专题30 植物生产的光照条件和光环境调控（课件）-山东省（春季高考）现代农艺类《植物生产与环境》考纲讲练测

专题30 植物生产的光照条件和光环境调控 山东省春季高考 现代农艺类 《植物生产与环境》 编写说明：本专辑为山东省（春季高考）现代农艺类《植物生产与环境考点讲练测》，严格依据山东省普通高校对口考试大纲（专业课）现代农艺类考试范围及要求编写，精准对标考纲，兼顾考点覆盖与实战应用。每套讲练测均贯穿九大核心环节：考点解读、思维导图、知识梳理、背诵环节、常考题、高考真题、课堂练习、课堂小结及课后测验，形成“讲-练-测-评”闭环式教学与复习逻辑，助力考生夯实基础、突破重难点。 考点解读 1.了解光谱成分对植物的影响。 2.了解光照度和光照时间的内容。 3.了解植物产量的构成。 4.了解太阳辐射的概念和组成。 5.掌握植物光能利用率不高的原因。 6.掌握植物光能利用率额调控措施。 思维导图 知识梳理 一、植物生产的光照条件 (一)光谱成分与植物 1.光谱成分 太阳光谱中，只有波长在390～770nm的可见光部分能被植物的光合作用利用。高等植物的光合色素有两类:叶绿素和类胡萝卜素。叶绿素主要有叶绿素a和叶绿素b两种，类胡萝卜素有胡萝卜素和叶黄素两种。 用分光光度计测定叶绿体色素的吸收光谱发现，叶绿素对光能最强的吸收区域是波长为640～660nm的红光和430～450nm的蓝紫光，类胡萝卜素的吸收区域主要是波长为400～500nm的蓝紫光。叶绿体色素对橙光、黄光吸收较少，对绿光吸收最少，绿光多被反射，自然界中人们肉眼见到的植物叶片颜色大多是绿色。 知识梳理 叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱很相近，但叶绿素a在红光区的吸收高峰比叶绿素b高，在蓝紫光区的吸收高峰比叶绿素b低，可见，叶绿素b吸收蓝紫光的能力比叶绿素a强。阴生植物的叶绿素a和叶绿素b的比值小，即叶绿素b含量相对较高，利于更有效地吸收散射光中较多的蓝紫光。胡萝卜素和叶黄素的吸收光谱表明它们只吸收蓝紫光，其颜色呈现橙、黄色。 绿色植物光合作用过程中利用的光谱成分与叶绿体色素的吸收光谱大体一致，即可见光中的红光和蓝紫光。 (二)光谱成分与植物生产 一般长波光能促进植物伸长生长，短波光却抑制植物伸长生长。在植物生产上，通过改变光谱成分可影响植物生长，如有色薄膜育 知识梳理 苗中，红色薄膜有利干提高叶菜类产量，紫色薄膜对茄子有增产作用。红光下甜瓜植株加速发育，果实提前20d左右成熟，果肉的糖分和维生素含量也有所增加。 (三)光谱成分与植物产品品质 红光有利于碳水化合物的合成，蓝紫光有利于蛋白质和有机酸的合成。短波光能促进花青素的合成，使植物茎叶、花果颜色鲜艳;但短波光能抑制植物生长，导致植物的黄化现象（植物在黑暗中不能合成叶绿素，但能形成胡萝卜素，导致叶子发黄），在蔬菜生产上可利用这一原理生产韭黄、蒜黄、豆芽、葱白等蔬菜。 知识梳理 (二)光照度 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。一般来说，光照随纬度的增加而减弱，随海拔的升高而增强。一年之中以夏季光照最强，冬季光照最弱;一天之中以中午光照最强，早晚光照最弱。 增加光照度，有利于提高光合速率和积累于物质。光饱和点与光补偿点是植物光合特性的两个重要指标。在一定范围内，植物的光合速率随光照度增高而相应增加，但当光照度达到一定值时，光合速率不再增加，这种现象称为光饱和 知识梳理 现象，这时的光照度称为光饱和点。不同植物的光饱和点不同，如水稻、小麦 的光饱和点在3万～5万lx，玉米可达10万lx。当光照度低于一定数值时，光合作用吸收的CO2与呼吸作用放出的CO2处于平衡状态时的光照度称为光补偿点。各种植物的光补偿点不同，如水稻、小麦为600～800lx，玉米为1500lx。 