光合作用的利用十篇

光合作用的利用篇1

关键词：牵牛花；饥饿处理；光合作用；脱绿处理

光合作用是绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。依据植物光合作用生成有机物淀粉以及光线在胶卷底片各部分透光强弱，叶片各部分光合作用强度不一样，产生的有机物淀粉量也不一样，淀粉遇碘会变成蓝色的深浅也会不一样，这样就会将胶卷底片投影巧妙地印在植物的叶片上。早在1864年，萨克斯就做过这样一个实验，将绿色叶片先在黑暗中饥饿处理几小时，消耗掉叶片中的营养物质，主要是淀粉，然后将叶片一半遮光，一半曝光，一段时间后，用碘蒸汽处理叶片，发现曝光一半的叶片变成蓝色，遮光一半的不变蓝。基于萨克斯的实验，用照片底片或者剪成字母所用的模板来代替萨克斯实验中对叶片一部分进行遮光处理的实验用具。在实验材料的选择上，经过实验证明选用牵牛花幼嫩的叶片作为实验材料效果较好，并且用微波炉代替酒精灯对叶片做加热脱绿处理，实验操作更加方便，温度也很容易控制。

一、实验材料

样品：新生快成熟牵牛花叶片

化学药剂：酒精（200 mL）、碘酊（10 mL）

实验用具：酒精灯（1个）、镊子（两把）、烧杯（500 mL2个100 mL两个）、胶头滴管（两个）、培养皿（4个）、石棉网（1个）、别针、黑色卡纸、日光灯、滤纸等

二、实验过程

1.实验步骤

第一步：在实验之前盆栽培养牵牛花，使其生长健壮旺盛。

第二步：叶片的饥饿处理，选取盆栽的新生快成熟的叶面完整、平整的牵牛花叶子四片，用一个不透光的纸盒将所选取的叶片分别套起来并固定，黑暗条件下培养牵牛花72小时，并保持水分和温度适宜。

第三步：固定叶片和胶卷底片。打开日光灯，把纸盒取掉，在纸盒套过的叶片背面用一张黑纸板将叶片托起（注意叶的背面不要照光），将所要印的照片底片正面向上覆在叶片的正表面，用曲别针将底片、叶片和黑纸板固定，注意不要让曲别针遮住胶卷底片的画面，同样将事先画好的简单字母剪下后固定在同一片叶片上，固定好叶片以后让叶片正面转向光源，接受日光灯照射，进行光合作用8～24小时不等。

第四步：脱色处理。把实验选用的叶片从牵牛花上摘下，去掉叶片上的遮光用具，即胶卷底片（字母卡片）和黑纸板，再将叶片放入隔水加热的至沸腾的酒精里浸泡，直到叶面变成黄色或白色为止，将显示黄色或白色的叶片从酒精中取出，小心放在清水中漂洗干净，再将叶片放在配好的碘酊中浸泡1分钟左右直到叶面呈现蓝色图像即可（因叶片各部分经过底片获得了光强度不一的阳光，所进行光合作用程度不一，所产生的淀粉有多有少，淀粉遇碘变成蓝色，故叶片经碘酊处理后就会表现出蓝色的画面）。

实验结束后，将显色后的叶片从碘酊中取出用清水漂洗干净，用吸水纸吸干后夹在书中定型，干了就是一张带照片的叶子，有条件的可以进行塑胶定型长久保存。

2.实验记录表

3.实验结果及分析

实验中有4片叶子表现出较明显的图像，且都为夹简单字母的叶片。经多次实验后，发现底片对光有吸收作用，盖有底片的叶片光合作用慢，生成淀粉少，碘酊染色效果不明显，总是整个叶片一个蓝色，区分度小，黑白底片成像效果要好一点，彩色底片效果最差。

光合作用的利用篇2

一、光与光合作用

光合作用是指绿色植物吸收光能，同化二氧化碳和水，制造有机物并释放氧气的过程，光合作用的产物主要是糖类，储存着能量。光能是植物光合的能量来源，但植物对不同波长的光，吸收量不同，且光合产物有差异。研究表明，在红光照射下，叶片形成大量的碳水化合物，蛋白质较少；而在蓝光照射下，碳水化合物减少而蛋白质的含量增多。

光饱和现象和光补偿点。光合作用是一个光生物化学反应，在一定范围内，光合速率随着光照强度的增加而增加，但超出一定范围之后，当光照达到某一强度时，光合速率就不再增加，这种现象称为光饱和现象。阳生植物的光饱点较高而阴生植物的光饱和点较低，另外，光饱和现象是对单叶而言，对群体则不适用。因为群体叶枝繁茂时，外光照很强，达到单叶光饱和点以上时，而群体内部光照强度仍在光饱和点以下，中下层叶片就比较充分地利用透射光和反射光，群体光速率就会上升。

另外，当光照减弱时，光合速率就逐渐地接近呼吸速率，最后达到一点，即光合等于呼吸速率。同一叶子在同一时间里，光合过程吸收的CO2和呼吸过程放出的CO2等量时的光照强度，就称为光补偿点。此时，有机物的光合积累和吸收消耗相等，植物就不生长。因此，为了保证作物的正常生长，光照强度必须大于光补偿点。要提高光能的利用率，主要是延长光合时间，增加光合面积和加强光合效率等途径。

（一）延长光合时间

延长光合时间就是最大限度地利用光照时间，提高光能利用率，具体的措施是：

1.提高复种指数。就是提高全年内农作物的收获面积对耕地面积之比。具体的做法就是四季轮作、合理套种。在一年内巧妙地搭配各种作物，从时间和空间上更好地利用光能，缩短田地空闲时间，减少漏光率。

2.延长生育期。在不影响耕作制度的前提下，适当延长作物生育期。

3.补充人工光照。在小面积的栽培下，当阳光不足或日照时间过短时，可用人工光补充，日光灯是理想的人工光源，光谱成分与日光近似。

（二）增加光合面积

光合面积即植物的绿色面积，主要是叶面积，它对产量的影响最大，又是容易控制的一个方面。

1.合理密植。主要是处理好群体与个体之间的关系，种得过稀，个体发展较好，但群体得不到充分的发展，光能利用率低；种得过密，下层叶子受到光照少，在光补偿点以下，成为消费器官，光合生产率减弱，也会减产。

2.改变株型。选育株型优良的高产品种，即杆矮、叶直而厚、分蘖密集。即能增加密植程度，增大光合面积，耐肥不倒伏，充分利用光能，提高光能利用率。

（三）提高光合效率

使田间通风良好，保证CO2的供应，或者提高田间的CO2浓度，都可以提高单位面积的光合效率。目前，常用方法是，第一是因地制宜选好行向，保证通风。第二是增施有机农家肥、碳酸氢铵肥料等，不但提高了氮素，同是提高了田间的CO2浓度。第三是利用光呼吸抑制剂去抑制光呼吸，提高光和能力。

二、光与植物生长的关系

一般说来，植物的生长发育是在日光下进行的，不同的光谱成分对植物的光合作用、生长、发育、叶绿素的形成、向光性、光形态建成的诱导等许多种光反应现象的作用是不同的。

（一）光对植物营养器官生长的影响

幼苗发育是受光控制的。播种在土中的禾谷类作物种子，芽鞘和中胚轴在土中不断伸长，直到见光为止。而幼苗见光后，卷曲的叶片才张开。光对茎伸长有抑制作用。光也可以抑制多种作物根的生长，而且光强度与抑制根生长呈正相关。

（二）植物生长的向光性

植物随光的方向而弯曲的能力称为向光性。如叶子能尽量伸展于最适宜利用光能的位置。产生向光性的原因是：单侧方向的光照，可引起生长素向背光侧的横向运输，从而使背面侧生长素多，细胞伸长强烈，所以植株便向光弯曲生长。另外，研究发现，对向光性起作用的是短波光，而红光是无效的。

（三）光照对植物开花和休眠的影响

1.日照长度对植物开花的影响。植物开花有光周期现象，日照长度对于植物从营养生长到花原茎形成这段时间的长短，有决定性影响。研究表明，植物开花的光周期现象，在光期和暗期中，对于诱发花原茎形成起决定作用的是暗期长短。即短日照植物必须在超过某一临界暗期时才能形成花芽；而长日照植物必须在短于某一临界暗期时才能开花。闪光试验证明了暗期的重要性。

2.光照对植物休眠的影响。许多研究表明，温带植物的秋季落叶、冬季休眠与日照长度有关。短日照可以促使植物进入休眠状态。如杨树在给予几天短日照后，即使气温还在相当高的情况下，但在继续长出几片叶子后即形成顶芽，叶子的生长停止。如再继续短日照处理（温度条件不变），则其叶子便不再生长，然后逐渐萎黄脱落，进入深休眠；如果再给以长日照处理，则植物可继续生长，而不进入休眠状态。洋槐、柳等树种对短日照也有同样的反应。因此北方植物园在引种工作中，可利用短日照促使树木提早休眠，增强御寒越冬的能力。

（四）光在诱导形态建成、向光性及色素形成等方面有一定作用

如可见光中的蓝紫光与青光对植物的伸长有抑制作用，从而使植物形成矮小的形态；青、蓝、紫光能引起植物向光性的敏感，并能促进花青素等植物色素的形成。蓝光可以激活光合作用中同化CO2的酶类；紫外线能抑制植物体内生长素的形成，抑制茎的伸长。高山植物茎秆矮小，叶面缩小，茎、叶富含花青素等，都与高山上蓝、紫、青等短波光以及紫外线较多有关。

光合作用的利用篇3

阳光再分布系统是利用几何光学原理，将照射到地球表面的阳光进行人工调整分配的自动化系统。可以为植物工厂提供优质的光照条件，对解决当前植物工厂发展中遇到的成本高适用范围小的问题发挥一定的作用，可促进植物工厂的发展，对于降低能源消耗保护生态环境、以及对于社会发展都有一定意义。

关键字：阳光再分布系统 植物工厂 非成像光学 光合作用

中图分类号：C35文献标识码： A

植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统，是现代设施农业发展的高级阶段。植物工厂在土地的集约利用、依法合理种植转基因作物、保护生物多样性、防止生物入侵等等自然方面都有着重大的战略意义。植物工厂可以打破城市与农村之间的壁垒，对于推动100%城市化、推动社会结构发展同样有重大战略意义。

