第6章植物生产与光能利用

1、第6章 植物生产与光能利用教学目标：掌握：光合作用、呼吸作用、光能利用率等基本概念及意义。理解：光合作用、呼吸作用的主要过程及其影响因素；提高光能利用率的途经；呼吸作用与农产品贮藏的关系。了解：植物光合性能与产量的关系。教学时数：14学时教学方法：理论讲授12学时、技能训练2学时教学内容：第一节 植物的光合作用教学重点：光合作用的意义及影响光合作用的因素。教学难点：光合作用的主要过程。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。常以下面反应式表示。 光6CO2 + H2O C6H1

2、2O6 + 6O2 叶绿体（二）光合作用的意义1把无机物转变成有机物 地球上一年通过光合作用约合成5×1011t有机物。2蓄积太阳能量 植物通过光合作用每年将3.2×1021J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。根据能量转变的性质，可将光合作用分为三个阶段：第一步，光能的吸收、传递和转换成电能，主要由原初反应完成。第二步，电能转变为活跃的化学能，由电子传递和光合磷酸化完成。第三步，活跃的化学能转变为稳定的化学能，由碳同化进

3、行。 光合作用中各种能量转变情况 光反应暗反应能量转变光能电能电能活跃化学能活跃化学能稳定化学能贮藏能量的物质量子 电子ATP、NADPH糖类能量转变过程光能的吸收、传递、转换电子传递、光合磷酸化碳同化能量转变部位类囊体片层类囊体片层叶绿体基质三、光合作用的产物光合作用的产物有碳水化合物、有机酸、氨基酸、蛋白质等，主要为碳水化合物。光合作用产物与植物种类、叶龄、光质及氮素营养等有关。四、影响光合作用的因素（一）光照强度光饱和点和光补偿点是植物光合特性的两个重要指标。为了提高作物对光能的利用，适当增强光照，如合理密植、整枝修剪、去老叶等，以改善田间的光照条件。（二）CO2浓度CO2是光合作用的主

4、要原料，光合速率随CO2浓度增加而上升。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，如土壤干旱光合作用受到抑制。叶片缺水也会影响光合作用正常进行。（四）温度一般温带植物能进行光合作用的最低温度为05。在1035范围内，光合作用能正常进行；35以上光合作用受阻，4050以上光合作用完全停止。（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。如氮和镁是叶绿体的组成元素，铁和锰参与叶绿素的形成过程，磷、钾、硼能促进有机物质的转化和运输，因此，合理施肥才能保证光合作用正常顺利地进

5、行。（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。光合速率随叶龄增长出现“低高低”规律。C4植物的光合速率大于C3植物，这与叶的结构有关。光合产物（蔗糖）从叶片中输出速率也会影响光合作用。复习思考：1. 什么叫光合作用？反应式如何表示？有何重要意义？2. 植物光合作用的光反应和暗反应分别是在细胞的哪个位置进行的？3. 光合作用可分哪三个阶段？各阶段中能量是如何转化的？4. 光合作用的O2是怎样产生的？5. 光合作用C3途径、C4途径CO2的接受体分别是什么物质？形成的第一个产物又分别是什么？第二节 植物的呼吸作用教学重点：呼吸作用的概念、类型及意义。呼吸作用的主要过程。呼吸作用在植

6、物生产上的应用。教学难点：呼吸作用的主要过程。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。呼吸作用可分为有氧呼吸和无氧呼吸两类。（二）呼吸作用的意义呼吸作用对植物生命活动具有十分重要的意义，主要表现在三方面：1为植物生命活动提供能量 呼吸作用将有机物质生物氧化，使其中的化学能以ATP形式贮存起来。2中间产物是合成植物体内重要有机物质的原料 如丙酮酸、a酮戊二酸、苹果酸等都是进一步合成植物体内新的有机物质的物质基础。3在植物抗病免疫方面有重要作用 在植物和病原微生物的相互作用中，植物依靠呼吸作用氧化分解病原微生物所分

7、泌的毒素，以消除毒害。二、呼吸作用的主要过程植物的呼吸作用有多种途径，当其中一条途径受阻，可以通过其他途径来维持正常的呼吸作用，这是植物在长期的进化中形成的适应现象。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。在无氧条件下，丙酮酸进行酒精发酵、乳酸发酵；在有氧条件下，丙酮酸则进入三羧酸循环。（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（含有一个羟基、三个羧基），这样反复循环进行。三、呼吸作用的影响因素呼吸作用

8、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）温度温度主要是影响呼吸酶的活性。大多数植物呼吸作用的最低温度在-10，最适温度为2535，最高温度为3545。（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（含水量为11%12%），呼吸微弱，当超过15%，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，呼吸显著减弱。 CO2是呼吸作用的产物，空气中CO2浓度增高时，呼吸作用减弱。某些种皮厚的种子，常因种皮内CO2积累过多，即使在潮湿的土壤中保存多年也不发芽。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

9、“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、保鲜多汁果实和蔬菜的贮藏、保鲜的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，使果实蔬菜保持新鲜状态。（三）呼吸作用与作物栽培许多栽培措施都是为了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即相互对立，又相互依赖，二者共同存在于统一的有机体中。光合作用与呼吸作用的区别见表。光合作用和呼吸作用的区别光合作用呼吸作用原料CO2、H2OO2、淀粉、已糖等有机物产物淀粉、已

