专题十七 植物生产的光照条件与调控--讲义-《植物生产与环境》（第四版高教版）高考备考讲练测

专题十七 植物生产的光照条件调控 一、考纲要求 1 . 掌握太阳辐射、光照对植物生长发育的影响； 2.了解日地关系及四季、昼夜的形成。 3.掌握植物光合性能及光能利用率有关知识； 4.掌握植物生产的光环境调控； 5.了解植物对光的适应性。 二、知识点梳理 一、植物生产的光照条件 (一) 四季与昼夜 1.日地关系 在地球围绕太阳公转的过程中，太阳光线垂直投射到地球上的位置不断地变化，引起各地的太阳高度和日照时间长短发生改变，造成一年中各纬度(主要是中高纬度)所接收的太阳辐射能也发生变化。 当地球公转到3月21日左右的位置时，阳光直射在赤道上，这时北半球的阳光是斜射的，正是春季，南半球此时正是秋季。 当地球转到6月22日前后的位置时，阳光直射在北回归线上，北半球便进入了夏季，而南半球正是冬季。 9月23日前后的位置时，阳光又直射到赤道上，北半球进入秋季，南半球转为春季。 当地球转到12月22日前后的位置时， 阳光直射到南回归线上，北半球正是冬季，而南半球则进入夏季。接下来就进入了新的一 年，新一轮的四季交替又开始了。 2.昼夜形成 在地球自转过程中，在同一时间里，总是有半个球面朝向太阳，另外半个球面背向太阳。 朝向太阳的半球称为昼半球，背向太阳的半球称为夜半球，昼半球和夜半球的分界线称为晨昏线。当地球自西向东自转时，昼半球的东侧逐渐进入黑夜，夜半球的东侧逐渐进入白天，由此形成了地球上的昼夜交替现象。 （二）光照度与日照长短 1.光照度 光照度：表示物体被光照射的明亮程度，是指可见光在单位面积上的光通量，单位是勒 克斯 (lx) 。 光照度与太阳高度角、大气透明度、云量等有关。 2.日照长短 日照长短分为可照时数与实照时数。 1）可照时数 在天文学上，某地的昼长是指从日出到日落太阳可能照射的时间间隔，称为可照时数。实际上，由于受云、雾等天气现象或地形和地物遮 蔽的影响，太阳直接照射的实际时数会短于可照时数。 2）日照时数 一日中太阳直接照射地面的实际时数称为实照时数，也叫日照时数。 在日出前与日落后的一段时间内，虽然没有太阳直射光投射到地面，但是仍然有一部分散射光到达地面，我们习惯上称为曙光和暮光。在曙暮光时间内也有一定的光照度，包 括曙暮光在内的昼长时间称为光照时间。即 光照时间=可照时数+曙暮光时间 在生产上，曙暮光是指太阳在地平线以下0°~6°的一段时间。曙暮光持续的时间全年以夏季最长，冬季最短；高纬度地区要长于低纬度地区，夏季尤为明显。 3.太阳辐射 1）太阳辐射光谱：太阳辐射能随波长的分布曲线称为太阳辐射光谱。 2）三个光谱区：在大气上界太阳辐射能量多数集中在波长为0.15～4.0μm的光谱区，按其波长可以分为紫外线(波长小于0.4μm)、可见光(波长为0.4～0.76 μm) 和红外线(波长大于0.76 μm) 三个光谱区。 其中可见光区的能量占太阳辐射总能量的50%左右，由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种光组成；红外线区占43% 左右；紫外线区占7%左右。 由于大气吸收，所以地球表面测得的太阳辐射光谱在0.29～5.3 μm 之间。 3）太阳辐射的衰减 太阳辐射透过大气层后，由于大气的吸收、散射和反射作用，其到达地面时已被大大减 弱。如果视大气上界的太阳辐射能为100%,被大气和云层吸收的约占14%,被散射回宇宙 空间的约占10%,被反射回宇宙空间的约占27%,其余的到达地面，地面又反射回宇宙空间 一部分，那么地面实际接收的太阳辐射能只有大气上界的43%,包括27%的直接辐射和16% 的散射辐射。 (三)光与植物生长发育 1.光对光合作用的影响 1）.光是光合作用的能量来源。 2）.在一定的光强范围内，光合速率随光照强度的增加而增加，当光照超过或低于某一临界值(光饱和点和补偿点)以后，光合强度不再增加。 3）.在达到光饱和点以前，光合速率与光照强度成正比。 4）.光质对光合代谢也有重要的影响。植物在蓝光下生长，其叶片或种子的总蛋白质含量比在红光下生长的高，红光下生长的植物体内有较多糖类积累。 2.