植物工厂按光能的利用方式不同来划分，共有三种类型：太阳光利用型（简称太型）、人工光利用型或者叫完全控制性（简称完型）、太阳光和人工光并用型（综合型）。当前的植物工厂还处于发展的初级阶段，尚有许多问题没能解决，共有的问题在于能量的转化效率低下，因而成本高昂，较难市场化。同时各类型的植物工厂各有不足之处：阳光利用型和综合利用型都是一层的温室型建筑，以便于其从顶部接受日照，土地利用率低，在提高产量方面与传统农业相比并没有太大优势。人工光利用型则由于采用人工照明，光照照度直接和成本挂钩，目前主要采用LED作为光源，电能转化光能的效率较白炽灯等传统光源相比已经大为提高，但功率也受到限制。不仅运营成本较高，农作物可选择面也比较狭窄：果菜类和粮食类由于光饱和点高，同时许多植株较大，对要求空间大，且布光复杂，难以采用，目前植物工厂里种植的都是以植株小、光饱和点低的叶菜类为主。

既然植物工厂被认为是未来农业的发展方向，无论效率低下还是选择面狭窄都是无法令人满意的。我们应当积极解决这些问题。

每个人都知道光合作用的重要性，但研究发现，并不是照射在叶片上的所有阳光都得到了充分的利用。光合作用是一个光生物化学反应，所以光合速率随着光照强度的增加而加快。但超过一定范围之后，光合速率的增加变慢，直到不再增加。当达到某一光强时，光合速率就不再随光强的增高而增加，这种现象称为光饱和现象。开始达到光合速率最大值时的光强称为光饱和点。

1883年德国J.赖因克首先发现植物的光饱和现象，并指出：光饱和点取决于所研究的对象。对于水稻、小麦等C3植物，光饱和点为3～8万勒克斯。C4植物的光饱和点一般比C3植物高，有的C4植物在自然光强下甚至测不到光饱和点（如玉米的嫩叶）。作物群体的光饱和点较单叶为高，小麦单叶光饱和点为2～3万勒克斯，而群体在10万勒克斯下尚未达到饱和。这因为光照度增加时，群体的上层叶片虽已饱和，但下层叶片的光合强度仍随光照度的增加而提高，所以群体的总光合强度还在上升。

由此可见，大部分时候直接照射到叶片上的阳光是超过植物最大需求的，即便是群体利用也是有的过量有的不足，体现出自然界对阳光的利用不够充分及合理，有很大的改进空间。

由于人们使用的电能除了少部分来自核能和地热外绝大部分都是直接或间接的来自太阳能，所以在有日照条件的情况下，植物工厂里不应该优先使用人工照明。但是对于阳光不能够得以充分利用的问题，我们认为其关键点在于阳光的不可控制。如果能够对作物的光照进行精确控制，使强度刚好适合植物生长成熟，这样原来的阳光就会有剩余，可以分配给更多植物。对一块平面土地而言，可以进行多层化分配。具体的实施方法参照常规建筑，建造多层的植物工厂厂房，使每一层空间都分配给适宜的阳光光照，因此可引入阳光再分布系统，建成阳光再分布型植物工厂。

照射在地球上的阳光基本上是均匀的和无目标的，我们称之为阳光的一次分布或原始分布。根据具体应用而对阳光进行有目的的调控分布称为阳光的二次分布或再分布。基于几何光学原理，用以实现对阳光进行再分布的一整套自动化设备体系称为阳光再分布系统。

标准的阳光再分布系统包括光学、跟踪、控制和维护几个子系统。其中光学子系统由采光、调整、传输、布光四个阶段组成。采光部分包括主动式采光和被动式采光，主动式采光使用定日镜以使方向不停变化的太阳光变为定向，定日镜可以是单镜式、双镜式或多镜式，精度高效果好；被动式使用单透镜或透镜组来减小阳光角度变化范围，用于光路较短且要求较低的地方，投资少维护简单。调整部分指的是根据传输要求或应用要求将已经定向的阳光进行汇聚、舒展、分光、分频、偏振、过滤等控制的设备，具体采用哪些根据要求而定。传输设备可以是光导管、光纤、反光镜等等；传输是包括在系统的整个过程中的，没有先后顺序。布光部分根据应用需求选择安装，可以是毛玻璃、非平面反光镜透镜等。

阳光再分布系统的应用范围包括能量型和信息型两个方面，对植物工厂的应用属于能量型，适用非成像光学，以使得太阳能利用得到最大化。太阳虽然距离地球很远，由于体积巨大，光学设计仍要按面光源考虑。

阳光再分布系统的采光部分可以安置于光照良好的工厂屋顶、外墙及室外地面等位置。下面是安装于屋顶的示意简图，安装于外墙和室外地面的情况类似，不再重复：

为了便于理解，简化为光路流程图如下：

由图可知，原始阳光经过采集、汇聚（以减小光路直径）后，光线传输到各层室内顶部，按目标需求分配并洒布给下面的植物。分配量及分配角度时间等等因素应当根据实际植物的生长状态精确测量来决定。

因为气象条件的限制，采集的阳光强度本身仍然有较大范围的变化，而且植物的不同生长阶段也对阳光强度有不同需求。因此植物工厂采用阳光再分布系统后仍应配备人工光源进行补充。

阳光再分布系统是一套光机电一体的自动化系统，需配备专门的管理控制系统，且应与人工光源结合在一起，使人工光和再分布的阳光统一调配，满足植物种类和时期的不同需求。同时还要控制室外设备设施以应对各种恶劣天气，保障植物工厂长期稳定运作。

阳光再分布系统对于植物工厂是有进步意义的：

一方面它减少了灯光照明所耗费的能源，降低了植物工厂的运营成本，提高了植物工厂的经济性；另一方面它提供了比人工照明更高的能量，可以种植更为广泛的植物，即使原本不适合当地气候的植物也可以在植物工厂里种植了。此外阳光具有较强的方向性，可以拉开照明设备与被照农作物的距离，便于植物的布置和人工的操作。

阳光再分布型植物工厂降低成本，扩大适用范围，促使植物工厂在取代传统农业的道路上更进一步。

参考资料：

光合作用的利用篇4

文献标识码：B

摘要：设置不同水氮处理，对‘红富士’苹果的光合特性进行了研究。苹果净光合速率日变化曲线呈“双峰”型，且光合作用存在明显的“午休”现象。在低水分条件的限制下，不论氮肥施用量的高低对苹果的光合速率、气孔导度等提高作用不明显。在中度水分条件下，施用较多的氮肥可以提高气孔导度，利于光合的进行。在氮肥供应一定的条件下，中度的水分供应比高水和低水供应表现出更高的光合速率。在水分含量一定的条件下，中肥的水分利用效率高于高肥和无肥。

关键字：水；氮；苹果；光合特性

光合作用是植物生产力的最主要因素，研究植物光合作用有助于采取适当的栽培措施提高植物的生产能力，从而提高产量。苹果是我国最重要的果树，栽培面积大，品种多。其光合作用受多方面因素的影响，不同地区、不同气候条件下光合速率也不同。国内外的研究表明。果树光合作用净光合速率的日变化进程有单峰、双峰、三峰等几种，因种类、品种、叶位、叶龄、天气、栽培条件等而各异。目前果树光合作用的影响主要集中在水分胁迫的研究上，但针对新疆林果光合特征的研究还未见报道。光合作用是果树生长和结果的基础，研究林果的光合特性，有利于研究植物的生长速率，对当地林果业的发展有重要作用。新疆具有得天独厚的果品生产自然条件，是葡萄、苹果、‘香梨’、枣、核桃及杏等果树的天然乐园。2000年以来，新疆特色林果业生产快速发展，已成为新疆一大支柱产业，成为新的经济增长点和农民增收的重要手段。阿克苏地区是新疆特色林果的主要产区，这里的‘红富士’苹果、核桃、枣都极具特色。本研究以新疆南部阿克苏地区‘红富士’苹果为材料，研究了水、肥对苹果光合特性的影响，探索不同条件下影响其光合作用进行的主导因子。以期通过人工改善等措施来提高其光合性能，从而提高作物的经济产量和品质，为改善提高果树水分、养分利用效率提供参考，为果园生态系统的理论研究及指导生产提供依据。

1　材料与方法

试验区位于新疆生产建设兵团农一师九团十三连(40°34′00″N，81°17′15″E)，属暖温带干旱荒漠气候区，气候干燥。平均年降水量42.4mm左右，年蒸发量2110.5mm。年平均太阳总辐射量544.284～590339kJ/cm2。年日照2855-2967h，无霜期205-219d。年均气温10.7℃，≥10℃积温约为4113.1℃。土壤类型主要为风沙土。试验田土壤有机质含量11.91g/kg，速效氮22.6 mg/kg，速效磷2.73mg/kg，速效钾84mg/kg，pH值8.4。

供试苹果树为乔砧‘红富士’。树龄17年。株行距4mx6m，生长健壮，树势中庸。

试验设计：滴灌施P2O5(15kg/666.7m2)与K2O(2.5kg/666.7m2)为固定值，以滴灌水量与施N量为决策变量，采用二因子五水平正交设计，共设9个小区，每小区9株树(表1)。试验用氮肥为尿素(含N46％)，萌芽至开花期滴灌施入70％，果实生长期滴灌施入30％；全生育期共滴水7次，每次灌水量相同。

试验于2009年7月中旬选择晴朗、无浮云的天气进行，采用英国PP-systems公司生产的便携式光合TPS-2测定系统，采用开放式气路。测试时采用树冠中上部向阳面生长健壮、叶龄相对一致的健康成熟5片叶子作供试材料，并保证该叶片全天处于自然光照的条件下，于9:00～20:00每2h观测光合日变化指标1次。每次测定读取3个稳定的数值。取平均值。测试指标包括净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(ci)、空气CO2浓度(Ca)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、光强(PAR)。水分利用效率(WUE)利用公式Pn/Tr计算得出。利用Excel制作各光合参数的日变化图，进行比较分析。

2　结果与分析

2.1　细胞间隙CO2浓度与光照强度日变化

由图1看出，一天中苹果胞间CO2浓度值的变化幅度不大，各处理CO2浓度变化趋势基本一致，9:00达到当日最大值后迅速下降，11:00之后缓慢上升。15:00出现第二次低谷，之后CO2浓度又有所上升。在水分一定的情况下，中肥的CO2浓度最高。相同氮肥处理条件下，高水(处理5)比低水(处理6)的胞间CO2浓度高。低水低肥(处理4)的胞间CO2浓度值最低。

