光因子的生態(tài)效應(yīng)課件

1、第2章 光因子的生態(tài)效應(yīng)本章主要內(nèi)容一、光（光質(zhì)、光強(qiáng)、光照時間）的性質(zhì) 及其變化 （了解）二、光（光質(zhì)、光強(qiáng)、光照時間）對植物 的影響及植物的適應(yīng) （掌握）三、光對園林植物的影響（掌握）四、光在園林植物實(shí)踐中的應(yīng)用（理解）2.1.1光的性質(zhì)二象性（電磁波的波動性和光量子的微粒性）光質(zhì)即光譜成分：紅外、紅（760nm）、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫(380nm)、紫外。在全部太陽輻射中，紅外光區(qū)占50-60%，紫外光約占1%，可見光占39-49%。2.1 光的性質(zhì)及其影響可見光1、波長380-760nm可見光光譜2、生態(tài)學(xué)意義（只有可見光才能在光合作用中被植物所了利用；植物主要吸收紅橙光和藍(lán)紫光）2

2、.1.1.1 光質(zhì)的變化對植物的影響 隨空間發(fā)生變化的一般規(guī)律為： 短波光隨緯度增加而減少，隨海拔升高而增加； 冬季長波光增多，夏季短波光增多； 一天之內(nèi)中午短波光較多，早晚長波光較多。2.1.1.2 光質(zhì)的生態(tài)作用1）不同波長的光對植物的作用不同生理有效輻射：太陽輻射光譜中可被綠色植物的質(zhì)體色素吸收、轉(zhuǎn)化并用于合成有機(jī)物質(zhì)的400700 nm波段的輻射能?？梢姽庵屑t、橙光是葉綠素吸收最多的成分，其次是藍(lán)、紫光，綠光很少被吸收，因此又稱綠光為生理無效光。此外，短波光（藍(lán)紫光、紫外線）有利于蛋白質(zhì)和有機(jī)酸的合成，促進(jìn)花青素的形成，并抑制莖的伸長（在高山上，由于紫外光強(qiáng)，陽性植物大多成蓮座狀，而且

3、花色特別鮮艷）；長波長的光（紅光）有促進(jìn)延長生長的作用。有色農(nóng)用薄膜的應(yīng)用有色薄膜可改變光質(zhì)影響作物生長，達(dá)到增產(chǎn)，改善品質(zhì)的目的。原理：不同波長的光線對農(nóng)作物的生長有不同的影響。如：綠色的升溫效率在透明和黑色之間，有利于植物莖葉的生長；紅色抑制夜間放熱，提高保溫性，有利于植物的開花結(jié)果；紫色能促進(jìn)開花；白色促進(jìn)果實(shí)的變色和提高糖分。水稻育秧以淺藍(lán)色薄膜為最好，黃瓜以黃色薄膜為好，番茄以紫色薄膜為好。實(shí)驗(yàn)研究表明：淺藍(lán)色薄膜育秧與無色薄膜相比，淺藍(lán)色薄膜秧苗根系較粗壯，插后成活快，生長健壯，葉色濃綠，鮮重和干重都有增加，測定的淀粉、蛋白質(zhì)含量較高。主要是因?yàn)樘柟馔ㄟ^有色薄膜時，被選擇透過和吸

4、收，這樣薄膜內(nèi)的光質(zhì)因薄膜顏色不同而發(fā)生變化。如淺藍(lán)色薄膜可以大量透過光合作用所需的380-490納米的光（透過率60%以上），因而有利于植物的光合和代謝過程。2.1.2 光強(qiáng)的變化及其對生物的影響2.1.2.1 光強(qiáng)的變化光強(qiáng)隨緯度的增加而逐漸減弱：如在低緯度的熱帶荒漠地區(qū)，年光照強(qiáng)度為200大卡以上；而在高緯度的北極地區(qū)，年光照強(qiáng)度=70大卡光強(qiáng)隨海拔的增加而增強(qiáng)：如在海拔1000米可獲得全部入射日光能的70%，而在海平面卻只能獲得50%。山的坡向、坡度影響光照強(qiáng)度： 坡向：在北半球的溫帶地區(qū)，山的南坡接受的光照強(qiáng)度平地北坡。 坡度：隨著緯度的增加，在南坡上獲得最大年光照量的坡度也隨之增大

