光合作用的利用精选(九篇)

第1篇：光合作用的利用范文

[关键词]　荧光光谱法；分光光度法；盐酸拓扑替康；盐酸依利替康；喜树碱类药物；牛血清白蛋白；结合反应

喜树碱是采用特殊工艺从植物中提取而得的，来源于我国特有珙桐科植物喜树，是一种具有很强抗癌活性的天然化合物[1]。蛋白质是最重要的生物大分子之一，几乎参与了所有生命活动过程。本研究采用荧光光谱法、分光光度法对蛋白质与盐酸拓扑替康（THC）与盐酸依利替康（IHC）两种喜树碱类药物有机小分子的相互作用机理进行研究，为高效低毒的喜树碱类药物开发提供参考。

1　实验方法

1.1检验设备

CARY Eclipse型荧光光度计（瓦里安）；3400型uv—vjs分光光度计（日立）。

1.2实验方法

1.2.1荧光光谱法[2]

在10ml比色管中加入0.2ml牛血清白蛋白（含量lmg/ml），依次加入1×10-4mol/l盐酸拓扑替康溶液适量，0.5mlPH为7.4的Tris-HCl缓冲溶液，用荧光光度计以1cm石英比色皿测定荧光强度。然后分别加入KCl、CaCL2、ZnCl2、FeCL3、CuCl2溶液测定金属离子对喜树碱类药物猝灭BsA荧光的影响.

1.2.2分光光度法[3]

在10ml比色管中加入lml1×10-4mol/l盐酸拓扑替康溶液，加入0.5mlPH为7.4的Tris-HCl缓冲溶液，在分光光度计上进行吸光度测定。盐酸依利替康测定方法同上。

2　结果

2.1荧光光谱

牛血清自蛋白分子中因含有酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸等残基而发射较强的内源荧光。用盐酸拓扑替康与盐酸依利替康两种喜树碱类药物滴定牛血清自蛋白，测定结果显示350nm处的荧光发射峰被猝灭，而在450nm、540nm二处出现了新的发射峰，即盐酸拓扑替康与盐酸依利替康的发射峰，二种分子在405nm处有一等发射点，荧光光谱结果提示牛血清自蛋白与盐酸拓扑替康与盐酸依利替康之间发生了静态猝灭作用，二者结合生成了超分子化合物，405nm处的等发射点说明溶液中同时存在着被结合的和游离的盐酸拓扑替康与盐酸依利替康，从荧光光谱图中显示，仅盐酸拓扑替康与盐酸依利替康比有牛血清自蛋白存在下盐酸拓扑替康与盐酸依利替康的最大吸收峰强度要弱，充分说明牛血清自蛋白与盐酸拓扑替康与盐酸依利替康之间发生了非辐射荧光共振能量转移，且牛血清自蛋白对盐酸拓扑替康与盐酸依利替康的荧光吸收有敏化作用。

2.2分光光度

牛血清自蛋白加入盐酸拓扑替康与盐酸依利替康的紫外可见吸收光谱。随着盐酸拓扑替康与盐酸依利替康的加入，在278nm处的牛血清自蛋白吸收峰逐渐升高并伴有轻微的蓝移，结果与荧光光谱相符，结果提示牛血清自蛋白与盐酸拓扑替康与盐酸依利替康相互作用引起了蛋白质分子发生了变化，短波方向移动说明蛋白质分子的肽链延伸了并且疏水性下降。

3　讨论

人血清白蛋白（HSA）与牛血清白蛋白（BSA）具有相似的氨基酸序列，人血清白蛋白是由585个氨基酸残基组成的单肽链蛋白质，分子量为67kDa；而牛血清白蛋白是由580个氨基酸残基组成的单肽链蛋白质，分子量为68kDa。肽链中都含有35个半胱氨酸残基。因此，在药物研究中，牛血清白蛋白常替代人血清白蛋白来作为蛋白质模型进行体外研究，作为与人血清白蛋白结合情况的参考，且价廉易得，而人血清白蛋白主要用于遗传方面、临床、新陈代谢的研究。

本研究采用荧光光谱法、分光光度法研究盐酸拓扑替康与盐酸依利替康两种喜树碱类药物与牛血清白蛋白的相互结台反应结果显示，牛血清自蛋白与盐酸拓扑替康与盐酸依利替康之间发生了静态猝灭作用，二者结合生成了超分子化合物。牛血清白蛋白与二种喜树碱类药物之间存在的相关性，可引起了蛋白质分子的变化。

参考文献：

[1]李桂芝，刘永明，虢新运，等.荧光法研究7-乙基喜树碱、l0-羟基喜树碱和牛血清白蛋白的相互作用[J].分析化学，2006，34（9）：91-94.

第2篇：光合作用的利用范文

下表为不同遮光处理对其光合作用影响的结果，相关叙述正确的是(答案:AC)A.适当的遮光处理，可提高其干重B.叶绿素含量与净光合速率呈正相关C.叶绿素盯b可作为其利用弱光能力的判断指标D.遮光90%时，铁线莲不进行光合作用这道题的难度并不大，从表中数据可知，10%和30%的遮光条件下的干重分别为9.99、9.29，都大于不遮光条件下的7.59，所以A选项是对的，BD选项则明显错误，对于C选项也不是所有学生都清楚的。本文就这几个问题进行阐述。

1遮光后叶绿素含为什么会升高

在本题中，铁线莲的叶绿素的含量随着遮光比例的升高而升高，根据表中信息可算出不同遮光条件下叶绿素a和叶绿素b的含量及增加率(如下表)。

光是叶绿素形成的必需条件，所以大部分学生都错误认为叶绿素含量随光照增强而增加。实际情况并非如此，而是叶绿素的含量随着遮光比例的升高而升高，为什么呢?叶绿素含量受到光照、温度、矿质元素、逆境等外界因素及核基因、质基因等内在因素的共同影响，在外部因素中光对叶绿素的合成与分解起主导作用。植物体中叶绿素的合成和分解处于一个动态平衡中，叶绿素醋光照后，才能顺利地合成叶绿素，但形成叶绿素所要求光照强度相对较低(过弱也不利于叶绿素的生物合成)，除680nm以上波长以外，可见光中各种波长的光照都能促使叶绿素形成，光过强反而会发生光氧化而受破坏;植物中叶绿素和蛋白质结合为结合态叶绿素才能发挥作用，而自由态的叶绿素则会对细胞造成光氧化损伤。为了避免自由态叶绿素对细胞造成的光氧化损伤，植物必须快速降解这些物质。

在遮光条件下集光色素蛋白在光合单位中的相对含量会增加(是多效调节的结果)，从而导致结合态叶绿素增加。与此同时，降低了叶绿素的降解和光氧化，所以遮光后叶绿素的含量会增加川。遮荫环境下，植物通过增加单位叶面积色素密度和叶绿素含量，有利于提高植株的捕光能力，吸收更多的光，提高光能利用率，是对弱光环境的一种适应。

2遮光后叶绿素a/b降低

在不同生理条件下叶绿素a和叶绿素b的合成、分解速度影响了叶绿素盯b的比值，但调节叶绿素盯b的比值主要通过“叶绿素循环”实现。叶绿素a和叶绿素b的相互转化称为“叶绿素循环”，在遮光条件下，叶绿素a向叶绿素b的转化加快(叶绿素a水解形成脱植基叶绿素a，脱植基叶绿素a再转化为脱植基叶绿素b，最后合成叶绿素b)，从而降低了叶绿素盯b的比值〔2。弱光下叶绿素b的相对含量增高是有其生理适应，有利于对弱光的利用。

从叶绿素吸收光谱图(如下图)可知:叶绿素a在红光部分的吸收带较叶绿素b偏向长波方面，且吸收光谱带比叶绿素b宽，叶绿素b在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶绿素a宽。

在遮光的条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加，所以提高叶绿素b的含量(叶绿素b主要存在于集光色素蛋白中，主要是吸收、传递光能)，更利于吸收蓝紫光川。所以，叶绿素盯b的比值降低，弱光下的吸收能力就增强，叶绿素盯b可作为其利用弱光能力的判断指标。

3叶绿素含t与光合速率关系

叶绿素含量越高光合速率越快吗?叶绿素是光合作用必不可少的色素，有学生据此认为叶片光合速率与叶绿素含量总是呈正相关。其实，仅仅在一定的光强度下，光合速率会随叶绿素含量的增加而增高，而在饱和光下，光合速率往往与叶绿素含量的多少无关。