2.2　光合速率日变化

由图2中可知，各处理的光合速率变化规律基本一致，其净光合速率日变化曲线呈“双峰”型。各处理净光合速率在上午9:00～11:00均随着光强的增加和温度的升高而迅速上升，于11:00左右出现第一次高峰。净光合速率的最大值出现在处理9，峰值为23.4μ,mol・m-2・g-1：之后随着光强的继续增加和温度的升高而开始下降，在15:00出现最小值，为10.4μmol・m-2・S-1；17:00后出现次高峰。净光合速率的变化在9:00一11:00和15:00―17:00时与光强的变化趋势基本一致。在11:00--15:00时则呈相反变化，说明其光合作用存在明显的“午休”现象。这是由于中午温度过高、蒸腾速率过盛、大气相对湿度较低导致气孔关闭而引起的。氮肥供应一定时，中度的水分供应(处理9)比高水和低水供应表现出更高的光合速率。

2.3　气孔导度与蒸腾速率的日变化

气孔导度是植物气孔传导C02和水汽的能力，气孔导度越大，代表气孔开闭程度越大。植物通过改变气孔的开度等方式来控制与外界的CO：和水汽交换，从而调节光合速率和蒸腾速率。由图3可知，一天中气孔导度的变化是先升高然后再降低，最后趋于平缓。9:00-11:00气孔导度缓慢上升，11:00-15:00迅速上升，除处理6外，各处理的气孔导度在15:00达到当日最高值。低水分条件下的各处理的气孔导度显著低于中水分、高水分条件下的氮肥处理的气孔导度。低水低肥处理的气孔导度最低。一天中的气孔导度的最低值多出现在9:00左右，而气孔导度的最高值多出现在15:00左右的处理9中，表明中肥中水的处理对增加气孔导度的作用很明显。高水中肥处理的气孔导度显著高于低水中肥处理的，表明在中度水分条件下，施用较多的氮肥可以提高气孔导度，利于光合作用的进行。

由图4可知，各处理的蒸腾速率变化基本一致，在

13:00出现第一次高峰，之后变化迅速，15:00之前，随光强的增加和气温的升高呈现上升趋势，15:00各处理均达到当日最高值，蒸腾速率的最大值出现在处理1中。峰值为8.19mmol・m-2・s-1。最小值则出现在处理4和处理6中，15:00后开始下降，是光照逐渐减弱、植物体内水分减少、气孔逐渐关闭所致。17:00之后蒸腾速率下降较快。低水中肥处理的肥水组合的蒸腾速率最低，保水效果最好。

2.4　水分利用效率日变化

水分利用效率(WUE)又称瞬时蒸腾速率，能准确反映植物叶片的瞬间或短期反应行为。水分利用效率与蒸腾速率的变化趋势正好相反，说明水分利用效率是随着光强、叶温和蒸腾速率的增大而降低的。由图5可知，各处理的水分利用效率在上午11:00左右均表现当天中最高，峰值出现在处理1，而后各处理均随光强和叶温的增加而迅速下降，15:00以后基本趋于稳定。到17:00之后又再次回升，这一结果表明苹果的水分利用效率对光强和叶温的变化都比较敏感。处理9表现出较高的水分利用效率，表明在水分含量一定的条件下。中肥比高肥、无肥表现出更高的水分利用效率。

3　小结果与讨论

研究植物光合作用的主要目的是探索提高植物光合能力的措施，从而提高产量。本研究表明，在夏季晴天条件下，‘红富士’苹果的光合速率日变化呈双峰曲线，且存在明显的“午休”现象。前人认为“午休现象”既有气孔调节，也有非气孔调节的因素。它的发生受生理、生态、生化等诸多因素的影响，是一个相当复杂的难题，目前未能完全克服。一天中，中午15时是一天中光强最高的时间，相对应的也是出现光合“午休”的时间。这说明过高的光强可能是其“午休”的一个重要原因。苹果发生“午休”时。胞间CO2浓度变化不大，这说明“午休”现象的发生并非是由于胞间CO2浓度降低引起的。本研究中气孔导度和胞间CO2浓度的变化趋势相反，与燕丽萍、李东林的研究结论一致。因此可以推断引起红富士叶片光合“午休”主要受非气孔因素限制，气孔因素起次要作用。“午休”造成的损失可达光合生产的30％-50％，甚至更多。因此，在实际生产中应保证树体充分供水，防止土壤水分亏缺，避免光合作用“午休”现象发生。

光合作用的利用篇5

1光纤传输技术的应用优势及在广播电视中的重要性

在广播电视网络传输中，光纤网络占据最为基础性的地位，将光缆作为传输介质，并以SDH平台进行传输，这是数字电视与数据传输的最可靠链路，其质量好坏会直接影响到电视直播信号的质量。在电视信号传输中应用光纤传输技术，能够有效的改变传统的微波中继传输信号中容易出现噪声及受到电磁波干扰的问题，有效的提高了数据传输的质量。利用光纤技术来进行广播电视信号传输，对提高电视传输的稳定性具有重要的作用。运用光纤技术来将直播信号向多个地区的轩播平台进行传输，而且各地区的传播平台也能够将数据信息向主平台传送。而且利用光纤传输信号过程中，能够对外界环境变化的影响具有较强的抵抗作用，满足大量数据传输的要求，克服信号变换时中继器产生的噪音，有利于信号的稳定性。相较于其他传输途径，光纤传输在安全性和稳定性方面更具优质，承担着当前广播电视传输的重要责任，直接影响着直播节目播出的效果。而且利用光纤传输技术进行广播电视信号传输，更易于管理，具有其他传输技术不可替代的优势，有效的促进了我国广播电视行业的健康发展。

2光纤传输在广播电视信号传输中的应用

2.1非压缩传输

这种传输方式主要是利用光纤线路来对非压缩信号进行光波传输，在长距离传输过程中，信号被传输到广播中心的机房。非压缩传输方式主要在现场直播信号中传输中进行应用，而且在实际传输过程中对距离具有非常严格的要求。而且在具体应用过程中，往往会将光纤设计成为一条单独占据的通道，并利用视频光端机来接收信号，从而确保直播信息能够稳定的传输到用户接收样的端口。在利用非压缩传输进行信号传输过程中，特别是需要对公共信号进行传输时，为了能够确保信号管理效率的提高，工作人员通常会选择主备用信号传输方式，实现端口直接对接，确保光纤传输效果的提升，并能够充分的发挥出光纤调和中双光缆的优点，有效的保证光波信号传输的可靠性。而且对于主备用信号传输来讲，即使主传输出现故障，只在将冷备设备和主备光缆在通信机房与TOC之间设置，这样设备能够及时进行替换，有利于充分的保证信号传输的可靠性。

2.2压缩传输

这是一种在广播电视信号传输过程中极为常见的一种光纤传输方式，主要是利用压纹设备来对光波信号进行压缩，使其占用较小的空间，从而实现对大数据的高清传输。在压缩传输过程中，由于长距离传输需要确保数据的完整性，因此需要充分的发挥解码器的作用，利用解码器来对传输信号进行压缩解码，从而获得ASI信号，并使其经过网络适配器将信号传输到IBC机房内，并利用解码器进行解码。

2.3压缩与非压缩结合传输

无论是压缩传输还是非压缩传输都具有各自的优点和不足之处，因此在实际操作过程中，往往会将压缩传输与非压缩传输进行结合，充分的利用各自的优势，确保信号传输的质量。特别是随着广播电视覆盖率的不断升高，涉及的区域越来下，将压缩与非压纹传输进行有效结合，有效的将各个区域的视频光端机与基带光纤进行结合，使宽带实现灵活增减，以便于能够与不同信号的有效适合，对于一些需要大量广播的地区，压缩传输与非压缩传输之间的结合更具适用性，在实际工作中，能够有效的将不同信号的优势充分的结合在一起，实现对信号的优化管理，能够将二种传输方式的优势充分发挥出来，更为符合当前广播电视事业发展的要求。

3结束语

在文化娱乐产业迅速发展的今天，广播电视的普及率及覆盖率也已大大上升，人们对于电视节目的播放质量有了更高的要求。广播电视系统是一项复杂而又庞大的工程，光纤传播技术作为新兴资源，在广播电视的节目输送中发挥着重大作用。三网并网技术正在迅速发展，各个地区基本均已形成了以光纤作为主要传输介质的信号输送网络，光纤技术在广播电视中的地位进一步提升。

作者:陈岩 单位:哈尔滨广播电视台

参考文献:

[1]张伟，赵林.光纤传输技术在广播电视信号传输的应用[J].西部广播电视，2014，2：120.

光合作用的利用篇6

关键词：樟属；幼年树；光合生理；特性；环境因子

中图分类号：Q949.747.5；S725.71；S718.43 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）06-1346-06

光合作用是植物生长的基础，是构成植物生产力的最主要因素，植物叶片光合性能与其生产能力呈正相关关系[1]。光合作用的强弱主要与植物的遗传特性和环境条件有关，当外界环境因素发生变化后，植物的光合生理特性也随之出现对应变化[2]。香樟[Cimamomum camphora（L.）Presl]、岩桂（C. petrophilum N. Chao）、天竺桂（C. pedunculatum Sieb.）、猴樟（C. bodinieri Levl）4种树木都属于樟科（Lauraceae）樟属（Cinnamomum Trew）常绿乔木，由于其叶片内富含挥发油成分，具有适应性强、观赏价值高、绿化用途广的特点，经济价值与生态价值非常高，所以也是城市绿化的优良树种[3-5]。以往对这4种树的研究主要侧重于合格苗木培育、栽培技术创新、生产管理规范等方面的研究[6-11]，而对树种的光合生理特性比如光补偿点（Light compensation point，LCP）、光饱和点（Light saturation point，LSP）、CO2补偿点（CO2 compensation point，CCP）等则很少见到报道，目前对光合特性的研究主要集中在对香樟的日变化测定方面[11，12]，而对4种树的光合特性系统变化缺少研究。为此，试验通过测定香樟、岩桂、天竺桂、猴樟在不同生长季节的光合作用参数，探讨了它们的光合生理特性与差异，以期为城市绿化树种的科学选择、有效利用、引种及育种少走弯路等方面提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地点在贵州省林业科学研究院试验林场，该场地理坐标为北纬26°38′、东经106°43′，海拔1 105.1～1 197.1 m，处在云贵高原山原地貌区。属中亚热带气候，年均气温15.2 ℃，1月平均气温6.3 ℃、7月平均气温27.7 ℃，年极端最低气温-7.3 ℃、极端最高气温37.5 ℃，年均降水量1 198.9 mm，年平均空气相对湿度77%，年无霜期278 d。参加试验的香樟、岩桂、天竺桂、猴樟树均为二年生幼树。

