影响光合作用的环境因子

影响光合作用的环境因子

摘要：光合作用是指绿色植物吸收光能，同化二氧

化碳和水，制造有机物质并释放氧气的过程。

本文就影响光合作用的环境因素：光强度、

光质、温度、水分、二氧化碳、氧气、湍流，

进行了讨论，分析了这些因素对光合作用的

影响及其原因。并综合多种因素，以护田林

为例研究各种因素对光合作用产生的综合影

响。

关键字：光合作用、光强度、光质、温度、水分、

二氧化碳、氧气、湍流、护田林、片流副

层、净同化作用、补偿点、饱和点

§1.简介

植物与动物不同，它们没有消化系统，因此它们必须依靠其他的方式来进行对营养的摄取，就是所谓的自养生物。对于绿色植物来说，在阳光充足的白天，它们将利用阳光的能量来进行光合作用，以获得生长发育必需的养分。光合作用是植物、藻类和某些细菌利用叶绿素，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为葡萄糖，并释放出氧气的生化过程。绿色植物通过光合作用提供了地球上食物链生产的第一步。在此过程中含有叶绿素的植物由于光媒反应产生单糖。

1

2[112CO ]22612622612C H O 6H O+6O CO H O +−−−−−−−−→+-光千卡（克分子）叶绿素 （1） 上式中等号两边的水不能抵消，原因是左边的水，是植物吸收所得，而且用于制造氧气和提供电子和氢离子，而右边的水分子的氧原子则是来自二氧化碳。为了更清楚地表达这一原料产物起始过程，人们更习惯在等号左右两边都写上水分子。在这种过程中产生的单糖，是后来合成复杂的糖、淀粉、纤维素和其他植物成分的原料。光合作用为植物的合成和贮藏器官如叶、茎、块茎和果实的生长和发育提供了原料。呼吸作用是光合作用的逆过程，这两种过程的化学进程差异很

大，呼吸作用并不涉及叶绿素。

光合作用可分为光反应和暗反应两个步骤：光合作用第一个阶段中的化学反应，必须有光能才能进行，这个阶段叫做光反应阶段，光反应阶段的化学反应是在叶绿体内的类囊体上进行的。光合作用第二个阶段中的化学反应，没有光能也可以进行，这个阶段叫做暗反应阶段。暗反应阶段中的化学反应是在叶绿体内的基质中进行的。光反应阶段和暗反应阶段是一个整体，在光合作用的过程中，二者是紧密联系、缺一不可的。

在光合作用过程中，影响叶绿素生物合成的因素有（1）光照：由于在叶绿素生物合成过程中，原叶绿素酸酯转化为叶绿素酸酯需光，没有光，叶绿素就不能合成。类胡萝卜素的生物合成不需光。因此，在黑暗条件下，植物呈黄色，形成黄化苗。（2）温度：叶绿素生物合成的最适温度为30℃，最低温度为2-4℃，温度过低或过高都抑制叶绿素的生物合成。春季植物幼苗的叶色浅绿，或在寒潮后植物幼苗变白或出现“带带白”都与低温抑制叶绿素生物合成有关。（3）矿质元素：N、Mg是叶绿素组分，Fe、Mn、Cu、Zn是叶绿素生物合成所必需的。因此，缺N、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn时，会引起缺绿病。（4）水分：严重缺水时，会抑制叶绿素生物成，促进叶绿素的分解。由于光合作用过程涉及到叶绿素，因此影响叶绿素生物合成的因素也必然影响光合作用的进行。

有很多环境因子会影响植物的光合速度。

§2.光强度对光合作用的影响

光在几个方面影响光合作用：（1）光是光合作用的能量来源；（2）光是叶绿素生物合成的必需因子；（3）光调节气孔开闭；（4）光调节反应中一些光调节酶的活性（Rubisco、PEPC、FBP、SBP酯酶）。

光合作用在日出时开始，但速度很慢，一般在日出之后某一时刻，固定二氧化碳的速度才超过呼吸释放二氧化碳的速度，光合作用与呼吸作用相等时的光强度，称之为光补偿点，光补偿点代表了植物利用弱光的能力，光补偿点越低，利用弱光的能力强，在24h全光照下，光补偿点也是植物生存的最低光强，这时植物没有干物质积累，不能生长，如果24h中发生黑夜交替，植物生存的最低光照要大于光补偿点。在补偿点以上，植物叶子的光合作用速度一般随光强度的增加

而增加，这种增加通常在很大范围内都是线性地进行，当光合作用速度变得与光强度无关时叫做光饱和强度，使光合速率达到最大值的最小光强，称为光饱和点。出现光饱和现象的原因可能有两个：（1）光合色素和光反应来不及利用更多的光能，每个叶绿素分子每秒只能接受10个光量子；（2）暗反应慢于光反应，不能充分利用光反应产生的同化力。

光强度对光合作用的影响（如图2所示），这条曲线称为光合作用的光曲线，从图中可以看出光强度并不需要达到全日照的强度，光合速率（单位时间内单位面积的光合作用活动）便已趋于平稳，也就是达到了光饱和点，光反应速率达到最大，再增加光强度也不能使光合速率增加。

§3.光质对光合作用的影响

在光合作用的第一个阶段光反应中，光强度是一个重要的影响因素。与光合作用有关的只是可见光，因为在光合作用中期作用的色素——叶绿素只吸收可见光。叶绿体中的叶绿素有两种：叶绿素a和叶绿素b，叶绿素a吸收可见光中的蓝紫光和红光，呈草绿色；叶绿素b主要吸收蓝光和橙色光，呈黄绿色。（如图1所示），因此，除了光强影响光合作用，光质也影响光合作用，多数植物在红

光下光合效率最高，蓝光次之，绿光最差。

§4.温度对光合作用的影响

温度是光合作用的条件。温度既影响光合作用的光反应，又影响暗反应。

在低温条件下光合速率降低，因为（1）暗反应的酶钝化；（2）光反应中的NADP还原酶和ATP合成酶钝化；（3）膜流动性变小，抑制电子传递，从而降低光合磷酸化；（4）使气孔关闭；（5）影响二氧化碳扩散。

高温同样也抑制光合作用：因为（1）使暗反应的酶变性失活；（2）使光反应中的NADP还原酶和ATP合成酶变性失活；（3）增大膜透性，这一方面破坏质子动力势的形成，抑制光合磷酸化，另一方面，使光合碳还原循环中的中间产物外渗。降低暗反应速度；（4）温度升高也增大呼吸和光呼吸，使表观光合速率降低；（5）蒸腾过快气孔关闭。

温度对光合作用的影响如图3所示，这种影响和温度对酶活性的影响类似，温度增高会使生化反应的速率增高，但光合器官，包括其中的各种酶对温度很敏感，当温度高于25℃左右时速率就会下降。