光照强度对光合作用影响的有关曲线分析

2018-08-11 12:12阅读：

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光照强度对光合作用影响的有关曲线分析

影响光合作用强度的环境因素有很多，如光照强度、二氧化碳浓度、温度、光的成分、水分、矿质元素等，本文就光合作用强度随光照强度的变化而变化的几个坐标图，进行简单地分析。
一、光照强度影响光合作用强度的曲线
由于绿色植物每时每刻都要进行细胞呼吸，所以在光下测定植物光合强度时，实际测得的数值应为光合作用与细胞呼吸的代数和（称为“表观光合作用强度”）。如下图：

光照强度对光合作用影响的有关曲线分析

（一）光合作用量
在光照条件下，植物的光合作用与细胞呼吸同时进行时，存在着如下的关系：
1．光合作用实际产氧量（叶绿体产氧量）=实测植物氧气释放量+细胞呼吸耗氧量。
2．光合作用实际CO₂消耗量（叶绿体消耗CO₂量）=实测植物

CO₂消耗量+细胞呼吸CO₂释放量。
3．光合作用葡萄糖净产量（葡萄糖积累量）=光合作用实际葡萄糖生产量（叶绿体产生或合成葡萄糖量）－细胞呼吸葡萄糖消耗量。
通常情况下，以下几种说法应分别代表不同的光合量。
表示净光合量（表观光合量）
植物（叶片）“吸收”CO₂量或实验容器内CO₂的减少量
植物（叶片）“释放”O₂量或实验容器内O₂的增加量
植物（叶片）“积累”葡萄糖量或植物重量（有机物）增加量
表示总光合量（实际光合量）
叶绿体“吸收”CO₂量
叶绿体“释放”O₂量
植物或叶绿体“产生”葡萄糖量
（二）图形分析：
A点：表示植物处于黑暗处，植物不能进行光合作用只有细胞呼吸，此时，叶绿体不吸收CO₂，植物释放的CO₂=线粒体释放的CO₂，植物外观上表现为从外界吸收O₂向外界释放CO₂，如下图甲。
AB段：弱光下，植物的细胞呼吸作用＞光合作用，即线粒体所释放的CO₂，除一部分被叶绿体捕获用于光合作用外，还有一些CO₂将释放到外界，此时植物的外观表现为从外界吸收O₂向外界释放CO₂，如图下乙。
B点：此为光补偿点，表示植物制造的有机物量恰好能够补偿呼吸消耗，即光合作用强度=细胞呼吸强度，此时植物在外观上表现为既不吸收CO₂也不释放CO₂，既不吸收O₂也不释放O₂，如下图丙。
B点后：强光下，该植物的光合作用＞呼吸作用，此时，叶绿体中吸收的CO₂除来自线粒体外还来自外界，植物在外观上将表现为吸收CO₂，同时向外界释放O₂，如下图丁。

光照强度对光合作用影响的有关曲线分析

C点：此为光饱和点。弱光下，光是光合作用的限制因素，光照增强，光合作用的速度就会加快。当光照强度增加到一定强度时，光不再是限制因素，而是由其它因素来决定光合作用的速度了，这时光照再增强，光合作用的速度也不会再加快，这种现象称为光饱和现象。光合作用不再随光照增强而加快时的光照强度，就是光合作用的光饱和点。
（三）影响A、B、C三点移动趋势的环境因素
受光照（光照时间、光强度、光质）、CO₂浓度、温度、水、必需矿质元素和不同种类的植物等因素的影响，都会导致光合作用坐标曲线上关键点的移动。

光照强度对光合作用影响的有关曲线分析

1、温度：植物光合作用的最适温度比呼吸作用的最适温度要低（如下图）。因此，在一定范围内，适当升温，有利于呼吸作用，所以对应的A点下移。只有光照强度增强才能使光合作用强度等于呼吸作用强度，所以B点右移。由于最大光合作用强度减小了，制造的有机物减少了，所需要的光能也应该增强，所以C点应该左移。
2、光质：如光照由白光改为蓝光（光照强度不变）。
把白光改为蓝光（光照强度不变），相当于把其它颜色的光都替换为蓝光，植物全部能被吸收，则光合作用效率提高，但呼吸作用基本没有变，所以光照强度相对较弱时光合作用强度就等于呼吸作用强度，即B点左移，而A点不变。若把白光改为蓝光，过滤掉其它颜色的光（光照强度减弱），则光合作用效率减弱，对应C点右移。
3、CO₂浓度：CO₂浓度是影响光合作用的重要因素之一。因为CO₂浓度的适当提升，不会抑止呼吸作用，所以对应的A点不动；因B点限制因子是光照强度，升高CO₂浓度不影响该点的光合速率，所以对应的B点不动。一定范围内提高CO₂浓度，可以促进光合作用，C点光饱和点，其限制因子为CO₂浓度或温度，适当提高CO₂浓度，可促使植物利用更高强度的光照，提高植物的光合速率，所以对应的C点右移。
4、必须矿质元素：如Mg。若植物体缺Mg，叶绿素合成减少，光合作用效率减弱，但呼吸作用没有变，需要增加光照强度，光合作用强度才等于呼吸，所以A点不动、B点右移、C点左移。
5、不同植物类型：若原曲线代表阳生植物，由于阴生植物的呼吸速率一般比阳生植物低，所以对应的A点上移；阴生植物在光照较弱时，光合速率就能等于呼吸速率，所以对应的B点左移；阴生植物叶绿素含量相对较多，且叶绿素a和叶绿素b的比值相对较小，在光照较弱时，光合速率就能达到最大且较低，所以对应的C点左移。
　　总之，光照强度与光合作用速率的关系曲线图中各点如何移动，这一类的题其解答关键之处，在于理解各点的涵义并能分析各点产生的原因及其主要限制因素，然后，在此基础上进行分析各点的位置如何变动。
二、晴朗无云的一天中光合作用强度的变化曲线
晴朗无云的一天中，夜间只有呼吸作用，白天既进行光合作用又进行呼吸作用。因此，若昼夜温度一致的话，影响植物光合作用的因素主要是光照强度，而光照强度会随着时间的改变而发生变化。
1、曲线一：若用CO₂吸收速率来表示植物光合作用速率的话，可得到如下图所示曲线。