1.2 测试方法

1.2.1 光合日变化测定 采用Li-6400便携式全自动光合测定系统（美国LI-COR公司），分别在2011年的春、夏、秋3个植物的生长季节（分别对应是4月、7月、10月）各选晴天少云的日子在试验地点实施连续（重复）测定4种樟属树种叶片的光合作用生理指标日变化。测定日的测定时间段为8∶00～18∶00，测定日的气温为25～38 ℃、空气相对湿度80%左右。每次测定时要间隔2 h测定1次，每次每个树种各选4株，每株测定树冠中上层枝条向阳面第三到第五叶位3片当年生出的健康成熟叶片，数据取其平均值[13-16]。测定的光合作用生理指标包括单叶净光合速率[Net photosynthetic rate，Pn；μmol/（m2・s）]、蒸腾速率[Transpiration rate，Tr；mmol/（m2・s）]、气孔导度[Stomatal conductance，Gs；μmol/（m2・s）]、胞间CO2浓度（Intercellular CO2 concentration，Ci；μmol/mol）等，同时记录叶片的光合有效辐射[Photosynthetic active radiation，PAR；μmol/（m2・s）]、空气CO2浓度（Atmospheric CO2 concentration，Ca；μmol/mol）、气温（Air temperature，Ta；℃）、叶片温度（Leaf temperature，Tl；℃）等相关参数值[17-19]。

1.2.2 净光合速率-光合有效辐射响应曲线的绘制 在2011年7月选择晴天的上午，在Li-6400便携式全自动光合测定系统上采用LI-6400p光响应自动测定程序，使用02B红蓝光源提供在光合有效辐射数值0～2 000 μmol/（m2・s）范围内进行叶室的光合有效辐射调控，利用测定系统的温控器在一定范围内（±7 ℃）控制叶室的温度；将光合有效辐射数值从0逐步升至饱和点以上[操作分段分别是0、50、100、200、400、600、800、1 000、1 200、1 400、1 600、1 800、2 000 μmol/（m2・s）]，分别测量4种樟属树种叶片的光合生理生态因子变化情况，每个数值段间隔时间3 min，获得了一系列数据。然后绘制净光合速率-光合有效辐射响应曲线。根据光响应曲线计算出4种樟属树种各自的光补偿点、光饱和点、表观量子效率（Apparent quantum yield，AQY）等重要参数[19-21]。

1.2.3 净光合速率-胞间CO2浓度响应曲线的绘制 同样在2011年7月选择晴天的上午，在Li-6400便携式全自动光合测定系统上采用LI-6400p CO2响应自动测定程序，使用01 CO2钢瓶设制CO2浓度，在CO2浓度从0～1 000 μmol/mol范围内调控叶室的CO2浓度，将CO2浓度设置为若干个，每个浓度在时间上间隔3 min，根据测定的系列数据绘制CO2响应曲线。再根据CO2响应曲线计算出4种樟属树种各自的CO2补偿点；用直线回归求得净光合速率-胞间CO2浓度响应曲线的初始斜率dPn/dCi，即为羧化效率（Carboxylation efficiency，CE），也就是在CO2浓度低于200 μmol/mol以下时测算出的直线方程斜率[21-25]。

1.2.4 环境因子对净光合速率的影响 对各生长季节所测定的叶片净光合速率及其环境因子相关指标的数据，采用多元回归方程建立相应的数学模型，应用DPS软件进行逐步回归分析[26，27]，探讨制约4种樟属树种净光合速率日变化的因素所在，从而得出4种樟属树种的回归方程，并分析有关环境因子对不同树种净光合速率日变化的影响程度。

2 结果与分析

2.1 樟属树种叶片光合作用日变化特性

2.1.1 净光合速率日变化 光合速率反映了不同植物的光合生物学特性，其相应的光合速率日变化曲线差异体现了植物的内在生物节律，也展现了植物对环境的不同适应性。植物光合作用生理指标的日变化随着种类和环境条件的变化而有所不同[28]，试验测定的香樟、岩桂、天竺桂、猴樟二年生幼树在不同生长季节的净光合速率日变化情况见图1。由图1可知，4种樟属树种在春季（4月）、夏季（7月）的净光合速率日变化均表现为“双峰”型曲线，净光合速率日变化过程中均有明显的“光合午休”现象出现[29]，时间在测定日的下午16∶00左右。从光合速率日进程看，在春季，香樟、岩桂、天竺桂和猴樟的第一峰值出现在测定日的上午10∶00，各树种最大峰值分别为7.10、2.91、4.82、2.69 μmol/（m2・s），第二峰值出现在下午16∶00。在夏季，4种樟属树种的第一峰值仍然出现在测定日的上午10∶00，各树种最大峰值分别为13.86、4.55、6.35、5.37 μmol/（m2・s），第二峰值出现在下午16∶00。在秋季（10月），4种樟属树种的净光合速率日变化基本一致，都呈“单峰”型曲线，在测定日的12∶00出现最高峰，随后净光合速率下降；香樟、岩桂、天竺桂、猴樟的净光合速率峰值都比夏季的低，分别是8.57、3.47、5.65、4.61 μmol/（m2・s）。

2.1.2 净光合速率季节变化 4种樟属树种在不同生长季节的日均净光合速率变化情况见表1。从表1可知，从4月到10月，4种樟属树种的日均净光合速率均表现为夏季最大，秋季次之，春季最小。同一生长季节比较4种樟属树种的净光合速率大小，则3个生长季都以香樟最大，春、夏、秋三季的日均净光合速率分别为4.43、9.00、5.53 μmol/（m2・s）；而春季以猴樟最小，仅为1.21 μmol/（m2・s）；岩桂、天竺桂处在中间，分别是2.27、2.74 μmol/（m2・s）；夏、秋季以岩桂最小，分别是2.56、2.30 μmol/（m2・s）；天竺桂、猴樟处在中间，分别是3.98、3.40 μmol/（m2・s）和3.10、2.55 μmol/（m2・s）。

2.2 净光合速率与环境因子的关系

2.2.1 环境因子的变化 影响光合作用净光合速率的主要环境因子有光合有效辐射（PAR）、气温（Ta）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）[30]，图2为不同季节PAR、Ta、Gs、Ci 4个环境因子的日变化，其中春季的PAR、Ta、Gs、Ci日变化幅度分别为170.0～1 472.8 μmol/（m2・s）、23.6～32.8 ℃、0.011～0.043 μmol/（m2・s）、154.7～293.5 μmol/mol；夏季的PAR、Ta、 Gs、Ci日变化幅度分别为115.3～1 695.6 μmol/（m2・s）、25.3～35.7 ℃、0.090～0.113 μmol/（m2・s）、82.6～300.8 μmol/mol；秋季的PAR、Ta、Gs、Ci日变化幅度分别为80.4～1 257.4 μmol/（m2・s）、12.5～20.2 ℃、0.011～0.040 μmol/（m2・s）、143.9～242.7 μmol/mol。

2.2.2 环境因子对净光合速率的影响 植物进行光合作用需要来自太阳的光能做能源，需要来自空气和土壤的水分、无机物做原料，也需要合适的温度等环境条件。然而在自然环境下，没有一种环境条件是恒定不变的，也很少有各种环境条件综合起来都适于光合作用高效进行的情况出现[21]。研究发现，叶片光合速率与生理生态因子的综合关系可以用多元回归方程表达出来[26，31]；所以试验利用4种樟属树种在各生长季节所测定的叶片光合速率及其环境因子的数据，把光合速率与主要生理生态影响因素的综合关系用多元回归方程表达出来。以夏季为例，以净光合速率（Pn）作为因变量（y），将光合有效辐射（PAR）、气温（Ta）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）作为自变量，分别把这4种环境因子用x1、x2、x3、x4表示，将Pn与PAR、Ta、Gs、Ci的关系建立数学模型，用DPS软件通过多元逐步回归分析，得到4种樟属树种的回归方程，具体见表2。从表2分析可知，对香樟净光合速率有显著影响的因子是光合有效辐射、气孔导度和胞间CO2浓度；对岩桂和天竺桂净光合速率有显著影响的因子是气温、气孔导度和胞间CO2浓度；对猴樟净光合速率有显著影响的因子是光合有效辐射和气温。

2.3 樟属树种叶片光合作用的净光合速率-光合有效辐射响应曲线

4种樟属树种叶片的净光合速率-光合有效辐射响应曲线见图3，其响应曲线参数见表3。由图3可见，4种樟属树种叶片光合作用的光响应曲线呈现出相似的变化趋势；当光合有效辐射在0～500 μmol/（m2・s）时，随着光合有效辐射的增强，净光合速率迅速增加；当光合有效辐射超过500 μmol/（m2・s）后，净光合速率上升缓慢；不同树种的净光合速率高低排序为香樟、猴樟、天竺桂、岩桂。从表3可知，4种樟属树种的光饱和点均较高，在1 258.3～1 458.1 μmol/（m2・s），不同树种的光饱和点高低排顺序为香樟、猴樟、天竺桂、岩桂。一般来说光饱和点高的树种喜光，利用强光的能力强[32]。

在低光合有效辐射条件下，4种樟属树种的净光合速率（y）-光合有效辐射（x）的模拟直线方程分别表述如下：

香樟是y=0.059 6 x-1.291 6，（R2=0.959 1）；

岩桂是y=0.020 3 x-0.586 7，（R2=0.958 7）；

天竺桂是y=0.032 9 x-1.637 7，（R2=0.936 4）；

猴樟是y=0.048 3 x- 1.763 2。（R2=0.992 3）。

各直线方程的初始斜率dPn/dPAR即为表观量子效率。由表3可知，4种樟属树种的表观量子效率高低排序为香樟、猴樟、天竺桂、岩桂，以香樟的表观量子效率（0.059 6 mmol CO2/mol photos）最高，猴樟、天竺桂的表观量子效率（分别是0.048 3、0.032 9 mmol CO2/mol photos）处在中间，岩桂的表观量子效率（0.020 3 mmol CO2/mol photos）最低。说明香樟在光合能力与对弱光的利用效率方面明显高于其他3个树种，反映出香樟的光合同化潜力最大，对弱光的利用能力最强，在弱光条件下仍能维持较高的光合能力。

