植物净同化率怎么测(作物净同化率)
植物的光合作用经常受到外界环境条件和内部因素的影响而发生变化。表示光合作用变化的指标有光合速率和光合生产率。
光合速率(photosynthetic rate)是指单位时间、单位叶面积吸收CO2的量或放出O2的量。常用单位有μmolCO2·m-2·s-1和μmolO2·dm-2·h-1。一般测定光合速率的方法都没有把叶片的呼吸作用考虑在内,所以测定的结果实际是光合作用减去呼吸作用的差数,称为表观光合速率(apparent photosynthetic rate)或净光合速率(net photosynthetic rate)。如果把表观光合速率加上呼吸速率,则得到总(真正)光合速率。
光合生产率(photosynthetic produce rate),又称净同化率(net assimilation rate, NAR),是指植物在较长时间(一昼夜或一周)内,单位叶面积生产的干物质量。常用g·m-2·d-1表示。光合生产率比光合速率低,因为已去掉呼吸等消耗。
一 外部因素对光合作用的影响
1、光照
光是光合作用的能量来源,是形成叶绿素的必要条件。此外,光还调节着碳同化许多酶的活性和气孔开度,因此光是影响光合作用的重要因素。
(1)光强
A、光强-光合曲线:也称需光量曲线,在暗中叶片无光合作用,只有呼吸作用释放CO2。随着光强的增高,光合速率相应提高,当达到某一光强时,叶片的光合速率与呼吸速率相等,净光合速率为零,这时的光强称为光补偿点(light compensation point)。在一定范围内,光合速率随着光强的增加而呈直线增加;但超过一定光强后,光合速率增加转慢;当达到某一光强时,光合速率就不再随光强增加而增加,这种现象称为光饱和现象(light saturation)。光合速率开始达到最大值时的光强称为光饱和点(light saturation point)。 图示
一般来说,光补偿点高的植物其光饱和点往往也高。例如,草本植物的光补偿点与光饱和点通常高于木本植物;阳生植物的光补偿点和光饱和点高于阴生植物;C4植物的光饱和点高于C3植物。光补偿点和光饱和点是植物需光特性的两个主要指标,光补偿点低的植物较耐荫,如大豆的光补偿点低于玉米,适于和玉米间作。环境条件不适宜,往往降低光饱和点和光饱和时的光合速率,并提高光补偿点。从光合机理来看,C3植物的量子效率应比C4植物的大,因为C4植物每固定1分子CO2要比C3植物多消耗2个ATP。但实际上C4植物的表观量子产额常等于或高于C3植物,这是由于C3植物存在光呼吸的缘故。
植物出现光饱和点的实质是强光下暗反应跟不上光反应从而限制了光合速率随着光强的增加而提高。因此,限制饱和阶段光合作用的主要因素有CO2扩散速率(受CO2浓度影响)和CO2固定速率(受羧化酶活性和RuBP再生速率影响)等。所以,C4植物的碳同化能力强,其光饱和点和饱和光强下的光合速率也较高。
在光强-光合曲线的不同阶段,影响光合速率的主要因素不同。弱光下,光强是控制光合的主要因素,曲线的斜率即为表观量子效率。曲线的斜率大,表明植物吸收与转换光能的色素蛋白复合体可能较多,利用弱光的能力强。实测的表观量子效率一般在0.03~0.05之间。随着光强增高,叶片吸收光能增多,光化学反应速率加快,产生的同化力多,于是CO2固定速率加快。此外,气孔开度、Rubisco活性及光呼吸速率也影响直线阶段(A)的光合速率,因为这些因素都会随光强的提高而增大,其中前二者的提高对光合速率有正效应,后者有负效应。
B、光合作用的光抑制:光是植物光合作用所必需的,然而,当植物吸收的光能超过其所需时,过剩的光能会导致光合效率降低,这种现象称为光合作用的光抑制(photoinhibition of photosyn- thesis)。
光抑制现象在自然条件下是经常发生的,因为晴天中午的光强往往超过植物的光饱和点,即使是群体内的下层叶,由于上层枝叶晃动,也不可避免地受到较亮光斑的影响。很多植物,如水稻、小麦、棉花、大豆等,在中午前后经常会出现光抑制,轻者光合速率暂时降低,过后尚能恢复;重者叶片发黄,光合活力便不能恢复。如果强光与其它不良环境(如高温、低温、干旱等)同时存在,光抑制现象更为严重。
