藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系課件

1、2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系1 藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物生態(tài)學(xué) 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系2 第二章第二章 藥用植物與光的關(guān)系藥用植物與光的關(guān)系 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系3 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一、光的性質(zhì)一、光的性質(zhì) 二、光照強(qiáng)度及其變化二、光照強(qiáng)度及其變化 三、光譜成分的變化三、光譜成分的變化 四、日照長度及其變化四、日照長度及其變化 五、水體和植物群落中的光照情況五、水體和植物群落中的光照情況 第一節(jié)第一節(jié) 光的性質(zhì)和變化光的性質(zhì)和變化 第二節(jié)第二節(jié) 光與藥用植物生態(tài)光與藥用植物生態(tài) 一、光強(qiáng)對藥用植物的生態(tài)作用一、光強(qiáng)

2、對藥用植物的生態(tài)作用 二、光質(zhì)對藥用植物的生態(tài)作用二、光質(zhì)對藥用植物的生態(tài)作用 三、光能的信息作用三、光能的信息作用 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系4 第一節(jié)第一節(jié) 光的性質(zhì)和變化光的性質(zhì)和變化 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系5 一、光的性質(zhì)一、光的性質(zhì) 太陽輻射光譜太陽輻射光譜 指太陽輻射按波長不同順序排列， 太陽輻射波長范圍很廣，但占太陽輻射總 能量的99%集中在1504000nm1504000nm范圍內(nèi)，將 太陽輻射光譜分為:紫外光、可見光和紅紫外光、可見光和紅 外光外光三部分。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系6 1“A”=0.

3、1nm=1*10-10m 紫外光譜：波長小于紫外光譜：波長小于380nm 可見光譜：波長可見光譜：波長380760nm 紅外光譜：大于紅外光譜：大于760nm 白白 光光 紅紅760-620nm760-620nm; ;橙橙626-595nm;626-595nm;黃黃 595-575nm;595-575nm;綠綠575-490nm575-490nm; ;藍(lán)藍(lán)490-490- 435nm;435nm;紫紫435-380nm435-380nm 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系7 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系8 全部太陽輻射中紫外線占全部太陽輻射中紫外線占1%1

4、% 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系9 生理輻射或光合有效輻射生理輻射或光合有效輻射 指在太陽輻射光譜中，能直指在太陽輻射光譜中，能直 接參與植物光合作用，被植物吸收固接參與植物光合作用，被植物吸收固 定的太陽輻射。定的太陽輻射。 波長范圍波長范圍400-700nm400-700nm 橙紅光橙紅光600-700nm600-700nm對植物的對植物的 光合作用具有最大活性，其次光合作用具有最大活性，其次 是是400-470nm400-470nm藍(lán)紫光，而對綠光藍(lán)紫光，而對綠光 的吸收較少。的吸收較少。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系10 二、光照強(qiáng)度及其變化

5、二、光照強(qiáng)度及其變化 光照強(qiáng)度光照強(qiáng)度用光產(chǎn)生的熱效應(yīng)來測量。用光產(chǎn)生的熱效應(yīng)來測量。 太陽輻射強(qiáng)度太陽輻射強(qiáng)度指垂直于太陽光的單位面積指垂直于太陽光的單位面積 （1m2）、單位時間）、單位時間(1min)的的黑體上黑體上所獲得的所獲得的 太陽總熱量。單位太陽總熱量。單位(卡卡/cm2.min) 太陽常數(shù)太陽常數(shù)指在地球大氣上界垂直于太陽光的指在地球大氣上界垂直于太陽光的 平面上所接受的太陽輻射強(qiáng)度為平面上所接受的太陽輻射強(qiáng)度為1.94卡卡/cm2.min 1.94卡卡/cm2.min 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系11 影響太陽輻射的因素影響太陽輻射的因素 大氣層大氣層吸

6、收、反射和散射吸收、反射和散射 太陽高度角太陽高度角平行光束射向地面的太陽輻射與地面的交角平行光束射向地面的太陽輻射與地面的交角 緯度影響緯度影響赤道向兩極隨緯度的增加，太陽高度角減小，赤道向兩極隨緯度的增加，太陽高度角減小， 太陽輻射減弱太陽輻射減弱 海拔高度海拔高度隨海拔高度升高而增強(qiáng)隨海拔高度升高而增強(qiáng) 地形地貌地形地貌地面朝向和坡度地面朝向和坡度 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系12 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系13 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系14 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系15 三、光譜成分的變化