通常按照植物对光照度的适应程度将植物划分为3种类型:阳性植物、阴性植物、中性植物。 (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 庇荫或弱光下生长发育不良的植物。如桃、杏、枣、 知识梳理 扁桃、苹果等绝大多数落叶果树等植物。 (2)阴性植物 阴性植物是指在弱光条件下能正常生长发育，或在弱光下比强光下生长良好的植物。如蕨类植物和兰科、凤梨科、姜科、天南星科等多为阴性植物。 (3)中性植物 中性植物是介于阳性植物和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、甘蓝等。 知识梳理 2.光照度与植物生产 光照度是影响植物光合作用的重要因素。叶片只有处于光饱和点的光照下，才能发挥其最大的制造与积累干物质的能力;在光饱和点以上的光照不再对光合作用有效果。 (1)影响种子发芽。植物种子的发芽对光照条件的要求各不相同，有的植物种子需要在光照条件下才能发芽，受影响的常是小种子。 (2)影响植物的周期性生长。光照度与温度等因子共同影响植物生长，从而使植物生长表现出昼夜周期性和季节周期性。 (3)影响植物抗寒能力。秋季天气晴朗，光照充足，植物光合能力强，积累分多， 知识梳理 植物的抗寒能力相应较强。若秋季阴天时间较多，光照不足，积累分少，则植 物的抗寒能力相应较差。 (4)影响植物营养生长。强光对植物茎的生长有抑制作用，但能促进组织分化，有利于树木木质部的发育。光能促进细胞的增大和分化，控制细胞的分裂和伸长，有利于植物体积的增大、重量的增加等。 (5)影响植物生殖生长。适当的强光有利于植物生殖器官的发育，若光照减弱，营养物质积累减少，花芽的形成也减少，已经形成的花芽也会由于体内养分供应不足而发育不良或早期死亡。如小麦在灌浆结实期遇到连续阴雨则空瘪粒增多。 知识梳理 3.光照度与植物产品品质 (1)影响植物花的颜色及果实着色。强光照射有利于花青素的形成，这样会使植物花朵、果实的颜色鲜艳。光照对植物花蕾的开放时间也有很大影响。如半枝莲、酢浆草的花朵只在晴天的中午盛开，月见草、紫茉莉、晚香玉只在傍晚开花，昙花在夜间开花，牵牛、亚麻只盛开在每日清晨日出时刻。 (2)影响植物叶的颜色。光照充足，叶绿素含量多，植物叶片呈现正常绿色。如果缺乏足够的光照，叶片中叶绿素含量少，呈现浅绿、黄绿甚至黄白色。 (3)影响植物产品的营养成分。光照充足、气温较高及昼夜温差较大的条件下，果实含糖量高，品质优良。 知识梳理 (三)光照时间 1.日照时间 日照时间分为可照时数与实照时数。在天文学上，某地从日出到日落太阳可能照射的时间间隔，称为可照时数。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，将一日中太阳直接照射地面的实际时数称为日照时数。实照时数是用日照计测得的，日照计只能感应一定能量的太阳直接辐射有云、地物遮挡时测不到。 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，但仍有一部分散射光到达地面，习惯上称为曙光和暮光。 光照时间=可照时数十曙暮光时间 知识梳理 2.光照时间与植物生产 一天中，白天和黑夜的相对长度称为光周期。所谓相对长度是指日出至日落的理论日照时数。 (1)影响植物开花。在光周期现象中，对植物开花起决定作用的是暗期的长短。 在花原基形成前的一段时间需要得到必要的光周期，这种现象称为光周期诱导。 (2)影响植物休眠。 (3)影响植物的生长。 (4)影响植物性别的分化。 (5)影响地下贮藏器官的形成和发育。 (6)影响植物的敏感性。 知识梳理 (四)太阳辐射 1.太阳辐射 太阳以电磁波的形式向外放射能量的过程称为太阳辐射，放射出来的能量称为太阳辐射能。