植物叶片光合作用的光饱和点与光补偿点反映了植物对光照条件的要求，是判断植物有无耐阴性的重要指标[30]。由表3还可知，4种樟属树种的光补偿点在21.7～49.7 μmol/（m2・s），不同树种的光补偿点数值高低排序为天竺桂、猴樟、岩桂、香樟。其中香樟、岩桂的光补偿点相对较低，分别为21.7、28.9 μmol/（m2・s），说明这2个树种对弱光的利用能力相对较强；而猴樟、天竺桂的光补偿点相对较高，分别为36.5、49.7 μmol/（m2・s），说明这2个树种对弱光的利用能力相对较弱。

2.4 樟属树种叶片光合作用的净光合速率-胞间CO2浓度响应曲线

4种樟属树种叶片的净光合速率-胞间CO2浓度的响应曲线见图4，其响应曲线参数见表3。由图4可知，4种樟属树种净光合速率均随CO2浓度的升高而增大，这也表明在一定程度上CO2浓度的升高对植物有增加营养的作用。以此可推出CO2在一定浓度范围内当不受其他环境条件限制时，净光合速率随CO2浓度的升高而增大。但这只是在CO2浓度升高后短时间的表现，至于植物长期处于高浓度CO2的环境中其生理特性有何变化，还有待进一步研究来探寻。

在低浓度CO2条件下，4种樟属树种的净光合速率（y）-胞间CO2浓度（x）的模拟直线方程分别表述如下：

香樟是y=0.031 3 x-1.837 2，（R2=0.998 6）；

岩桂是y=0.016 7 x-1.383 1，（R2=0.999 8）；

天竺桂是y=0.012 2 x-1.433 7，（R2=0.999 6）；

猴樟是y=0.009 3 x-1.233 9，（R2=0.995 9）。

各直线方程的初始斜率dPn/dCi即为羧化效率。由表3可知，香樟、岩桂、天竺桂、猴樟的羧化效率分别为0.031 3、0.016 7、0.012 2、0.009 3，高低排序为香樟、岩桂、天竺桂、猴樟；CO2补偿点分别为58.7、82.8、117.5、132.7 μmol/mol，高低排序为猴樟、天竺桂、岩桂、香樟。CO2补偿点是区分C3与C4植物的重要参数，C3植物的CO2补偿点较高，常常大于30 μmol/mol；而C4植物的CO2补偿点很低，总是在10 μmol/mol以下；C3-C4中间型植物则居于两者之间[33]。试验结果说明这4种樟属树种为C3植物，且利用低浓度CO2的能力不强；不过相比较而言，香樟具有较高的CO2利用率。

3 小结与讨论

试验结果表明，4种樟属树种香樟、岩桂、天竺桂、猴樟的光合速率日变化趋势基本相同，在春、夏季都呈“双峰”型曲线，出现典型的“光合午休”现象，并且第一峰值大于第二峰值，而在秋季各树种的净光合速率呈“单峰” 型曲线，说明植物光合作用生理指标的日变化随着环境条件变化而表现各异。从生长季节来看，夏季的净光合速率迅速增加，秋季次之，春季最小；这可能是随叶片的展开与叶片自身形态建成后相关的呼吸作用减弱有关[2]；而出现“光合午休”现象的原因，可能是中午的光合有效辐射较大、气温过高引起了气孔的部分关闭而产生的[21]。在不同生长季节里，香樟的日均净光合速率都是最大，其余3个树种则有波动，说明植物光合作用生理指标的季节变化随着植物种的不同而表现各异。

净光合速率-光合有效辐射的响应曲线可反映植物光合速率随光照强度增减的变化规律[34]。试验中，4种樟属树种叶片光合作用的光响应曲线呈现出相似的变化趋势，当光合有效辐射在0～500 μmol/（m2・s）时，随着光合有效辐射的增强，净光合速率迅速增加；当光合有效辐射超过500 μmol/（m2・s）后，净光合速率上升缓慢；不同树种的净光合速率高低排序为香樟、猴樟、天竺桂、岩桂，说明香樟的生物质生产力非常突出。

光照强弱对植物的光合作用有显著的影响，不同生态型的植物对光照的响应不尽相同，其光合速率变化在强光或弱光条件下均有差异产生[35]。试验中，4种樟属树种的光饱和点均较高[1 258.3～1 458.1 μmol/（m2・s）]，光饱和点高低排序为香樟、猴樟、天竺桂、岩桂，说明它们对强光的利用能力较强。而光补偿点在21.7～49.7 μmol/（m2・s），不同树种的光补偿点高低排序为天竺桂、猴樟、岩桂、香樟，其中香樟、岩桂的光补偿点相对较低，说明这2个树种对弱光的利用能力相对较强；天竺桂、猴樟的光补偿点相对较高，说明这2个树种对弱光的利用能力就相对较弱。

表观量子效率是植物对CO2同化能力的体现，反映了植物对弱光的利用能力[36]；也可以反映叶片的光合潜能。植物的表观量子效率数值越高，则植物利用弱光的能力越强，光合同化潜力越大[12]。试验显示，香樟、岩桂、天竺桂、猴樟的表观量子效率分别为0.059 6、0.020 3、0.032 9、0.048 3 mmol CO2/mol photos，高低排序为香樟、猴樟、天竺桂、岩桂，以香樟的表观量子效率最大，说明其利用弱光的能力较强，光合同化的潜能较高，在弱光条件下仍能维持较高的光合能力。

试验中，4种树种在CO2 1 000 μmol/mol浓度下的最大净光合速率比在光合有效辐射1 000 μmol/（m2・s）条件下有较大幅度的提高，进一步证实了4种树种在强光环境下，光合速率在很大程度上受CO2供应的限制。CO2补偿点低是作物常具有净光合速率高、产量高的特征[37]，因此低CO2补偿点常被用作选育高产作物品种的生理指标[38]。香樟、岩桂、天竺桂、猴樟的CO2补偿点分别为58.7、82.8、117.5、132.7 μmol/mol，高低排序为猴樟、天竺桂、岩桂、香樟；反映出香樟的CO2补偿点比其他树种明显低，因而香樟具有较高的CO2利用率，能较充分地利用大气中低浓度的CO2，利于自身快速生长。

在自然环境下，没有一种环境条件是恒定不变的，也很少有各种环境条件综合起来都适于光合作用高效进行的情况出现；加上植物种的生态适应性各异，所以影响光合作用的环境因子在不同植物上表现也不同。试验结果显示，采用多元逐步回归分析后发现，对香樟的净光合速率有显著影响的因子是光合有效辐射、气孔导度和胞间CO2浓度，对岩桂和天竺桂的净光合速率有显著影响的因子是气温、气孔导度和胞间CO2浓度，对猴樟的光合速率有显著影响的因子是光合有效辐射和气温。

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光合作用的利用篇7

正是因为光合作用研究对于生命科学乃至人类未来发展具有重大意义，所以很多科学家致力于光合作用领域的研究，诺贝尔奖曾被先后六次授予从事光合作用研究并作出杰出贡献的科学家。利用生物化学、分子生物学、物理学和化学等学科资源，从不同侧面相互结合进行光合作用研究是国际上光合作用研究领域的新趋势。国家自然科学基金委员会1997年底启动了“光合作用中高效吸能、传能和转能的分子机理”的国家自然科学基金九五重大项目，科技部1999年初将光合作用列为我国具有重要应用价值的首批十五项重大基础理论问题之一(“973”项目)，国家投入巨资，以中科院植物所光合作用研究中心以及生物物理所为首的科学工作者积极参与到国际光合作用这一竞争十分激烈、特别热门的研究当中。

菠菜主要捕光复合物的晶体结构

2004年3月18日，世界著名杂志《自然》以主题论文的方式发表了由中国科学院生物物理所、植物研究所合作完成的“菠菜主要捕光复合物(LHC-II)2.72A分辨率的晶体结构”的研究成果，其晶体的结构彩图被选作该期杂志的封面照片。

光合作用机理一直是国际上长盛不衰的研究热点，LHC-II是绿色植物中含量最丰富的主要捕光复合物。这一复合物是由蛋白质分子、叶绿素分子、类胡萝卜素分子和脂质分子所组成的一个复杂分子体系，它们被镶嵌在生物膜中，具有很强的疏水，难以分离和结晶。测定这样的膜蛋白复合体的晶体结构，是国际公认的高难课题，也是一个国家结构生物学研究水平的重要标志。

中国科学院生物物理研究所常文瑞研究员主持的研究小组经过6年的艰苦努力终于完成了这一重要复合体三维结构的测定工作。中国科学院植物研究所匡廷云院士主持的研究小组，经过多年的艰苦努力，分离、纯化了这一重要的光合膜蛋白(LHC-II)，为晶体和空间结构的解析打下了物质基础，这是生物化学、结晶学及结构生物学的有机结合所取得的重大成果，使我国在高等植物LHC-II三维结构测定方面成功地超越了德国和日本等发达国家的多家实验室，率先完成了这一具有高度挑战性的国际前沿课题。

这一成就已经引起了众多国际同行的广泛关注，正如他们所评价的：“这是光合作用研究领域的一大突破，对于理解植物光合作用中所发生的捕光和能量传递过程是必不可少的，这一成果标志着光合作用研究的重大跨越”。

太阳能电池

澳大利亚研究员表示，模仿植物中的叶绿素创造的合成分子，据此也许有一天能研制出高效的太阳能电池。

由悉尼大学的马克斯・克鲁斯雷教授领导的分子电子学科研组，最近在罗马举行的国际卟啉和酞菁染料大会上提出了他们的研究成果。克鲁斯雷说：“经过数百万年的演变，自然能很有效地捕获到光并把它转化成能量。我们正在设法模仿自然的光合作用方式。”

叶子利用体内排列密集的叶绿素分子将光能转变成电能，然后再转变成化学能。促成叶绿素这一功能的必不可少的元素是色素卟啉，它位于镁离子的中心。研究员制造了一个形状像足球的合成叶绿素分子。它有一个树状大分子支架，是一个由碳、氢、氮合成的高度分岔的纳米聚合体。黏附在树状大分子上的是捕获光的色素卟啉的人工合成版本。一种被称作“巴基球”的球形碳分子坐落在卟啉之间，从收集到的太阳光子中吸收电子。

克鲁斯雷和他的科研组已经利用合成叶绿素建造一个有机太阳能电池的雏形。它以自然释放为基础，他们希望最终能制造出比现有太阳能电池更有效的电池。绿叶能有效的将30％-40％的光能转变成电能，而通常以硅元素为基础的太阳能电池只能有效地将12％的光能转变成电能。

克鲁斯雷说：“我们已经拥有了模仿光电设备或太阳能电池的主要成分。从长远来看，我们必须设法生产出一种能像薄薄的一层油漆那样，简单地涂抹在屋顶上的东西。”他表示，科研组还希望能制造出存储装置，用来代替以金属为基础的电池。

计算机模拟光合作用

美国科学家近日称，他们最近在实验室成功地用计算机模拟了植物的光合作用，并据此培育出品种更加优良的植物。这种新植物不需要额外增加养分，就可以长出更茂盛的枝叶和果实。

美国伊利诺伊大学植物生物学和作物科学教授斯蒂夫・隆表示，在农作物结出谷粒前，绝大部分被吸收的氮都变成了植物叶片中的用来促进光合作用的蛋白质。为此，研究人员们提出了一个简单的问题：“我们能不能像植物那样给不同的光合蛋白质准备一定数量的氮，甚至比植物做得更漂亮呢?”

