1、第6章 植物生產與光能利用教學目標：掌握：光合作用、呼吸作用、光能利用率等基本概念及意義。理解：光合作用、呼吸作用的主要過程及其影響因素；提高光能利用率的途經；呼吸作用與農產品貯藏的關系。了解：植物光合性能與產量的關系。教學時數：14學時教學方法：理論講授12學時、技能訓練2學時教學內容：第一節 植物的光合作用教學重點：光合作用的意義及影響光合作用的因素。教學難點：光合作用的主要過程。一、光合作用的意義（一）光合作用的概念 光合作用是綠色植物利用光能，將二氧化碳和水合成有機物質，釋放氧氣，同時把光能轉變為化學能貯藏在所形成的有機物中的過程。常以下面反應式表示。 光6CO2 + H2O C6H1

2、2O6 + 6O2 葉綠體（二）光合作用的意義1把無機物轉變成有機物 地球上一年通過光合作用約合成5×1011t有機物。2蓄積太陽能量 植物通過光合作用每年將3.2×1021J的日光能轉化為化學能。3凈化空氣 吸收二氧化碳，釋放氧氣，從而起到凈化空氣作用；大氣中一部分氧氣轉化為臭氧，對陸地生物也有良好作用。二、光合作用的主要過程光合作用的實質是將光能轉變成化學能。根據能量轉變的性質，可將光合作用分為三個階段：第一步，光能的吸收、傳遞和轉換成電能，主要由原初反應完成。第二步，電能轉變為活躍的化學能，由電子傳遞和光合磷酸化完成。第三步，活躍的化學能轉變為穩定的化學能，由碳同化進

3、行。 光合作用中各種能量轉變情況 光反應暗反應能量轉變光能電能電能活躍化學能活躍化學能穩定化學能貯藏能量的物質量子 電子ATP、NADPH糖類能量轉變過程光能的吸收、傳遞、轉換電子傳遞、光合磷酸化碳同化能量轉變部位類囊體片層類囊體片層葉綠體基質三、光合作用的產物光合作用的產物有碳水化合物、有機酸、氨基酸、蛋白質等，主要為碳水化合物。光合作用產物與植物種類、葉齡、光質及氮素營養等有關。四、影響光合作用的因素（一）光照強度光飽和點和光補償點是植物光合特性的兩個重要指標。為了提高作物對光能的利用，適當增強光照，如合理密植、整枝修剪、去老葉等，以改善田間的光照條件。（二）CO2濃度CO2是光合作用的主

4、要原料，光合速率隨CO2濃度增加而上升。生產上常通過施用有機肥料、通風等措施來增加CO2濃度。（三）水分水分是光合作用的原料之一，土壤水分含量對植物光合作用影響很大，如土壤干旱光合作用受到抑制。葉片缺水也會影響光合作用正常進行。（四）溫度一般溫帶植物能進行光合作用的最低溫度為05。在1035范圍內，光合作用能正常進行；35以上光合作用受阻，4050以上光合作用完全停止。（五）礦質元素N、Mg、Fe、Mn、P、K、B、Zn等元素都會直接或間接對光合作用產生影響。如氮和鎂是葉綠體的組成元素，鐵和錳參與葉綠素的形成過程，磷、鉀、硼能促進有機物質的轉化和運輸，因此，合理施肥才能保證光合作用正常順利地進

5、行。（六）植物內在因素主要有葉齡、葉的結構和光合產物的輸出等。光合速率隨葉齡增長出現“低高低”規律。C4植物的光合速率大于C3植物，這與葉的結構有關。光合產物（蔗糖）從葉片中輸出速率也會影響光合作用。復習思考：1. 什么叫光合作用？反應式如何表示？有何重要意義？2. 植物光合作用的光反應和暗反應分別是在細胞的哪個位置進行的？3. 光合作用可分哪三個階段？各階段中能量是如何轉化的？4. 光合作用的O2是怎樣產生的？5. 光合作用C3途徑、C4途徑CO2的接受體分別是什么物質？形成的第一個產物又分別是什么？第二節 植物的呼吸作用教學重點：呼吸作用的概念、類型及意義。呼吸作用的主要過程。呼吸作用在植