太阳辐射是地面和大气最主要的能量源泉，是一切生命活动的基础。太阳辐射能随波长的分布曲线称为太阳辐射光谱。按其波长可分为紫外线(波长小于0.4μm)、可见光(波长0.40～0.76μm)和 红外线(波长大于0.76μm)3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; 知识梳理 紫外线区占7%左右。由于大气吸收，地球表面测得的太阳辐射光谱在0.29～5.30μm。 太阳辐照度是反映太阳辐射强弱程度的物理量，是指单位时间内垂直投射到单位面积上的太阳辐射能量的多少，单位是J/(m2·s)。太阳高度角是指太阳光线与地表水平面之间的夹角。 2.光合有效辐射 光合有效辐射是指绿色植物进行光合作用时，被叶绿素吸收并参与光化学反应的太阳辐射光谱。光合有效辐射的光谱成分主要是波长范围在390～760nm的可见光部分。 知识梳理 二、光环境调控 (一)植物的光合性能与产量 1.植物的产量构成因素 植物产量包括生物产量和经济产量。生物产量是指植物最后的收获量，包括根、茎、叶、果实、种子等器官的总干重。经济产量是指生物产量中经济价值最高的收获部分（如小麦、水稻的籽粒、甘薯的块根等）的产量。 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，可表示为： 生物产量=光和面积×光和强度×光和时间–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 知识梳理 (1)光合面积 光合面积指植物的绿色面积，主要是叶面积。通常以叶面积系数来表示叶面积的大小。 谷类植物单片叶的面积可用下式计算：单叶面积=长×宽×折算系数（0.83） 在一定范围内，叶面积越大，光合作用积累的有机物质越多，产量也就越高。当叶面积超过一定范围时，必然导致株间光照弱、田间荫蔽、植物倒伏、叶片过早脱落。据研究，各种植物的最大叶面积系数一般不超过5。例如小麦为5、玉米为5、大豆为3.2、水稻为7。叶面积系数是反映植物群体结构的重要指标之一。 知识梳理 (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，达到延长光照时间的目的。 多数植物产量的形成，主要在生长发育的中后期。试验证明，小麦子粒重的2/3～4/5是抽穗后积累的。因此，生产上应重视中后期光合作用的正常进行，防止后期叶片早衰。 知识梳理 2.植物的光能利用率 一定土地面积上的植物体内有机物储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。据测算，只有0.5％～1％的辐射能用于光合作用。低产田植物的光能利用率只有0.1％～0.2％，而丰产田的光能利用率也只有3％左右。根据一般的理论推算，光能利用率可以达到4％～5％。 (二)提高植物光能利用率的途径 1.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而损失掉。有人 知识梳理 计算稻、麦等植物，因漏光损失光能在50％以上。尤其是生产水平低的田块，若植株直到生长后期仍未封行，损失的光能就更多了。 (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，植物的光能利用率就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。植物本身的呼吸消耗占光合作用的15％～20％，在不良条件下，呼吸消耗可高达30％以上。 知识梳理 2.提高植物光能利用率的途径 (1)选育光能利用率高的品种 光能利用率高的品种特征是:矮秆抗倒伏，叶片较短并直立，分布较为合理，生育期较短，耐阴性强，适于密植。 