首先，研究人员建立子一个可靠的光合作用模型，以便精确模拟植物对环境变化的光合反应。为了完成这个艰巨的任务，科学家们使用了由美国国家超级电脑应用中心提供的计算资源。在确定光合作用中每种蛋白质的相对数量后，研究人员设计出了一系列连锁微分方程式，每个方程模拟了光合作用中的一个步骤。通过不断地测试和调整模型，研究小组最终成功预测了在真实叶片上进行实验的结果，其中包括叶片对环境变化的动态反应。

接下来，模型运用“进化算法”搜寻各种酶，以提高植物的产量。一旦实验证明某种酶的相对高浓度可以提高光合作用的效率，该模型就会利用此实验结果进行下阶段的测试，科学家们通过这种方法确定了许多可以大大提高植物生产力的蛋白质。这个最新发现也印证了其他一些研究人员的研究结果：在基因改造植物中，当这些蛋白质中某一种的含量增加，植物产量就会随之提高。

斯蒂夫，隆说：“水稻与小麦的高产品种的光合作用效率可以达到1％至1.5％，而甘蔗或者玉米的效率则可达到5％或者更高。如果人类可以人为地调控光能利用效率，农作物产量就会大幅度增加。通过改变氮的投入，我们几乎可以使光合作用效率提高两倍。然而，随之而来的一个显而易见的问题是，为何植物的生产力可以提高如此之多，为何植物还未能进化到可以自身进行如此高效的光合作用?这个问题的答案可能在于，进化的目的是生存和繁殖，而我们实验的目的是增加产量。模型中显示的变化很可能会破坏植物在野外的生存，因此这种模拟只适合在农民的农场中进行。”

“作物高产与肥水高效利用相结合理论”

我国科学家以“不投入大量水、肥、药，利用提高植物的非叶片器官的比例和功能，实现高产和超高产”的技术理论，修正了“作物高产只能通过叶片光合作用贡献率”的传统理论。

“叶片的光合作用对农作物产量的贡献率在90％以上”，是闻名于世的“第一次绿色革命”的经典技术理论成果之一。这一理论忽视“非叶光合器官的作用”，认为“作物高产的产量物质来源于叶片的光合作用”。由此，“用大肥、大水促进叶片的生长，以增加其光合生产”。事实上，由此导致的植物叶片过大，形成了遮光，反而造成作物群体的光合效率低。

我国科学家试图改变增加叶片光合作用的通常做法。中国农业大学王志敏教授等研究发现，在高温胁迫下，人们常见叶片器官衰败，而小麦等作物的穗、穗下节间和叶鞘等非叶光合绿色器官不仅具有良好的受光空间，而且具有类似于“碳4型”的高效光合机制，它不仅弥补叶片光合作用的不足，而且有耐旱、耐热、抗逆强的作用。

实践证明，非叶片器官对农作物产量的贡献率可达70％以上。在这一理论指导下，科技人员建立了冬小麦节水、省肥、高产、简化“四统一技术体系：在严重缺水的河北沧州地区大面积示范获得成功。从而结束了30多年来农作物面对高产不能突破的徘徊局面。

地球早期光合作用可能产生“水”

植物能够借助光合作用吸收二氧化碳释放出氧气，这已是人所共知的科学常识。然而美国科学家的最新研究发现，30多亿年前的地球由于氧含量很少，当时光合作用释放出的“废物”可能是水。

据美国《科学》杂志网站最新报道，美国斯坦福大学地质学家唐纳德，洛等人认为，30亿年前的地球大气中存在大量氢，当时的生物很可能是依赖氢再通过光合作用将二氧化碳转化为自身必需的有机化合物，而这一过程最终产生的“废物”很可能是水而不是今天的氧气。这一结论来自一些有34亿年历史的微生物化石，化石是在南非黑硅石中发现的。对黑硅石进行的生化分析发现，黑硅石中含有大量属于碳酸铁类矿物的菱铁矿，却几乎找不到任何氧化铁的踪迹；黑硅石中的微生物曾生活在缺氧的海洋中；黑硅石中微量元素铈的含量要高于现今海洋中的铈含量，其中的铀也大都和钍结合在一起。这些都表明，30多亿年前的地球不是一个富含氧的环境。

有地质学家认为，黑硅石中的化学成分组成可能是由其他原因造成的，洛等人的观点有待推敲。但一些业内人士评论说，洛等人的研究成果令人信服，“氢依赖型光合作用”的发现使人们对生命起源的理解向前迈出了一大步。

光合作用研究的发展前景

光合作用的利用篇8

（1．青海大学，西宁 810016；2．北京林业大学，北京 100083；3．青海省林业厅，西宁 810008）

摘要：采用人工控制土壤水分的方法，利用模拟光源研究了柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii Kom．）和树锦鸡儿（C． arborescens Lam．） 苗木的蒸腾速率、净光合速率、水分利用效率等随模拟光辐射强度增强而变化的规律，从而为林木栽培和苗木管理提供科学依据。结果表明，在设定的光辐射强度为0～2 000 μmol／（m2·s）范围内，不同土壤含水量下的柠条锦鸡儿和树锦鸡儿其叶片净光合速率、蒸腾速率与水分利用效率等均随光辐射强度的增强而呈先增大、后减小的变化趋势。在土壤含水量为16％～18％、光辐射强度为800 μmol／（m2·s）的条件下，2种锦鸡儿苗木的水分利用效率均达到最大。其中树锦鸡儿苗木对强光的适应能力更强，但柠条锦鸡儿苗木的水分利用效率高，节水能力强。

关键词 ：锦鸡儿（Caragana Fabr．）；光辐射强度；土壤含水量；苗木；光合特性

中图分类号：S793．3；Q945．11；S152．7 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2015）16－3970－04

DOI：10．14088／j．cnki．issn0439－8114．2015．16．035

收稿日期：2015－05－28

基金项目：国家星火计划项目（2012GA870001）；中央财政林业科技推广示范项目（ZCT［2014］－002）

作者简介：段珍珍（1990－），女，青海西宁人，2013级硕士研究生，研究方向为高原寒旱区森林树种资源开发培育，（电话）15500781512（电子信箱）

1253746060＠qq．com；通信作者，王占林（1966－），男，青海贵德人，研究员，硕士研究生导师，主要从事高原生态环境治理技术研究，（电话）13309781235（电子信箱）1735105720＠qq．com。

锦鸡儿属（Caragana Fabr．）植物生有根瘤，能有效提高土壤肥力，且大多数种可用来绿化荒山、保持水土；其中有些种可做固沙植物，有些种的枝叶可压绿肥，还有些种是良好的蜜源植物。在青海地区广泛生长的柠条锦鸡儿（C． korshinskii Kom．）耐风蚀，不怕沙埋，具有广泛的适应性和很强的抗逆性，是防风固沙、水土保持的优良树种；而另一种青海地区广布的树锦鸡儿（C． arborescens Lam．）具有较高的药用价值，这2种锦鸡儿属植物是三北地区抗旱造林、改善生态环境的先锋植物。植物光合作用的生理过程非常复杂，会受到林木自身内部的生理状况和外界环境的共同限制，且会随着环境的变化而调整［1，2］。为了更好地提供绿化造林及防沙治沙理论依据，试验以不同土壤含水量条件下盆栽柠条锦鸡儿和树锦鸡儿苗木为研究对象，通过观测它们的光合生理因子对光辐射强度的应答反应，了解其变化规律，从而为抗旱造林、提高苗木的成活率提供理论依据［3，4］。

1 材料与方法

1．1 试验地概况

试验地位于山西省方山县峪口镇的北京林业大学径流林业试验场，该地位于北纬37°36′58″、东经110°02′55″区域，属于黄河中游黄土丘陵沟壑区；平均海拔1 200 m。年均气温为7．3 ℃，属于暖温带大陆性季风气候。土壤为中壤质黄绵土，质地均匀，平均土壤密度为1．2 g／cm3［5］。

1．2 材料

参试材料为三年生的柠条锦鸡儿和树锦鸡儿实生苗，由方山县林业局苗圃提供。苗木平均地径1．5 cm，平均苗高110 cm；将苗木植入高50 cm、口径35 cm的花盆中，每盆栽植1株，盆栽苗木统一放置于钢架塑料大棚内生长。

1．3 处理

实生苗栽后充分浇足水， 使之成活并正常生长，然后再按试验设计进行土壤水分处理，处理情况见表1，每个处理设置3个（盆）重复，观测前采用称重法控制土壤水分，待水分渗透均匀后，用LI－6400型便携式光合测定仪（美国LI－COR公司）测定柠条锦鸡儿和树锦鸡儿叶片的净光合速率［Net photosynthetic rate，Pn；μmol/（m2·s）］、蒸腾速率［Transpiration rate，Tr；mmol/（m2·s）］，水分利用效率（Water use efficiency，WUE；mmol／mol）为净光合速率与蒸腾速率之比［6］，WUE）＝Pn/Tr；用红蓝光源设定模拟光源的光辐射强度，梯度设置分别为0、50、100、150、200、500、800、1 000、1 200、1 500、1800和2 000 μmol/（m2·s）。测定时，在每株苗木的中上部选取4片健康叶片，每个叶片每次连续读取3个稳定的数据，取平均值，并对结果进行统计分析。

2 结果与分析

植物的光合－光响应曲线是光合作用随着光合速率变化而改变的系列反应曲线，从曲线上可以计算出植物的光补偿点［Light compensation point，LCP；μmol/（m2·s）］、光饱合点［Light saturation point，LSP；μmol/（m2·s）］及最大光合速率［Maximum net photosynthetic rate，Amax；μmol/（m2·s）］等，所以是判断植物光合能力的一种重要分析方法。