6、物生產上的應用。教學難點：呼吸作用的主要過程。一、呼吸作用的意義（一）呼吸作用的概念呼吸作用是指生活細胞內的有機物質在一系列酶的作用下，逐步氧化分解，同時放出能量的過程。呼吸作用可分為有氧呼吸和無氧呼吸兩類。（二）呼吸作用的意義呼吸作用對植物生命活動具有十分重要的意義，主要表現在三方面：1為植物生命活動提供能量 呼吸作用將有機物質生物氧化，使其中的化學能以ATP形式貯存起來。2中間產物是合成植物體內重要有機物質的原料 如丙酮酸、a酮戊二酸、蘋果酸等都是進一步合成植物體內新的有機物質的物質基礎。3在植物抗病免疫方面有重要作用 在植物和病原微生物的相互作用中，植物依靠呼吸作用氧化分解病原微生物所分

7、泌的毒素，以消除毒害。二、呼吸作用的主要過程植物的呼吸作用有多種途徑，當其中一條途徑受阻，可以通過其他途徑來維持正常的呼吸作用，這是植物在長期的進化中形成的適應現象。這里主要介紹糖酵解三羧酸循環過程。（一）糖酵解糖酵解是指葡萄糖在細胞質內經過一系列酶的催化作用，脫氫氧化，逐步轉化為丙酮酸的過程。在無氧條件下，丙酮酸進行酒精發酵、乳酸發酵；在有氧條件下，丙酮酸則進入三羧酸循環。（二）三羧酸循環在有氧條件下，丙酮酸在酶和輔助因素作用下，首先經過一次脫氫和脫羧，并和輔酶A結合形成乙酰輔酶A，乙酰輔酶A和草酰乙酸作用形成檸檬酸（含有一個羥基、三個羧基），這樣反復循環進行。三、呼吸作用的影響因素呼吸作用

8、的強弱常用呼吸強度來表示，影響呼吸強度的因素主要有：（一）溫度溫度主要是影響呼吸酶的活性。大多數植物呼吸作用的最低溫度在-10，最適溫度為2535，最高溫度為3545。（二）水分細胞含水量對呼吸作用影響很大。禾谷類種子在風干狀態（含水量為11%12%），呼吸微弱，當超過15%，呼吸作用加強（三）O2和CO2濃度大氣含氧量通常在21%左右，當減少至5%8%時，呼吸顯著減弱。 CO2是呼吸作用的產物，空氣中CO2濃度增高時，呼吸作用減弱。某些種皮厚的種子，常因種皮內CO2積累過多，即使在潮濕的土壤中保存多年也不發芽。四、呼吸作用在植物生產上的應用（一）呼吸作用與糧油種子貯藏貯藏糧油種子的原則是保持

9、“三低”，即降低種子的含水量、溫度和空氣中的含氧量。（二）呼吸作用與多汁果實和蔬菜的貯藏、保鮮多汁果實和蔬菜的貯藏、保鮮的原則是在盡量避免機械損傷的基礎上，控制溫度、濕度和空氣成分三個條件，降低呼吸消耗，使果實蔬菜保持新鮮狀態。（三）呼吸作用與作物栽培許多栽培措施都是為了保證作物呼吸作用正常進行，如水稻浸種催芽時用溫水淋種和時常翻種；水稻育秧采用濕潤育種；作物的中耕松土等。五、光合作用和呼吸作用的關系光合作用和呼吸作用即相互對立，又相互依賴，二者共同存在于統一的有機體中。光合作用與呼吸作用的區別見表。光合作用和呼吸作用的區別光合作用呼吸作用原料CO2、H2OO2、淀粉、已糖等有機物產物淀粉、已

10、糖等有機物、O2CO2、H2O等能量轉換貯藏能量的過程光能電能活躍化學能穩定化學能釋放能量的過程穩定化學能活躍化學能物質代謝類型有機物質合成作用有機物質降解作用氧化還原反應H2O被光解、CO2被還原有機物被氧化，生成H2O發生部位綠色細胞、葉綠體、細胞質生活細胞、線粒體、細胞質發生條件光照下才可發生光下、暗處均可發生光合作用和呼吸作用又有相互依賴、緊密相連的關系，二者互為原料與產物，光合作用釋放O2可供呼吸作用利用，而呼吸作用釋放CO2也可被光合作用所同化。它們的許多中間產物是相同的，催化諸糖之間相互轉化酶也是類同的。在能量代謝方面，光合作用中供光合磷酸化產生ATP所需的ADP和供產生NADP