茎秆较矮可以减少呼吸耗氧，有利于光合产物的积累，还能使植株的重心降低，避免因倒伏而减产。叶片较短、分布均匀，有利于群体上下层均匀受光，减少相互间遮蔽;叶片直立，既可使叶双面受光，提高光能的利用率，又可使叶片在早晚弱光时，能充分接受光照，中午强光时，能减少强光和高温的不良影响，并能使群体下部分的叶片接受更多的光。耐阴性强的作物光补偿点都较低,这样 知识梳理 的植物即使是在较弱的光照条件下也能进行有机物质的积累。 (2)合理密植 合理密植是提高作物产量的重要措施之一。合理密植，可增大绿叶面积，以截获更多的太阳光，提高作物群体对光能的利用率，同时还能充分利用地力。 密植一定要合理。密度低时不能发挥群体的优势，光能利用率较低，也不能很好地利用地力。密度高时，群体中叶面积大，相互 遮蔽，首先使下层叶片得到的光照太少，光合强度 在补偿点以下，植物不但没有积累，反而加大了消 耗;其次，因光照过弱，植株生长加快，最终使植 知识梳理 株茎细易倒伏或落花落果;另外，还会使作物群体小气候条件劣化，易发生病虫危害，导致减产。 (3)间套复种 间作套种可以充分利用作物生长季节的太阳光，增加光能利用率;复种则可把空闲的生长季节充分加以利用。间套复种还可以使地块的边际效应得到很好的发挥，使通风、透光状况良好。另外，间套复种还能合理地 利用地力，由于不同作物对矿质营养需求不同，根系在土 壤中分布状况也不同，采取间套复种能合理地利用土壤中 各种矿质营养，以及不同土层中的矿质营养。 知识梳理 (4)加强田间管理 加强田间管理是给作物生长发育创造良好的环境条件，以便提高作物群体的光合作用，减少呼吸消耗，并使光合产物更多地运输到产品器官内，有利于物质的积累。整枝、修剪可以改善作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。增加空气中的CO2浓度也能提高作物对光能的利用率。这些措施都有良好的增产效果。 背诵环节 1.为什么大多数植物叶片肉眼观察呈绿色？ 【答案】叶绿体色素对橙光、黄光吸收较少，对绿光吸收最少，绿光大多被叶片反射，因此肉眼看到叶片大多为绿色。 2.简述光饱和点的概念。 【答案】在一定范围内，植物光合速率随光照度增高而增加，光照度达到某一数值后，光合速率不再增加，该光照度即为光饱和点。 背诵环节 3.简述光谱成分对植物产品品质的影响。 【答案】红光利于碳水化合物合成；蓝紫光利于蛋白质和有机酸合成；短波光促进花青素合成，花果颜色鲜艳；短波光可造成黄化现象，可用来培育韭黄、蒜黄等蔬菜。 4.简述高等植物两类光合色素及其主要吸收光区。 【答案】高等植物光合色素包括叶绿素（叶绿素a、叶绿素b）和类胡萝卜素（胡萝卜素、叶黄素）；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。 常考题 【答案】B 1.类胡萝卜素主要吸收的光为（ ） A.红光 B.蓝紫光 C.绿光 D.橙光 2.丰产田光能利用率大约为（ ） A.0.1%～0.2% B.0.5%～1% C.3%左右 D.4%～5% 【答案】C 常考题 【答案】A 3.下列措施不能够延长植物光合作用时间的是（ ） A.选用早熟品种 B.间作套种 C.育苗移栽 D.地膜覆盖 4.低产田植物的光能利用率只有( ) A.0.5％～1％ B.0.1％～0.2％ C.3％ D.4％～5％ 【答案】B 常考题 【答案】A 5.光照充足、昼夜温差大条件下果实（ ） A.含糖量高 B.含糖量低 C.有机酸下降 D.花青素减少 6.某地日出到日落太阳可能照射时间间隔称为（ ） A.实照时数 B.曙暮光 C.光照时间 D.可照时数 【答案】D 【答案】A 1.植物的光能利用率一般是（ ） A.0.5%-1% B.4%-5% C.7%-8% D 9%-10% 2.