5、，但在北坡無論什么緯度都是坡度越小光強(qiáng)越大四季變化：夏季最大，冬季最小。一天變化：中午最大，早晚最小。在一個生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部也有變化：自上而下逐漸減弱。在水生生態(tài)系統(tǒng)中，光照強(qiáng)度將隨水深的增加而迅速遞減。2.1.2.2.光強(qiáng)對生物的影響（1）光強(qiáng)對植物生長發(fā)育有重要作用光強(qiáng)對植物種子發(fā)芽、細(xì)胞增長和分化、體積的增大和重量的增加有重要作用；光還促進(jìn)組織和器官的分化，制約器官的生長發(fā)育速度。光強(qiáng)對植物的形態(tài)建成和生殖器官的發(fā)育影響很大。植物的光合器官葉綠素必須在一定光強(qiáng)下才能形成，在黑暗條件下，植物就會出現(xiàn)“黃化現(xiàn)象”。在植物完成光周期誘導(dǎo)和花芽開始分化的基礎(chǔ)上，光照時間越長，強(qiáng)度越大，形成的有機(jī)物越

6、多，有利于花的發(fā)育。光強(qiáng)還有利于果實(shí)的成熟，對果實(shí)的品質(zhì)也有良好的作用。 光飽和點(diǎn)：在一定范圍內(nèi)，光合作用的效率與光強(qiáng)成正比，但是到達(dá)一定強(qiáng)度，若繼續(xù)增加光強(qiáng)，光合作用效率不僅不會提高，反而下降，這點(diǎn)稱為光飽和點(diǎn)。 光補(bǔ)償點(diǎn)：當(dāng)光合作用合成的有機(jī)物剛好與呼吸作用的消耗相等時的光照強(qiáng)度稱為光補(bǔ)償點(diǎn)。 光合作用：是指綠色植物通過葉綠體,利用光能,把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機(jī)物,并且釋放出氧的過程。幾個重要概念2.1.2.3 光強(qiáng)與植物的適應(yīng) 不同植物對光強(qiáng)的反應(yīng)是不一樣的，根據(jù)植物對光強(qiáng)的適應(yīng)可分為以下生態(tài)類型：（1）陽性植物 陽性植物對光強(qiáng)要求比較迫切，只有在足夠強(qiáng)的光照條件下才能正常生

7、長，其光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)都較高，光合作用速率和呼吸速率也都比較高。如蒲公英、樺樹、櫟等。 （2）陰性植物 陰性植物對光強(qiáng)的需求較陽性植物低，光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)都較低。其光合速率和呼吸速率都較低。如人參、三七、紅豆杉等。 （3）中性（耐陰）植物 中性植物對光照具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，對光強(qiáng)的需求介于上述兩類植物之間，最適在完全的光照下生長，但也能忍耐適度的蔭蔽或在生育期間需要較輕度的遮蔭。如黨參、沙參等。樹種的耐陰性受哪些因素的影響？1.年齡：幼苗階段耐陰性較強(qiáng)，隨年齡增加耐陰性逐漸減弱；2. 氣候：在溫暖濕潤地區(qū)樹木的耐陰能力比較強(qiáng)，而在干旱貧瘠和寒冷條件下趨向喜光；3.土壤：生長在濕潤肥沃土壤上

8、的耐陰性較強(qiáng)，干旱貧瘠上的耐陰性較差。陰生葉和陽生葉陽生葉與陰生葉 陽生葉 陰生葉葉片 厚而小 薄而大葉面積/體積 小 大角質(zhì)層 較厚 較薄葉脈 密 疏氣孔分布 較密但開放時間短 較稀但經(jīng)常開放葉綠素 較多 較少生理 蒸騰、呼吸均較高 均較低喜光植物與陰性植物在形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理特性、個體發(fā)育等方面有明顯區(qū)別項(xiàng)目 喜光植物 陰生植物 葉變態(tài)型葉色莖根系樹冠以陽生葉為主 色淡為綠色或淡綠色較粗壯，節(jié)間較短發(fā)達(dá)稀疏、自然整枝強(qiáng)烈、透光度大多陰生葉少陽生葉色濃為暗綠色較細(xì)，節(jié)間較長不發(fā)達(dá)枝葉稠密、樹冠透光度小、自然整枝弱項(xiàng)目 喜光植物 陰生植物耐蔭能力土壤條件耐干旱能力生長速度生長發(fā)育光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)

