園林植物光合作用及應(yīng)用

植物光合作的基礎(chǔ)知識及應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容光合作用的概念及意義葉綠體和色素光合作用過程有機物的運輸和分配影響光合作用的因子CO２+H２O光綠色植物

(CH２O)＋O２

(1)綠色植物利用光能把CO２和水合成有機物，同時釋放氧氣的過程。§1

光合作用的概念和意義一、光合作用的概念二、光合作用的意義1.把無機物變?yōu)橛袡C物約合成5千億噸/年有機物“綠色工廠”吸收2千億噸/年碳素(6400t/s)2.把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榭少A存的化學(xué)能

將3.2×1021J/y的日光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能3.維持大氣中O2和CO2的相對平衡釋放出5.35千億噸氧氣/年“環(huán)保天使”一、葉綠體葉綠體是光合作用最重要的細胞器。它分布在葉肉細胞的細胞質(zhì)中?！?葉綠體和光合色素主要光合色素的結(jié)構(gòu)式葉綠素類胡蘿卜素二、光合色素在光合作用的反應(yīng)中吸收光能的色素稱為光合色素葉綠素結(jié)構(gòu)1.葉綠素使植物呈現(xiàn)綠色的色素。主要有葉綠素a（呈藍綠色）和葉綠素b（呈黃綠色）3(紫羅蘭酮環(huán))環(huán)己烯橙黃色黃色主要有胡蘿卜素（呈橙黃色）和葉黃素（黃色）2.類胡蘿卜素類胡蘿卜素總是和葉綠素一起存在于高等植物的葉綠體中，此外也存在于果實、花冠、花粉、柱頭等器官的有色體中。葉綠素、類胡蘿卜素都不溶于水,而溶于有機溶劑。深秋樹葉變黃是葉中葉綠素降解的緣故一般來說，葉片中葉綠素與類胡蘿卜素的比值約為3∶1，所以正常的葉子總呈現(xiàn)綠色。秋天或在不良的環(huán)境中，葉片中的葉綠素較易降解，數(shù)量減少，而類胡蘿卜素比較穩(wěn)定，所以葉片呈現(xiàn)黃色。三、光合色素的吸收光譜分光儀光源葉綠體色素三角棱鏡物質(zhì)波譜及太陽光的光譜640～660nm的紅光430～450nm的藍紫光對橙光、黃光吸收較少，尤以對綠光的吸收最少。葉綠素吸收光譜有兩個強吸收峰區(qū)bluered%oflightabsorbedbychlorophyll

green類胡蘿卜素的吸收光譜類胡蘿卜素吸收帶在400～500nm的藍紫光區(qū)基本不吸收黃光，從而呈現(xiàn)黃色。思考：從吸收光譜分析為什么陰生植物在陰暗的角落也能進行光合作用？學(xué)生自我檢查1．高等植物光合素可分為四類，即

、

、

、

。2.葉綠素吸收光譜的最強吸收區(qū)有兩個：一個在

，另一個在

；類胡蘿卜素吸收光譜的最強吸收區(qū)在

。3.一般來說，正常葉子的葉綠素和類胡蘿卜素分子比例為

，葉黃素和胡蘿卜素分子比例為

。1、合成過程需光：哪一步三、影響葉綠素合成的環(huán)境因子思考為什么光照不足葉色發(fā)黃？為什么要對植物進行施肥？為什么秋天葉色會發(fā)黃？2.影響因子（1）光光是影響葉綠素形成的主要條件。從原葉綠素酸酯轉(zhuǎn)變?yōu)槿~綠酸酯需要光，而光過強，葉綠素又會受光氧化而破壞。黑暗中生長的幼苗呈黃白色，遮光或埋在土中的莖葉也呈黃白色。這種因缺乏某些條件而影響葉綠素形成，使葉子發(fā)黃的現(xiàn)象，稱為黃化現(xiàn)象。韭黃、白蘆筍、豆芽菜、蔥白、蒜白、等都是黃化通過遮光生產(chǎn)出來的。一些生長在陰暗處的園林苗木也會出現(xiàn)葉色褪綠黃化現(xiàn)象。。葉綠素形成的最低溫度約2℃，最適溫度約30℃,最高溫度約40℃。棕櫚科植物在上海冬季凍害嚴(yán)重秋天葉子變黃和早春寒潮過后秧苗變白，都與低溫抑制葉綠素形成有關(guān)。高溫下葉綠素分解大于合成，因而夏天綠葉蔬菜存放不到一天就變黃；相反，溫度較低時，葉綠素解體慢，這也是低溫保鮮的原因之一

