生态学ecology_

1、2.3.1 光因子的生态作用及生物的适应光因子的生态作用及生物的适应 光饱和点 光补偿点 净光合作用 真正的光合作用 (1) 光强的生态作用与生物的适应光强的生态作用与生物的适应 （a ）光强对光合作用的影响）光强对光合作用的影响 光补偿点光补偿点(light compensation point)：光合作用合成与呼吸：光合作用合成与呼吸 所消耗的碳水化合物达到平衡时的光照强度，即光合作用所所消耗的碳水化合物达到平衡时的光照强度，即光合作用所 固定的固定的CO2与呼吸释放的与呼吸释放的CO2相等时的光照强度。相等时的光照强度。 光饱和点光饱和点(light saturation point)：

2、在一定的光强范围内，植：在一定的光强范围内，植 物的光合强度随光照度的上升而增加，当光照度上升到某一物的光合强度随光照度的上升而增加，当光照度上升到某一 数值之后，光合强度不再继续提高时的光照度值。数值之后，光合强度不再继续提高时的光照度值。 黄化现象黄化现象(etiolation phenomenon)：植物因受光不足，不能：植物因受光不足，不能 形成叶绿素而呈现黄色、机械组织不发达、茎细软、伸长较形成叶绿素而呈现黄色、机械组织不发达、茎细软、伸长较 快、叶子不舒展的现象。某些植物的黄化后具有较高的经济快、叶子不舒展的现象。某些植物的黄化后具有较高的经济 价值，如豆芽、韭黄、石刁柏等。价值，

3、如豆芽、韭黄、石刁柏等。 植物对光照强度的适应：据需光度(light requirement)，植物的 生态型分为：阳生植物和阴生植物 阳生植物阳生植物(heliophyte,喜阳植物heliophyllus) 适应性特点适应性特点：叶一般小而厚，枝叶稀疏、树冠透光、枝下高较高。 光补偿点相当于全光照的3%5%。 如：如：蒲公英、杨、柳、桦、松、杉和栓皮栎。 阴地植物阴地植物(sciophyte,喜阴植物、适阴植物sciophiles) 适应性特点适应性特点：叶一般大而薄，枝叶浓密、枝下高较矮。 光补偿点相当于全光照的0.5%1%。 如：人参、三七、半夏、细辛、铁杉、观音座莲、山酢浆草、连钱草

4、、 紫果云杉、红豆杉。 光饱和点光饱和点 光补偿光补偿 点点 净光合作用净光合作用 真正的光合作用真正的光合作用 光饱和点光饱和点 光补偿光补偿 点点 净光合作用净光合作用 真正的光合作用真正的光合作用 阳地植物阳地植物 阴地植物阴地植物 光质光质:光谱成分红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光谱成分红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,其随空间发生变化其随空间发生变化 的一般规律为：短波光随纬度增加而减少，随海拔升高而增加。的一般规律为：短波光随纬度增加而减少，随海拔升高而增加。 在时间变化上，冬季长波光增多，夏季短波光增多；一天之内中在时间变化上，冬季长波光增多，夏季短波光增多；一天之内中 午短波光较多，早晚

5、长波光较多午短波光较多，早晚长波光较多. （a ）生理有效辐射）生理有效辐射：植物光合作用利用的光谱范围在可见光区：植物光合作用利用的光谱范围在可见光区 （380760 nm）大部分波段的光，这部分辐射称为生理有效辐）大部分波段的光，这部分辐射称为生理有效辐 射。射。 红、橙光主要被叶绿素吸收，对叶绿素合成有促进作用，糖红、橙光主要被叶绿素吸收，对叶绿素合成有促进作用，糖 的合成；的合成； 蓝紫光也能被叶绿素和类胡萝卜素吸收，促进蛋白质合成；蓝紫光也能被叶绿素和类胡萝卜素吸收，促进蛋白质合成； （b ）生理无效辐射）生理无效辐射：绿光等很少被植物吸收利用的辐射。：绿光等很少被植物吸收利用的辐射