光对植物种子萌发的影响 很多种子需要光照才能发芽良好，受影响的通常是小种子，也有几种大种子的园艺植物。光质也影响种子萌发，白光、蓝光、黄光及黑暗下黄瓜种子能够萌发，红光及绿光的连续照射却抑制黄瓜种子的萌发。 3.光对植物叶片生长的影响 光照促进叶片扩大，主要是由于加强了细胞分裂，细胞最终的大小和保持在黑暗中的并没有明显不同。光对叶片发育和成熟有一种全面的刺激效果，尤其是对双子叶植物。 4.光对植物茎生长的影响 红光促进茎的伸长，蓝光抑制茎的伸长，这是因为长波长的光促进细胞的伸长，而短 波长的光则具有相反的效果。 5.光对植物叶绿素合成的影响 叶绿素的合成离不开光的参与，而且还与光质有关。蓝光下叶绿素合成含量最高，其次是白光和红光，黑暗和绿光中叶绿素合成量最低。 6.光对花青苷形成的影响 一般情况下，蓝光促进花青苷的合成。花青苷的合成还需要高强度的光。 7.光对植物开花的影响 长日照植物一般在比临界日长更长的条件下才能开花，日照越长开花越早，在一定的连续日照下开花最早。短日照植物必须在短于临界日长时才能开花，日照缩短，开花提早， 但不能短于光合作用对光的需要。 二 、植物生产的光环境调控 (一)植物的光合性能与光能利用率 1.植物的光合性能 植物的生物产量取决于--光合面积、光合强度、光合时间、光合产物的消耗，可以表示为： 生物产量=光合面积×光合强度×光合时间-呼吸消耗 经济产量=(光合面积×光合强度×光合时间-呼吸消耗)×经济系数 决定植物产量的因素--是叶面积、光合强度、光合时间、呼吸消耗和经济系数。 (一)植物的光合性能与光能利用率 1.植物的光合性能 1）光合面积 光合面积：是指植物的绿色面积，主要是叶面积。通常以叶面积系数来表示叶面积的大小。 在一定的范围内，叶面积越大，光合作用积累的有机物质越多，产量也就越高。 根据研究，各种植物的最大叶面积系数一般不超过5。 2）光合时间 适当延长光合作用的时间，可以提高植物产量。 当前主要是采取选用中晚熟品种、间 作套种、育苗移栽、地膜覆盖等措施，使植物能更有效地利用生长季节，达到延长光合时 间的目的。 2.植物光能利用率 1）定义 光能利用率：一定土地面积上植物体内有机物贮存的化学能占该土地日光投射辐射能的百分数称为 光能利用率。 目前，植物的光能利用率普遍不高，根据测算，只有0.5%～1%的辐射能用 于光合作用。低产田作物的光能利用率只有0.1%～0.2%,丰产田的光能利用率也只有3% 左右。根据理论推算，光能利用率可以达到4%～5%。 2）植物对光能利用率不高的原因 (1)漏光。植物的幼苗期，叶面积小，大部分阳光直射到地面上损失掉。有人计算过， 稻、麦等植物因为漏光损失的光能在50%以上。 (2)受光饱和现象的限制。光照度超过光饱和点以上的部分，植物就不能吸收利用， 这时，植物的光能利用率就会随着光照强度的增加而下降。当光照度达到全日照时，光的 利用率就会很低。 (3)环境条件及植物本身生理状况的影响。自然干旱、缺肥、CO₂ 浓度过低、温度过 低或过高，以及植物本身生长发育不良、受病虫危害等，都会影响植物对光能的利用。 (4)植物呼吸消耗。植物本身的呼吸消耗占光合作用的15%～20%,在不良条件下可 以高达30%以上。 (二）植物对光适应的不同类型 1.植物对光照度的适应类型 按照植物对光照度的适应程度可将其分为以下几种类型。 1）阳性植物 阳性植物：是指在全光照或强光下生长发育良好，在蔽阴或弱光下生长发育不良的植物。如桃、杏、枣、扁桃、苹果等绝大多数落叶果树，多数露地一两年生花卉及宿根花卉(如 一串红、鸡冠花、 一品红、桃花、梅花、月季、米兰、海棠、菊花等),仙人掌科、景天科 等多浆植物，茄果类及瓜类蔬菜等。 2）阴性植物 阴性植物是指在弱光条件下能正常生长发育，或在弱光下比在强光下生长良好的植物， 如蕨类植物、兰科、凤梨科、姜科、天南星科及秋海棠植物等。 3）中性植物 中性植物是介于阳性植物与阴性植物之间的植物，如桂花、夹竹桃、棕榈、苏铁、樱 花、桔梗、白菜、萝卜、甘蓝、葱蒜类等。 2.植物对光照时间的适应类型 根据植物对光周期的不同反应，可把植物分为以下三种类型： (1)长日照植物。是指当日照长度超过临界日长才能开花的植物。