10、糖等有机物、O2CO2、H2O等能量转换贮藏能量的过程光能电能活跃化学能稳定化学能释放能量的过程稳定化学能活跃化学能物质代谢类型有机物质合成作用有机物质降解作用氧化还原反应H2O被光解、CO2被还原有机物被氧化，生成H2O发生部位绿色细胞、叶绿体、细胞质生活细胞、线粒体、细胞质发生条件光照下才可发生光下、暗处均可发生光合作用和呼吸作用又有相互依赖、紧密相连的关系，二者互为原料与产物，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NADP

11、H所需NADP，与呼吸作用所需的ADP和NADP是相同的，它们可以通用。复习思考：1. 什么叫呼吸作用？有何重要意义？2. 比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同点，并说明二者在呼吸作用中的地位？3. 粮油种子和果蔬贮藏条件有何不同？其生理依据是什么？4. 解释下列现象或措施的生理原因：（1）小麦、水稻、玉米、高粱等粮食贮藏之前要晒干；（2）给作物中耕松土；（3）新鲜果品贮藏要保持低温和较高湿度。第三节 提高植物光能利用率的途径教学重点：经济产量、叶面积系数、光能利用率等基本概念。光能利用率不高的原因及提高光能利用率的途径。教学难点：提高光能利用率的途径。一、植物的光合性能与产量（一）作物的产量构成因素

12、决定作物产量的因素是：叶面积、光合强度、光合时间、呼吸消耗和经济系数。1光合面积 光合面积是指植物的绿色面积，通常以叶面积系数来表示叶面积的大小。在一定范围内，叶面积越大，光合作用积累的有机物质越多，产量也就越高。2光合时间 适当延长光合作用的时间，可以提高作物产量。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，使作物能更有效地利用生长季节，达到延长光光时间的目的。（二）作物光能利用率目前作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。低产田作物对光能利用率只有0.1%0.2%，而丰产田对光能的利用率也只有3%左右。（三）作物群体对光能的利用作物群体

13、比个体更能充分利用光能。在群体的结构中，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当前作物对光能利用率不高的主要原因是：1漏光 植物的幼苗期，叶面积小，大部分阳光直射到地面上而损失掉2受光饱和现象的限制 光照度超过光饱和点以上的部分，植物就不能吸收利用，植物的光能利用率就随着光照强度的增加而下降。3环境条件及作物本身生理状况的影响 自然干旱、缺肥、CO2浓度过低、温度过低或过高，以及作物本身生长发育不良，受病虫危害等，都会影响作物对光能的利用。（二）提高作物光能利用率的途径1选育光能利用率高的品种 光能利用率

14、高的品种特征是：矮秆抗倒伏，叶片分布较为合理，叶片较短并直立，生育期较短，耐阴性强，适于密植。2合理密植 合理密植是提高作物产量的重要措施之一。只有合理密植，增大绿叶面积，以截获更多的太阳光，提高作物群体对光能的利用率，同时还能充分地利用地力。3间套复种 间作套种可以充分利用作物生长季节的太阳光，增加光能利用率；复种则可把空间的生长季节充分加以利用。4加强田间管理 加强田间管理提高作物群体的光合作用，减少呼吸消耗。整枝、修剪调节光合产物的分配。增加空气中的CO2浓度也能提高作物对光能的利用率。复习思考：1. 什么叫光能利用率？光能利用率不高的原因有哪些？2. 光能利用率高的品种有哪些特征？3.

15、 提高植物光能利用率的途径有哪些？实验与实训7 叶面积系数的测定选做一、目的 为了了解叶面积的大小与密度和产量的关系，有必要学习叶面积系数的测定，为确定栽培密度提供依据。二、仪器及用具 光电叶面积仪、扭力天平、卷尺、剪刀、方格板、打孔器、旧报纸等。三、材料 田间栽培植物。四、原理 在单位土地面积上，植物总叶面积与土地面积之比，叫叶面积系数。果树的叶面积系数则可计算一棵树的总叶面积与其树冠所覆盖的土地面积之比。五、方法步骤（一）取样及计算1大田作物的取样及计算（1）在测定地块上，选取有代表性样点五处，每处取一平方米（或其他适当大的面积），正确计算每平方米的株数。（2）在各平方米中随机取样10株（根据作物大小不同可增减），分别测量每株叶面积，并求10株平均叶面积，即为单株的平均叶面积。单株平均叶面积×该样点的株数该样点总叶面积。再求5个样点的平均数，即为每平方米土地内植株总叶面积。（3）求叶面积系数2果树取样及计算（1）在选定的树上，根据树枝类型不同，分长枝、中长枝、中枝、短枝和叶丛枝等，每类树枝各选20根，分别测定每根枝条叶片总面积，求出每类枝条单根的平均总叶面积。（2）再计算整棵树上各类枝的数目。以各类树枝每根枝条平均总叶面积乘以各类枝条的数目，即为各类枝的总叶面积。各类枝总叶面积之和，为全树总叶面积。（3）求叶面积系数（二）叶面积