第3章植物與光的生態(tài)關(guān)系

1、第三章 植物與光的生態(tài)關(guān)系本章主要內(nèi)容一、光對(duì)植物的生態(tài)作用及植物對(duì)光的生態(tài)適應(yīng)、二、水體、植物對(duì)太陽(yáng)輻射的影響一、光照強(qiáng)度對(duì)植物的生態(tài)作用（一）對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育及形態(tài)建成的影響 對(duì)植物生長(zhǎng)及形態(tài)建成的影響： 光能促進(jìn)細(xì)胞的增大和分化，影響細(xì)胞的分裂和伸長(zhǎng)，植物體積的增長(zhǎng)，重量的增加都與光照強(qiáng)度有密切關(guān)系；光還能促進(jìn)組織和器官的分化，制約著器官的生長(zhǎng)發(fā)育速度，使植物各器官和組織保持發(fā)育上的正常比例。 如黃化現(xiàn)象就是光照強(qiáng)度對(duì)植生長(zhǎng)及形態(tài)建成發(fā)生明顯影響的例子。 光對(duì)植物的生態(tài)作用及植物的生態(tài)適應(yīng) 光對(duì)植物的生態(tài)作用及植物的生態(tài)適應(yīng)一、光照強(qiáng)度對(duì)植物的生態(tài)作用（一）對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育及形態(tài)建成的影響

2、對(duì)植物繁殖的影響：（1）影響植物花芽的分化與形成 植物體遮光后，同化量減少，花芽的形成也減少，已經(jīng)形成的花芽也由于體內(nèi)養(yǎng)分供應(yīng)不足而發(fā)育不良或早期死亡。（2）對(duì)植物開花與結(jié)果的影響 在開花期或幼果期，如果光照減弱也會(huì)引起結(jié)實(shí)不良或果實(shí)發(fā)育中途停止，甚至落果。（果樹進(jìn)行合理整形修剪的原因）光對(duì)植物的生態(tài)作用及植物的生態(tài)適應(yīng)一、光照強(qiáng)度對(duì)植物的生態(tài)作用（一）光照強(qiáng)度對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育及形態(tài)建成的影響 對(duì)植物產(chǎn)品質(zhì)量的影響 光對(duì)果實(shí)的品質(zhì)也有良好作用，如蘋果、梨、桃等在強(qiáng)光下能增加果實(shí)的含糖量和耐貯性。且使著色良好，因?yàn)楣麑?shí)的顏色是由花青素形成的，光照強(qiáng)，花青素的形成也多。一、光照強(qiáng)度對(duì)植物的生態(tài)作用（

3、二）植物對(duì)光照強(qiáng)度的生態(tài)類型光對(duì)植物的生態(tài)作用及植物的生態(tài)適應(yīng)根據(jù)植物對(duì)光照強(qiáng)度的生態(tài)適應(yīng)可分為：陽(yáng)性植物（凡是在強(qiáng)光環(huán)境中才能生育健壯、在蔭蔽和弱光條件下生長(zhǎng)發(fā)育不良的植物，如蒲公英、松、杉、栓皮櫟、楊、柳等）。陰性植物（是在較弱光照環(huán)境中生長(zhǎng)比在強(qiáng)光照下生長(zhǎng)更好的植物，如人參，紅豆杉等）。耐蔭植物（介于上二類之間的植物。在全日照下生長(zhǎng)最好，但也能忍耐適度的蔭蔽或在生育期間需要較輕度的遮蔭。如青岡、山毛櫸、黨參等）。光對(duì)植物的生態(tài)作用及植物的生態(tài)適應(yīng)一、光照強(qiáng)度對(duì)植物的生態(tài)作用（二）植物對(duì)光照強(qiáng)度的生態(tài)類型1、陽(yáng)性植物與陰性植物在形態(tài)結(jié)構(gòu)上的差異 生長(zhǎng)狀態(tài)的差異陽(yáng)性植物一般枝葉稀疏、透光、自