6、。 春分后(21 Mar.)太阳直射点逐渐北移，北半球昼渐长夜渐短，且纬度愈高昼愈长， 到6月22日，北极地区为极昼。 冬至冬至 22 Dec. 夏至夏至 22 Jun. 春分春分 21 Mar. 秋分秋分 23 Sept. 10 16.3 22.5 28.9 光照强度 光合产量 C4型植物CO2同化的最初产物是四碳化合物四碳化合物苹果酸或天门冬氨酸的植物。 四碳植物在维管束周围有两种不同类型的细胞：靠近维管束的内层细胞称为 鞘细胞，围绕着鞘细胞的外层细胞是叶肉细胞，C4植物的鞘细胞和叶肉 细胞均含叶绿体。已经发现的四碳植物约有800种 ，广泛分布在开花植 物的18个不同的科中。它们大都起源于

7、热带，主要是生活在干旱热带地 区的植物。 四碳植物能利用强日光下产生的ATP推动PEP与CO2的结合，提高强光、高 温下的光合速率，在干旱时可以部分地收缩气孔孔径，减少蒸腾失水， 而光合速率降低的程度就相对较小，从而提高了水分在四碳植物中的利 用率。C4植物的CO2补偿点很低，故C4植物在CO2含量低的情况下存活 率更高。这些特性在干热地区有明显的选择上的优势。 C4型植物有：单子叶植物禾本科、莎草科，双子叶植物菊科、大戟科、藜 科和苋科。如玉米、茼蒿、白苋菜、小白菜、空心菜。 C3植物是指在光合作用的暗反应过程里，在叶肉细胞基质中，植物是指在光合作用的暗反应过程里，在叶肉细胞基质中， 一个一

8、个CO2被一个五碳化合物被一个五碳化合物(1，5-二磷酸核酮糖，简称二磷酸核酮糖，简称 RuBP)固定后形成固定后形成两个三碳化合物两个三碳化合物(3-碳酸甘油酸碳酸甘油酸)，即，即 CO2被固定后最先形成的化合物中含有三个碳原子，所以称被固定后最先形成的化合物中含有三个碳原子，所以称 为为C3植物。植物。 C3植物叶片的结构特点是：叶绿体只存在于叶肉细胞中，维管植物叶片的结构特点是：叶绿体只存在于叶肉细胞中，维管 束鞘细胞中没有叶绿体，整个光合作用过程都是在叶肉细胞束鞘细胞中没有叶绿体，整个光合作用过程都是在叶肉细胞 里进行，光合产物只积累在叶肉细胞中。里进行，光合产物只积累在叶肉细胞中。

9、三碳植物的光呼吸强，三碳植物的光呼吸强，二氧化碳补偿点高二氧化碳补偿点高，而光合效率较低。如，而光合效率较低。如 小麦、水稻、棉花等大多数作物。小麦、水稻、棉花等大多数作物。 特征特征C3植物植物C4植物植物CAM植物植物 植物类型植物类型 温带植物温带植物热带或亚热带植物热带或亚热带植物干旱地区植物干旱地区植物 主要主要CO2 固定酶固定酶RuBP羧化酶 PEP羧化酶， RuBP羧化酶 PEP羧化酶, RuBP羧化酶 CO2固定途径固定途径只有卡尔文循环 在不同空间分别进行C4 途径和卡尔文循环 在不同时间分别进行 CAM途径和卡尔 文循环 最初最初CO2 接受体接受体 RuBP(1，5-二

10、磷 酸核酮糖) 磷酸烯醇式丙酮酸PEP 光下：RuBP 暗中：PEP CO2固定最初产物固定最初产物 PGA(三磷酸甘 油酸) 草酰乙酸 光下：PGA 暗中：草酰乙酸 光合速率光合速率 (mgCO2/dm2h) 15-35 40-80 1-4 光合最适温度光合最适温度15-20 30-47 35 蒸腾系数蒸腾系数(g水分水分/g 干重干重) 450-950 250-350 18-125 气孔张开气孔张开白天 白天晚上 积温积温是某一时段内逐日平均气温积累之和。可按年、季、月或大春生是某一时段内逐日平均气温积累之和。可按年、季、月或大春生 产季、小春生产季、干季、雨季等不同时段，统计计算积温，一

