，Mg，Fe，Mn，Cu，Zn，Cl等。其中N，P，Mg等还起着多重作用。当这些无机营养元素缺乏或过多时，光合机构的形成和运行就会受到影响。缺绿是多数元素缺乏时常出现的病征。 群体光能利用 在农田、森林、草地及各种自然植被中，常常不是单个的植物进行光合作用，而是由许多植株组成群体利用光能。群体内部形成了特殊的微环境，其中的光能分布、气体流通等都与外界显著不同。决定单位地面上太阳光的捕获量的，也不是单个叶片的大小，而是叶片总面积的多少。群体叶面积的多少以单位面积土地上叶面积的单位数来表示，称为叶面积指数（或系数）。它无论以亩（亩／亩）或平方米（m2／m2）计算时，都是无量纲数。当叶面积指数小于1时，对太阳光能的捕获和利用不充分。叶面积捐数大于1时，虽然有一部分叶片被其他叶片遮蔽，所受光强低于自然光，但由于叶片交错排列，下层叶井不处于完全黑暗之中，仍能进行一定程度的光合作用。叶层过多，下部叶片受光极弱，可能低于补偿点，它们不能对群体干物质累积有所贡献。对每种特定条件，群体叶面积指数有一个最适值，多数情况下在3～5之间。 天空光特别是太阳直射光照射到叶片上时的入射角大小，影响受光的强弱。入射角小（光线与叶片接近垂直）则光强高。由于光饱和现象，光强高则光能利用率低。中午前后太阳光入射角较小，如叶面积指数足够大时，直立叶群体光能利用率高于水平叶，早晚则相反。禾本科的稻、麦等叶片常接近直立，而双子叶植物中的向日葵、棉花叶片接近水平。 植物的叶片等光合器官本身，也是用光合产物形成的。光合产物用于形成叶片的比例大，叶片薄，都有利于捕获光能和CO2。但叶片以外的其他部分，对叶片等光合器官起支持或支援作用，如根吸收水和无机养料，茎支撑叶片并输送养料等，也不宜过分削弱，因而叶片所占比例也有最适范围。 在农业生产上，常用高密度、高肥（特别是氮肥）或灌水来促进叶面积的形成和发展；用间作套种来提高地面覆盖率。温带早春气温低，是限制叶面积形成及光合作用进行的因素。除覆盖栽培（或称设施农业）以外，只能用选择能耐受低温的植物种（如冬小麦）或品种来适应。前后作茬口搭配得当，栽培条件适于维持旺盛的光合作用，可取得较多的总光合产物量（生物量）。 农作物除叶菜类和饲料作物外，收获物主要的常是非光合器官，如果实、种子、块根、块茎等。因而农业生产上既要求形成足够大的叶面积指数，并维持较长的有效期，也要求及时并大量地形成经济价值较大的构成产量的器官。所以生产上运筹栽培措施和茬口搭配时，需要将光合器官的数量和工作效率与光合产物在各器官间的分配结合起来考虑，求得最大的经济效益 |