在饱和光下，叶绿素含量低的阳生叶片光合速率往往明显高于叶绿素含量高的阴生叶片，这是因为阳生叶片单位面积内光合机构的关键组分反应中心、电子传递体和碳同化酶等含量高的缘故〔4〕。例如，在有限光下，叶绿素含量仅为野生型三分之一左右的水稻黄绿叶突变体叶片的光合速率明显低于其野生型，而在饱和光下，两者的光合速率一样。所以叶绿素含量与光合速率关系因植物而异。

4适当遮光后导致净光合速率增加

第3篇：光合作用的利用范文

一、光合作用与作物产量的关系

光合作用为农作物产量的形成提供了主要的物质基础，但作物躯体各部分的经济价值是不同的，例如种植稻、麦、油菜和大豆等主要是为了收获子粒；种马铃薯、甘薯、甜菜等主要为了收获块茎、块根等。为此，在收获中经济价值较高部分称为经济产量，而作物的总重量就是生物产量，经济产量与生物产量的比值称为经济系数。各种作物的经济系数差异较大，一般禾谷类作物经济系数为0.3～0.4，水稻为0.5左右，棉花按子棉计算可达0.35～0.4，大豆为0.2，薯类为0.7～0.85，叶菜类接近于1。当然，各种作物不同器官含水量大不相同，例如稻谷含水量只有15%左右，而甘薯含水量则达80%。为了更精确地比较也有用干重来表示的。

一般来说，经济系数是品种比较稳定的一个性状，但栽培条件与管理措施也有很大影响。例如，合理密植、适当肥水措施和管理措施（如合理修剪、整枝、药剂处理等）都可促进同化产物向经济器官输送，抑制营养器官生长，增加经济器官重量。相反，如栽培或管理不当，植株生长瘦弱或旺长，即使品种再好也会减产。

生物产量是作物一生中的全部光合产量减去所消耗的有机物（主要是呼吸消耗）。而光合产量又是由光合面积（即叶面积）、光合强度和光合时间三因素所组成，即：生物产量=光合面积×光合强度×光合时间-光合产物。

二、提高光能利用率的途径

（一）延长光合时间

光合时间由作物生育期和日照时间长短决定。延长作物光合时间可明显提高经济产量。延长光合时间的措施有：

1.提高复种指数 复种指数是全年内农作物收获面积与耕地面积之比。可以采取间作、套种、巧妙搭配作物以达到此目的。

2.延长光合期 作物生长前期应促进其早生快发，后期应使功能叶保持较长的光合时间，防止叶片早衰。

（二）增加光合面积

1.合理密植

光合面积通常用叶面积系数(leaf area index)表示，它是指作物面积和土地面积的比值。叶面积系数（又称叶面积指数）的大小取决于植株的密度、个体生长发育进程和时期以及栽培条件等，不同作物或作物不同生育期的最适叶面积系数不同。合理密植的主要原则在于处理好个体与群体之间的关系，使群体在各个生育时期具有较理想的叶面积系数，最充分地利用光能和地力。

2.选育理想株型品种

在密植条件下，株型与群体光能利用率有极大关系，如果叶面积系数相同而株型不同，其光能利用率也会有很大差异。以稻、麦为例，在肥、水条件充足的条件下，高产株型的特征应该是：矮秆、分蘖力中等、叶着生角度小、较直立、叶片短小而厚密、子粒/稿秆比值较高。凡具有以上特征，群体内光能分布较均匀，光能利用充分，经济产量则较高。

（三）改善光合作用条件

光、温、水、肥和二氧化碳等因素，都能影响群体的光合作用。其中，合理排灌和施肥，能有效地促进和控制群体结构发展，因而可提高群体光能利用率。在有条件的地方，补充人工光照、增加二氧化碳浓度，也是改善光合条件的一种手段，但大田应用还有困难。

相关演练

1.现在园艺师们往往将李子、杏等果树的树形，修整成主干突出，侧枝层次分明，呈螺旋状均匀着生在主干上的主干形。“有空就有枝，有枝就有果”，是对该树形的最佳描述。由此我们可以想到该树形丰产的主要原因是（ ）

A.提高了对光的利用效率

B.提高了对CO2的利用效率

C.增强了果树的抗病能力

D.增强了果树的呼吸作用

2.如图是夏季晴朗的白天，玉米和花生净光合速率（单位时间、单位叶面积吸收CO2的量）的变化曲线，下列叙述错误的是（ ）

A.在9:30~11:00之间，花生净光合速率下降的原因是暗反应过程减缓

B.在11:00~12:30之间，花生的单位叶面积有机物积累量比玉米的多

C.在17:00时，玉米和花生的单位叶面积释放O2速率相同

D.在18:30时，玉米既能进行光反应，也能进行暗反应

3.有人研究了N元素的供给量与小麦的光合作用强度和产量的关系并绘制了如下曲线，请对曲线仔细分析后，回答下列问题：

（1）N元素的供给量与小麦产量之间的关系是。

（2）N元素能够促进光合作用的原因是。

（3）氮是植物从土壤中大量吸收的一种元素，下图中能正确表示小麦吸收矿质元素N与呼吸作用强度关系的是（ ）

（4）小麦产量最高时所需N元素的供给量低于光合作用最强时的供给量，原因是。

（5）除了N元素的供给量以外，光强度、二氧化碳浓度、温度等也是影响作物产量的重要因素。下列措施中能够直接提高作物光合作用效率的有（ ）（多选）

A.间作（套种）

B.合理密植

C.提高二氧化碳浓度

D.轮作

E.控制光强

F.合理灌溉

参考答案

1.A 提示：侧枝层次分明，呈螺旋状均匀着生长在主干上，避免了相互遮挡阳光，提高了对光的利用效率。

2.B 提示：A项，9:30~11:00光照强度增强，光反应提供的ATP和［H］增多，但净光合速率降低，说明暗反应跟不上光反应，反应缓慢；B项，有机物的积累量可代表净光合速率，从图知花生的净光合速率即有机物的积累量比玉米少；C项，从图知，17:00时净光合速率相同，氧气释放量代表净光合速率，即氧气释放量相同；D项，18:30时，玉米净光合速率为零，说明光合作用速率等于呼吸作用速率，仍进行光合作用，即有光反应和暗反应。

3.（1）在一定的N元素供给量的范围内，小麦产量随着N元素供给量的增加而升高，但达到一定量后，再增加N元素的供给量，小麦产量反而下降

（2）N是叶绿素、光合作用各种酶和ATP的组成成分

（3）C

第4篇：光合作用的利用范文

光照

是影响作物生长发育的重要环境因子之一，根据荷兰温室种植者的经验，1%的光照意味着1%的产量，由此可见光照在作物生产中的重要程度。各种原因带来温室内的光照不足都会影响温室作物的生长、发育及其产量和品质，光照已成为温室作物生产的重要限制性因素，人工补光将是必然的选择。

根据温室作物生产的特点和要求，理想的温室补光人工光源应具备低散热、低耗能、高光电转换效率、具有最适光谱、坚固耐用、使用寿命长、适合温室环境、具有一定的调控性等特点。LED（Light Emitting Diode）作为一种新型的绿色节能光源，应用于温室生产，具有白炽灯、荧光灯和高压钠灯等传统人工光源不可比拟的优点。

作为一家具有120多年历史的照明领军企业，飞利浦率先将LED应用于温室园艺补光。基于大量的研究和应用，飞利浦开发了专为设施园艺领域应用而设计的LED产品和技术。除了选择适合植物生长的光谱，秉承LED节能、低散热和使用寿命长等特点外，还充分考虑到设施园艺生产中的特殊环境，提高了LED产品自身的防水防尘等级。经过前期的试验和研发，飞利浦在2008年向市场推出了第一代园艺GreenPower LED解决方案。经过10年的持续应用实践，飞利浦园艺LED已经扩展为一系列的包含多种照明模组的解决方案，不仅质量稳定可靠，还具有寿命长、光衰低、防水防尘等级高等特性。除了过硬的产品本身，在应用层面，飞利浦还首次提出了LED“光配方”的概念，即在某种生长环境下、某种作物的某个生长阶段所需的理想光照条件，包含了3个方面的含义：①光强、光质、光均匀度、光照位置和时间；②在此“光配方”下最适宜的其它环境因子；③可以期待的使用效果（含节能效果）。光配方的理念现已被广为接受，基于光配方的指导，飞利浦园艺LED在遍布世界的温室种植中有了大量的应用。并且，飞利浦园艺LED照明团队专门设置了植物专员角色，更好地进行光配方开发以及与用户开展深度交流，这也是飞利浦园艺LED照明团队的优势和特色，是确保用户成功的重要因素之一。该文着重以各种应用为例，介绍飞利浦园艺LED在温室领域的应用实践及其效果，以期为中国设施园艺生产的补光应用提供有价值的参考。