9、弱對土壤條件適應(yīng)性廣較耐干旱較快成熟早、結(jié)實(shí)量大，壽命短高強(qiáng)要求比較濕潤肥沃的土壤不耐干旱較慢成熟晚、結(jié)實(shí)量小，壽命長低2.1.2.4 光照時間與植物的適應(yīng)光照時間（日照長度）的變化規(guī)律 日照長度：指白晝的持續(xù)時數(shù)或太陽的可照時數(shù)。季節(jié)：北半球從春分秋分：晝長夜短，夏至?xí)冏铋L；緯度:緯度越高夏半年晝越長、冬半年晝越短赤道附近：終年晝夜平分；在兩極地區(qū)則半年是白天，半年是黑夜2.日照長度對植物的影響 1）日照的長度影響植物的開花時間； 2）日照的長短對植物的營養(yǎng)生長和休眠有重要的作用；延長光照時數(shù)會促進(jìn)植物的生長或延長生長期，縮短光照時數(shù)則會促使植物進(jìn)入休眠或縮短生長期；短日照促進(jìn)植物休眠的原因

10、是促進(jìn)了脫落酸含量的增加。3. 植物對日照長度的適應(yīng)1）光周期現(xiàn)象：指植物對自然界晝夜長短規(guī)律性變化的反應(yīng)。 產(chǎn)生原因：地球的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)，帶來了地球上日照長短的周期性變化，長期生活在晝夜規(guī)律變化環(huán)境中的植物，借助于自然選擇和進(jìn)化形成了各類植物的生長發(fā)育所特有的對日照長度變化的反應(yīng)方式。2）根據(jù)對日照長度的反應(yīng)類型可把植物分為長日照植物、短日照植物、中日照植物和中間型植物。 長日照植物：是指在日照時間長于一定數(shù)值（一般14小時以上日照）才能開花的植物，如冬小麥、大麥、油菜及甜菜等。而且光照時間越長，開花越早。 短日照植物：是日照時間短于一定數(shù)值（一般14小時以上的黑暗）才能開花的植物，通常早春或

11、深秋開花。如牽牛花、水稻、煙草等。中日照植物：開花要求晝夜長短比例接近相等（12小時左右），如甘蔗等。 中間型植物：是在任何日照條件下都能開花的植物，如番茄、黃瓜和辣椒等。短日照植物 長日照植物臨界日長臨界暗期短暫暗期閃光照射開花開花不開花開花不開花不開花開花不開花光周期與植物的地理分布短日照植物大多數(shù)原產(chǎn)地是日照時間短的熱帶、亞熱帶，通常早春或深秋開花，低緯度起源的一些植物，具有短日植物特性，在日長逐漸變短的秋天開花，有利于充分利用低緯度較長的溫暖時期；長日照植物大多數(shù)原產(chǎn)于溫帶和寒帶，在生長發(fā)育旺盛的夏季，一晝夜中的光照時間長。植物如不能在低溫、霜凍到來之前形成種子，就不能繁殖后代。光周期

12、在園林植物中的應(yīng)用1）引種緯度相近地區(qū)引種易成功；短日照植物北移因生長季日照延長，長日照植物南移因生長季日照縮短，都有延遲發(fā)育的作用；反之，短日照植物南移，或長日照植物北移有促進(jìn)發(fā)育的作用。2）利用光周期現(xiàn)象進(jìn)行人工調(diào)節(jié)花期。 遮光處理2.2 光質(zhì)對園林植物的影響2.2.1 光質(zhì)對園林植物光合色素光合色素植物的色素：葉綠素，類胡蘿卜素，花青素和花黃素（又稱黃酮類色素），醌類色素，其他色素類（如靛藍(lán)）。光合色素：在光合作用中參與吸收、傳遞光能或引起原初光化學(xué)反應(yīng)的色素，包括葉綠素、反應(yīng)中心色素和輔助色素，即葉綠素a/b/c,類胡蘿卜素(包括胡蘿卜素和葉黃素) 和藻膽素(藻紅素和藻藍(lán)素).2. 光