光照强度对光合作用影响的有关曲线分析

E时刻后A时刻前：在夜间，植物只有呼吸作用，因而表现为CO₂的释放。
A时刻：为日出的时刻，植物开始进行光合作用。
AB时间段：日出之初，光照强度弱，植物的细胞呼吸作用＞光合作用，此时植物的外观表现为向外界释放CO₂。
B时刻：此时刻的光照强度达到了该植物的光补偿点，因而光合作用强度=细胞呼吸强度，此时植物在外观上表现为既不吸收CO₂也不释放CO₂。
BC时间段：上午，随光照强度的增强，光合作用强度也不断增加，因而CO₂释放速率越来越大。
C时刻：C对应的时刻，为中午光照最强的时刻，因而也是一天中光合作用强度最大的时刻，所以也是一天中CO₂释放速率最快的时刻。
CD时间段：下午，随着太阳西移，光照强度逐渐减弱，光合作用强度随之降低，因而CO₂释放速率逐渐减少。
D时刻：光照强度降低到了光补偿点，植物既不表现为CO₂的释放也不表现为CO₂的吸收。
DE时间段：随着太阳西下，光照强度弱，植物的光合作用强度低于呼吸作用强度，植物表现为向外界释放CO₂。
E时刻：为日落的时刻，太阳完全西沉，光线消失，光合作用完全停止，只剩下呼吸作用了。
2、曲线二：若再考虑温度等环境因素的改变对光合作用和呼吸作用的影响，那么，在夏季的某晴朗无云的一天中，CO₂吸收速率曲线大致可表现如下图。

光照强度对光合作用影响的有关曲线分析

其中：
F时刻：深夜，温度降低，呼吸作用减弱，因而CO₂释放速率减少。
C时刻：中午时分，虽然是一天当中光照强度最大的时刻，但也是一天中温度最高的时候，尤其是夏季的中午，对于许多植物来说，由于温度高，蒸腾作用强，植物体大量失水，导致气孔关闭，CO₂供应不足，使光合作用的暗反应降低，引起光合作用强度下降，CO₂释放速率下降。这种现象在农业生产中被称作“午休”。
3、曲线三：若在密闭的玻璃温室里进行植物栽培试验，对室内空气中的CO₂含量进行24h测定，可得到如下图曲线。

光照强度对光合作用影响的有关曲线分析

G到A点这一时间段，因为没有光照，所以植物只进行呼吸作用，消耗O₂，产生CO₂，使玻璃温室中的CO₂浓度越来越高，A点太阳升起，植物进行呼吸作用的同时开始进行光合作用，而且随着光照的逐渐增强，在B点后，植物光合作用的强度大于呼吸作用，消耗了更多的CO₂，使玻璃温室中的CO₂浓度逐渐降低。午后，随光照逐渐减弱，至D点为补偿点，至E点趋近于0，植物的光合作用强度随之下降，并最终停止，而呼吸作用一直进行，所以玻璃温室中的CO₂浓度从D点后又逐渐升高。
（1）A、E点所对应的时刻分别为日出和日落的时刻。C所对应的时刻为“午休”，因而此时玻璃容器内CO₂量减少较缓。
（2）在B、D点对应的时刻，分别是密闭玻璃容器中CO₂含量最高和最低的时刻，此时，该植物的光合作用=呼吸作用。
（3）F点与G点比较，密闭容器中CO₂总含量减少了，说明该植物在24小时内有有机物的净积累，表明植物生长了，因此，在作物温室栽培过程中，适当向大棚温室内补充CO₂，有利于作物增产。
影响之物光合作用强度的环境因素有很多，“光照”仅是影响光合作用强度大小的重要环境因素之一。

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