在大田栽培环境下，各种作物的最大叶面积系数一般不超过（ ） A.2 B.3 C.4 D.5 【答案】D 高考真题 【答案】B 3.可有效提高黄瓜维生素C含量的地膜的颜色是（ ） A.红色 B.蓝色 C.黄色 D.紫色 4.能够改善农业小气候效应，延长光合作用时间，提高光能利用率的农业技术措施是（ ） A.垄作 B.耕翻 C.间套作 D.灌溉 【答案】C 高考真题 【答案】A 5.可见光光谱中，被叶绿素吸收最少的光是（ ） A.绿光 B.红光 C.蓝光 D.紫光 6.连阴天时，温室适当降温的主要目的是为了（ ） A.增强光合作用 B.增强呼吸作用 C.降低呼吸作用 D.降低蒸腾作用 【答案】C 高考真题 【答案】A 7.设施蔬菜生产中，施用二氧化碳提高产量的原因是（ ） A.增强光合作用 B.促进呼吸作用 C.增强蒸腾作用 D.促进异化作用 8.在绿色农业生产中，经常使用有色薄膜。其中，能提高植物蛋白质和VC含量的薄膜颜色是（ ） A.红色 B.银色 C.蓝色 D.黄色 【答案】C 高考真题 【答案】B 9.我国北方地区节能型日光温室的棚面向南倾斜相当于改变了（ ） A.太阳常数 B.太阳高度角 C.太阳辐射 D.地面反射 10.太阳辐射光谱中，植物主要吸收可见光，可见光区的波长范围为（ ） A.小于200nm B.220-360nm C.400-760nm D.大于760nm 【答案】C 高考真题 课堂练习 【答案】C 1.太阳辐射中可见光能量约占总能量的（ ） A.7% B.43% C.50% D.60% 2.（ ）可增大绿叶面积，截获更多的太阳光，提高植物群体对光能的利用率。 A.选育光能利用率高的品种 B.合理密植 C.间套复种 D.加强田间管理 【答案】B 课堂练习 【答案】C 3.下列属于中性植物的是（ ） A.桃 B.杏 C.夹竹桃 D.扁桃 4.有利于蛋白质和有机酸合成的是（ ） A.蓝紫光 B.红光 C.红外光 D.绿光 【答案】A 课堂练习 【答案】B 5.太阳光谱中，能被植物光合作用利用的可见光波长范围是（ ） A.200～380nm B.390～770nm C.800～1000nm D.1000～1200nm 6.植物本身的呼吸消耗占光合作用的（ ） A.10％～15％ B.15％～20％ C.20％～25％ D.25％～30％ 【答案】B 课堂练习 【答案】C 7.（ ）是反映植物群体结构的重要指标之一。 A.绿叶总面积 B.土地面积 C.叶面积系数 D.单叶面积 8.多数植物产量的形成，主要在生长发育的（ ） A.中后期 B.苗期 C.生长初期 D.成熟期 【答案】A 课堂练习 【答案】(1)漏光 植物的幼苗期，叶面积小，大部分阳光直射到地面上而损失掉。 (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，植物的光能利用率就随着光照强度的增加而下降。 (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)植物本身的呼吸消耗占光合作用的15％～20％，在不良条件下，呼吸消耗可高达30％以上。 9.简述植物对光能利用率不高的原因。 课堂练习 【答案】密植一定要合理。密度低时不能发挥群体的优势，光能利用率较低，也不能很好地利用地力。密度高时，群体中叶面积大，相互遮蔽，首先使下层叶片得到的光照太少，光合强度在补偿点以下，植物不但没有积累，反而加大了消耗;其次，因光照过弱，植株生长加快，最终使植株茎细易倒伏或落花落果;另外，还会使作物群体小气候条件劣化，易发生病虫危害，导致减产。 10.简述植物合理密植的原因。 课堂小结 一、植物生产的光照条件 (一)光谱成分与植物 (二)光照度 (三)光照时间 (四)太阳辐射 二、光环境调控 (一)植物的光合性能与产量 (二)提高植物光能利用率的途径 $