13、質(zhì)對光合色素的影響光照可以影響光合作用，從而影響糖等有機(jī)物的形成。光照通過一定的機(jī)制調(diào)節(jié)花青素合成的有關(guān)酶的活性，從而導(dǎo)致花青素的含量，影響植物葉子的顏色。光照不是影響彩葉的唯一因素，還有溫度、土壤、肥料等有關(guān)。植物種類不同、同一植物不同發(fā)育時期以及不同組織或器官對同一種光質(zhì)的反應(yīng)不盡相同。葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量的高低直接影響葉片的光合速率?？?cè)~綠素在藍(lán)光下含量最高；其次是白光和紅光。 植物葉子變色的原因：正常的葉子總是呈綠色。秋天，因低溫、紫外線強(qiáng)烈等外界因素和葉片衰老等內(nèi)部因素，葉綠素的合成速度低于分解的速度，葉綠素含量相對減少，而類胡蘿卜素分子比較穩(wěn)定，所以葉片逐漸呈

14、現(xiàn)類胡蘿卜素的顏色黃色。至于紅葉，是因?yàn)榍锾旖禍?，體內(nèi)積累較多的糖分以適應(yīng)寒冷，體內(nèi)可溶性糖多了，就形成了較多的花色素，同時秋天葉子內(nèi)的pH值改變，葉內(nèi)呈現(xiàn)酸性，使花色素表現(xiàn)出紅色。2.2.2 光質(zhì)與營養(yǎng)生長和光合生理光質(zhì)影響植物的營養(yǎng)生長，但不同物種或同一物種的不同時期受影響的程度可能不同； 青藍(lán)紫光對植物的加長生長有抑制作用，對幼芽的形成和細(xì)胞的分化均有重要作用，它們還能抑制植物體內(nèi)某些生長激素的形成因而抑制了莖的伸長，并產(chǎn)生向光性?？梢姽庵械募t光和不可見的紅外線都能促進(jìn)莖的加長生長和促進(jìn)種子及孢子的萌發(fā)。光質(zhì)對光合生理的影響 對植物的光合作用而言，以紅光的作用最大，其次是藍(lán)紫光；紅光又有

15、助于葉綠素的形成，促進(jìn)碳水化合物的合成，藍(lán)光則有助于有機(jī)酸和蛋白質(zhì)的合成。而綠光及黃光則大多被葉子所反射或透過而很少被利用。2.2.3 光質(zhì)與愈傷組織形成及器官分化 愈傷組織誘導(dǎo)：用外界條件刺激外植體組織，以改變其原有代謝方式，加強(qiáng)其合成代謝活動，迅速進(jìn)行蛋自質(zhì)和核酸物質(zhì)的合成，開始為細(xì)胞分裂作準(zhǔn)備。植物的組織培養(yǎng)中，從一塊外植體形成典型的愈傷組織，大致要經(jīng)歷三個時期：啟動期、分裂期和形成期。啟動期指細(xì)胞準(zhǔn)備進(jìn)行分裂的時期。分裂期是指外植體細(xì)胞經(jīng)過誘導(dǎo)以后脫分化，不斷分裂、增生子細(xì)胞的過程。分裂期愈傷組織的特點(diǎn)是：細(xì)胞分裂快，結(jié)構(gòu)疏松，顏色淺而透明。分化期是指在分裂的末期，細(xì)胞內(nèi)開始出現(xiàn)一系列