7、三、光譜成分的變化 太陽輻射光譜受大氣層吸收、散 射等影響，光譜成分會發(fā)生變化。 原因：大氣層對不同波長的光譜 的吸收和散射不同，具有選擇性。 大氣對波長較短的輻射光大氣對波長較短的輻射光 譜的散射作用較強(qiáng)，譜的散射作用較強(qiáng)，隨高度角的增隨高度角的增 加，紫外線和可見光的比例增加，加，紫外線和可見光的比例增加， 紅外線比例減小。紅外線比例減小。為什么？為什么？ 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系16 日照長度日照長度 指每天太陽的可照時數(shù)，即晝長。 四、日照長度及其變化四、日照長度及其變化 日照長度隨不同緯度和季節(jié)有規(guī)律 地變化著，重復(fù)作用于植物，形成了與長 短日照相適應(yīng)的植物

8、類型。 長日照植物長日照植物每天日照時間在12 h以上(黑夜短于12 h) 才能開花的植物。 短日照植物短日照植物需要一定的短日照(通常每天12 h以上黑 夜)才能開花的植物。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系17 五、水體和植物群落中的光照情況五、水體和植物群落中的光照情況 水體水體 表面反射 深處吸收 水體中的輻射強(qiáng)度減弱，水體中的輻射強(qiáng)度減弱， 光譜組成發(fā)生變化光譜組成發(fā)生變化 影響水體中植物的分布變化 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系18 植物群落中的光照情況植物群落中的光照情況 1、植物葉片對太陽輻射的吸收、反射和透、植物葉片對太陽輻射的吸收、反射

9、和透 過過吸收約占吸收約占70%，反射占，反射占20%，透過約，透過約 占占2-10%。若葉片的性質(zhì)及光波長不同，若葉片的性質(zhì)及光波長不同， 則反射、吸收和透過的程度不同。則反射、吸收和透過的程度不同。葉片也具葉片也具 有選擇吸收特性。有選擇吸收特性。透過主要取決于葉片結(jié)構(gòu)透過主要取決于葉片結(jié)構(gòu) 和厚度。和厚度。紅外光和綠光的透過較強(qiáng)。紅外光和綠光的透過較強(qiáng)。 2、輻射在樹冠中的分布在樹冠剖面上分 為三層：光線充足外層、關(guān)照強(qiáng)度逐漸減弱的 中層、光照不足的內(nèi)層。 3、輻射在植物群落中的分布照射在群落 上的太陽光，可分為三部分：一部分被吸收， 一部分被反射，另一部分穿過間隙射入群落 內(nèi)部。 20

10、21-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系19 植物種類、群落結(jié)構(gòu)、季節(jié)不同，則這三部分 光的比例不同。 特點： 1、光照強(qiáng)度明顯比群落外部弱。 2、隨季節(jié)不同，群落內(nèi)部光照變化大。 3、光質(zhì)改變。 群落中的植物具有分層的現(xiàn)象。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系20 第二節(jié)第二節(jié) 光與藥用植物生態(tài)光與藥用植物生態(tài) 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系21 一、光強(qiáng)對藥用植物的生態(tài)作用一、光強(qiáng)對藥用植物的生態(tài)作用 二、光質(zhì)對藥用植物的生態(tài)作用二、光質(zhì)對藥用植物的生態(tài)作用 三、光能的信息作用三、光能的信息作用 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥

11、用植物與光的關(guān)系22 一、光強(qiáng)對藥用植物的生態(tài)作用一、光強(qiáng)對藥用植物的生態(tài)作用 1、植物對光能的利用、植物對光能的利用 太陽能 化學(xué)能 植物光合作用植物光合作用 CO2/O2擴(kuò)散交換 光反應(yīng) 吸收能量的光化學(xué)過程 暗反應(yīng) 與光照無關(guān)的光能轉(zhuǎn)移過程 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系23 二氧化碳同化二氧化碳同化（CO2 assimilation） 簡稱碳同化，是指植物利用光 反應(yīng)中形成的同化力(ATP和NADPH)， 將CO2轉(zhuǎn)化為碳水化合物的過程。二氧 化碳同化是在葉綠體葉綠體的基質(zhì)中進(jìn)行的， 有許多種酶參與反應(yīng)。高等植物的碳同 化途徑有三條，即即C3途徑、途徑、C4途徑和途

12、徑和 CAM（景天酸代謝）途徑（景天酸代謝）途徑。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系24 C3途徑途徑 1946年，美國加州大學(xué)放射化學(xué)實驗室的卡爾文(M.Calvin)和 本森(A.Benson)等人采用了兩項新技術(shù)：(1)14C同位素標(biāo)記與 測定技術(shù)(可排除原先存在于細(xì)胞里的物質(zhì)干擾，凡被14C標(biāo)記 的物質(zhì)都是處理后產(chǎn)生的)；(2)雙向紙層析技術(shù)(能把光合產(chǎn)物 分開)。選用小球藻等單細(xì)胞的藻類作材料，藻類不僅在生化 性質(zhì)上與高等植物類似，且易于在均一條件下培養(yǎng)，還可在試 驗所要求的時間內(nèi)快速地殺死 。 經(jīng)過10多年周密的研究，卡爾文等人終于探明了光合作用中從 CO2到蔗糖