也就是说，光照长度 必须大于一定时数(这个时数称为临界日长)才能开花的植物。如凤仙花、令箭荷花、风铃草、小麦、油菜、萝卜、菠菜、蒜、豌豆。 (2)短日照植物。是指日照长度短于临界日长时才能开花的植物。 一般深秋或早春开花的植物多属此类，如牵牛花、 一品红、菊花、芙蓉花、苍耳和水稻、大豆、高梁。 (3)日中性植物。是指开花与否对光照时间长短不敏感的植物，只要温度、湿度等生长条件适宜，就能开花的植物。如月季、仙客来、蒲公英、番茄、黄瓜、四季豆。这类植物受日照长短 的影响较小。 (三)植物光照环境的调控技术 1.一般条件下光环境调控技术 1）.选育光能利用率高的品种 光利用率高的品种的特征是矮秆抗倒伏，叶片分布较为合理，叶片较短并直立，生育 期较短，耐阴性强，适于密植。 2）.合理密植 合理密植可以增大绿叶面积，截获更多的太阳光，以提高植物群体对光能的利用率，同时还可以充分利用地力。 3）.间套复种 间套复种可以充分利用植物生长季节的太阳光，增加光能利用率，复种还可以充分利 用空闲生产季节。 4）.加强田间管理 整枝、修剪可以改善植物群体的通风透光条件，减少养料的消耗，调节光合产物的分配。增加空气中CO₂ 的浓度也能提高植物对光能的利用率。 2.设施条件下光环境调控技术 设施条件下光环境调控技术主要有增加光照和减少光照两种情况。 1）增加光照 增加光照的调控技术有：选择优良设施和塑料薄膜设施；适时揭放保温覆盖设备；清 扫薄膜；减少薄膜水滴；涂白和挂反光幕；铺反光膜(在果实成熟前30～40天进行);人 工补光。 2）减少光照 减少光照的调控技术有： 一是覆盖各种遮阳物；二是玻璃面涂白，可遮光50%～55%, 降低室温3.5～5.0℃;三是屋面流水，可遮光25%。 3.调控光照时间控制花期 1）短日照处理 可用于短日照处理的花卉有菊花、 一品红、叶子花等。 2）.长日照处理 生产上最常见的可用于长日照处理的品种是唐菖蒲。 3）.光暗颠倒处理 在县花花蕾长6～10cm时，白天遮去阳光，夜晚照射灯光，则能改变其夜间开花的习 性，使之在白天盛开，这样还可延长开花时间。 三、真题练讲 【例题1.判断题】太阳光中可见光的波长为 ( )。（2021四川） A． 小于0.4 μm B．0.4~0.76 μm C．大于0.76 μm D．1~10 μm 【答案】B 【例题2·选择题】促进茎伸长的光是( )。(2017年河南) A.红 光 B. 绿 光 C. 紫 光 D. 黄光 【答案】A 【解析】红光促进茎的伸长，蓝光抑制茎的伸长 【例题3·选择题】属于长日照植物的是（）。（2015四川） A ．大豆 B ．玉米 C ．烟草 D ．小麦 【答案】D 【解析】大豆、玉米、烟草属于短日照植物。 【例题4.选择题】下列（）属于日中性植物。（2020四川） A 萝卜 B ．大豆 C ．黄瓜 D ．菊花 【答案】C 【解析】萝卜属于长日性植物；大豆菊花属于短日性植物。 【例题5·判断题】合理密植、整枝修剪、去老叶等措施可以改善田间的光照条件，加大光合速率。（ ）（2015四川） 【答案】√ 四、限时练习 【例题1·选择题】叶绿素的合成与光质有关，下列光质中叶绿素合成含量最低的 是 ( )。 A. 白 光 B. 绿光 C. 红光 D. 蓝光 【答案】 【解析】蓝光下叶绿素合成含量最高，其次是白光和红光，黑暗和绿光中叶绿素合成量最低。 【例题2·选择题】一般情况下，可以促进花青苷合成的是( )。 A. 红光 B. 黄光 C. 绿 光 D. 蓝光 【答案】D 【解析】蓝光可以促进花青苷合成 【例题3·选择题】一般情况下，可以抑制茎伸长的是( )。 A. 红光 B. 紫光 C. 绿光 D. 蓝光 【答案】D 【解析】红光促进茎的伸长，蓝光抑制茎的伸长 【例题4·选择题】表示作物光合面积的常用指标是( )。 A. 叶面积系数 B. 叶龄指数 C. 叶龄系数 D. 叶龄 【答案】A 【解析】光合面积是指植物的绿色面积，主要是叶面积。通常以叶面积系数来表示叶面积的大小。 【例题5·选择题】合理密植，间套复种可以提高( )。 A. 呼吸速率 B. 光能利用率 C. 蒸腾拉力 D. 根压 【答案】B 【解析】略 五、内容小结 学科网（北京）股份有限公司 $$