温室果菜补光

冬季的温室果菜（番茄、黄瓜）生产光照不足，需要提供人工补光。同时，玻璃温室生产中采用高架栽培，植株高度可达4～5 m，由于植株叶片相互遮阳，导致中下部叶片缺少足够的光照，影响其光合性能的发挥，进而影响了最终产量和经济效益。在这种情况下，采用LED顶光模组和LED植株间照明模组相结合进行温室果菜栽培是优化的照明解决方案，称之为全LED补光方案（图1）。植株的顶部是LED顶光模组，替代传统的高压钠灯（HPS）。每行植株之间平行吊有2行LED植株间照明模组，2组模组在高度上保持一定的间距，消除上部叶片因遮阳对中下部叶片的影响，使得植物的中下部叶片获得更多光照，将LED模组放置在作物之间，进行植株间照明，这正是充分利用了LED低散热的特点。

采用飞利浦全LED补光方案进行温室番茄生产，提供番茄生长所需要的光照，在节能的同时，植物能更有效地利用光照，提高番茄的产量。在温度比较高并且需要补光的季节，也能够开启植株间照明模组，补充中下部叶片光合作用所需光照。反应在作物管理中，中下部叶片可以保留在植株上更久，提供更多的光合贡献。综合应用效果可以看出，采用全LED补光方案使植物生长更健壮、叶片更浓绿，成花率和坐果率得以提高。比利时Greet Biesbrouck番茄种植公司的应用结果表明，稳定的光照带来了比之前更稳定的产量，与不补光或仅仅采用高压钠灯补光相比，产量提高了20%～25%。在荷兰Delphy公司进行周年生产的试验中，更是获得了100.6 kg/m2的高产记录。在品质方面，冬季生长的番茄，果实大小、形状、色泽更均一，品质提高、风味更佳（图2）。荷兰瓦赫宁根大学的研究测试表明，番茄果实的VC、VE含量均有增加。在温室环境调控方面，也带来显著的积极效果。LED的低散热，可以更好地控制热量和光照，避免给温室内带来过剩的热量，温室不需要通过开窗而降温，进而维持了较高的CO2浓度，促进光合生产，提高产量。与顶部使用高压钠灯配合植株间补光的温室平行对比，仅使用2/3的能耗。有案例表明，在暖冬地区或暖冬年份，高压钠灯种植区的温度控制成为种植者最为头痛的问题，而LED种植区则不存在这个问题。

温室叶菜种植及育苗补光

目前，在温室内种植叶类蔬菜（以生菜为例）越来越多。同样，冬季光照不足，尤其是在冬春季节的低温寡照甚至空气严重污染的地区，补光显得尤其重要。不少生菜种植者之前选用高压钠灯作为温室生产种植的补光方案，随着植物对光照需求的提高以及种植者对节约能耗的需求增加，越来越多的温室种植者趋向于尝试LED补光方案。基利浦园艺LED在温室蔬菜种植补光的专业性，许多生菜种植者选择了飞利浦园艺LED作为温室生菜补光的优选方案。

前期的试验以及大量的应用实例表明，飞利浦LED顶光模组提供的补光方案具有以下几方面优势。首先，表现在补光时段上，在早春或者晚秋，甚至一些暖冬地区，在需要补光的时节需要开启高压钠灯补光。由于高压钠灯的高散热量，种植者在温室环境控制上有2种选择：一是在不开窗通风的情况下补光，让植物处于较高的温度中；二是开窗通风降温，但CO2浓度会急剧降低，继续加大CO2的使用量，会导致CO2的浪M。然而，这2种选择都是得不偿失的生产管理措施。于是，种植者不得不放弃补光，生产受到影响，而LED补光没有这方面的问题。其次，表现在植物生长方面，在飞利浦LED补光下种植的生菜，生长更好、生育期更短、单株生菜更重。生长过程中，使用高压钠灯时会带来的烧尖（tip burn）现象也不再发生（比利时Desmet公司）。在品质表现方面，飞利浦特有的光配方使植物的叶片更厚实，口感更佳。株型更紧凑饱满，更好的株型意味着更长的货架期，适合于产品的长途运输。并且，红叶生菜的红色着色效果更好、更快（图3）。另外，飞利浦LED顶光模组开发了特有的vision产品，使用在芬兰Nurmitarhat Oy温室种植的采收区，不仅可以补光，而且可以很好的用于采收时观察植株的长势、颜色和品质等外观是否达到采收标准。据拜耳蔬菜种子公司的种植结果，在使用飞利浦LED补光方案后，种植一茬生菜的时间缩短为未使用飞利浦LED补光时所需种植时间的一半，并且其所育成的红叶生菜品种，着色品质表现得更突出，这也使得他们的品种在市场上具有更大的竞争力。

在冬季的温室育苗中，如果连阴雨天气突袭，温室内的光照水平会更低，严重影响作物的生长发育，此关键时期的光照如果不足，蔬菜幼苗会生长欠佳，易产生徒长苗。飞利浦LED生产模组在温室内提供理想的光照环境进行温室蔬菜的育苗（图4），育成的苗子会更健壮，品质更好。

在植物的生长、发育、产量、品质取得用户满意效果的同时，种植者还发现，飞利浦LED补光方案更节能、更高效，能够节省约一半的电费，意味着生产单株生菜（单位重量）的成本更低，获益更高。

温室花卉补光

光照对于是温室切花、盆花的生产至关重要。根据温室花卉补光的目的，将温室花卉补光分为2个方面：一是光周期补光，即通过改变光照时间、调节光周期从而达到花卉的花期调控，这种方法提供的光照强度较弱，植物只需感受到光信号即可；二是生长补光，即通过对植物生长阶段提供生L所需的光照，从而促进植物更好的生长，进而形成产量和品质，这里提供的光照一般较强。

对日长比较敏感的植物，在特定时期会根据需要进行人工补光，提供长日照条件或者在夜间进行人工补光打破其暗夜，来达到调节开花期的目的。是一种短日照植物，在其开花前，必须达到一定的营养生长；或者在育种过程中为了保持母本的营养生长，必须抑制花芽分化。为了达到维持营养生长的目的，使用飞利浦LED花期灯来补光，提供长日照条件，从而达到花期调控的目的。比利时Gediflora公司应用结果表明，飞利浦LED花期灯在达到抑制花芽分化效果的同时，与原有的白炽灯相比，LED的应用节能达到60%（图5）。花期灯也可以应用在草莓生产中进行人工补光，明显促进草莓茎的抽生，提早收获期，提高果品质量，并且大大减少畸形果的数量。同时，比白炽灯节能88%（荷兰Brookberries公司，图6）。在石竹、珍珠菜属等花卉的花期调节上也有很好的应用。

花卉补光的另一方面是生长补光。众所周知，营养生长是生殖生长的物质基础，充足的光照带来充分的营养生长，能够保证开花的进行，使花朵的花型、花色有所改观。比利时Scheers Rose Nursery公司专业生产大花型切花玫瑰。出于高品质玫瑰的生产需求，近期他们温室中更新了补光方案，采用70%飞利浦LED和30%高压钠灯的组合方案。与原有高压钠灯方案相比，新方案补光强度提升至原光强的1.5倍，且产热降低了50%。如此就不需要对整个温室的供电设施进行改造。消耗相同的电量，可以提供同样的光照强度，并且可以每年多提供500～750 h的光照。温室内的CO2浓度和温度控制都更加稳定，生产出了高品质的切花玫瑰（图7）。飞利浦全LED补光方案在温室非洲菊、蝴蝶兰等花卉生产中的应用，在植物生产和经济上也取得了令人满意的效果（图8）。

现代玻璃温室的天沟高度越来越高，温室内垂直空间越来越大，使在温室内进行多层种植成为可能，而多层种植的关键条件就是光照。飞利浦LED提供了很好的解决方案。De Hoog Orchids是一家专门从事石斛兰温室生产的专业种植公司。先前采用高压钠灯种植，每年植株能够开花1次。开花前需要一段低温诱导，使用空调进行降温，产生了高额电费。为了扩大石斛兰的生产规模并实行周年种植，该公司采用了多层种植，每层均采用飞利浦LED提供生长所需的光照（图9）。“光照稳定，易于控制，使得我们很容易做到控制植物的某些性状，比如花芽分化的进程、花芽诱导数目以及一簇花的数目，这对于我们来说至关重要。稳定理想的光照也让我们能够提前进行生产的计划来更好地满足客户的要求，同时也节省了电费。最终提高了空间利用率，提高了整个温室生产的效率”。由飞利浦LED提供的光照解决方案同样应用于郁金香、长寿花。