13、的一系列反應(yīng)步驟，推導(dǎo)出一個光合碳同化的循環(huán) 途徑，這條途徑被稱為卡爾文循環(huán)或卡爾文/本森循環(huán)。由于 這條途徑中CO2固定后形成的最初產(chǎn)物PGA為三碳化合物，所 以也叫做C3途徑或C3光合碳還原循環(huán)(C3 photosynthetic carbon reduction cycle, C3PCR循環(huán))，并把只具有C3途徑的 植物稱為C3植物(C3 plant)。 此項研究的主持人卡爾文獲得了此項研究的主持人卡爾文獲得了19611961年諾貝爾化學(xué)獎年諾貝爾化學(xué)獎。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系25 C4途徑途徑 在某些熱帶或亞熱帶起源的植 物中，CO2最初固定于葉肉細(xì)胞，在

14、磷 酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下將CO2 連接到磷酸烯醇式丙酮酸上生成四碳化 合物草酰乙酸，經(jīng)胞間連絲運(yùn)向維管 束鞘細(xì)胞，參與卡爾文循環(huán)，合成同化 產(chǎn)物的途徑。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系26 碳四途徑包括碳四途徑包括4個步驟：個步驟： （1）羧化，葉肉細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中的磷酸烯 醇式丙酮酸（PEP）羧化，把CO2固定為草酰 乙酸（OAA），后轉(zhuǎn)變?yōu)镃4酸（蘋果酸或天 冬氨酸）； （2）轉(zhuǎn)移，C4酸轉(zhuǎn)移到維管束鞘細(xì)胞； （3）脫羧與還原，維管束鞘細(xì)胞中的C4酸 脫閎產(chǎn)生CO2，CO2再通過卡爾文循環(huán)被還原 為糖類； （4）再生，C4酸脫羧形成的C3酸（丙酮酸 或丙氨酸）再運(yùn)

15、回葉肉細(xì)胞再生成PEP。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系27 夜間吸收大量的二氧化碳產(chǎn)生蘋果 酸，白天蘋果酸中的二氧化碳釋放出來 用于光合作用的植物。 CAM（景天酸代謝）途徑（景天酸代謝）途徑 景天酸代謝植物 （CAM-植物 Crassulacean acid metabolism (CAM)）屬于C4類植物。代表性 的植物有仙人掌, 鳳梨和長壽花。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系28 光照與植物的黃化現(xiàn)象光照與植物的黃化現(xiàn)象 多數(shù)植物在黑暗中生長時呈現(xiàn) 黃色和其他變態(tài)特征的現(xiàn)象。植物在暗 中不能合成葉綠素，顯現(xiàn)出類胡蘿卜素 的黃色；節(jié)間伸長很快;葉片

16、不能充分展 開和生長;根系、維管束和機(jī)械組織不發(fā) 達(dá)。 2、光照強(qiáng)度對藥用植物的、光照強(qiáng)度對藥用植物的 生態(tài)作用生態(tài)作用 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系29 光補(bǔ)償點光補(bǔ)償點 light compensation point 植物的光合強(qiáng)度和呼吸強(qiáng)度達(dá) 到相等時的光照度值。在光補(bǔ)償點以上， 植物的光合作用超過呼吸作用，可以積 累有機(jī)物質(zhì)。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系30 光飽和點光飽和點 光強(qiáng)超過補(bǔ)償點后，隨光強(qiáng)的增 加，光合效率仍繼續(xù)增加，一旦當(dāng)光強(qiáng)增 至某一數(shù)值，光合作用達(dá)最大值，再增加 光強(qiáng)，光合效率也不會提高，這是的光強(qiáng) 稱光飽和點。 202

17、1-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系31 3、藥用植物對光照強(qiáng)度適、藥用植物對光照強(qiáng)度適 應(yīng)的生態(tài)類型應(yīng)的生態(tài)類型 陽性植物 陰性植物 耐陰植物 生態(tài)類型生態(tài)類型 光補(bǔ)償點飽和點較高 光補(bǔ)償點飽和點較低 耐陰強(qiáng)弱與生長環(huán)境 有關(guān) 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系32 陽性植物和陰性植物的區(qū)別 植株生長狀態(tài)的區(qū)別 莖形態(tài)結(jié)構(gòu)的區(qū)別 葉形態(tài)結(jié)構(gòu)的區(qū)別 生理的區(qū)別 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系33 了解光生態(tài)類型對藥用植物栽培中的指導(dǎo)作用了解光生態(tài)類型對藥用植物栽培中的指導(dǎo)作用 根據(jù)光照條件選擇不同的栽培品種 根據(jù)藥用植物的需光性確定栽種方式確定 選地

