談?wù)劰赓|(zhì)對光合作用的影響.doc

精品文檔談?wù)劰赓|(zhì)對光合作用的影響 可見光大致劃分為紅光（650-760nm）、橙光（600650nm）、黃光（560-600nm）、綠光（500-560nm）、青光（470-500nm）、藍(lán)光（430-470nm）、紫光（390-430nm）。植物對光的吸收不是全波段的而是有選擇性的，但不同綠色植物對光的吸收譜基本相同，就紅（橙）、黃、綠、藍(lán)（紫）4種波長的光而言，葉片對其的吸收能力為藍(lán)（紫）紅（橙）黃綠。日光中強(qiáng)度最大的恰恰是500nm左右的綠光，而藍(lán)紫和紅橙區(qū)的含量相對較弱。因此，日光雖能促進(jìn)植物均衡地生長，但其光效并不高，那么被吸收的光是怎樣影響光合作用的呢？1 光質(zhì)影響光合作用的相關(guān)機(jī)理1.1 光質(zhì)對葉片的影響光質(zhì)影響葉片生長。藍(lán)光有利于葉綠體的發(fā)育，紅、藍(lán)、綠復(fù)合光有利于葉面積的擴(kuò)展，而紅光更有利于光合產(chǎn)物的積累。光質(zhì)還影響氣孔的開合。研究表明，葉綠體中存在的一種特殊的藍(lán)光受體（玉米黃質(zhì)）使得藍(lán)光在促進(jìn)氣孔開放方面具有更高的量子效率。光質(zhì)還可以調(diào)節(jié)保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)濃度，通過滲透作用實(shí)現(xiàn)對氣孔開閉的調(diào)節(jié)。此外，光質(zhì)對氣孔的大小和數(shù)目也有影響。研究發(fā)現(xiàn)，紅光下菊花的氣孔較大但數(shù)量較少，而遠(yuǎn)紅光下氣孔較小但數(shù)量較多。1.2 光質(zhì)對葉綠體的影響紅光和遠(yuǎn)紅光可通過光敏色素借助細(xì)胞微管系統(tǒng)介導(dǎo)葉綠體運(yùn)動(dòng)。紅光可以使葉綠體寬面朝向光的一面，而遠(yuǎn)紅光逆轉(zhuǎn)這個(gè)過程。不同光質(zhì)還可以調(diào)節(jié)葉綠素含量。盡管葉綠素含量可能因植物種類、組織器官不同而不同，但大多試驗(yàn)表明，藍(lán)光可以提高多種植物的葉綠素a含量，且藍(lán)光下的植株一般具有陽生植物的特性（葉綠素a/b值較高），而紅光培養(yǎng)的植株與陰生植物相似（葉綠素a/b較低）。此外，光質(zhì)還能影響植物葉片的類胡蘿卜素含量。1.3 光質(zhì)對光系統(tǒng)的影響光質(zhì)能調(diào)控葉綠體類囊體膜的結(jié)構(gòu)和功能。據(jù)報(bào)道。紅光處理的黃瓜葉片PS活性與PS原初光能.轉(zhuǎn)換效率比白光和藍(lán)光處理高；藍(lán)光處理的PS活性最低，但PS活性最高。但也有不同的報(bào)道，Bondada等研究發(fā)現(xiàn)，葉綠體的光化學(xué)效率在藍(lán)光下升高，在紅光下降低。此外，光質(zhì)的改變還可以造成PS和PS之間光吸收和電子傳遞的長期不平衡，而植物可以通過自身對PS和Ps各成分的比例調(diào)節(jié)來抵消這種不平衡，從而使激發(fā)能在兩系統(tǒng)間合理分配。但單色光的波長范圍太窄，有可能引起PS和PS的光子不均衡而改變電子傳遞鏈，從而降低表觀量子產(chǎn)量。1.4 光質(zhì)對基因表達(dá)的影響D1蛋白和D2蛋白組成了PS反應(yīng)中心的基本框架。D1蛋白是由質(zhì)體基因psbA編碼的，它既能為各個(gè)輔助因子提供結(jié)合位點(diǎn)，也對原初電荷的分離和傳遞起著重要的作用。研究表明，psbA基因的表達(dá)受光質(zhì)的影響。此外，聚光色素復(fù)合體（LHC）和Rubisco（核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶）相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄也受紅光和遠(yuǎn)紅光協(xié)同調(diào)節(jié)。1.5 光質(zhì)影響酶活性Rubisco是光合作用碳同化的關(guān)鍵酶，光質(zhì)不但影響其合成還可影響其活性。