光强、CO2浓度、温度、光质等环境因素对光合作用的影响

光强、CO₂浓度、温度、光质等环境因素

对光合作用的影响

1.光强。

光强也叫光照强度。第一，植物叶片会对光照有适应效应。叶片表皮细胞可透光并起到类似凸透镜的聚光作用，可增大叶绿体接收到的光照；强光或遮阴环境下生长的植物，在叶片形态结构、叶绿素含量、光和酶活性方面都有其不同的适应。第二，通过在不同光强下测定光合速率，可以绘制出光合作用的光强一光合速率曲线图（图5-11）。当植物净吸收CO₂为0时对应的光强称为光补偿点；光强继续上升，当植物光合速率不再升高时对应的光强称为光饱和点。光补偿点和光饱和点，可以用来表征不同植物的光合特性。多数植物的光饱和点在500~1 000 μ mol/（m2·s）。在不同的光照强度条件下，植物光合作用的限制条件不相同，光饱和点之前光强是限制因素，而光饱和点之后是其他限制因素，如CO₂浓度、温度等。一般情况下，阳生植物和阴生植物对光强的响应也不同，阳生植物的光饱和点明显高于阴生植物；C₄植物的光饱和点高于C₃植物。

需要注意的是，当叶片接受的光能超过它所能利用的光量时，光合效率会降低。其显著特点是光系统Ⅱ（PSⅡ）光化学效率降低和光合碳同化的量子效率降低。

2.CO₂浓度。

大气中的CO₂经过叶片表面的气孔进人细胞间隙，再进入叶肉细胞的叶绿体中。在CO₂扩散的途径中的主要阻力是气孔。气孔的开度直接影响CO₂的进人量。大气中的CO₂浓度一般不能满足植物光合作用的需求，所以，在温度适宜、无风、光照较强的晴朗天气时，植物往往处于CO₂“饥饿"状态。随着CO₂浓度逐渐增加，光合速率增加，当植物光合作用吸收的CO₂量与呼吸作用和光呼吸释放的CO₂量达到动态平衡时，环境中的CO₂浓度叫作CO₂补偿点。

但需要注意，中学阶段不需要讨论光呼吸释放的CO₂，否则很多问题将难于解释。随着CO₂浓度进一步提高，植物的光合速率呈线性快速上升，但到一定浓度后，光合速率不再增加，此时环境中的CO₂浓度叫作CO₂饱和点。一般情况下，C₄植物的CO₂饱和点和补偿点比C₃植物低。在低CO₂浓度条件下，C₄植物的光合效率高于C₃植物，原因在于C₄植物PEPC（磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶）与叶肉细胞质中HCO₃^-的亲和力较高，而且经过苹果酸形成浓缩的CO₂，降低了维管束鞘细胞中的光呼吸，因而能够更充分地利用低浓度的CO₂进行光合作用。

3.温度。

温度主要是通过影响酶的活性，进而影响生化反应；温度也影响叶绿体超微结构，气孔的开闭以及呼吸速率等。在不同的CO₂浓度下，温度对光合作用的影响也有所不同，在大气CO₂浓度的条件下，温度升高的促进作用被光呼吸所抵消，而在高CO₂浓度条件下，由于抑制了光呼吸，温度成为光合作用的主要限制因子，因而表现出明显的温度促进作用。

4.光质。

光合作用的强弱与光质有关。在可见光光谱的范围内，不同波长的光，光合作用的效率是不同的。由于叶绿体中色素吸收光的高峰是在红光和蓝紫光部分，所以，在能量相等的情况下，红光和蓝紫光光合作用的效率要高于黄绿光。科学研究表明，在不同的光质下，不但光合作用的强弱有差异，而且光合作用的产物也不完全一样。例如，植物在蓝紫光的照射下生长，其光合作用产物中蛋白质和脂肪的含量就会增加；而在红光的照射下生长，其光合作用产物中糖类的含量就会比较多。人们根据上述科学原理，在需要人工补充光照的温室和塑料大棚中栽培农作物时，就可以根据所需要的光合作用产物的类型，来选择适合的光源以及玻璃或塑料薄膜了。例如，冷光镝灯的光谱成分接近于太阳光，且辐射出的热能比较少，是一种比较好的人工光源；又如，氙灯的可见光部分也近似于太阳光，但其紫外线和红外线则比太阳光的多，使用时应隔以玻璃或水层以吸收其紫外线或红外线。相比之下，日光灯的蓝紫光和绿光比太阳光的多而红光比太阳光的少；普通的白炽灯则蓝紫光比太阳光的少而红外光比太阳光的多。科学家通过实验还发现，蓝色塑料薄膜育秧时有壮秧的效果，这一结果现已在不少地区的水稻育秧生产中得到应用。

来源：人教版高中生物学新教材必修1教师用书

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