植物地理学5.2 植物生活和 与环境—光照条件PPT资料.pptx
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C3植物植物C3植物叶片的植物叶片的维维管束鞘管束鞘细细胞小,几乎不含叶胞小,几乎不含叶绿绿体,叶肉体,叶肉细细胞排列松散,叶胞排列松散,叶绿绿体大而体大而多多收收,、固固CO定定2吸吸与碳水化合物合成均在与碳水化合物合成均在这类细这类细胞中完胞中完成。
成。
叶叶肉肉OAA(四C糖)细细胞胞卡卡尔尔文文循循环环CO2维维管管束束鞘鞘细细胞胞糖糖细细胞呼吸胞呼吸纤维纤维素素淀粉淀粉其他有机化合物其他有机化合物CO2PEP羧羧化化酶酶不不能能固固定定O2C4途径CO2首先与PEP结合,形成一种四碳化物合即草酰乙酸(OAA)。
C4植物特点:
叶片具花环结构,C4植物对CO2的净固定是由叶肉细胞和维束管鞘细胞密切配合而完的成。
没有光呼吸。
C4植物植物CAM植物植物CO2CO2OAAPEP羧化酶苹果酸CO2Calvin循环糖细胞呼吸纤维素淀粉其他有机化合物夜晚白昼苹果酸液泡CAM途径CAM植物C3指的是含3个碳原子的化合物3-磷酸甘油C酸4。
指的是含4个碳原子的化合物草酰乙酸。
CAM植物是指具景天酸代谢途径的植物,多为多浆液植物。
在夜间通过开放的孔吸收CO2,形成草酰乙酸,然后在还原成苹果酸;
第二天光照后苹果酸从液泡中转运回细胞质和叶绿体中脱羧,释放CO2被进入C3循环。
CAM代谢是植物为了在干旱热带地区生存下来,发展出的一套生存策略。
CO2的固定在时间上分开,这样就可以避免水分过快的流失,因为气孔只在夜间开放以摄取CO2。
C3植物、植物、C4植物和植物和CAM植物主要光合特征和生理特征植物主要光合特征和生理特征特征特征C3植物植物C4植物植物CAM植物植物1植物植物类类型型典型温典型温带带植物植物典型典型热带热带或或亚热带亚热带植物植物典型干旱地区典型干旱地区植物植物2生物生物产产量量t干重干重/(ha2.a)220.33917通常通常较较低低3CO2固定途径固定途径只有只有C3途径途径C4和和C3途径途径CAM和和C3途途径径4CO2固定的最固定的最初初产产物物C3C4光下光下:
C3;
暗中暗中:
C45光合速率光合速率CO2mg/(dm2.h)1535408014特征C3植物C4植物CAM植物植物类群大部分绿色植物,如水稻不包括藻类、蕨类植物和针叶树,常见于有花植物如,玉米,甘蔗、高梁、狗尾草等肉质植物,如波萝、仙人掌、景天属植物等生境特征广泛开阔、温暖、盐生开阔、干旱、温暖、盐生维管束鞘细胞无花环型结构花环型结构无花环型结构CO2固定途径Calvin循环C4途径CAM途径初始酶及对CO2亲和度Rubisco酶亲和度低PEP羧化酶亲和度高PEP羧化酶亲和度高CO2固定最初产物PGA(3C)OAA(4C)OAA(4C)气孔白天开,夜晚闭白天开,夜晚闭白天闭,夜晚开光呼吸高低低最大光合速率55100小于1光合最适温20-3030-4530-35光补偿点0.2-21-31-3C3植物、C4植物和CAM植物的适应特征1、C4植物植物CO2固定固定酶酶活性比活性比C3植物的高,植物的高,对对CO2的的结结合力合力强强。
2、C4植物比植物比C3植物光呼吸低。
植物光呼吸低。
3、C4植物耐高光植物耐高光强强,耐高温,耐干旱、耐高,耐高温,耐干旱、耐高氧。
氧。
植物光合植物光合产产物运物运输输快。
快。
4、C4为什么C4植物比C3植物生物产量高?