18、、栽培措施等。 如:間作套種引種馴化等都有重要的指導(dǎo)作用. 陰性植物選背陰地段，在一定條件下人工遮陰， 如三七、西洋參等植物的栽培。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系34 4、光強(qiáng)對藥用植物分布的影響 植物在長期不同光照環(huán)境下的適應(yīng)，形 成以光強(qiáng)為主導(dǎo)因子的三個生態(tài)類型： 陽性植物多生長在路邊、草原、沙漠、平原。 陰性植物多生長在陰暗、潮濕的生境，森林內(nèi) 部或背陰的山澗。 耐陰植物分布的生境較廣，如桔梗、黨參等。 三個生態(tài)類型分布 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系35 日照時數(shù)日照時數(shù) 一天內(nèi)太陽直射光線照射地面的時間， 以小時為單位。 光強(qiáng)一般用日照時數(shù)來

19、表示。 我國日照時數(shù)與太陽總輻射的分布有相 似的趨勢。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系36 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系37 二、光質(zhì)對藥用植物的生二、光質(zhì)對藥用植物的生 態(tài)作用態(tài)作用 1、光質(zhì)對藥用植物生長的影響 2、光質(zhì)與植物的光合作用的關(guān)系 3、光質(zhì)與藥用植物分布的影響 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系38 1、光質(zhì)對藥用植物生長的影響 藍(lán)紫光青光藍(lán)紫光青光 抑制植物的伸長生長，使植 物形成短粗的形態(tài)。藍(lán)紫光支配細(xì)胞分化，激 活光合作用中同化CO2的酶類，影響植物向光 性。 波長較長的光（紅光橙光黃光）僅波長較長的光（紅光橙光黃

20、光）僅 被葉綠素所吸收，而藍(lán)光和紫光能被葉被葉綠素所吸收，而藍(lán)光和紫光能被葉 綠素和類胡蘿卜素吸收。綠素和類胡蘿卜素吸收。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系39 紅、橙光紅、橙光促進(jìn)莖延長生長，紅光還能 促進(jìn)CO2的分解和葉綠素的形成，有利于 碳水化合物的合成。 紫外線紫外線引起向光性的敏感和促進(jìn)青花 素的形成，高山植物具有莖桿短矮、葉面 縮小毛茸發(fā)達(dá)葉綠素增加莖葉富含青花素， 花色鮮艷等特征。這就是高山上的短波光 及紫外線較多的緣故。 紅外線主要是間接反應(yīng)在熱效應(yīng)上。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系40 2、光質(zhì)與植物的光合作用的關(guān)系 紅光下的光合強(qiáng)度比

21、在藍(lán)紫光下的大。紅光下的光合強(qiáng)度比在藍(lán)紫光下的大。 原因是光化反應(yīng)的強(qiáng)度主要決定于量 子的數(shù)目，相同的能量的紅光所帶的量子數(shù)較 多。 綠光為生理無效光綠光為生理無效光原因是藍(lán)光紫光是短波 光被葉綠、胡蘿卜素強(qiáng)烈吸收，能轉(zhuǎn)給葉綠素 進(jìn)行光合作用，而綠光很少被吸收。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系41 3、光質(zhì)與藥用植物分布的影響 不同高山、緯度的光照不同，形成不同 的植物分布類型。 如高山紫外線較多，呈現(xiàn)出特色的高山 藥用植物。 如水體中，呈現(xiàn)有規(guī)律的垂直分布。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系42 三、光能的信息作用 植物的光周期現(xiàn)象指日照的長短對 于植物

22、的生長發(fā)育的反應(yīng)，是植物發(fā)育 的一個重要的因素 植物光周期類型長日植物、短日植 物、中日性植物、日中性植物。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系43 長日植物種植物都有它特定的臨界 日長，植物每天日照時間長于它的臨界 日長就開花，短于它的臨界日長就不開 花，這類植物就是長日植物。例如天仙 子，日照時間長于11.5h就能開花。因而 天仙子是長日植物，它的臨界日長是 11.5h。天仙子甚至在連續(xù)日照下也能開 花。其他長日植物，如小麥（冬）臨界 日長12h，菠菜13h，燕麥9h等。長日植 物多在仲夏開花。 藥用植物有：牛蒡、 紫菀、莨菪、菘藍(lán)等。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系44 短日植物 這種植物在日照長度短于某一 定臨界值時才能夠開花，對于這種植物 適當(dāng)縮短光照，延長黒暗，可提早開花， 在臨界日長內(nèi)，延長光照，就延遲開花， 如果光照時數(shù)大于臨界日長，就不進(jìn)行 花芽分化，不開花。 短日照植物有大豆、紫蘇、晚稻、 蒼耳、菊、煙草、一品紅、落地生根等。 2021-5-24藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系45 中日性植物 只有在某一特定的日照長度 下 才 能 開 花 ， 如