2．1 不同土壤含水量条件下光合速率对光辐射强度的响应

光合速率是描述光合作用强弱的直接指标，其水平高低反映了叶片合成有机物质能力的强弱，显示出树木积累营养物质能力的大小。已有研究表明，随着光辐射强度的增加，大多数植物的光合速率会显著增加［3－5］。所以，研究不同土壤水分条件下柠条锦鸡儿和树锦鸡儿苗木叶片随光辐射强度的增加而变化的规律，可以确定出2种锦鸡儿植物苗木在干旱、半干旱条件下维持正常的生长发育所需要的最适光辐射强度。

试验测定的在不同土壤含水量条件下，柠条锦鸡儿和树锦鸡儿苗木叶片净光合速率随光辐射强度的增加而出现的动态变化情况分别见图1、图2。从图1、图2可以看出，在不同的土壤水分条件下，随着光辐射强度的增加，柠条锦鸡儿和树锦鸡儿的净光合速率均呈现增大的趋势，但各处理的增幅不同，且净光合速率随光辐射强度的持续增加其增幅越来越小。当光辐射强度达到一定水平时，柠条锦鸡儿和树锦鸡儿的净光合速率均有明显的下降趋势。在相近的土壤水分条件下，树锦鸡儿的平均净光合速率均大于柠条锦鸡儿的相应值。随着土壤水分含量的升高（＞15％），柠条锦鸡儿和树锦鸡儿净光合速率的差距逐步减小。

从图中还可以看出：2种锦鸡儿的苗木净光合速率随光辐射强度的变化，总体上符合用二次三项式的形式表述，其通式为：y＝ax2＋bx＋c。式中，y为净光合速率［μmol／（m2·s）］，x为光辐射强度［μmol／（m2·s）］。净光合速率随光辐射强度的变化速率为：dy/dx＝2ax＋b。据此，得到2种锦鸡儿幼苗的光补偿点和光饱合点，详情见表1。从表1可见，随着土壤含水量的增加，柠条锦鸡儿的光饱和点分别为875、975、1 050、1 200、1 185和1 275 μmol／（m2·s）；光补偿点分别为155．0、11．8、16．4、4．4、0．3和1．30 μmol／（m2·s），由光饱和点对应的最大净光合速率分别为1．04、1．86、3．20、7．15、9．84和9．73 μmol／（m2·s）。树锦鸡儿的光饱和点分别为800、1 325、1 225、1 310、1 320和1 100 μmol／（m2·s），光补偿点分别为2．3、5．0、4．4、0．3、16．4和2．7 μmol／（m2·s），由光饱和点对应的最大净光合速率分别为1．27、3．48、5．96、8．58、8．49和7．22 μmol／（m2·s）。2种锦鸡儿苗木的光饱和点随着土壤含水量的升高而增加，而光补偿点随土壤含水量的增加而变小。显而易见，在相似的土壤含水量下，树锦鸡儿对强光的适应能力强于柠条锦鸡儿。

2．2 不同土壤含水量条件下蒸腾速率对光辐射强度的响应

蒸腾作用是植物水分利用的关键，蒸腾速率不仅与植物本身的生理学、生物学特性有关；而且在很大程度上受土壤含水量和光照强度的影响［7］。试验测定的在不同土壤含水量条件下，柠条锦鸡儿和树锦鸡儿苗木叶片蒸腾速率随光辐射强度的增加而出现的动态变化情况分别见图3、图4。从图3、图4可以看出，在土壤含水量一定范围内随着光辐射强度的增加，2种锦鸡儿幼苗的蒸腾速率均呈增大的变化趋势。当光辐射强度小于1 500 μmol／（m2·s）时，2种锦鸡儿苗木在不同的土壤含水量条件下，蒸腾速率随光辐射强度的增加而增长，当光辐射强度大于1 500 μmol／（m2·s）后，蒸腾速率随光辐射强度的增加而开始减小。在土壤含水量大于15％的条件下，蒸腾速率始终随光辐射强度的增强而保持较大的增幅；但在土壤含水量小于15％的条件下，2种锦鸡儿苗木的蒸腾速率增幅都不大。从图3、图4中还可以看出，虽然2种锦鸡儿苗木的蒸腾速率随土壤含水量的增加而增加，但树锦鸡儿在土壤含水量为23．45％时的蒸腾速率小于土壤含水量为17．56％时的，说明较低的土壤含水量限制了蒸腾速率的增加，树锦鸡儿在所设土壤含水量为17．56％时，蒸腾速率达到最大化。

2．3 不同土壤含水量条件下瞬时水分利用效率对光辐射强度的响应

水分利用效率是植物水分生理的一个重要指标，合理利用水资源的核心是提高水分利用效率，叶片水分利用效率的大小综合取决于净光合速率与蒸腾速率。植物的水分利用效率高表明其对水分胁迫具有高抵抗和高节水能力。因此，叶片水分利用效率是在干旱条件下确定栽培植物的种类、种植方式和评价水分与植物生产力关系的重要指标。根据植物的日均光合速率与蒸腾速率，可以计算出植物的瞬时水分利用效率，其反映的是植物消耗单位（mol）水分所固定CO2的量（mmol），试验采用瞬时水分利用效率即净光合速率与蒸腾速率的比值来求得。

试验测定的在不同土壤含水量条件下，柠条锦鸡儿和树锦鸡儿苗木叶片水分利用效率随光辐射强度的增加而出现的动态变化情况分别见图5、图6。从图5、图6可以看出，柠条锦鸡儿和树锦鸡儿苗木叶片水分利用效率在起始阶段都随着光辐射强度的增加而逐渐增大，当水分利用效率达到最大时，则随着光辐射强度的增加而逐渐下降，这是由于在初始阶段，净光合速率的增幅大于蒸腾速率的增幅，所以水分利用效率呈上升变化；当光辐射强度超过一定水平后，植物光合速率的下降幅度大于蒸腾速率的下降幅度，导致水分利用效率逐渐下降。从图5、图6分别可以看出，土壤干旱、光辐射强度较弱时会导致光合速率、蒸腾速率（包括气孔导度）降低，而使水分利用效率升高。在土壤水分为16％～18％、光辐射强度为800 μmol／（m2·s）的条件下，2种锦鸡儿的水分利用效率均达到最大值；其中在相近的土壤水分条件下，柠条锦鸡儿的苗期瞬时水分利用效率大于树锦鸡儿。

3 小结

植物生长主要依赖光合作用，而光合作用会受到多种环境因素的综合影响。在试验测定过程中，空气的湿度和温度基本保持不变，2种锦鸡儿苗木的光辐射强度设定和土壤水分含量基本相同。通过研究锦鸡儿苗木净光合速率和蒸腾速率随光辐射强度的变化趋势，可以在以后的实际工作中通过人工措施来控制光辐射强度及土壤水分含量，从而增大植物的净光合速率、降低蒸腾速率，以达到降低成本、增加产量的应用效果。在对6个土壤水分含量水平、12个光辐射强度水平的比较试验研究后发现，不同土壤含水量下2种锦鸡儿的净光合速率、蒸腾速率和水分利用率都是随光照辐射强度的变化呈现先增大、后减小的动态变化，说明植物对强光的接受能力有一定的限度，因此，存在一个适宜的土壤水分含量范围及光辐射强度范围，在这个范围内植物的各项生理因子都会达到最优。试验结果显示，在土壤水分为16％～18％、光辐射强度为800 μmol／（m2·s）的条件下，2种锦鸡儿的水分利用效率均达到最大值。随着土壤含水量的升高（＞15％），柠条锦鸡儿和树锦鸡儿净光合速率的差距逐步缩小。结合实际来看，在水分、强光和温度为限制因素的柴达木盆地，相近的土壤水分条件下，树锦鸡儿苗木的平均净光合速率均大于柠条锦鸡儿的相应值，生理代谢能力也强于柠条锦鸡儿苗木，且对强光适应能力强。但柠条锦鸡儿对水分的利用效率高于树锦鸡儿，节水能力强。因此，可以根据不同苗木种类，通过人工措施来控制光辐射强度、土壤水分含量，从而增大净光合速率、降低蒸腾速率，以达到在荒漠地区造林降低成本及增产的效果。

参考文献：

［1］ 贺康宁，张光灿，田 阳，等．黄土半干旱区集水造林条件下林木生长适宜的土壤水分环境［J］．林业科学，2003，39（1）：10－16．

［2］ 喻方圆，徐锡增，ROBERT D．水分和热胁迫处理对4种针叶树苗木气体交换和水分利用效率的影响［J］．林业科学，2004，40（2）：38－44．

［3］ 张卫强，贺康宁，王正宁，等．光辐射强度对侧柏油松幼苗光合特性与水分利用效率的影响［J］．中国水土保持科学，2006，4（2）：108－113．

［4］ COLOM M R，VAZZANA C． Drought stress effects on three cultivars of Eragrostis curvula： Photosynthesis and water relations［J］．Plant Growth Regulation，2001，34：195－202．

［5］ 孙跃强，贺康宁，张卫强，等．土壤水分光辐射对白榆生理因子影响的研究［J］．水土保持应用研究，2007（2）：1－3．

光合作用的利用篇9

别墅型用户的特点是：不经常在别墅中居住，只要使用就要求太阳能热水系统提供足够理想热水。这样就要求太阳热水系统平时在没人居住时也得工作，并且要安全无隐患的工作。

一般热水系统通过集热器与贮水箱的温差循环来实现热量的转换，从而实现加热水箱中的水，其系统控制与水泵的运行使用的是市电。若房主人长时间不在家，系统为维持水箱中的水温会长时间工作，消耗掉大量不必要的电能，用户会感觉用太阳能是没有必要的，若长时间不在家而关掉系统，一是回家后得不到及时使用热水，更重要的是集热器在外面空晒，真空管及集热器流道的温度可达到300℃左右，长期空晒会严重损害集热器性能，大大降低集热器使用寿命。

光电集热器是将太阳能光伏发电与集热器有机结合的一种新型集热器，它既能集热又能发电，阳光下同时输出热能与电能。

光电集热器直接利用光电集热器的发电功能运用直流变频泵(耐高温110℃)实现集热系统运行，即将光伏组件输出端线直接与水泵相连，中间不需任何控制装置，完全由阳光辐照强度来决定系统运行状态。辐照强则集热强，同时发电量也大，直流泵运转也快，及时进行集热器与水箱间的换热循环，辐照弱则集热弱，发电少水泵运转慢，亦能有效进行换热循环，避免热量流逝。