常见的C3植物有小麦、水稻、大豆和棉花等。
常见C4植物有玉米、高粱、甘蔗、谷向子日、葵、马齿苋等,一般起源于热带地区。
常见CAM植物有景天、仙人掌、菠萝、兰花、百合、红豆杉等,主要是多汁液的植物。
用用应应
(一)光
(一)光强强与植物光合作与植物光合作
(二)植物
(二)植物对对光光强强的生的生态态适适(三)(三)光光强强与水生植物的分与水生植物的分布布光光饱饱和点和点净光合总光合黑暗中释放的CO2量光照强度2CO吸光光收补补量偿偿点点光合速率与呼吸速率相等时的光照强度光合速率达到最大值时的光强光强超过一定范围后,光合功能下降的现象气体交气体交换换CO2放出量光合速光合速率率光抑制光抑制植物的光合午休植物的光合午休现现象象阳性植物阳性植物(a)与阴性植物与阴性植物(b)光光补偿补偿点点(CP)示意示意图图吸收吸收CO2高高粱粱玉玉米米小小麦麦阳生草阳生草类类山毛山毛榉榉阴生草阴生草类类阴生苔阴生苔藓藓和浮游藻和浮游藻类类光光强强1.植物植物对对光光强强的适的适应类应类型型植植物物阳性植物阳性植物耐耐荫荫性植物性植物阴性植物阴性植物适应强光环境,耐荫力强力弱,对强光的利用力强C4、C3阳生植阳生植物物介于阳生植物与阴生植物之间C3中生植中生植适应弱光环境,耐荫力强,对弱光的利用物物C3阴生植阴生植物物特特征征阳性植物阳性植物阴性植物阴性植物形形态态特特征征树树木特征木特征枝叶稀疏,透光,自然整枝良枝好植下;
物高长;
树皮厚;
叶色淡寿;
命开花结实力较大;
生长快,短枝叶茂密,透光度小,自然整不枝良;
枝下高短;
树皮薄;
色叶深;
植物生长缓慢,寿命长较。
茎茎外形外形较粗,节间短,分枝多。
茎细长,节间长,分枝少。
内部内部结结构构细胞体积小,胞壁厚,木质部与机械组织发达,维管束多,胞细结构紧密,含水量较少。
细胞体积大,胞壁薄,木质部机与械组织不发达,维管束细少胞,结构疏松,含水量较叶叶外形外形叶子较小,厚;
角质层厚;
叶脉细密而长;
有的叶子表面具绒有毛;
叶子常常与直射光排列呈一定的角度。
多。
叶子较大,薄;
角质层不发叶达脉;
较稀;
叶面光滑;
叶柄短长不齐,呈镶嵌状排列。
内部内部结结构构细胞排列紧密,细胞小,胞壁气厚达孔,小而数目多,栅栏组织发,海绵组织不发达细胞排列疏松,细胞大,胞壁气薄孔,大而数目少,栅栏组织发不达,海绵组织发达生理生生理生化化特特征征耐荫力弱;
光补偿点、光饱和点高;
呼吸作用与光合作用渗强性透;
压大;
叶绿素含量小;
抗高耐荫力强;
光补偿点、光饱和低点;
呼吸作用与光合作用渗弱透;
压小;
叶绿素含量高;
性抗低阳性植物和阴性植物的比较2.植物植物对对光光强强的适的适应应机制机制3.植物的耐植物的耐荫荫性性耐耐荫荫性性影响因影响因子子植物在弱光环境下生长和繁殖的能力。
物种:
阳生中生阴生生长阶段:
种子幼株成株生境:
适宜不适宜部位:
上部叶下部叶4.植物植物对对光能的利用光能的利用光能利用光能利用率率植物光合作用所累积的有机物所含的能量,占照射单位地面上太阳光能量的比率,小于5%,一般为1%2%。
提供光能利用率的途提供光能利用率的途径径:
提高复种指数延长光照时间合理密植、优化株型选育新物种补补偿偿深深度度水体中向下光线减弱很快,水越深处光合作用越弱。
当光合作用减弱到与呼吸消耗量平衡时的水深称为补偿深度,这是水中光合植物垂直分布的下限。
地中海200米冰岛88米丹麦38米水水深深光光强强绿绿藻藻褐褐藻藻红红藻藻太阳太阳辐辐射射1%2%50%60%38%49%光合有效光合有效辐辐射射光光质质(光光谱谱成分成分)的生的生态态作用作用(一一)可可见见光光1.红光区利于碳水化合物合成,植物营养生长2.蓝。
光区利于蛋白质合成。