国内在高档花卉的温室种植中也对飞利浦LED补光方案做了试验，在小玫瑰和姜荷花的试验中均取得了很好的效果，补光后的植物长势更好、叶片更绿、分枝增加、发花更多、花苞更大（图10）。

第5篇：光合作用的利用范文

关键词：光合速率；蒸腾速率；气孔导度；水分利用效率

中图分类号：Q945.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）22-5802-05

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.22.019

Diurnal Variations Characteristics of Three Plants Gas Exchange Parameters under Different Water Conditions

DING Xu， LI Hong-xia， LIU Jian-guo， HUO Ju-song， LIU Wei-guo， LI Chun

（College of Resources and Environment Science/Key Laborary of Oasis Ecology，Ministry of Education，Xinjiang University，Urumqi 830046，China）

Abstract： Taking three native dominant desert plants Populus euphratica， Phragmites communis， Tamarix chinensis of Sangong River basin as the research object， different gas exchange parameters， such as photosynthetic rate， transpiration rate，stomatal conductance and so on of these plants had been measured using the LI-6400 portable photosynthesis system. The response of plant to different soil conditions， the diurnal variation characteristics of water use efficiency（WUE） and light use efficiency （LUE） of these plants were investigated. The results showed that：①P. australis had strongest resilience towards different soil environment. P. euphratica was mainly influenced by moisture， while T. chinensis was influenced by both soil water salt and other environment factors， which was not suitable for high water salt. ②Under sufficient water condition， P. australis and P. euphratica higher water use efficiency rather than low moisture contents， but water use efficiency of T. chinensis could not change a lot with changes of soil moisture.③Radiation use efficiency of all three plants could increase with decreased water salt. P. australis for different habitats showed strong ecological adaptability， P. euphratica mainly by moisture on physiological characteristics and distribution. T. chinensis habitat in the water and salt also showed strong adaptability， its role was mainly affected by drought stress. In the stress habitats， three plants mainly to improve their energy efficiency to withstand stress hazards.

Key words： photosynthetic rate； transpiration rate； stomatal conductance； water use efficiency

土壤条件影响植物的生理和生长特征，限制植物的光合和个体生长发育[1]，而光合作用和蒸腾作用是反映植物对各种内外因子响应的生理指标。近年来，在植物生理生态方面，随着便携式测定仪器测试技术的发展，实现了在野外自然状态下测定植物的气体交换过程[2]。胡杨（Populus euphratica）、柽柳（Tamarix ramosissima）、芦苇（Phragmites communis）是三工河流域的主要荒漠植物，研究这3种植物的生理生态特性对三工河流域植被的生态恢复有重要的理论和实践意义。通过植物的气体交换参数研究植物的光合作用及其与环境的关系，国内外已有报道，但主要围绕某一种植物在试验条件（遮阴、盐分胁迫以及干旱条件）下的研究[3-7]，或是植物不同生态型以及不同时期之间的特征比较[8-12]，而对于多种植物在自然条件下对不同土壤环境条件的气体交换参数特征的报道较少。因此，本试验通过对三工河流域不同土壤环境条件下3种植物的气体交换参数的测定和分析，研究它们对不同土壤条件的生理生态适应性和调节机理，为研究该区荒漠植物对不同水盐的生态响应提供理论依据。

1 研究区概况

阜康县位于博格达峰北麓，准格尔盆地东南缘。三工河流域位于天山南麓中段东部，自西向东主要有3条河流，分别是水磨沟河、三工河、四工河，发源地均为博格达山北麓的冰雪林[13]。地势南高北低，分为南部山地，中部平原，北部沙漠。冬季寒冷漫长，夏季干旱炎热，主要为大陆性干旱气候。境内的主要河流大都发源于天山水源，是全县灌溉农业的主要水源。全县植被呈明显的规律性，自上而下为高山寒漠、高山草甸、森林、草原、荒漠植被、沙漠[14-16]。

2 材料与方法

2.1 研究材料

本试验以三工河流域胡杨、芦苇和柽柳3种植物为研究对象，于2014年7月至8月初前往研究区采集试验数据。观测时间为2014年7月底至8月初，植物生长旺盛期。结合三工河流域地下水监测位置，在研究区布设多个试验点，本研究采用其中的4个点即14号点（绿洲内部）、16号点（盐化沙地）、18号点（过渡带）和23号点（沙漠内部）。试验点植被覆盖率较高，主要以胡杨、芦苇和柽柳为主，并且有红柳、沙枣、锦鸡儿、骆驼蓬、蒿子等。虽然植被覆盖率较高，但风沙较大降水较少。

2.2 测量方法

利用LI-6400便携式光合作用测定系统（美国LI-COR公司）进行净光合速率（Pn，μmol CO2/m2・s）、蒸腾速率（Tr，mmol H2O/m2・s）等生理指标测定，该仪器同时也可记录气温（Ta，℃）、叶温（Tl，℃）、空气相对湿度（RH，%）、光合有效辐射（PAR，μmol/m2・s）等指标参数。数据测量选择晴朗无云的天气进行，样地设在植被未受破坏，长势均匀，并具有代表性的地方，设置面积为30 m×30 m的样方。每种植物（胡杨、芦苇和柽柳）随机选择3株长势良好的植株，在植株向阳面大致相同部位选取生长状况良好、叶龄相似且互不遮光的叶片，⒅μ趵至同一高度进行活体测定，每片叶每次测定重复3次。在北京时间8：00～20：00（文中时间均为北京时间）每2 h测定一次[2]。测量时尽量将植物叶片平铺于叶室内，并避免相互遮挡，整个叶室能充满发散光，使叶室中所有的叶表面均能同等地接受光照[1]。

水分利用效率（Water use efficiency，WUE）是反映植物耐旱性的指标，显示植物有效利用水分的能力。水分利用效率还是重要的生理特征，指示植物对干旱的适应[17-20]，表达式为WUE=Pn/Tr，单位为μmol CO2/mmol H2O，Pn为单位叶面积上叶片的净光合速率；Tr为单位叶面积的蒸腾速率[1]。光能利用效率（LUE）是单位土地面积上植物通过光合作用所产生的有机物中所含的能量与这块土地所接受的太阳能的比，植物可以通过提高光能利用效率来适应干旱环境[1，21，22]，光能利用效率（LUE）是植物光合作用量子效率的固定参数，表达式为LUE=Pn/PAR，单位为μmol CO2/μmol，PAR为光合有效辐射[1]。

2.3 统计分析

采用SPSS19.0、Origin 8.0等工具对数据加以处理和分析，绘制出3种植物的气体交换参数的日变化曲线图。数据分析采用单因素方差分析和Duncan多重比较。

3 结果与分析

3.1 各试验点土壤理化特征

从表1可以看出，盐化沙地的土壤水分含量最高达24.7%，其次是绿洲内部，水分较充足，土壤含水量为10.6%，过渡带和沙漠内部的土壤水分含量较低，分别为2.59%和1.70%，即水分含量由大到小依次为盐化沙地、绿洲内部、过渡带、沙漠内部。各试验点土壤pH均呈碱性，绿洲内部最高，达9.19，盐化沙地、过渡带和沙漠内部依次减少，分别为8.78、8.19和7.85。对于有机碳和有机质含量，均为沙漠内部最高，其他3个试验点含量相差不大。而对于电导率、总盐以及各离子含量（K+、Na+、Cl-），盐化沙地均明显高于其他各点，沙漠内部均为最低。绿洲内部和过渡带的各离子含量（K+、Na+、Cl-）相差不大，绿洲内部略高，但电导率和总盐相差较大，电导率分别为4.69、2.84 ms/cm，总盐分别为20.700、8.650 g/kg。

3.2 三种植物的气体交换参数的日变化特征

不同土壤环境条件下3种主要荒漠植物的气体交换参数日变化见图1。由图1可知，在不同土壤条件下，3种植物的净光合速率变化均呈单峰曲线。土壤环境条件的变化对芦苇的净光合速率影响并不是很大，峰值无显著差异且均出现在14：00左右。胡杨净光合速率在不同土壤环境下有较大的变化，沙漠内部净光合作用较低，明显低于其他试验点；过渡带和沙漠内部的峰值出现在14：00左右，但在绿洲内部，光合速率的峰值出现在12：00左右，可能与土壤含盐量有关，有研究指出，随盐分增大，峰值时间提前[23]。柽柳的净光合速率也均呈单峰，峰值出现在14：00左右，各试验点的净光合速率日变化有差异，盐化沙地的净光合速率最低，与其他试验点有明显差异，而其他试验点间差异不大。各植物在不同的土壤条件下，净光合速率达到峰值前差异明显，在峰值过后无明显差异。3种植物中，同样土壤条件下胡杨的光合速率最大，达到20.47 μmol/m2・s，其次是柽柳，最后是芦苇，但差异不明显。在所研究的试验点中，盐化沙地植物的净光合速率峰值并不是最高，这与盐化沙地的土壤盐含量有关，盐分增大，会使峰值降低。净光合速率不仅与土壤水盐有关，还与光有效辐射、温度以及胞间CO2浓度有关系。