此外，在多種植物中發(fā)現(xiàn)增加藍(lán)光比例可以提高植物呼吸速率和硝酸還原酶活性，前者的產(chǎn)物為蛋白質(zhì)類合成提供了充分的碳架，后者則提供了較多的可同化態(tài)的氨源。所以，相對而言，藍(lán)光更加有利于蛋白質(zhì)的合成；紅光更有利于糖類物質(zhì)的積累。1.6 光質(zhì)與光合速率植物光合色素吸收一個(gè)適當(dāng)能量的光子也將從色素分子中逸出一個(gè)電子。必須強(qiáng)調(diào)一個(gè)光子不可能把它的能量傳遞給兩個(gè)或者更多的電子，兩個(gè)或者更多的光子的能量也不能結(jié)合起來發(fā)射一個(gè)電子。因此必須具有一個(gè)超過臨界值的能量的光子才能使色素分子中的一個(gè)電子受激發(fā)，從而啟動(dòng)光合作用。所以，光合作用的光反應(yīng)并不與光能量呈正比，而是與光量子數(shù)呈正比。理論上，在相同光強(qiáng)下，較長波長光更有利于光合作用即光合作用強(qiáng)度紅橙光藍(lán)紫光。那么實(shí)際情況是這樣的嗎？2 光質(zhì)影響光合作用的相關(guān)試驗(yàn)近年來，很多科學(xué)工作者通過不同的方式研究了光質(zhì)對植物光合作用的影響。余讓才、潘瑞熾等研究了藍(lán)光對水稻幼苗光合作用的影響，史宏志用30%藍(lán)光+70%白光、30%紅光+70%白光和100%白光處理煙草，二者結(jié)果均表明：與相同光強(qiáng)的白光處理對照比較，藍(lán)光處理下的凈光合速率最低。這可能除了與藍(lán)光影響了葉綠體基粒發(fā)育和葉綠素的合成有關(guān)外，還與藍(lán)光促進(jìn)了植株的光呼吸有關(guān)。許莉等也發(fā)現(xiàn)：葉用萵苣葉片凈光合速率，紅光黃光白光藍(lán)光。Rubisco的活性（羧化效率）黃光白光紅光藍(lán)光。儲鐘稀等用白光、紅光和藍(lán)光培養(yǎng)的黃瓜發(fā)現(xiàn)：3種光中，以紅光培養(yǎng)的葉片光合放O2速率最高，但植株生長得最慢；藍(lán)光放O2速率最低，但有利于植株生長，其株高和葉面積均比紅光和白光要高?？梢?，光質(zhì)對植物的生長發(fā)育和對光合作用的影響是是有一定差異的。該試驗(yàn)結(jié)果與光質(zhì)對大豆與玉米生長的影響不同，大豆和玉米在白光下生長得最快，在藍(lán)光下生長得最慢，說明光質(zhì)對植物的影響與植物種類有關(guān)。劉壽東通過4個(gè)月試驗(yàn)，在不同光質(zhì)、相同光強(qiáng)下，對溫室甜椒光合特性的影響發(fā)現(xiàn)：葉片光合作用速率由高到低依次為，紅膜無色膜黃膜藍(lán)膜綠膜紫膜。其中紅膜、黃膜處理可促進(jìn)甜椒光合作用，而紫膜則具有明顯的抑制作用。類似的很多研究也都表明，大多數(shù)高等植物和綠藻在紅、橙光下光合速率最高，藍(lán)紫光其次，綠光最低。但不同的植物之間甚至相同的植物之間，由于研究對象不同，得到的試驗(yàn)結(jié)果也略有差異。倪文報(bào)道，不同光質(zhì)下培養(yǎng)12d的稻苗，在相同光強(qiáng)下，光合速率高低依次為藍(lán)光白光紅光。魏勝林等研究藍(lán)光和紅光對菊花的影響時(shí)，試驗(yàn)大約5個(gè)月后測定，凈光合強(qiáng)度藍(lán)光白光紅光；而葉片中的氨基酸總量藍(lán)光紅光白光；糖含量紅光藍(lán)光白光。柯學(xué)等對煙草葉片的研究發(fā)現(xiàn)，在相同光強(qiáng)下，凈光合速率藍(lán)光紅光紫光白光黃光。蒲高斌等也分別在番茄、蠶豆中得到了類似結(jié)果。綜上所述，不同光質(zhì)對植物的影響效應(yīng)不盡相同，甚至得出相反的結(jié)論。所以，那些籠統(tǒng)地認(rèn)為“某種光的光合作用強(qiáng)，某種光的光合作用弱”的說法是不科學(xué)的。至于出現(xiàn)相反結(jié)果的原因可能與植物的種類、發(fā)育年齡、發(fā)育狀態(tài)、組織部位有關(guān)，也可能與光質(zhì)處理方式、環(huán)境條件不同有很大的關(guān)系。其蘊(yùn)含的機(jī)理是錯(cuò)綜復(fù)雜的，因?yàn)楣赓|(zhì)除了作為一種能源控制光合作用外，還可