(2)溫度

缺NCK缺N(3)營養(yǎng)元素氮和鎂是葉綠素的組成成分，鐵、錳、銅、鋅等則在葉綠素的生物合成過程中有催化功能或其它間接作用。缺少這些元素時引起缺綠癥，其中以氮的影響最大，因而葉色的深淺可作為衡量植株體內(nèi)氮素水平高低的標(biāo)志。葡萄缺氮蘋果缺Fe新葉脈間失綠黃瓜缺錳葉脈間失綠柑桔缺Zn小葉癥

伴脈間失綠蘋果缺鎂§3光合作用的過程概述---光合過程幾點認(rèn)識

A）光合作用過程相當(dāng)復(fù)雜，光合作用靠光發(fā)動，但并非全過程都需要光。根據(jù)需光與否，可將光合作用過程分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)。

B）從物質(zhì)代謝角度看，光合作用過程是植物利用光能將無機物（CO2和水），通過一系列復(fù)雜的化學(xué)變化，合成碳水化合物等有機物的過程。

C）從能量代謝角度看，光合作用過程是植物將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的過程。一、光反應(yīng)引起水的裂釋放氧氣形成兩個化合物：ATP和NADPH，葉綠體便可在暗反應(yīng)中同化二氧化碳，形成碳水化合物等有機物。故又將ATP和NADPH稱為“同化力”。水的光解

H2O是光合作用中O2來源，也是光合電子的最終供體。水光解的反應(yīng)：

2H2O→O2＋4H+＋4e-問題：光合作用過程中釋放的氧氣來自于哪個反應(yīng)物？光反應(yīng)小結(jié)光反應(yīng)為暗反應(yīng)作好了能量上的準(zhǔn)備植物利用光反應(yīng)中形成的同化力將CO2轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的碳水化合物的過程，稱為CO2同化或碳同化二、暗反應(yīng)————碳同化根據(jù)碳同化過程中最初產(chǎn)物所含碳原子的數(shù)目以及碳代謝的特點，將碳同化途徑分為三類：C3途徑C4途徑CAM(景天科酸代謝)途徑。1、C３途徑C３途徑是光合碳代謝中最基本的循環(huán)，是所有放氧光合生物所共有的同化CO2的途徑。

整個循環(huán)如圖所示，第一步反應(yīng)形成一個3碳化合物。全過程分為羧化、還原、再生3個階段。2、C4途徑C4途徑的發(fā)現(xiàn)自20世紀(jì)50年代卡爾文等人闡明C3途徑以來，曾認(rèn)為不管是藻類還是高等植物，其CO2固定與還原都是按C3途徑進行的。1965年，美國夏威夷甘蔗栽培研究所的科思謝克等人報道，甘蔗葉的CO2固定途徑與C3途徑不同，且甘蔗等有很高的光合速率，引起人們廣泛的注意。以后逐漸提出了C4途徑。至今已知道，被子植物中有20多個科約近2000種植物按C4途徑固定CO2，這些植物被稱為C4植物。高梁甘蔗C4植物香根草玉米C4植物葉的結(jié)構(gòu)以及C4植物光合碳代謝的基本反應(yīng)