16、形態(tài)和生理上的變化，從而使愈傷組織內(nèi)產(chǎn)生不同形態(tài)和功能的細(xì)胞。這些細(xì)胞類型有薄壁細(xì)胞、分生細(xì)胞、色素細(xì)胞、纖維細(xì)胞等。植物細(xì)胞的全能性（Totipotency）定義：1902年由Haberlandt提出，即植物體細(xì)胞在適當(dāng)?shù)臈l件下，具有不斷分裂和繁殖、發(fā)育成完整植株的能力。 20世紀(jì)80年代，每一個植物細(xì)胞具有該植物的全部遺傳信息，在適當(dāng)條件下可表達(dá)出該細(xì)胞的所有遺傳信息，分化出植物有機(jī)體所有不同類型細(xì)胞，形成不同類型的器官甚至胚狀體，直至形成完整再生植株。細(xì)胞全能性的相對性:細(xì)胞全能性并不意味著任何細(xì)胞均可以直接產(chǎn)生植物;動植細(xì)胞全能性的表現(xiàn)程度存在明顯的差異：第一類是始終保持分裂能力,如莖

17、尖、根尖及形成層細(xì)胞；第二類是永久失去分裂能力的終端分化細(xì)胞，如篩管、導(dǎo)管、氣孔保衛(wèi)細(xì)胞等特化細(xì)胞；第三類是在通常情況下不分裂，但在受到外界刺激后可重新啟動分裂的細(xì)胞。如表皮細(xì)胞及各種薄壁細(xì)胞。光質(zhì)對不同植物愈傷組織的啟動影響不同；光質(zhì)對不同器官分化的快慢不同；光質(zhì)對不同器官的誘導(dǎo)率不同；二、光強(qiáng)和光合有效輻射光強(qiáng)的作用光照強(qiáng)度影響種子的萌發(fā)：大多數(shù)種子在光下和黑暗中都能萌發(fā)，但有些花卉種子還需要一定的光照刺激才能萌發(fā)，稱喜光種子，如毛地黃，非洲鳳仙等。有的花卉種子在光照下萌發(fā)受抑制，在黑暗中易萌發(fā)，稱嫌光種子，如黑種草。光照強(qiáng)度影響植物的營養(yǎng)生長和形態(tài)建成：花卉在暗處生長，幼苗形態(tài)不正常，表

18、現(xiàn)出黃化現(xiàn)象；光線過弱，不能滿足其光合作用的需要，營養(yǎng)器官發(fā)育不良。光照強(qiáng)度影響花卉的花蕾開放：光照強(qiáng)度影響花色：光照對花青素形成有重要影響，花青素在強(qiáng)光、直射光下易形成，而弱光、散射光下不易形成。影響園林植物的分布。2.光合有效輻射太陽輻射光譜中可被綠色植物的質(zhì)體色素吸收、轉(zhuǎn)化并用于合成有機(jī)物質(zhì)的400700nm波段的輻射能。光合有效輻射變化規(guī)律：一般早晚低，正午前后高而穩(wěn)定；夏季高，冬季低；對不同植物來說，光合有效輻射可能范圍不同。光合有效輻射在一定的增長范圍內(nèi)光合作用增強(qiáng)，但是當(dāng)光合有效輻射繼續(xù)增強(qiáng)，光合作用不升反降； 植物光合作用的 “午休”現(xiàn)象：討論：午休現(xiàn)象的原因？第三節(jié) 光在園林植物實(shí)踐中的應(yīng)用1.通過調(diào)節(jié)光照來控制花期以滿足造景需要；如，一品紅、菊花2.通過對各種樹種及草本植物耐蔭幅度的了解，在順應(yīng)自然的基礎(chǔ)上，科學(xué)地配植，組成既美觀又穩(wěn)定的人工群落；如，杜鵑在進(jìn)行配置與造景時，宜植于林緣、孤立樹的樹冠正投影邊緣或上層喬木枝下高較高、枝葉稀疏、密度不大的地方；山茶花配植于白玉蘭樹下，則花、葉均茂，早春紅、白花朵相繼而開；但廣玉蘭樹下不適宜配植山茶花。？課后思考題：1. 任選校園某一處，觀察植物配置，并拍照講述配置的原理（植物的特性及對環(huán)境條件的要求）；2. 觀察