11、般产季、小春生产季、干季、雨季等不同时段，统计计算积温，一般 根据应用服务需要确定。计算作物所需积温一般按作物生长发育时根据应用服务需要确定。计算作物所需积温一般按作物生长发育时 期划分，如计算播种至拔节、播种至开花、开花至成熟期划分，如计算播种至拔节、播种至开花、开花至成熟等时段等时段 的积温。的积温。 K = N T N为生长期中所需时间，称为发育历期为生长期中所需时间，称为发育历期; T为发育期的平均温度为发育期的平均温度; K为一个常数，即总积温。为一个常数，即总积温。 活动积温活动积温是作物某生育时期内日活动温度的总和，即高于或等于生物是作物某生育时期内日活动温度的总和，即高于或等于

12、生物 学零度（又称起始温度或起点温度）的日平均的总和。学零度（又称起始温度或起点温度）的日平均的总和。 例如例如10为某作物的生物学零度，其中某三天为某作物的生物学零度，其中某三天12.1、9.8、 13.5,则这三天的活动积温为则这三天的活动积温为25.6，其中，其中9.8低于生物学零低于生物学零 度，不统计在内。度，不统计在内。 有效积温有效积温是某作物生育时期内日有效温度的总和，日平均温度是某作物生育时期内日有效温度的总和，日平均温度 减去生物学零度的差值即有效积温。减去生物学零度的差值即有效积温。 例如，某作物的生物学零度为例如，某作物的生物学零度为10，某日温度，某日温度12.1，则

13、该，则该 日有效温度为日有效温度为12.110.02.1，某发育时段逐日有效温，某发育时段逐日有效温 度之和，即为该发育时段的有效积温。有效积温中不包含低度之和，即为该发育时段的有效积温。有效积温中不包含低 于生物学零度（起始温度）的温度值，所以用来表征作物生于生物学零度（起始温度）的温度值，所以用来表征作物生 长发育对热量条件的要求更为准确。与活动积温相比，有效长发育对热量条件的要求更为准确。与活动积温相比，有效 积温变化小，相对较为稳定，多应用于作物生育速度的计算积温变化小，相对较为稳定，多应用于作物生育速度的计算 和发育时期的预报。和发育时期的预报。 K = N (T-C) 极地和高山极

14、地和高山 寒带寒带 温带温带 热带热带 寒带荒漠寒带荒漠 干苔原干苔原 湿苔原湿苔原 云杉云杉-冷杉林冷杉林 温带荒漠温带荒漠 矮草原矮草原 高草原高草原 落叶林落叶林 热带荒漠热带荒漠 草地草地 热带森林热带森林 矿物质矿物质38 有机质有机质12 土壤水分土壤水分 1535 土壤空气土壤空气1535 植物生长期植物生长期 水分涨落水分涨落 孔隙 土壤组成成分（图中数字为容积比，）土壤组成成分（图中数字为容积比，） NH4+ NH2OH NO2- NO3- N2O N2 Organic nitrogen NO Plants Animal, human 植物光合作用生成的碳水化合物，只有与氮结

15、合，组成各种生活氨基酸、蛋白质及植物光合作用生成的碳水化合物，只有与氮结合，组成各种生活氨基酸、蛋白质及 核酸，植物才能旺盛生长并进行物质和能量代谢。核酸，植物才能旺盛生长并进行物质和能量代谢。 氮素循环氮素循环 2.3.1 光因子的生态作用及生物的适应光因子的生态作用及生物的适应 阴地植物阴地植物(sciophyte,喜阴植物、适阴植物sciophiles) 适应性特点适应性特点：叶一般大而薄，枝叶浓密、枝下高较矮。 光补偿点相当于全光照的0.5%1%。 如：人参、三七、半夏、细辛、铁杉、观音座莲、山酢浆草、连钱草、 紫果云杉、红豆杉。 10 16.3 22.5 28.9 光照强度 光合产量 有效积温有效积温是某作物生育时期内日有效温度的总和，日平均温度是某作物生育时期内日有效温度的总和，日平均温度 减去生物学零度的差值即有效积温。减去生物学零度的差值即有效积温。 例如，某作物的生物学零度为例如，某作物的生物学零度为10，某日温度，某日温度12.1，则该，则该 日有效温度为日有效温度为12.110.02.1，某发育时段逐日有效温，某发育时段逐日有