由图1可以看出，不同土壤条件下植物的蒸腾速率变化各不相同。芦苇的蒸腾速率全部呈双峰曲线，峰值分别在12：00和16：00左右，在14：00降低；胡杨在绿洲内部出现双峰，沙漠内部呈现平滑的单峰曲线，过渡带出现明显的单峰，出现单峰有可能是因为测量时间间隔不够密集，没有检测到；柽柳的蒸腾速率在不同的土壤环境下变化较大，峰值较高，曲线有双峰也有单峰。盐化沙地和过渡带呈现单峰曲线，峰值出现在14：00左右，沙漠内部和绿洲内部的曲线呈双峰，峰值出现的时间不同，沙漠内部的峰值出现在10：00和14：00，绿洲内部的峰值出现在12：00和18：00，盐化沙地和沙漠内部的峰值较低，绿洲内部和过渡带的峰值较高。柽柳和芦苇在12：00～18：00之间水分蒸腾速率持续较大。胡杨的蒸腾作用主要集中在14：00左右。从气孔导度的日变化和蒸腾速率的日变化图中可以看出，植物的蒸腾速率与气孔导度密切相关，气孔导度降低，说明植物在此时关闭了气孔防止水分蒸发。

3种植物在不同的土壤环境条件下，胞间CO2浓度的日变化规律基本一致，早晨和晚上较高，中午较低，这是因为早晨光合作用很弱，而白天随着光合作用的增强，胞间CO2浓度逐渐减少。植物的光合速率和蒸腾速率与气孔有关，气孔通过张开闭合控制胞间CO2浓度和植物体内水分来调节光合作用和蒸腾作用。

3种荒漠植物的光合速率和蒸腾速率日均值的差异性检验见图2。由图2可知，不同植物对不同环境的响应差异明显。芦苇的光合速率和蒸腾速率的日均值在盐化沙地与其他样点差异显著，芦苇对水盐的响应较明显，随水盐变化而变化，适应性比较好；胡杨的光合速率日均值在绿洲内部、过渡带、沙漠内部差异显著，蒸腾速率日均值在绿洲内部和盐化沙地差异不显著，在沙漠内部显著低于与其他两点，胡杨的光合速率比蒸腾速率对水盐更敏感些；柽柳的光合速率日均值在绿洲内部和盐化沙地无显著性差异，在过渡带日均值最高，达9.45 μmol/m2・s，明显高于其他各点，蒸腾速率日均值在盐化沙地和沙漠内部无显著性差异，在过渡带最高，说明过渡带的环境更适合柽柳生长，过高的水分和盐分会抑制柽柳的生长。

3.3 水分利用效率和光能利用效率

由表2可知，当水分条件较差时，植物会采取降低蒸腾，提高水分利用效率以适应环境。芦苇的水分利用效率在水分充足时低于水分较低时，在绿洲内部水分利用效率最高。胡杨的水分利用效率更符合上述结论。柽柳的水分利用效率变化随土壤水分变化不大，由于其是深根系植物，可利用更深层的土壤水分，本试验土壤研究层较浅，未达到影响柽柳的深度。3种植物中胡杨的水分效率最高，达1.81，可得胡杨最适应土壤水分的变化。光能利用效率规律同水分利用效率表现相似，3种植物的光能利用效率均S水分减少而增加，这体现植物利用提高光能利用率以适应更干旱的环境，其中芦苇和胡杨的光能利用效率高于柽柳，这与其自身强生态适应性有关。

3.4 3种植物的气体交换参数的相关性分析

从表3可以看出，植物的光合速率和蒸腾速率均受到多种环境因子影响，光合速率与胞间CO2浓度、大气温度、相对湿度、光合有效辐射等密切相关，蒸腾速率除与上述因子相关外还同气孔导度密切相关。3种植物的光合速率和蒸腾速率与大气温度和光合有效辐射呈正相关，且相关程度达极显著水平；与胞间CO2浓度和相对湿度呈负相关，其与胞间CO2浓度的相关程度达极显著水平；与相对湿度的相关程度中，芦苇达极显著相关水平，胡杨达显著相关水平，柽柳的光合速率和蒸腾速率分别与相对湿度呈极显著负相关与显著负相关；3种植物的蒸腾速率与气孔导度呈极显著正相关，光合速率与气孔导度呈正相关，但只有胡杨达极显著水平。

4 小结与讨论

不同植物对不同土壤环境条件的响应各不相同。环境变化对芦苇的光合作用影响较小；柽柳的光合速率峰值受到盐分影响，会受到抑制；而胡杨的净光合速率受水分影响较大。芦苇的蒸腾速率全部呈双峰曲线；胡杨的蒸腾速率曲线随着水盐的增加，由单峰转变为双峰且峰值增大；柽柳的蒸腾速率曲线有双峰也有单峰，蒸腾速率的峰值均出现在正午左右。

植物通过降低蒸腾，提高水分利用效率以及光能利用效率来适应干旱环境，为节约水分，干旱生境的许多植物采取了增加气孔阻力的形态、结构和生理机制，由于蒸腾速率对气孔关闭的敏感度高于光合速率，因此一般认为干旱提高了植物的水分利用效率。

植物的光合速率和蒸腾速率受到多种环境因子的影响。通过检验，光合速率与胞间CO2浓度、大气温度、相对湿度、光合有效辐射密切相关，蒸腾速率除与上述因子相关外还与气孔导度密切相关。

三工河流域荒漠植物在光合速率、蒸腾速率及气孔导度上对环境条件的改变所做出的响应反映了不同植物的适应方式。在生态环境条件较好时，植物充分利用各种环境资源，保持较好的生活状态，而植物的净光合速率和蒸腾速率主要受光照强度和环境气候条件的影响；水分条件较差时，荒漠植物会采取降低蒸腾，提高水分利用效率和光能利用率来适应不利的生态环境。不同植物的调节机理不同，适应环境的相关参数变化程度也表现出较大的差异性[23-26]。

从以上分析结果可得以下结论：①芦苇对不同的土壤环境适应能力更强，胡杨主要受水分影响，柽柳受到水盐及其他环境要素的共同影响，适合于水盐不宜过高的环境中。②芦苇和胡杨的水分利用效率在水分充足时低于水分较低时，而柽柳的水分利用效率变化随土壤水分变化不大。3种植物的光能利用效率均随水盐减少而增加。③3种荒漠植物的光合速率和蒸腾速率与气孔导度、大气温度和光合有效辐射呈正相关，与胞间CO2浓度和相对湿度呈负相关，但不同植物的光合速率和蒸腾速率与各因子的相关程度呈现不同的显著水平。

参考文献：

[1] 王珊珊，陈 曦，王 权，等.新疆古尔班通古特沙漠南缘多枝柽柳光合作用及水分利用的生态适应性[J].生态学报，2011，31（11）：3082-3089.

[2] 陈亚鹏，陈亚宁，徐长春，等.塔里木河下游地下水埋深对胡杨气体交换和叶绿素荧光的影响[J].生态学报，2011，31（2）：344-353.

[3] GAO S，SU P X，YAN Q D，et al. Canopy and leaf gas exchange of Haloxylon ammodendron under different soil moisture regimes[J].Science China Life Sciences，2010，53（6）：718-728.

[4] 王建华，任士福，史宝胜，等.遮荫对连翘光合特性和叶绿素荧光参数的影响[J].生态学报，2011，31（7）：1811-1817.

[5] 张国伟，张 雷，唐明星，等.土壤盐分对棉花功能叶气体交换参数和叶绿素荧光参数日变化的影响[J].应用生态学报，2011， 22（7）：1771-1781.

[6] 王 凯，朱教君，于立忠，等.遮阴对黄波罗幼苗的光合特性及光能利用效率的影响[J].植物生态学报，2009，33（5）：1003-1021.

[7] 王伟华，张希明，闫海龙，等.盐处理对多枝柽柳光合作用和渗调物质的影响[J].干旱区研究，2009，26（4）：561-568.