全過程分為①羧化反應(yīng)②還原③脫羧反應(yīng)④底物再生

C４途徑的意義在高溫、強光、干旱和低CO2條件下，C４植物顯示出高的光合效率。

但是C4植物同化CO2消耗的能量比C３植物多，也可以說這個“CO2泵”是要由能量來開動的，故在光強及溫度較低的情況下，其光合效率還低于C３植物?？梢奀4途徑是植物光合碳同化對熱帶環(huán)境的一種適應(yīng)方式。C3、C4植物的區(qū)別C4植物多集中在單子葉植物的禾本科中，約占C4植物總數(shù)的75%，其次為莎草科。它們生長得快，具有很強的競爭優(yōu)勢。例如稗草、香附子、狗牙根、狗尾草、馬唐、蟋蟀草等都是C4植物。雙子葉植物中C4植物多分布于藜科、大戟科、莧科和菊科等十幾個科中。C３植物生長的適宜溫度較低，C4植物生長的適宜溫度較高，在熱帶和亞熱帶地區(qū)C4植物相對較多，而在溫帶和寒帶地區(qū)C３植物相對較多。在北方早春開始生長的植物幾乎全是C３植物，直至夏初才出現(xiàn)C4的植物。C3、C4植物的區(qū)別C３植物柵欄組織和海綿組織分化明顯，葉片背腹面顏色不一致，而C4植物分化不明顯，葉背腹面顏色較一致，多為深綠色。C３植物BSC不含葉綠體，外觀上葉脈是淡色的，而C4植物BSC有葉綠體，葉脈就顯現(xiàn)綠色，具有花環(huán)結(jié)構(gòu)。C３植物葉片上小葉脈間的距離較大，而C4植物小葉脈間的距離較小。C3、C4植物的區(qū)別討論與分析考慮到C4植物光合效率高，在園林植物的引種中，我們是否可以從南方引種大量的C4植物，提高綠化效率？3、景天科酸代謝途徑—CAM途徑CAM最早是在景天科植物中發(fā)現(xiàn)的，目前已知在近30個科，1萬多個種的植物中有CAM途徑，主要分布在景天科、仙人掌科、蘭科、鳳梨科、大戟科、番杏科、百合科、石蒜科等植物中。其中鳳梨科植物達1千種以上，蘭科植物達數(shù)千種，此外還有一些裸子植物和蕨類植物。CAM植物起源于熱帶，往往分布于干旱的環(huán)境中，多為肉質(zhì)植物，具有大的薄壁細胞，往往具有角質(zhì)層厚、氣孔下陷，葉面上有蠟質(zhì)層等旱生特征。內(nèi)有葉綠體和液泡，然而肉質(zhì)植物不一定都是CAM植物。景天科酸代謝途徑OOA景天科酸代謝途徑景天科等植物夜間固定CO2產(chǎn)生有機酸，白天有機酸脫羧釋放CO2，用于光合作用。劍麻蘆薈落地生根龍舌蘭緋牡丹曇花CAM植物

CAM植物-瓦松屬瓦松屬1多肉質(zhì)植物雞冠掌紅司錦晃星靜夜CAM植物與C4植物區(qū)別C4植物是在同一時間(白天)和不同的空間(葉肉細胞和維管束鞘細胞)完成CO2固定(C4途徑)和還原(C3途徑)兩個過程；而CAM植物則是在不同時間(黑夜和白天)和同一空間(葉肉細胞)完成上述兩個過程的。一、光合產(chǎn)物：1、糖

合成糖戊糖磷酸途徑糖酵解三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物蛋白質(zhì)脂肪其他卡爾文循環(huán)§4植物體內(nèi)有機物的運輸2

蛋白質(zhì)和脂肪3由糖類等可衍生得到許多次級產(chǎn)物

光合作用各種產(chǎn)物在數(shù)量上的比例，與植物的種類、植株和葉片的年齡、光照的質(zhì)和量以及氮素營養(yǎng)狀況都有密切的關(guān)系。幼嫩的葉片產(chǎn)生的蛋白質(zhì)較多，長成后的葉片往往只形成碳水化合物；光照增加，產(chǎn)生碳水化合物就多一些，光照減弱，所形成的蛋白質(zhì)就多一些；在紅光下，植物合成碳水化合物較多，在藍光下，則合成蛋白質(zhì)較多；氮素營養(yǎng)增加，產(chǎn)生的蛋白質(zhì)較多，氮素營養(yǎng)降低，形成碳水化合較多。二、運輸和分配1運輸途徑縱向運輸途徑為韌皮部，主要運輸組織是篩管和韌皮薄壁細胞。也可橫向運輸。問題：1、為什么說樹怕剝皮，不怕空心？

2、在枝條進行扦插前，我們?yōu)槭裁匆獙ζ溥M行環(huán)剝

2代謝源與代謝庫的概念及其關(guān)系

代謝源：指制造并輸送有機物質(zhì)到其他器官的組織、器官。如成熟的葉片（功能葉）。

代謝庫：指植物接納有機物質(zhì)用于生長、消耗或貯藏的組織、器官。如發(fā)育中的種子、果實等。

源與庫的相互關(guān)系：源是制造同化物的器官，庫是接納同化物的部位，源與庫共存于同一植物體，相互依賴、相互制約。3、分配規(guī)律1）優(yōu)先供應(yīng)生長中心2）就近運輸3）同側(cè)運輸問題：為什么要對植物進行合理修剪？扦插、移栽時植株或枝條上保留的葉片為什么要保持左右對稱？