4、然整枝良好、樹皮通常較厚，葉色較淡，一般生長(zhǎng)較快，壽命較短。陰性植物一般枝葉濃密，透光度小，自然整形不良，枝下高短，樹皮通常薄，葉色較濃，通常生長(zhǎng)較慢，壽命較長(zhǎng)。光對(duì)植物的生態(tài)作用及植物的生態(tài)適應(yīng)一、光照強(qiáng)度對(duì)植物的生態(tài)作用（二）植物對(duì)光照強(qiáng)度的生態(tài)類型1、陽(yáng)性植物與陰性植物在形態(tài)結(jié)構(gòu)上的差異 莖形態(tài)的差異陽(yáng)性植物的莖通常較粗，節(jié)間較短，分枝也多。很多高山植物在強(qiáng)烈陽(yáng)光下節(jié)間縮短。陰性植物的莖通常細(xì)長(zhǎng)，節(jié)間較長(zhǎng)，分枝較少。一、光照強(qiáng)度對(duì)植物的生態(tài)作用（二）植物對(duì)光照強(qiáng)度的生態(tài)類型1、陽(yáng)性植物與陰性植物在形態(tài)結(jié)構(gòu)上的差異 葉片的差異陽(yáng)性植物的葉子一般較小，質(zhì)地較厚。葉面常有很厚的角質(zhì)層覆蓋，有的

5、表面有絨毛。陰性植物剛好相反。即葉子較大，質(zhì)地較薄。葉面比較光滑。 光對(duì)植物的生態(tài)作用及植物的生態(tài)適應(yīng)一、光照強(qiáng)度對(duì)植物的生態(tài)作用（二）植物對(duì)光照強(qiáng)度的生態(tài)類型2、陽(yáng)性植物與陰性植物在生理上的差異 耐蔭能力、光補(bǔ)償點(diǎn)、呼吸作用、蒸騰作用、抗高溫、干旱、病蟲害能力等的差異。 葉綠素特點(diǎn)的差異含量上的差異：陰性植物和遮蔭葉子的葉綠素含量大于陽(yáng)性植物和陽(yáng)性葉子。葉綠素a與b的比值差異：陽(yáng)性植物葉綠素a與b的比值較大，陰性植物葉綠素a與b的比值較小。而葉綠素a與葉綠素b的吸收光譜不同，葉綠素a在紅光部分的吸收帶較寬，葉綠素b在藍(lán)紫光部分的吸收帶較寬，所以陽(yáng)性植物能在直射光下較充分地利用紅光，而陰性植物

6、則能在散射光下較好地利用藍(lán)紫光。 光對(duì)植物的生態(tài)作用及植物的生態(tài)適應(yīng)二、光譜成分對(duì)植物的生態(tài)作用v生理有效輻射：太陽(yáng)輻射連續(xù)光譜中，植物光合作用利用和色素吸收，具有生理活性的波段稱為生理有效輻射或光合有效輻射，約在0.38-0.74m，與可見光波段基本相符。葉綠素吸收紅、橙光，藍(lán)紫光也能被葉綠素和類胡蘿卜素所吸收。v實(shí)驗(yàn)證明：在誘導(dǎo)植物形態(tài)建成、向光性及色素形成等方面，不同波長(zhǎng)的光，其作用也不同。光對(duì)植物的生態(tài)作用及植物的生態(tài)適應(yīng)二、光譜成分對(duì)植物的生態(tài)作用v如可見光中的藍(lán)紫光與青光對(duì)植物伸長(zhǎng)生長(zhǎng)及幼芽的形成有很大作用，并能抑制植物的伸長(zhǎng)而使植物形成矮小的形態(tài)；紅光有利于糖的合成；藍(lán)光有利于蛋

7、白質(zhì)的合成；青藍(lán)紫光還能引起植物向光性的敏感，并能促進(jìn)花青素的形成等等。（利用彩色薄膜栽培植物）v如不可見光中的紫外光抑制植物體內(nèi)某些生長(zhǎng)激素的形成，因而也能抑制莖的伸長(zhǎng)。（高山植物矮化、葉面縮小、毛茸發(fā)達(dá)等現(xiàn)象） 光對(duì)植物的生態(tài)作用及植物的生態(tài)適應(yīng)三、光照長(zhǎng)度對(duì)植物的生態(tài)作用（一）植物對(duì)光照長(zhǎng)度的感應(yīng)類型v 植物的光周期現(xiàn)象：早在1920年Garner和Allard正式提出植物開花的光周期現(xiàn)象，他們認(rèn)為對(duì)植物開花起決定作用的是隨季節(jié)變化的日照長(zhǎng)度。日照長(zhǎng)度對(duì)植物從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期到花原莖形成這段時(shí)間的長(zhǎng)短，往往有決定性的影響。v 根據(jù)植物開花過程對(duì)日照長(zhǎng)度反應(yīng)的不同，可以將植物分為四類：第二節(jié) 光