[8] 刘卫国，邹 杰.水盐梯度下克里雅河流域芦苇光合响应特征[J].西北植物学报，2014，34（3）：572-580.

[9] 苏培玺，严巧娣.C4荒漠植物梭梭和沙拐枣在不同水分条件下的光合作用特征[J].生态学报，2006，26（1）：75-82.

[10] 苏培玺，赵爱芬，张立新，等.荒漠植物梭梭和沙拐枣光合作用、蒸腾作用及水分利用效率特征[J].西北植物学报，2003，23（1）：11-17.

[11] 龚吉蕊，赵爱芬，苏培玺，等.黑河流域几个主要植物种光合特征的比较研究[J].中国沙漠，2005，25（4）：587-592.

[12] 黄 刚，赵学勇，崔建垣，等.水分胁迫对2种科尔沁沙地植物光合和水分利用特性的影响[J].西北植物学报，2008，28（11）：2306-2313.

[13] 年福华，李 新.三工河流域水量转换特征及水资源利用[J].干旱区研究，2000，17（1）：5-11.

[14] 王根绪，程国栋.干旱荒漠绿洲景观空间格局及其受水资源条件的影响分析[J].生态学报，2000，20（3）：363-368.

[15] 王政权.地统计学在生态学中的应用[M].北京：科学出版社，1999.

[16] 孙司衡.再生资源遥感研究[M].北京：中国林业出版社，1991.

[17] 曹生奎，冯 起，司建华，等.植物叶片水分利用效率研究综述[J].生态学报，2009，29（7）：382-389.

[18] RICHARDS R A，REBETZKE G J，CONDON A G，et al. Breeding opportunities for increasing the efficiency ofwater use and crop yield in temperate cereals[J].Crop Science，2002，42（1）：111-121.

[19] CASPER B B，FORSETH I N，WAIT D A. A stage-based study of drought response in Cryptantha flava （Boraginaceae）：Gas exchange，water use efficiency，and whole plant performance[J].American Journal of Botany，2006，93（7）：978-987.

[20] ZHAO B Z，KONDO M，MAEDA M，et al. Water-use efficiency and carbon isotope discrimination in two cultivars of upland rice during different developmental stages under three water regimes[J].Plant and Soil，2004，261：61-75.

[21] TEZARA W，MAR？N O，RENGIFO E，et al. Photosynthesis and photoinhibition in two xerophytic shrubs during drought[J].Photosynthetica，2005，43（1）：37-45.

[22] 李 ィ曹坤芳.干旱胁迫对不同光环境下的三叶漆幼苗光合特性和叶绿素荧光参数的影响[J].西北植物学报，2006，26（2）：266-275.

[23] 吴统贵，李艳红，吴 明，等.芦苇光合生理特性动态变化及其影响因子分析[J].西北植物学报，2009，29（4）：789-794.

[24] 黄金廷，侯光才，尹立河，等.干旱半干旱区天然植被的地下水水文生态响应研究[J].干旱区地理，2011，34（5）：788-793.

第6篇：光合作用的利用范文

【例1】 （2006?四川）将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室，调节小室 CO2 浓度，在适宜光照强度下测定叶片光合作用的强度（以 CO2 吸收速率表示），结果如右图。下列相关叙述，正确的是( )。

A．如果光照强度适当降低，a 点左移，b 点左移

B．如果光照强度适当降低，a 点左移，b 点右移

C．如果光照强度适当增强，a 点右移，b 点右移

D．如果光照强度适当增强，a 点左移，b 点右移

如何解答这种题型呢？曲线是对光合作用过程的抽象描述，所以首先必须熟悉光合作用的过程（如右图）。然后怎样帮助学生从光合作用的过程顺利迁移到曲线呢？我们可以借助数学模型，解释光合作用强度与CO2浓度的关系曲线。因为光合作用的细节尚未完全研究清楚，且为了不增加学生的知识负担，建立灰箱模型，对细节有所忽略（如下表）。

设光照强度为m时，光反应最大能力可达到每秒制造10个单位光反应产物，如ATP或NADPH。CO2浓度为1单位时，暗反应能力为每秒还原1个单位C3，需要消耗1个单位光反应产物（ATP、NADPH）。显然，这时因为CO2浓度低，消耗的ATP（NADPH）少，光反应没有达到最大生产能力，光合作用强度受限于暗反应能力，每秒生成1个单位有机物（如糖类等）。同理，在CO2浓度低从1提高到小于10的过程中，光合作用强度都取决于暗反应能力。当CO2浓度低达到10个单位时，每秒需要消耗10个单位光反应产物，生成10个单位有机物，此时光反应达到最大生产能力，光合作用达到最大值。当CO2浓度超过10，比如达到12时，暗反应能力最大可以达到每秒还原12个单位C3，但需要每秒消耗12个单位ATP、NADPH，超过光反应上限，所以光合强度不能达到12，只能达到10，光照强度成为限制因素。

根据这个模型，学生可以方便地理解各种光合曲线。当横坐标改为光照强度时，用类似的模型同样可以很好地解释光合作用与光照强度的关系曲线。

现在我们利用此模型来解例1。由于ab段对应曲线的限制因素是CO2浓度，所以根据以上模型，光照强度改变时，曲线只是最高光合强度相应改变,即b点左右移动，而曲线ab段与原光照强度下的曲线ab段重合。这与实际研究数据不符［1］［2］（见右图）。

现在需要对模型进行修正。原先的模型没有考虑光反应速度与暗反应速度的相互促进，两者的相互限制是显而易见的，光反应速度过低会限制暗反应，反之亦然。但光反应与暗反应能否相互促进在各种版本的《植物生理学》教材中均未提及，但笔者认为从实际数据可以推断，两者是正相关，也就是相互促进的。

由此，对模型进行如下修正(见下表）。设当光照强度提高到2m，光反应最大能力提高到15，由于某种促进作用，暗反应能力相应提高0.5个单位。于是整个曲线向上平移，与x轴交点a左移,最大光合强度提高到15，b点右移。所以，例1答案为D。

根据不同情况对模型稍做修正，就可以适用于其他曲线分析。下面，依据构建数学模型的思路来解决例2。

【例2】 (2004?北京)在相同光照和温度条件下，空气中CO2含量与植物光合产量（有机物积累量）的关系如右图所示。理论上某种C3植物能

更有效地利用CO2，使光合产量高于m点的选项是( )。

A.若a点在a2，b点在b2时

B.若a点在a1，b点在b1时

C.若a点在a2，b点在b1时

D.若a点在a1，b点在b2时

从题中信息可以看出，b点达到上限的原因不能从光反应限制的角度去考虑，而要考虑暗反应系统的酶数量限制了CO2的利用效率，需要对模型进行修正（见下表）。设普通植物暗反应最大能力为10，则光合强度最大为10（b点）。某种C3植物能更有效地利用CO2，则其暗反应能力比普通植物有所提高，假设增加0.5个单位。某种植物暗反应最大能力为10.5，则光合强度最大值为10.5。于是整个曲线向上平移，a点左移，b点右移。所以，例2答案为D。

运用数学模型，化抽象为具体，帮助学生突破难点，这种思路在实验设计、推断等活动中都可以有效利用。运用数学模型解决问题，是科学家常用的探索世界的方法。它将现实问题归结为相应的数学问题，进而从定性或定量的角度来刻画实际问题，为解决现实问题提供精确的数据或可靠的指导。训练学生运用数学模型解决问题，可以大大提升学生的科学素养。

参考文献

第7篇：光合作用的利用范文

关键词：光伏；薄膜电池；智能型；温室大棚

1 引言

上世纪70年代，能源危机的爆发和日益恶化的环境引发全球的思考，发展可再生、无污染能源成为人类的共识。在此前提下，太阳能特别是太阳能光伏发电，在世界范围内受到高度重视，获得飞速发展。这也给农业温室大棚的发展提供了一个新的平台。温室大棚突破了传统作物种植受季节、环境、气候等诸多因素的限制，对农业生产有重大意义。但目前我国温室大棚多依靠人工经验进行管理，自动化程度不高，这种方式生产效率较低，不适合工厂化农业生产，且对种植者的素质要求较高。而智能型光伏温室大棚能够实现对农作物生长环境各基本要素的控制，实现农业生产的智能化生产，并解决了无电、缺电地区农业生产的供电问题。

