影响光合作用的因素及曲线分析

【一】影响光合作用的环境因素及其在生产上的应用1．单因子因素(1)光照强度①原理分析：光照强度影响光合速率的原理是通过影响光反应阶段，制约ATP和[H]的产生，进而制约暗反应阶段。②图像分析：A点时只进行细胞呼吸；AB段随着光照强度的增强，光合作用强度也增强，但是仍然小于细胞呼吸强度；B点时代谢特点为光合作用强度等于细胞呼吸强度；BC段随着光照强度的增强，光合作用强度也不断增强；C点对应的光照强度为光饱和点，限制C点的环境因素可能有温度或二氧化碳浓度等。③应用分析：欲使植物正常生长，则必须使光照强度大于B点对应的光照强度；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。(2)光照面积①图像分析：OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点。随叶面积的增大，光合作用强度不再增加，原因是有很多叶被遮挡，光照不足。OB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用强度不再增加，但叶片随叶面积的不断增加，呼吸量(OC段)不断增加，所以干物质积累量不断降低(BC段)。②应用分析：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。(3)CO2浓度①原理分析：CO2浓度影响光合作用的原理是通过影响暗反应阶段，制约C3生成。②图像分析：图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点，而图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；两图中的B和B′点都表示CO2饱和点，两图都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度增加而增大。③应用分析：大气中的CO2浓度处于OA′段时，植物无法进行光合作用；在农业生产中可通过“正其行，通其风”和增施农家肥等措施增加CO2浓度，提高光合作用速率。(4)温度①原理分析：是通过影响酶活性进而影响光合作用。②图像分析：低温导致酶的活性降低，引起植物的光合作用速率降低，在一定范围内随着温度的升高酶活性升高进而引起光合速率也增强；温度过高会引起酶活性降低，植物光合速率降低。③应用分析：温室中白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室的温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物积累。(5)必需矿质元素①图像分析：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物光合作用速率下降。②应用分析：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高作物的光能利用率。2．多因子因素(1)曲线分析：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同时充入适量的CO2进一步提高光合速率，当温度适宜时，要适当提高光照强度和CO2浓度以提高光合速率。易错警示光合作用影响因素中的2个易忽略点(1)易忽略温度改变对光合作用的影响。温度改变时，不管是光反应还是暗反应均会受影响，但主要影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。(2)易忽略CO2浓度对光合作用的影响。CO2浓度很低时，光合作用不能进行；当CO2浓度大于某值时，光合作用才能进行。对于植物来说，也存在CO2的补偿点和饱和点，CO2浓度过大时，会抑制植物的呼吸作用，进而影响到光合作用。【二】外界环境变化对C3、C5的影响请结合下图，分析当光照与CO2浓度发生如表变化时，表格中相关信息如何填充条件C3C5[H]和ATP模型分析光照由强到弱，CO2供应不变增加减少减少或没有光照由弱到强，CO2供应不变减少增加增加光照不变，CO2由充足到不足减少增加增加光照不变，CO2由不足到充足增加减少减少【三】光照强度与光合作用强度关系曲线图中各点移动1.光照强度与光合速率的关系曲线图各点涵义光照强度与光合速率的关系曲线图如图1所示，a点光照强度为0，则此时植物只进行呼吸作用，该点表示该植物在该温度下的呼吸作用强度，而且整条曲线的呼吸作用强度不变，因此，在温度改变的情况下，a点的文职可能上移或下移，进一步影响b点和c点的位置。B点表示同一种子在同一时间内，光合作用吸收CO2与呼吸作用放出CO2量相等，该点称之为光补偿点，植物在光补偿点时，有机物形成和消耗相等，不能够积累于物质，而且夜间好要消耗于物质，因此，从全天来看，植物所需要的最低光照强度必须高于补偿点，才能使植物正常生长，一般情况，阳生植物的光补偿点高于阴生植物。C点光照强度不再为光合作用强度的限制因素，即光合作用不再随着光照强度增大而增大，此点昌盛的原因是电子传递反应，酶活性等成为限制因子，CO2代谢与吸收光能不同步，因此，通常认为此时光合作用强度被CO2的浓度限制，植物的饱和光强与品种、叶片厚度、单位叶面积、叶绿素含量多少等有关，大体上，阳生植物叶片饱和和光强为360—450mol.m-2s-1或更高，阴生植物的饱和光强为90—180molm-2s-1，上述饱和光强的数值是指单叶而言，对群体则不适用，因为大田作物群体对光能利用与单株叶片不同，群体枝叶繁茂，当外部光照很强，达到单叶饱和光强以上时，而群体内部的光照强度仍在饱和强度以下，中、下层叶片就比较充分利用全体中的透射光和反射光，群体对光能利用更充分，饱和光强就会上升，因此，整个曲线图只能对单株叶片而言，不对整株。2.曲线各点移动的分析2.1温度2.1.1在最适温度以下升高温度如图1所示，如升高温度，但温度对光合作用和呼吸作用而言，都还在最适温度以下，则有，升温，呼吸作用加强，且强度远大于光合作用，a点向下移动，b点向右移动，需要较强光照强度才能产生与呼吸作用消耗量相当的有机物，c点则向右上方移动，温度升高，光反应与暗反应的酶活性都升高，则可利用更强的光照。2.2.2温度超过最适温度另一种升温对图象各点移动的影响，则是光合作用与呼吸作用最适温度不同，而且升高温度，会使其中之一超过最适温度如下题：例1．若已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25和30，如图曲线表示该植物在25时光合作用速率与光照强度的关系，若将温度提高到30的条件下（原光照强度和CO2浓度不变），理论上分析曲线C、D点位置如何变化？解析：该类题型与前一类题型有一个明显不同之处，光合作用与呼吸作用最适温度不同，该题中温度由25升高到30，呼吸速率是增大，达到最适温度，而光合作用却是下降，超过最适温度，因而有，a点因呼吸作用加强而往下移，c点为光补偿点，往右移有两个方面的原因，一方面是呼吸作用加强，需较强的黄找强度才能产生呼吸作用消耗量相当的有机物，另一方面的原因是光合速率下降，产上有机物速率也下降，也需较强的光照强度才能产生与原来相等的有机物量。d点则因温度超过最适温度，酶活性下降，而往下移。答案：c点往右移d点往下移（如图2中虚线所示）2．2CO2浓度CO2浓度也是影响光合作用的重要因素之一，CO2浓度对光强与光合作用速率关系曲线图的影响，一般认为是在CO2浓度，不影响呼吸作用的前提下进行的，CO2浓度与光合作用速率的关系曲线图如图3所示，从该图可知，一定范围内提高CO2浓度，可以促使光合作用，因此，在一定范围内提高CO2浓度，光合作用速率与光照强度关系曲线图，图中各点位置应如下图4虚线所示：a点：不移动。因为CO2A浓度的适当提升，不会抑止呼吸作用b点：不移动。b点限制因子是光照强度，升高CO2浓度不影响该点c点：右上方移动。C点光饱和点，其限制因子为CO2浓度或湿度，适当提高CO2浓度，可促进植物利用更高光强的生物活动2．3阴生和阳生阴生植物，顾名思义就是指生活需要较低光照强度的植物。阳生植物，则反之，原因不论是表示阴生植物还是阳生植物，改变后，其各点都会移动，其各点移动情况如图5所示：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。