植物生产与光能利用

第二章植物生产与光能利用

第一节植物的光合作用

一、光合作用的意义

（一）光合作用的概念

光合作用是绿色植物利用光能，将二氧化碳和水合成有机物质，释放氧气，同时把光能转变为化学能，贮藏在所形成的有机物中的过程。

（二）光合作用的意义

1．把无机物转变成有机物地球上的植物每年通过光合作用约合成5×1011 t有机物。

2．蓄积太阳能量植物通过光合作用每年将3.2×1021 J的日光能转化为化学能。

3．净化空气吸收二氧化碳，释放氧气，从而起到净化空气作用；大气中一部分氧气转化为臭氧，对陆地生物也有良好作用。

二、光合作用的主要过程

光合作用的实质是将光能转变成化学能的过程。

1.第一步，原初反应光能的吸收、传递和转换成电能，主要由原初反应完成。

2. 第二步，电子传递和光合磷酸化电能转变为活跃的化学能，由电子传递和光合磷酸化完成。

3. 第三步，碳同化活跃的化学能转变为稳定的化学能，由碳同化完成。

（四）光合作用的产物

光合作用的产物有糖类、有机酸、氨基酸、蛋白质等，主要为糖类。光合作用产物与植物种类、叶龄、光的波长及氮素营养等有关。

三、影响光合作用的因素

（一）光照度

光饱和点和光补偿点是植物光合特性的两个重要指标。适当增强光照，如合理密植、整枝修剪、去老叶等，可以改善田间的光照条件。

（二）CO2浓度

光合速率随CO2浓度增加而增大。生产上常通过施用有机肥料、通风等措施来增加CO2浓度。

（三）水分

水分是光合作用的原料之一，土壤水分含量对植物光合作用影响很大。

（四）温度

一般温带植物的光合作用在10～35℃范围内能正常进行,35℃以上光合作用受阻。（五）矿质元素

N、Mg、Fe、Mn、P、K、B、Zn等元素都会直接或间接对光合作用产生影响。

（六）植物内在因素

主要有叶龄、叶的结构和光合产物的输出等。

第二节植物的呼吸作用

一、呼吸作用的意义

（一）呼吸作用的概念

呼吸作用是指生活细胞内的有机物质在一系列酶的作用下，逐步氧化分解，同时放出能量的过程。

（二）呼吸作用的意义

1．为植物生命活动提供能量

2．中间产物是合成植物体内重要有机物的原料

3．在植物抗病免疫方面有重要作用

（三）呼吸作用的类型

1．有氧呼吸通常情况下，呼吸作用都有氧气参与，这种呼吸作用称为有氧呼吸。

2．无氧呼吸植物在缺氧条件下进行的呼吸，称为无氧呼吸。

二、呼吸作用的过程

植物的呼吸作用有多种途径，这里主要介绍糖酵解-三羧酸循环过程。

（一）糖酵解

糖酵解是指葡萄糖在细胞质内经过一系列酶的催化作用，脱氢氧化，逐步转化为丙酮酸的过程。

（二）三羧酸循环

在有氧条件下，丙酮酸在酶和辅助因素作用下，首先经过一次脱氢和脱羧，并和辅酶A 结合形成乙酰辅酶A，乙酰辅酶A和草酰乙酸作用形成柠檬酸，这样反复循环进行。

三、影响呼吸作用的因素

呼吸作用的强弱常用呼吸强度来表示，影响呼吸强度的因素主要有：

（一）温度

大多数植物呼吸作用的最低温度为-10℃，最适温度为25～35℃，最高温度为35～45℃。（二）水分

细胞含水量对呼吸作用影响很大。禾谷类种子在风干状态时（含水量为11%～12%），呼吸微弱；当含水量超过15%时，呼吸作用加强。

（三）O2和CO2浓度

大气含氧量通常在21%左右，当减少至5%～8%时，植物的呼吸显著减弱。空气中CO2浓度增高时，植物的呼吸减弱。

四、呼吸作用在植物生产上的应用

（一）呼吸作用与粮油种子贮藏贮藏粮油种子的原则是保持“三低”，即降低种子的含水量、温度和空气中的含氧量。

（二）呼吸作用与多汁果实和蔬菜的贮藏、保鲜原则是在尽量避免机械损伤的基础上，控制温度、湿度和空气成分三个条件，降低呼吸消耗。

（三）呼吸作用与作物栽培栽培措施要保证作物呼吸作用正常进行，如水稻浸种催芽时用温水淋种和时常翻种；水稻育秧采用湿润育种；作物的中耕松土等。

五、光合作用和呼吸作用的关系

光合作用和呼吸作用既相互对立，又相互依赖，两者共同存在于统一的有机体中；

光合作用和呼吸作用又有相互依赖、紧密相连的关系，两者互为原料与产物，光合作用释放O2可供呼吸作用利用，而呼吸作用释放CO2也可被光合作用所同化。它们的许多中间产物是相同的，催化诸糖之间相互转化酶也是类同的。

在能量代谢方面，光合作用中供光合磷酸化产生ATP所需的ADP和供产生NADPH所需NADP＋，与呼吸作用所需的ADP和NADP＋是相同的，它们可以通用。

第三节提高植物光能利用率的途径

一、植物的光合性能与产量

（一）植物的产量构成因素

决定植物产量的因素是：光合面积、光合强度、光合时间、光合产物的消耗。

1．光合面积光合面积是指植物的绿色面积。

2．光合时间适当延长光合作用的时间，可以提高植物产量。当前主要是采取选用中晚熟品种、间作套种、育苗移栽、地膜覆盖等措施，使植物能更有效地利用生长季节，达到延长光照时间、充分进行光合作用的目的。

（二）植物的光能利用率

目前植物的光能利用率普遍不高。据测算，只有0.5%～1%的辐射能用于光合作用。低产田植物对光能的利用率只有0.1%～0.2%，而丰产田对光能的利用率也只有3%左右。

（三）植物群体对光能的利用

植物群体比个体更能充分利用光能。在群体结构中，叶片彼此交错排列、多层分布，使各层叶片的透射光可以反复地被吸收利用。

二、提高植物光能利用率的途径

（一）植物对光能利用率不高的原因

1．漏光

2．受光饱和现象的限制

3．环境条件及植物本身生理状况的影响

（二）提高植物光能利用率的途径

1．选育光能利用率高的品种

2．合理密植

3．间套复种