藥用植物生態(tài)學(xué)藥用植物與光的關(guān)系課件

2023/9/161第二章 藥用植物與光的關(guān)系2主要內(nèi)容第一節(jié) 光的性質(zhì)和變化一、光的性質(zhì)二、光照強(qiáng)度及其變化三、光譜成分的變化

四、日照長度及其變化五、水體和植物群落中的光照情況第二節(jié) 光與藥用植物生態(tài)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)作用三、光能的信息作用2023/9/162023/9/163第一節(jié) 光的性質(zhì)和變化一、光的性質(zhì)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150—4000nm范圍內(nèi)，將太陽輻射光譜分為:紫外光、可見光和紅外光三部分。2023/9/1742023/9/17

51“A”=0.1nm==1*10^-10m紫外光譜：波長小于380nm可見光譜：波長380~760nm白光紅外光譜：大于760nm紅760-620nm;橙626-595nm;

黃595-575nm;綠575-490nm;藍(lán)490-435nm;紫435-380nm2023/9/176全部太陽輻射中紫外線占1%2023/9/177生理輻射或光合有效輻射——2023/9/178指在太陽輻射光譜中，能直接參與植物光合作用，被植物吸收固定的太陽輻射。波長范圍400-700nm橙紅光600-700nm對植物的光合作用具有最大活性，其次是

400-470nm藍(lán)紫光，而對綠光的

吸收較少。二、光照強(qiáng)度及其變化光照強(qiáng)度——用光產(chǎn)生的熱效應(yīng)來測量。太陽輻射強(qiáng)度——指垂直于太陽光的單位面積（1m2）、單位時(shí)間(1min)的黑體上所獲得的太陽總熱量。單位(卡/cm2.min)太陽常數(shù)——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1.94卡/cm2.min1.94卡/cm2.min2023/9/179影響太陽輻射的因素大氣層—吸收、反射和散射太陽高度角—平行光束射向地面的太陽輻射與地面的交角緯度影響——赤道向兩極隨緯度的增加，太陽高度角減小，太陽輻射減弱

海拔高度——隨海拔高度升高而增強(qiáng)地形地貌——地面朝向和坡度2023/9/17102023/9/17112023/9/17122023/9/1713三、光譜成分的變化2023/9/1714太陽輻射光譜受大氣層吸收、散射等影響，光譜成分會(huì)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譜的散射作用較強(qiáng)，隨高度角的增加，紫外線和可見光的比例增加，紅外線比例減小。為什么？日照長度——指每天太陽的可照時(shí)數(shù)，即晝長。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)的植物類型。長日照植物——每天日照時(shí)間在12

h以上(黑夜短于12

h)才能開花的植物。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。四、日照長度及其變化2023/9/1715五、水體和植物群落中的光照情況水體表面反射深處吸收水體中的輻射強(qiáng)度減弱，光譜組成發(fā)生變化影響水體中植物的分布變化2023/9/1716植物群落中的光照情況1、植物葉片對太陽輻射的吸收、反射和透過——吸收約占70%，反射占20%，透過約占2-10%。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。葉片也具有選擇吸收特性。透過主要取決于葉片結(jié)構(gòu)和厚度。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。2023/9/1717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(diǎn)：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。2023/9/17182023/9/1719第二節(jié) 光與藥用植物生態(tài)2023/9/1720一、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)作用三、光能的信息作用主要內(nèi)容2023/9/1721一、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光合作用太陽能

化學(xué)能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C3途徑、C4途徑和

CAM（景天酸代謝）途徑。2023/9/1722C3途徑2023/9/17231946年，美國加州大學(xué)放射化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的卡爾文(M.Calvin)和本森(A.Benson)等人采用了兩項(xiàng)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(yàn)所要求的時(shí)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到蔗糖的一系列反應(yīng)步驟，推導(dǎo)出一個(gè)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

photosyncarbon

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(xiàng)研究的主持人卡爾文獲得了1961年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。C4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，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的 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。2023/9/1724碳四途徑包括4個(gè)步驟：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）；轉(zhuǎn)移，C4酸轉(zhuǎn)移到維管束鞘細(xì)胞；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；再生，C4酸脫羧形成的C3酸（丙酮酸或丙氨酸）再運(yùn)回葉肉細(xì)胞再生成PEP。2023/9/1725——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。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。2023/9/1726CAM（景天酸代謝）途徑光照與植物的黃化現(xiàn)象——多數(shù)植物在黑暗中生長時(shí)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)。2023/9/17272、光照強(qiáng)度對藥用植物的生態(tài)作用光補(bǔ)償點(diǎn)

light

compensation

point——植物的光合強(qiáng)度和呼吸強(qiáng)度達(dá)到相等時(shí)的光照度值。在光補(bǔ)償點(diǎn)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)。2023/9/1728光飽和點(diǎn)2023/9/1729——光強(qiáng)超過補(bǔ)償點(diǎn)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(huì)提高，這是的光強(qiáng)稱光飽和點(diǎn)。3、藥用植物對光照強(qiáng)度適應(yīng)的生態(tài)類型陽性植物——光補(bǔ)償點(diǎn)飽和點(diǎn)較高2023/9/1730陰性植物——光補(bǔ)償點(diǎn)飽和點(diǎn)較低耐陰植物——耐陰強(qiáng)弱與生長環(huán)境有關(guān)

生態(tài)類型

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2023/9/1831

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、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。2023/9/18324、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(gè)生態(tài)類型：陽性植物——多生長在路邊、草原、沙漠、平原。2023/9/1833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(gè)生態(tài)類型分布日照時(shí)數(shù)2023/9/1834一天內(nèi)太陽直射光線照射地面的時(shí)間，以小時(shí)為單位。光強(qiáng)一般用日照時(shí)數(shù)來表示。我國日照時(shí)數(shù)與太陽總輻射的分布有相似的趨勢。2023/9/1835二、光質(zhì)對藥用植物的生態(tài)作用2023/9/18361、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1、光質(zhì)對藥用植物生長的影響2023/9/1837

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。

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——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。2023/9/18382、光質(zhì)與植物的光合作用的關(guān)系2023/9/1839紅光下的光合強(qiáng)度比在藍(lán)紫光下的大?！蚴枪饣磻?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——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。3、光質(zhì)與藥用植物分布的影響2023/9/1840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。三、光能的信息作用2023/9/1841植物的光周期現(xiàn)象——指日照的長短對于植物的生長發(fā)育的反應(yīng)，是植物發(fā)育的一個(gè)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。長日植物——種植物都有它特定的臨界日長，植物每天日照時(shí)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(shí)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。2023/9/1842短日植物——這種植物在日照長度短于某一定臨界值時(shí)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(shí)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。2023/9/1843中日性植物——

只有在某一特定的日照長度下才能開花，如甘蔗只有在

11.5~12