8、對(duì)植物的生態(tài)作用及植物的生態(tài)適應(yīng)長(zhǎng)日照植物：只有當(dāng)日照長(zhǎng)度超過它的臨界日長(zhǎng)時(shí)才能開花的植物。短日照植物：只有當(dāng)日照長(zhǎng)度短于它的臨界日長(zhǎng)時(shí)才能開花的植物。中日照植物：只有當(dāng)晝夜長(zhǎng)短比例接近于相等時(shí)才能開花的植物。（如甘蔗的某些品種只有晝夜接近12小時(shí)才開花）。中間型植物：開花受日照長(zhǎng)短的影響較小，只要其它條件合適，在不同日照長(zhǎng)度下都能開花。如蒲公英，番茄，黃瓜，四季豆，早熟的喬麥等）。第二節(jié) 光對(duì)植物的生態(tài)作用及植物的生態(tài)適應(yīng)短夜、長(zhǎng)夜、長(zhǎng)夜閃光對(duì)短日照植物及長(zhǎng)日照植物的開花效應(yīng) 光對(duì)植物的生態(tài)作用及植物的生態(tài)適應(yīng)三、光照長(zhǎng)度對(duì)植物的生態(tài)作用（二）光照長(zhǎng)度對(duì)植物休眠和地下貯藏器官形成的影響 短日

9、照可以促進(jìn)植物進(jìn)入休眠狀態(tài) 植物的休眠是一種抗逆適應(yīng)，如冬季休眠的植物比生長(zhǎng)中的植物能抗更低的溫度，否則許多植物將不能在溫帶、寒帶過冬。 短日照可以促進(jìn)植物地下貯藏器官的形成和發(fā)育。如短日照植物菊芋，在長(zhǎng)日照下僅僅形成地下莖，并不加粗，但在短日照下則形成肥大的塊莖。同樣，薯蕷科植物等。水體、植物對(duì)太陽(yáng)輻射的影響一、水體中的光照情況 太陽(yáng)輻射在水中強(qiáng)烈地被減弱。太陽(yáng)高度大時(shí)，平靜水面反射入射光的6%，波動(dòng)水面反射10%；太陽(yáng)高度低時(shí)，反射更為明顯，平靜水面發(fā)射入射光的20-25%，波動(dòng)水面為50-70%，水所反射的光線為420-550nm，為短波光。而水也能吸收光線，尤其是長(zhǎng)波光。所以，水中以黃

10、綠光為主，多呈淡綠色，深水多呈藍(lán)色。 一、水體中的光照情況 由于在水中的光照強(qiáng)度和光譜組成與大氣中的不同，因此水生植物與陸植物有明顯的差異。5-10米深處維管植物可以生存，10米以下就很少有高等維管植物生長(zhǎng)了。20-30米較深的海水中只生活一些藻類植物。 水體、植物和城市對(duì)太陽(yáng)輻射的影響二、植物群落中的光照情況1、葉子對(duì)輻射的吸收、反射和透過（植物對(duì)太陽(yáng)輻射的調(diào)節(jié)作用或途徑） 一般來說，射到葉面上的光約有70%左右為葉子所吸收，20%左右由葉面反射出去，通過葉透射到地面的光較少，一般為10%左右。 葉子對(duì)太陽(yáng)輻射具有選擇性吸收的特性 可見光區(qū)大部分被葉子所吸收，用于進(jìn)行光合作用，其中對(duì)紅橙光和

11、藍(lán)紫光的吸收率最高，為80-90%。葉子對(duì)綠光的吸收較少。水體、植物對(duì)太陽(yáng)輻射的影響二、植物群落中的光照情況1、葉子對(duì)輻射的吸收、反射和透過 葉子對(duì)太陽(yáng)輻射反射特性 紅光被反射較少（3-10%），綠光則比較強(qiáng)烈地被反射（10-20%）。紫外光只有少量被反射，一般不超過3%，但大部分是被葉子表皮所截留，只有少量（2-5%）透射到葉深層。水體、植物和城市對(duì)太陽(yáng)輻射的影響二、植物群落中的光照情況1、葉子對(duì)輻射的吸收、反射和透過 葉子對(duì)太陽(yáng)輻射透射特性 （1）葉子對(duì)光的透過與葉片的結(jié)構(gòu)和厚薄有密切的關(guān)系。 中生形態(tài)的葉透過太陽(yáng)輻射約10%左右，非常薄的葉片可透過40%，厚而堅(jiān)硬的葉片可能一點(diǎn)也不透過。