光电集热器添加散热系统与集热系统主管道并联，通过定温启动散热系统解决集热系统过热问题。由光伏组件提供电源通过控制系统控制直流泵站，电磁阀工作，可设置一固定温度(如：70℃)，若70℃以下则电磁阀3.4打开，直流泵站1工作完成热水功能，若集热器温度超过70℃，则电磁阀1，2打开，直流泵站2工作完成散热功能。这样既能集热又能把多余热量散掉，可有效保护集热器，保证集热器实用的长久性，同时用光伏发电提供动力又节约了能源。

这种创新型的光电集热器，实现了光热利用和光电利用结合的同时，也提高了太阳能综合利用价值。光热利用和光电利用的集成实现了多种功能的有机结合，是太阳能综合利用的必然趋势。

功能一：集热功能。

这是集热器最基本的功能，它采集太阳光的辐射能，将光能转换成热能，并将热能顺利的传输出去。高效能的集热传热功能，保障了客户对热水承压大水量的用水要求。

功能二；过热保护功能。

这是该产品的创新功能，当用户外出度假或长时间不用热水时，集热系统产生高温高压，存在过热和涨裂管路及集热传热部件衰减的隐患，除了常规的方法外，我们可以利用集热器的光伏发电系统，驱动直流循环泵，使循环介质通过散热设备散热。从而使整套系统更安全，进一步减少客户不必要的麻烦。

功能三：亮化美化功能。

光伏系统产生的电能可以储存在蓄电池中，由控制器控制分布在集热器上的装饰性LED灯和LOGO。夜晚它可呈现给人们新颖时尚的视觉享受。

综上所述，光电集热器受光伏组件成本及光伏组件光电转化效率的制约，只能提供有限的能源，不能大规模使用在工程热水系统中，使用在别墅性热水系统上是比较合适的，只要合理计算好光伏发电功率及负载功率选择好合适的直流泵，为别墅型客户提供优质的热水服务是没有问题的。

光合作用的利用篇10

1材料与方法

1．1试验材料供试材料为广泛种植的玉米酒单4号。氮肥为尿素（含氮46％），磷肥为磷酸二铵（含氮18％，含P2O546％），钾肥为硫酸钾（含K2O48％）。试验塑料盆规格27cm×14．5cm×18．5cm（上口径×下口径×高度），底部有孔；每盆装过筛并拌匀的砂壤土2．5kg，土壤为林芝县八一镇章麦村玉米地的砂壤土，pH5．42，有机质含量1．42％，速效氮109．90mg／kg，速效磷67．80mg／kg，速效钾208．07mg／kg，全效氮0．07％，全效磷0．08％，全效钾1．21％。

1．2方法

1．2．1试验设计氮、磷、钾肥施用量为常规施肥量的近似值，设5个施肥处理。处理1，不施肥（N0P0K0）；处理2，施磷、钾肥，不施氮肥（N0PK）；处理3，施氮、钾肥，不施磷肥（NP0K）；处理4，施氮、磷肥，不施钾肥（NPK0）；处理5，全施肥（NPK）。各处理施肥量见表1。每个处理重复3次，随机区组排列，肥料作为基肥一次性均匀地施入。2013年3月3日在大学农牧学院农场播种，每盆播5颗种子，深度2～3cm，播种方式为梅花型。各处理的日常管理、病虫害防治措施均一致。

1．2．2测定项目及方法1）株高与生物量测定。2013年5月26日用直尺测定株高，测定后将玉米植株地上部分和地下部分分开，放入57～58℃烘箱内烘至恒重，用天平称重，记录各部分干物质重，计算根生物量比（根重／植株总重）和根冠比（根生物量／地上部分生物量）。2）光合参数测定及光响应曲线的拟合。2013年5月21日、22日和23日9：00—11：30，用LI－6400便携式光合系统分析仪测定光响应曲线。每盆选一生长健壮无病虫害的玉米植株，光合作用参数测自顶部起的第3或第4片功能叶。测定时，CO2浓度为（380±5）μmol／mol，叶片温度为20℃，湿度为自然状态，利用仪器配备的红蓝光源（LI6400－02BLED），设置10个光合有效辐射强度（PAR），依次为2000μmol／（m2•s）、1600μmol／（m2•s）、1200μmol／（m2•s）、800μmol／（m2•s）、400μmol／（m2•s）、200μmol／（m2•s）、100μmol／（m2•s）、50μmol／（m2•s）、25μmol／（m2•s）和0μmol／（m2•s），每个光强下适应3～5min后测定，每个处理测定3个叶片，仪器自动记录净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）和大气CO2浓度（Ca）等参数。数据处理采用叶子飘模型［15］的非直角双曲线方法进行拟合，计算方程为。在拟合的光响应曲线中，Pn＝0时的Q值为光补偿点Lcp（lightcompensationpoint）；Pn＝Pmax时的Q值为光饱和点Lsp（lightsaturationpoint）；水分利用效率为WUE（wateruseefficiency）是净光合速率与蒸腾速率的比值［18－19］。1．2．3数据统计分析分别用Excel和Origin8．5进行试验数据的统计分析和图形绘制。

2结果与分析

2．1玉米株高、叶片数及生物量由表2可知，5个施肥处理中，全施肥NPK处理各指标最高，株高为45．17cm，叶片数为10，总生物量为28．64g，是对照的5．53倍；其次是NPK0和NP0K，株高和叶片总数由高到低顺序依次为NPK＞NP0K＞NPK0＞N0PK＞N0P0K0，其中，N0PK的总生物量最低，但是其株高、叶片数、根冠比和根生物量较N0P0K0高。

2．2光合参数

2．2．1光补偿点和光饱和点植物叶片的光饱和点与光补偿点反映了植物对光照条件的要求，光补偿点较低、光饱和点较高的植物对光环境的适应性较强；而光补偿点较高、光饱和点较低的植物对光照的适应性较弱［15］。从表3知，各施肥处理的光饱和点显著高于对照，光补偿点与对照相差不大，说明施肥提高了玉米幼苗对强光和弱光的利用能力。其中，N、P、K肥全施的处理（NPK）植株的光补偿点与其他处理相差不大，为25．594μmol／（m2•s），而光饱和点最高，为2146．066μmol／（m2•s），表明其转化和利用光能的能力最强；缺N处理（N0PK）的光补偿点较高，光饱和点较低，说明不施N肥可降低玉米转化和利用光能的能力；缺K处理（NPK0）转化和利用光能的能力比缺P处理（NP0K）的强。

2．2．2表观量子效率表观量子效率是植物对CO2同化的表观光量子效率，反映了植物光合作用的光能利用效率，尤其是对弱光的利用能力［16］。表观量子效率越高，植物吸收与转换光能的色素蛋白复合体越多，利用弱光的能力就越强。由表3可知，各施肥处理玉米幼苗的表观量子效率均大于对照，各处理表观量子效率的大小顺序为N0PK＝NPK0＞NPK＞NP0K＞N0P0K0，表明N、P、K全施和施肥缺N、缺K处理叶片的光能转化效率相对较高，缺N、缺K处理还可提高玉米植株的光能转化效率；而缺P处理较低。

2．2．3最大净光合速率最大光合速率反映了植物光合能力的强弱。在适当的条件下得出的光饱和时的最大净光合速率是衡量叶片光合潜力的重要指标［18］。由表3可知，各处理植株的最大光合速率均高于对照，以NPK处理和N0PK处理的最高，NPK0处理高于NP0K处理。

2．2．4暗呼吸速率暗呼吸速率是植物在无光环境下对自身能量的消耗状况，其与植物生长状况关系密切，并受外界养分供给状况的影响。表3结果表明，5个不同施肥处理玉米植株暗呼吸速率大小顺序依次为N0PK＞NPK0＞NPK＞NP0K＞N0P0K0。植株暗呼吸速率以N0PK处理的最高，达1．486μmol／（m2•s），NPK0处理和NPK相差不大，而N0P0K0处理最低，为0．768μmol／（m2•s）。

2．3光合参数的光响应过程

2．3．1净光合速率净光合速率值反映了植物在一定光照条件下同化CO2和转化光能的能力。由图1看出，5个施肥处理玉米叶片净光合速率对光照增强的响应差异明显。不同施肥处理玉米叶片净光合速率值大小顺序依次为N0PK＞NPK＞NPK0＞NP0K＞N0P0K0，可见增施P、K或N、P、K肥全施可以提高玉米的净光合速率，而缺P（NP0K）或缺K （NPK0）玉米净光合速率则较低，其差异在PAR＞800μmol／（m2•s）时尤为明显。

2．3．2胞间二氧化碳浓度与气孔导度胞间CO2浓度（Ci）降低是判定光合作用受气孔限制不可缺少的条件，Ci的增加则是光合作用非气孔限制的最可靠判断依据［19］。从图2看出，在达到光饱和点之前，随着净光合速率的增加，5个处理植株的胞间CO2浓度均迅速降低，当PAR＞400μmol／（m2•s）后趋于平缓，其中缺K处理玉米的胞间CO2浓度最高，其余处理则差别不大；结合气孔导度值，N0PK、NPK、NPK03个处理的玉米植株在光强达到饱和点后气孔导度值仍呈升高趋势，说明这3个处理的玉米植株净光合速率最高点的限制不是由气孔导度下降造成的，而是受非气孔限制因素所致。可见，施P肥可提高玉米叶片气孔导度。

2．3．3蒸腾速率与水分利用效率图2结果表明，5个处理下植株蒸腾速率的变化情况与气孔导度值的变化基本相似，随着光强增加，除对照外的4个处理玉米叶片蒸腾速率则逐渐升高，尤其是NPK0处理植株的蒸腾速率最高，而缺P则最低，其他依次为NPK＞N0PK＞N0P0K0＞NP0K。可见，P肥的施用有助于提高植株的蒸腾速率。在PAR＜400μmol／（m2•s）前，5个处理植株的水分利用效率随光强增加而迅速上升；此后趋于平缓；当PAR＞800μmol／（m2•s）后则逐渐降低，但缺P（NP0K）处理下植株的水分利用效率最高，其余依次为N0P0K0＞N0PK＞NPK＞NPK0。表明仅施用N和K肥（NP0K）有利于提高玉米的水分利用效率。

3结论与讨论