2 光伏技术与温室大棚的结合

这种温室大棚采用非晶硅薄膜式太阳能电池。

首先，薄膜电池弱光性好，阴雨天也能发电，常年累计发电量比普通的晶硅电池高20%左右。其次，这种电池利用薄膜的分光技术将作物所需波段的太阳光穿透电池后被作物吸收，作物生长不需要的波段则被用于薄膜电池吸收发电，部分被转换成热能以提高棚内温度。植物进行光合作用主要是利用有效光谱为440nm的蓝光和660nm的红光区，（见图1所示），而这种薄膜电池的最大吸收波峰在400-600nm，在理论上薄膜电池的最大吸收波峰与植物光合作用的吸收波峰并不冲突（是否完全不影响作物生长仍在研究中）。另外，紫外线不是作物生长所需，甚至会破坏作物，薄膜电池可以对其进行吸收，省却了加遮阳网的麻烦。

非晶薄膜电池使得光伏与温室大棚能够更好的融合，在不影响大棚内作物正常生长的基础上，能够借用大棚的向阳面直接低成本发电，供大棚内的各种设备使用（见图3所示），实现了节能减排；同时，也充分有效的利用了土地资源，使农业用地的利用最大化。

3 光伏温室大棚的智能控制系统

虽然温室大棚在我国得到了广泛应用，但大多数未采用智能控制技术，自动化程度低，环境控制能力有限，这也在一定程度上影响了温室作物的产量和质量，因此，温室大棚智能控制系统的建立很有必要。

影响作物生长的因素主要有温度、湿度、CO2浓度以及光照等，其间还要进行杀虫、灌溉等工作，如果能够实现对这些因素的智能控制，不仅可以减轻种植者的负担，还能提高农作物的产量与质量。而整个系统的用电可以由太阳能薄膜电池提供，即使将大棚建在无法利用电网电能的偏远地区，也不会受到限制。光伏温室大棚的智能控制系统原理如图4所示。

1）温度的调节：根据棚内作物设置最佳温度范围，并通过温度传感器进行监控。当室温低于设定值时，系统根据棚外阳光情况（通过光照传感器检测）利用太阳能加热器（阳光充足时）或者电加热设备（阳光不足时）进行升温，电加热部分由蓄电池组供电。当温度高于设定值时，采用湿帘-风机系统进行降温，湿帘是利用水蒸发吸热原理降温，风机则通过产生的风压强制空气流动进行降温。有研究表明，大棚的室温达到33度时便需要强制降温，否则会对作物生长产生不利影响，湿帘和风机二者结合使用，有效控制了棚内高温的产生。

2）湿度的调节：如同温度调节，当棚内湿度低于设定值时，系统驱动太阳能水泵工作，通过大棚顶端的喷嘴喷出的喷雾来提高湿度，这样也避免了湿度过大。当湿度高于设定值时，系统驱动电动窗开启进行通风，利用湿度差来进行室内外的空气交换，以降低湿度，必要时可以驱动风机加快空气流动和交换。

3）CO2浓度的调节：CO2是作物进行光合作用的重要原料，适宜的浓度可以使作物活力增强、产量增加，温室大棚是相对封闭的环境，使得对CO2浓度进行控制成为可能。提高CO2浓度是通过CO2发生器实现的，棚内浓度低于设定值时，系统控制CO2发生器工作；浓度过高时，则驱动电动窗开启进行通风。

4）光照的调节：传统的大棚需要遮阳网进行遮阳，但这种光伏温室大棚的太阳能薄膜电池本身就具有遮阳功能，且利用分光技术将不利于作物的光谱光照吸收，作物所需的则可以正常穿透（见前文所述），因此，可以兼作遮阳网使用。当光照弱于正常值时，系统根据检测到的光照度，控制开启相应数量的LED补光灯，以满足作物生长的光照要求。另外，还可以根据作物的特性适当延长光照时间，提高作物的品质和产量，甚至也可以用来反季节培植作物。

5）雨感功能：温室大棚能的智能控制系统能够检测天气状况，并适时进行防护处理。当出现下雨的天气时，系统接受到传感器感应到雨滴的信息，并驱动电动窗自动关闭，使棚内作物避免遭遇“雨灾”。

6）杀虫功能：大棚内作物生长可能会遭到害虫的侵扰，再加上通风需要，时常开启电动窗，棚外的害虫也难免进入，为尽量减少使用农药，培植绿色作物，棚内配置了太阳能杀虫灯。这种杀虫灯通过紫外光利用昆虫趋光的特性将其引诱，并用高压网将害虫击杀。杀虫灯由智能系统控制开关时间，并由薄膜电池充电的蓄电池为其供应电能。

7）灌溉功能：棚内安装了土壤湿度传感器，并将检测数据传至控制系统，当作物需要灌溉时，系统驱动光伏水泵工作为其提供水源。而光伏水泵也肩负着为屋顶喷嘴提供水源的工作（见上文所述），其工作与否完全取决于棚内作物的需要，避免了过量用水，起到节水作用。

4 智能型光伏温室大棚的前景展望

智能型光伏温室大棚利用光伏技术和智能控制技术实现了对棚内温度、湿度、CO2浓度以及光照的自动控制和调节，并根据实际情况自动进行“避雨”、杀虫、灌溉等一系列工作，真正实现了农业生产的自动化和智能化，在减轻种植者负担的同时，也提高了农作物的生产效率。而整个系统只需要用大棚上安装的太阳能薄膜电池来供给能量便可运行，无污染且节约能源，也保证了不便接入电网偏远地区的正常使用。

目前，光伏和智能控制技术在农业生产领域的应用仍处于起步阶段。我国是农业大国，农业生产技术的提高对我国有着重要意义，多学科与农业的融合将是农业发展的一个必然方向。而对于光伏行业来说，将温室大棚透光屋面充分利用，作为光伏发电的建筑基础，可以节约大量的土地资源，有助于实现低成本发电。另外，加强对各类作物生长机理的基础性研究对普及和推广这种智能型光伏温室大棚有着重要意义，有助于推动这种大棚从概念性展示向实用阶段的发展，以真正实现提高作物品质和产量，又兼顾发电的双赢效果。

参考文献：

第8篇：光合作用的利用范文

【关键词】 新标准；重要概念；绿色植物；光合作用

【中图分类号】G623.1 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）4-00-01

2011年底《义务教育生物学课程标准（2011年版）》（以下简称《标准》）尘埃落定。新“标准”的基本框架和基本内容都没有发生大的变化。这表明，经过课改十年的检验，生物课改所倡导的理念、提出的课程性质、课程内容和实施建议、坚持的目标、课程设计的思路都是正确的，是需要我们继续坚持的。

新“标准”最大的变化就是全新提出了50个重要概念。这50个重要概念并不是集中阐述，而是出现在十大一级主题的每一个一级主题当中。这种呈现方式更便于一线教师查找、使用。

中华人民共和国国家标准GB/T15237.1―2000指出：“概念”是对特征的独特组合而形成的知识单元。德国工业标准2342将概念定义为一个“通过使用抽象化的方式从一群事物中提取出来的反应其共同特性的思维单位”。概念都有内涵和外延，即其涵义和适用范围。“标准”中的重要概念既阐明了生物学核心概念的内涵，又准确描述了其外延。为教师在教学中确立三维目标，实施生物概念教学指明了方向。

仔细研读新“标准”，各概念之间既存在包含关系，又有并列关系。对于第四大一级主题：“生物圈中的绿色植物”而言，第一个概念：“植物的生存需要阳光、水、空气和无机盐等条件”就是概括式的概念。对于“光合作用”这一贯穿生物科学始终的重要概念，“标准”中的阐述为：绿色植物能利用太阳能（光能），把二氧化碳和水合成贮存了能量的有机物，同时释放氧气。这一重要概念有以下几层内涵：

1.光合作用的场所是绿色植物的叶片。绿色植物的叶片之所以能够进行光合作用，是因为叶片中存在叶绿体。这里，勤于思考的学生就会存在两个疑问：①如果绿色植物的其他器官中存在叶绿体，这样的器官能进行光合作用吗？②没有叶绿体的生物就一定不能进行光合作用吗？对于第一个疑问，学生很容易想到仙人掌。仙人掌的叶片退化为针状；而茎通常肥厚，内含叶绿体，代替叶片进行光合作用。对于第二个疑问，《教师教学用书》中就提到了“绿色植物通过叶绿素捕获太阳光”。其实，《高中生物必修一》的第一章中介绍生物类群时就介绍了蓝藻这类原核生物，虽然没有叶绿体，但含有叶绿素，同样能进行光合作用。叶绿体既是生产有机物的“车间”，也是将光能转变为化学能的“能量转换器”。