案例分析：有兩株花灌木，一株我們希望它每年開花數(shù)量均勻，還有一株我們在不久之后要參加花展，如何根據(jù)有機物運輸和分配的規(guī)律對這兩株植物進行適當(dāng)?shù)男藜?？?影響光合作用的因素一、光合速率及表示單位光合速率通常是指單位時間單位葉面積的CO2吸收量或O2的釋放量，也可用單位時間單位葉面積上的干物質(zhì)積累量來表示。CO２+H２O光葉綠體(CH２O)＋O２

通常測定光合速率時沒有把呼吸作用(光、暗呼吸)以及呼吸釋放的CO2被光合作用再固定等因素考慮在內(nèi)，因而所測結(jié)果實際上是表觀光合速率或凈光合速率，如把表觀光合速率加上光、暗呼吸速率，便得到總光合速率或?qū)嶋H光合速率。實際光合速率=表觀光合速率+呼吸速率（一)光照光是光合作用的動力，也是形成葉綠素、葉綠體以及正常葉片的必要條件，光還顯著地調(diào)節(jié)光合酶的活性與氣孔的開度，因此光直接制約著光合速率的高低。光照因素中有光強、光質(zhì)與光照時間，這些對光合作用都有深刻的影響。二、影響光合作用的外部因素光強隨著光強的增高，光合速率相應(yīng)提高，當(dāng)?shù)竭_某一光強時，葉片的光合速率等于呼吸速率，即CO2吸收量等于CO2釋放量，表觀光合速率為零，這時的光強稱為光補償點。

圖

光強-光合曲線圖解

光合速率隨光強的增強而呈比例地增加；當(dāng)超過一定光強，光合速率增加就會轉(zhuǎn)慢；當(dāng)達到某一光強時，光合速率就不再增加，而呈現(xiàn)光飽和現(xiàn)象。開始達到光合速率最大值時的光強稱為光飽和點。圖

不同植物的光強光合曲線光補償點高的植物一般光飽和點也高，陽生植物的光補償點與光飽和點要高于陰生植物；從光強光合曲線分析：陰生植物、陽生植物的園林配置？春季落葉林下喜光的草本植物競相生長、開花，充分利用上層喬木樹葉尚未長出來的空隙。常綠林下透光率小，植物一般比較耐蔭，除有草本、灌木，還有上層喬木的更新苗。案例分析：爬山虎是一種落葉的藤本植物，適合于墻面垂直綠化。近年來引進了美國爬山虎（又稱五葉地錦）用于高架下面立柱上的的垂直綠化。該種藤本植物四季常綠，但“爬山”的效果不及爬山虎。1.可否在高架下用爬山虎?2.可否在大樓的立面上采用美國爬山虎？3.如果美國爬山虎可以在大樓墻面上存活，這樣的做法是否合適？大樓墻面在冬季僅剩爬山虎的枝條。夏季因爬山虎而使墻面郁郁蔥蔥在自然條件下，植物或多或少會受到不同波長的光線照射。如，陰天不僅光強減弱，而且藍光和綠光所占的比例增高。分析討論：大樹綠蔭下，草坪草的長勢較差，原因是什么？(二)CO2光合速率隨CO2濃度增高而增加，當(dāng)光合速率與呼吸速率相等時，環(huán)境中的CO2濃度即為CO2補償點(圖中C點)；當(dāng)達到某一濃度(S)時，光合速率便達最大值(Pm)，開始達到光合最大速率時的CO2濃度被稱為CO2飽和點。

圖葉片光合速率對細胞間隙CO2濃度響應(yīng)示意圖

C3植物與C4植物CO2光合曲線

C4植物的CO2補償點低，在低CO2濃度下光合速率的增加比C3快，CO2的利用率高；C4植物的CO2飽和點比C3植物低，在大氣CO2濃度下就能達到飽和；而C3植物CO2飽和點不明顯，光合速率在較高CO2濃度下還會隨濃度上升而提高。空氣中的CO2濃度較低，約為350μl·L-1(0.035%)，而一般C3植物的CO2飽和點為1000～1500μl·L-1左右，是空氣中的3～5倍。在不通風(fēng)的溫室、大棚和光合作用旺盛的作物冠層內(nèi)的CO2濃度可降至200μl·L-1左右。接近CO2