11、H所需NADP，與呼吸作用所需的ADP和NADP是相同的，它們可以通用。復習思考：1. 什么叫呼吸作用？有何重要意義？2. 比較有氧呼吸和無氧呼吸的異同點，并說明二者在呼吸作用中的地位？3. 糧油種子和果蔬貯藏條件有何不同？其生理依據是什么？4. 解釋下列現象或措施的生理原因：（1）小麥、水稻、玉米、高粱等糧食貯藏之前要曬干；（2）給作物中耕松土；（3）新鮮果品貯藏要保持低溫和較高濕度。第三節 提高植物光能利用率的途徑教學重點：經濟產量、葉面積系數、光能利用率等基本概念。光能利用率不高的原因及提高光能利用率的途徑。教學難點：提高光能利用率的途徑。一、植物的光合性能與產量（一）作物的產量構成因素

12、決定作物產量的因素是：葉面積、光合強度、光合時間、呼吸消耗和經濟系數。1光合面積 光合面積是指植物的綠色面積，通常以葉面積系數來表示葉面積的大小。在一定范圍內，葉面積越大，光合作用積累的有機物質越多，產量也就越高。2光合時間 適當延長光合作用的時間，可以提高作物產量。當前主要是采取選用中晚熟品種、間作套種、育苗移栽、地膜覆蓋等措施，使作物能更有效地利用生長季節，達到延長光光時間的目的。（二）作物光能利用率目前作物的光能利用率普遍不高。據測算，只有0.5%1%的輻射能用于光合作用。低產田作物對光能利用率只有0.1%0.2%，而豐產田對光能的利用率也只有3%左右。（三）作物群體對光能的利用作物群體

13、比個體更能充分利用光能。在群體的結構中，葉片彼此交錯排列、多層分布，使各層葉片的透射光可以反復地被吸收利用。二、提高植物光能利用率的途徑（一）植物對光能利用率不高的原因當前作物對光能利用率不高的主要原因是：1漏光 植物的幼苗期，葉面積小，大部分陽光直射到地面上而損失掉2受光飽和現象的限制 光照度超過光飽和點以上的部分，植物就不能吸收利用，植物的光能利用率就隨著光照強度的增加而下降。3環境條件及作物本身生理狀況的影響 自然干旱、缺肥、CO2濃度過低、溫度過低或過高，以及作物本身生長發育不良，受病蟲危害等，都會影響作物對光能的利用。（二）提高作物光能利用率的途徑1選育光能利用率高的品種 光能利用率

14、高的品種特征是：矮稈抗倒伏，葉片分布較為合理，葉片較短并直立，生育期較短，耐陰性強，適于密植。2合理密植 合理密植是提高作物產量的重要措施之一。只有合理密植，增大綠葉面積，以截獲更多的太陽光，提高作物群體對光能的利用率，同時還能充分地利用地力。3間套復種 間作套種可以充分利用作物生長季節的太陽光，增加光能利用率；復種則可把空間的生長季節充分加以利用。4加強田間管理 加強田間管理提高作物群體的光合作用，減少呼吸消耗。整枝、修剪調節光合產物的分配。增加空氣中的CO2濃度也能提高作物對光能的利用率。復習思考：1. 什么叫光能利用率？光能利用率不高的原因有哪些？2. 光能利用率高的品種有哪些特征？3.

15、 提高植物光能利用率的途徑有哪些？實驗與實訓7 葉面積系數的測定選做一、目的 為了了解葉面積的大小與密度和產量的關系，有必要學習葉面積系數的測定，為確定栽培密度提供依據。二、儀器及用具 光電葉面積儀、扭力天平、卷尺、剪刀、方格板、打孔器、舊報紙等。三、材料 田間栽培植物。四、原理 在單位土地面積上，植物總葉面積與土地面積之比，叫葉面積系數。果樹的葉面積系數則可計算一棵樹的總葉面積與其樹冠所覆蓋的土地面積之比。五、方法步驟（一）取樣及計算1大田作物的取樣及計算（1）在測定地塊上，選取有代表性樣點五處，每處取一平方米（或其他適當大的面積），正確計算每平方米的株數。（2）在各平方米中隨機取樣10株（根據作物大小不同可增減），分別測量每株葉面積，并求10株平均葉面積，即為單株的平均葉面積。單株平均葉面積×該樣點的株數該樣點總葉面積。再求5個樣點的平均數，即為每平方米土地內植株總葉面積。（3）求葉面積系數2果樹取樣及計算（1）在選定的樹上，根據樹枝類型不同，分長枝、中長枝、中枝、短枝和葉叢枝等，每類樹枝各選20根，分別測定每根枝條葉片總面積，求出每類枝條單根的平均總葉面積。（2）再計算整棵樹上各類枝的數目。以各類樹枝每根枝條平均總葉面積乘以各類枝條的數目，即為各類枝的總葉面積。各類枝總葉面積之和，為全樹總葉面積。（3）求葉面積系數（二）葉面積