3.植物同时吸收红光区和蓝光区,才能实现最大光合效率。
(二二)其他其他光光1.紫外线破坏细胞质、细胞分裂和生长素合成。
2.漫散光促进枝叶徙长。
3.红外光促进茎的生长、种子发芽,提高体温。
紫外线几乎对所有生物都有影特响,别是微生物,受到一定剂量的紫外线辐射,十几分钟就会被杀死.如果用相当于火星表面的紫外线强度作为标准来照射各种植物,番茄豌、豆等只要34小时就死去;
黑麦、小麦、玉米等照射60100小时,能杀死叶片;
而南欧黑松照射635小时,仍旧活着.最能忍受紫外最能忍受紫外线线的植物的植物黑松,黑松,又名白芽松、松又名白芽松、松树树,属于常,属于常绿乔绿乔木,可木,可以以长长到到30-35米高,米高,树树皮皮带带有些灰黑色。
有些灰黑色。
银银箭箭草草生生长长在在夏夏威威夷夷海海拨拨4000米米高高的的热热带带火火山山口口附附近近,为为了了防防范范紫紫外外线线辐辐射射的的过过度度伤伤害害,叶叶子上子上长满长满了白色的了白色的细细毛。
毛。
光照光照长长短短(一一)光周期与植物繁殖适光周期与植物繁殖适应应象象发现发现“光周期光周期”GarnerWW和AllardHA(1920)通过严格的实验发现,植物的营养生长和繁殖过程都受到光照长短的影响,从而提出光周期的概念。
光周期光周期现现植物长期生活在具有一定光照长短变化格局的环境中,借助自然选择和进化,形成了各类植物所特有的对日照长短变化的的反应方式(生长、开花落、叶、休眠等方面)。
长长日照植物日照植物短日照植物短日照植物中等日照植物中等日照植物日照日照时间时间14小小时时(812小小时时)中等日照中等日照地理分布地理分布起源于北方起源于北方带带和和寒寒温温温温带带起源于南方起源于南方热热带带和和亚热带亚热带长长日照植日照植物物短日照植短日照植物物中中间间性植性植物物植物植物对对光照光照长长短的反短的反应类应类型型一些常一些常见见植物的植物的临临界日界日长长植物名称植物名称光周期光周期类类型型24小小时时昼夜周期昼夜周期中的中的临临界日界日长长(h)北京大豆北京大豆(中熟中熟)短日植物短日植物15一品一品红红短日植物短日植物12.5美洲烟草美洲烟草短日植物短日植物14苍苍耳耳短日植物短日植物15.5天仙子天仙子(28.5)长长日植物日植物11.5白芥菜白芥菜长长日植物日植物14菠菠菜菜长长日植物日植物13甜甜菜菜(一年生一年生)长长日植物日植物13-14光敏色光敏色素素吸收吸收红红光光(0.66um)无生物活性无生物活性促促进进短日照植物开花短日照植物开花限制限制长长日照植物开花日照植物开花吸收吸收远红远红外外(0.73um)有生物活性有生物活性限制短日照植物开花限制短日照植物开花促促进长进长日照植物开花日照植物开花红红光照射光照射白色全光照射白色全光照射远红远红外照射外照射黑黑暗暗Pfr(P73)红红光吸收光吸收型型吸收峰在吸收峰在660nm,是生理失活型,比,是生理失活型,比较稳较稳定定Pr(P66)远红远红外吸收外吸收型型吸收峰在吸收峰在730nm,是生理激活型,不是生理激活型,不稳稳定。
定。
(二二)光周期与植物光周期与植物营营养适养适应应1温温带带落叶植物的季落叶植物的季节节性休性休眠眠2光周期生光周期生态态型分化型分化现现象象长长日照植物日照植物牛蒡牛蒡紫紫菀菀凤仙花,因其花头、翅、尾、足俱翘然如凤状,故又名金凤花。
凤仙花属凤仙花科一年生草本花卉,原产中国和印度。
短日照植物短日照植物牵牵牛牛牵牛花属于旋花科牵牛属,一年或多年生草本缠绕植物。
种植牵牛花一般在春天播种,夏秋开花,其品种很多,花的颜色有蓝、绯红、
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