2.光是绿色植物光合作用不可缺少的条件。这一结论教材当中是以探究实验的形式出现的。学生通过实验结果，能够很直观的获得这一结论。但学生很容易想到：这里的“光”一定是太阳光吗？其他光可以吗？这里刚好可以与光合作用效率联系在一起。人工增加光照时间可以提高光合作用效率，增加农作物产量。这里的人工光照就不是太阳光。

3.光合作用的原料是二氧化碳和水。二氧化碳是通过绿色植物叶片的气孔进入植物体的，叶片在吸收二氧化碳的同时还能排出氧气。而水分是通过植物的根吸收，通过植物体内的疏导组织进入叶片的。这两种原料进入植物叶片的叶绿体中进行光合作用。

4.光合作用的产物是贮存了能量的有机物和氧气。这两种产物对于生物圈有很大的意义。其一，绿色植物通过光合作用制造的有机物除了自身利用以外，还通过食物链被其他生物所利用。有机物既是生物用来构建身体的重要物质，又为生物的生命活动提供能量，同时养育了生物圈中的其他生物。其二，绿色植物光合作用制造的氧气除了供植物体呼吸利用之外，还供生物圈中其他生物的呼吸只用。

以上这些内容都是“光合作用”这一重要概念中蕴含和传达出来的信息，也都是义务教育初中阶段中学生需要通过课堂学习获得的知识、技能、情感态度价值观。

教师在教学过程中，大胆地打破了章节之间的限制，将两节的内容做出了大胆的整合。教师按照学生普遍的认知规律，按照光合作用的发现史进行介绍。

第9篇：光合作用的利用范文

关键词：水稻；光合特性；水分利用效率；聚类分析；种质资源

中图分类号：S511文獻标识码：A文章编号：1008-0384（2017）03-248-05

光合作用是作物产量的根本来源，作物的干物质的积累，有90%左右的物质来自作物光合作用的产物。水稻产量的形成有80%是来自光合产物的积累，因此，对不同水稻种质光合特性的分类、评价及深入了解，挖掘水稻高光效种质资源，对水稻高产育种及种质资源改良起到一定的推动作用。作物种质资源光合特性研究前人在水稻、大麦、甘蔗等都做了一定的研究。赵明等研究表明利用稻属的高光效资源也是改进水稻光合作用的一条重要途径。赵秀琴等研究热带地区筛选出的不同高光效水稻材料在温带地区也有稳定的遗传差异。曹树青等研究了水稻种质资源光合速率及光合功能期，筛选出一些具有特异光合性状的典型材料，可用于水稻育种改良及优化配组。刘怀年等研究117份水稻种质资源表明始穗期至齐穗期的光合速率可代表其光合速率。本研究以58份来自于不同国家和地区的水稻种质资源为材料，对其始穗期光合特性进行研究，并通过聚类分析，从不同背景的稻种资源中筛选出高光合速率及高水分利用效率等水稻种质资源，以期为水稻高产育种、耐旱育种的遗传改良提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

供试材料为来自不同国家和地区的58份水稻种质资源，编号为A1～A58（表1）。

1.2试验方法

试验在莆田试验基地进行，采用随机区组设计，3次重复，每份材料种植5行，每行8株，单本种植，种植规格20cm×20cm，常规管理。

1.3测定项目及方法

利用便携式光合作用测量系统（LI-6400XT）测定供试水稻种质资源光合特性相关指标：Pn、E、C和WUE等。测定方法：在始穗期选晴天9：00～11：00，测定剑叶中上部，设定光强为1200μmol·m-2·s-1。、温度为30～33℃，CO2体积分数为330μL·L-1，每株测定3个重复。采用日产SPAD-502叶绿素测定仪对相同叶片进行SPAD值测定。测定方法：在待测叶中部及距离中部上下约3cm处各测1次（避开叶片中脉），取3次平均值作为该叶片的SPAD测定值，通过SPAD值评估当前叶片中的叶绿素相对含量。通过聚类分析，对所测得Pn、WUE和SPAD值进行分类，筛选并确定相应高优种质资源。

1.4统计分析

试验数据在Excel电子表格上进行，相关性分析、主成分分析在SPSS13.0上进行，方差分析、聚类分析在DPS7.05上进行。

2结果与分析

2.1不同种质资源间光合指标的差异

对58份水稻种质资源的光合特性指标、WUE及SPAD进行测定，并对测定结果进行方差分析，结果（表2）表明，供试水稻种质资源问Pn、E、C差异达到极显著水平（P<0.01），WUE差异达显著水平，SPAD差异达极显著水平。其中，Pn值最高的水稻资源为明恢419，CO2达56.87μmol·m-2·s-1，Pn值最低的品种资源为98gk2046，CO2仅20.13μmol·m-2·s-1，Pn值最高与最低相差2.83倍，变异系数（CV）为24.43。C平均值H2O为0.66mmol·m-2·s-1，H20变幅为0.53～0.78mmol·m-2·s-1，变异系数CV为10.45；E平均值H2O为4.90mmol·m-2·s-1，H2O变幅为1.07～8.50mmol·m-2·s-1，CV为37.91；WUE平均值CO2为3.25μmol·mmol-1H2O，CO2变幅为1.50～5.90μmol·mmol-1H2O，CV为29.6。SPAD平均值为44.43，变幅为36.50～53.97，CV为6.64。

2.2主要光合性状的聚类分析

采用系统聚类法，选择Pn、SPAD和WUE3个指标，以欧氏距离作为统计量，用类平均法对58个水稻资源进行聚类分析。聚类结果（表3）显示，当欧氏距离为1.82时，可将其分为7个类群。1类群有3份种质资源，为极高Pn、高SPAD并且WUE极高型；2类群有2份种质资源，为低Pn、低SPAD并且WUE极低型；3类群有5份种质资源，表现为低Pn，高SPAD，WUE中等型；4类群有3份种质资源，为高Pn、高SPAD、wUE中等型；5类群有16份种质资源，为低Pn、SPAD中等，低WUE型；6类群有6份种质资源，为高Pn、高WUE，SPAD中等型；7类群有23份种质资源，表现为Pn、SPAD中等，WUE较高型。

2.3光合速率与叶绿素相对含量

第1、4、6类群均为高Pn型种质资源，包含97gk1037、明恢417、明恢3009、明恢436、MHR18、明恢63、明恢416、明恢530、明恢532、明恢513、明恢419、明恢502等12份种质资源，测定其SPAD值在42.6～48.87，均值45.7，高于58份种质资源的SPAD均值44.43。其中，明恢419Pn值最高，CO2为56.87μmol·m-2·s-1，其SPAD值为47.90，也高于1、4、6类群种质资源的SPAD均值；98gk2046Pn值在所有种质资源中最低，CO2为20.13μmol·m-2·s-1，其SPAD也最低为36.50；而SPAD值最高的为种质资源9308，其Pn值CO2为30.10μmol·m-2·s-1，低于Pn平均值，因此可以看出SPAD对供试材料Pn有一定影响，但其大小不能决定Pn的高低。

2.4光合速率与水分利用效率

WUE是反映植物耐旱性的一个有效指标，也是显示植物有效利用水分的能力，即在相同条件下，WUE高的植物抗旱能力强。从表3聚类结果可以看出，第1类群WUE极高型，其CO2值为5.22μmol·mmol-1H2O，Pn值CO2为52.56μmol·m-2·s-1；第6类群WUE较高型，其C02值为4.41μmol·mmol-1H2O，Pn值CO2为49.63μmol.m-2·s-1；第7类群也是WUE较高型的水稻种质资源，其CO2值为3.64μmol·mmol-1

H2O，Pn值CO2为36.61μmol·m-2·s-1。可以看出第1、6、7类群可作为耐旱型水稻种质资源，进行杂交配组选育相关耐旱品种，特别是第1类群极高水分利用效率种质资源，甚至直接可作为耐旱亲本杂交配组使用。从光合速率来看，第1、6类群光合速率都大于供试种质资源平均光合速率，因此，其也可以作为高光合速率水稻种质资源中间材料或配组亲本使用。

2.5光合性状间的相关分析与主成分分析

从表4可以看出，Pn与E、WUE呈极显著正相关；C与WUE呈极显著负相关，与E呈极显著正相关。主成分分析（表5）表明，前3个主成分（PRIN1、PRIN2、PRIN3）的方差累计贡献率达95.31%。第1主成分占总方差的42.58%，C、Pn对PRIN1有较强的正向負荷，E对PRIN1有较强的逆向负荷；第2主成分占总方差的34.04%，主要由WUE和Pn构成，有较大的正向负荷；第3主成分占总方差的18.70%，主要由SPAD构成，有较大的正向负荷。

3讨论与结论