12、（2）對(duì)不同波段的光透過也不同。 反射最大的波段透過也最強(qiáng)，也即紅外光和綠光的透過最強(qiáng)。 水體、植物對(duì)太陽(yáng)輻射的影響二、植物群落中的光照情況 2、樹冠中輻射的分布 林冠中葉片重疊并彼此遮蔭，從林冠表面到樹冠內(nèi)部，光照強(qiáng)度逐漸遞減。同一棵樹的樹冠內(nèi)，各個(gè)葉片接受的輻射總量是不同的。如側(cè)柏，樹冠尖削，葉片密度大，形成外層葉子多，內(nèi)層少，內(nèi)外太陽(yáng)輻射不同。 水體、植物對(duì)太陽(yáng)輻射的影響二、植物群落中的光照情況3、輻射在群落中的分布 照到植物群落的太陽(yáng)輻射分為三部分，反射、吸收和透過群落進(jìn)入地表。 反射率取決于植物群落表面的狀況，葉片致密且有光澤，反射率高，葉片松散且粗糙，反射率低。 吸收量取決于群落的

13、層次性和群落內(nèi)部葉片松散程度。水體、植物對(duì)太陽(yáng)輻射的影響 輻射透過群落的過程中光照強(qiáng)度逐漸減少，光質(zhì)成分改變，其幅度取決于群落結(jié)構(gòu)，如針闊混交林的上層林冠吸收入射光的79%，下層吸收較少，對(duì)下層植物生長(zhǎng)影響大。而松散松林上層林冠吸收約占58%，地表草本約28%，對(duì)下層植物生長(zhǎng)的影響較小。 不同季節(jié)，穿過落葉闊葉林冠到達(dá)地面的光，夏季可能少于10%，而冬季增加到50-70%。 由于植物葉片所吸收的光主要是光合作用效能最大的光（紅、橙及藍(lán)光），因此，林內(nèi)的光主要是光合作用效能很小的光，主要是綠光。水體、植物對(duì)太陽(yáng)輻射的影響光在針闊混交林中的分配 水體、植物對(duì)太陽(yáng)輻射的影響 由于群落內(nèi)的光照特點(diǎn)，因

14、而對(duì)光照有不同適應(yīng)特點(diǎn)的植物就各自生長(zhǎng)在群落的不同部位或是出現(xiàn)于不同的季節(jié)。在森林群落中，上層樹種多是陽(yáng)性喜光的樹種。越到下層的植物，耐陰性也逐漸加強(qiáng)，在群落底層光照最弱的地方則生長(zhǎng)著陰性植物。 水體、植物對(duì)太陽(yáng)輻射的影響 光能與植物產(chǎn)量一、凈光合作用對(duì)光的依賴關(guān)系 植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的干物質(zhì)積累主要來源于光合作用，光合作用是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，也是一個(gè)受多種因素制約的過程，其中光是一個(gè)直接參與的最重要的因素。光照強(qiáng)度與光合作用強(qiáng)度的關(guān)系1、光補(bǔ)償點(diǎn) 低光照條件下，植物的光合作用較弱，當(dāng)合成的產(chǎn)品恰好抵償呼吸消耗時(shí)（即光合作用固定的CO2量與呼吸作用釋放的CO2量恰好相等時(shí)）的光照強(qiáng)度，為光補(bǔ)償點(diǎn)。 由于植物在光補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)不能積累干物質(zhì)，即在低光照強(qiáng)度的條件下，植物不能生長(zhǎng)。 不同種類的植物（陽(yáng)性植物和陰性植物之間的差異）、同種植物的不同類型或品種、同一類型不同生育時(shí)期、甚至同一株植物在不同部位的葉片，其光補(bǔ)償點(diǎn)都不一樣。 此外，還與植物的外界生態(tài)因子（如溫度、水分、CO2濃度、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)等）的狀況有關(guān)。光能與植物產(chǎn)量2、光飽和點(diǎn) 隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度也隨之提高并不斷地積累有機(jī)物質(zhì)，但光照強(qiáng)度增加到一定程度后，光合作用增加的幅度就逐漸減緩，最后達(dá)