关于光抑制的机理,一般认为光抑制主要发生在PSII。在特殊情况下,如低温弱光也会导致PSI发生光抑制。正常情况下,光反应与暗反应协调进行,光反应中形成的同化力在暗反应中被及时用掉。但由于叶绿体基质中的CO2浓度往往很低,接近CO2补偿点,当光照过强时,光能过剩。一方面因NADP+不足使电子传递给O2,形成超氧阴离子自由基(O ),另一方面会导致还原态电子的积累,形成三线态叶绿素(chlT),chlT与分子氧反应生成单线态氧(1O2)。O 和1O2都是化学性质非常活泼的活性氧,如不及时清除,它们会攻击叶绿素和PSII反应中心的D1蛋白,从而损伤光合机构。
植物在长期的进化过程中也形成了多种光保护机制。(1)细胞中存在着活性氧清除系统,如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、谷胱甘肽、抗坏血酸、类胡萝卜素等,它们共同防御活性氧对细胞的伤害;(2)通过代谢耗能,如提高光合速率,增强光呼吸和Mehler反应等;(3)提高热耗散能力,如依赖叶黄素循环的非辐射能量耗散。(4)PSII的可逆失活与修复。
(2)光质 在太阳辐射中,对光合作用有效的是可见光。在可见光区域,不同波长的光对光合速率的影响不同。光合作用的作用光谱与叶绿体色素的吸收光谱是大致吻合的。在自然条件下,植物或多或少受到不同波长的光线照射。例如,阴天不仅光强减弱,而且蓝光和绿光的比例增加;树木冠层的叶片吸收红光和蓝光较多,造成树冠下的光线中绿光较多,由于绿光对光合作用是低效光,因而使本来就光照不足的树冠下生长的植物光合很弱,生长受到抑制。
水层也可改变光强和光质。水层越深,光照越弱。水层对红光和橙光的吸收显著多于蓝光和绿光,深水层的光线中短波光相对增多。所以含有叶绿素、吸收红光较多的绿藻分布于海水的表层,而含有藻红蛋白、吸收蓝绿光较多的红藻则分布在海水的深层,这是藻类对光照条件适应的一种表现。
2、二氧化碳
(1) CO2-光合曲线 由CO2-光合曲线(图示)可以看出,在光下CO2浓度为零时,叶片只有呼吸放出CO2。
随着CO2浓度增高光合速率增加,当光合速率与呼吸速率相等时,外界环境中的CO2浓度即为CO2补偿点。当CO2浓度继续提高,光合速率随CO2浓度的增加变慢,当CO2浓度达到某一范围时,光合速率达到最大值(Pm),光合速率开始达到最大值时的CO2浓度被称为CO2饱和点。
在低CO2浓度条件下,CO2浓度是光合作用的限制因子,直线的斜率(CE)受羧化酶活性和量的限制。因而,CE被称为羧化效率。CE值大,则表示在较低的CO2浓度下有较高的光合速率,亦即Rubisco的羧化效率较高。
在饱和阶段,CO2已不再是光合作用的限制因子,而CO2受体的量,即RuBP的再生速率成了影响光合的因素。由于RuBP的再生受同化力供应的影响,所以饱和阶段的光合速率反映了光反应活性,即光合电子传递和光合磷酸化活性,因而Pm被称为光合能力。
C4植物的CO2补偿点和CO2饱和点均低于C3植物。因为C4植物PEPC的Km低,对CO2亲和力高,并具有浓缩CO2及抑制光呼吸的机制,所以CO2补偿点低,即C4植物可利用较低浓度的CO2;C4植物CO2饱和点低的原因,与C4植物每固定一分子CO2要比C3植物多消耗2个ATP有关。因为在高CO2浓度下,光反应能力成为限制因素。尽管C4植物CO2饱和点比C3植物的低,但其饱和点时的光合速率却往往比C3植物的高。 图示
(2)CO2供应 陆生植物所需的CO2主要是从大气中获得的,CO2从大气到达叶绿体羧化部位的途径分别是:大气—→气孔—→叶肉细胞间隙—→叶肉细胞原生质—→叶绿体基质,所对应的阻力分别是re、rs、ri、rm分别表示扩散层阻力、气孔阻力、叶肉阻力和羧化阻力。其中较大的阻力为rs与rm。CO2从大气至叶肉细胞间隙为气相扩散。而从叶肉细胞间隙到叶绿体基质为液相扩散。扩散的动力为CO2浓度差。光合速率与大气至叶绿体间的CO2浓度差成正比,而与大气至叶绿体间的总阻力成反比。凡是能提高CO2浓度差和减少阻力的因素都可促进CO2流通从而提高光合速率。如建立合理的作物群体结构,加强通风,增施CO2肥料等,均能显著提高作物光合速率。增施CO2对C3植物的效果优于C4植物,这是由于C3植物的CO2补偿点和饱和点较高的缘故。
3、 温度
光合作用的暗反应是由酶催化的化学反应,其反应速率受温度影响,因此温度也是影响光合速率的重要因素。在强光、高CO2浓度下,温度对光合速率的影响比在低CO2浓度下的影响更大,因为高CO2浓度有利于暗反应的进行。
光合作用有温度三基点,即光合作用的最低、最适和最高温度。温度的三基点因植物种类不同而有很大差异。耐寒植物的光合作用冷限与细胞结冰温度相近;而起源于热带的喜温植物,如玉米、高粱、番茄、黄瓜、橡胶树等在温度低于10℃时,光合作用即受到明显抑制。
低温抑制光合的原因主要是低温导致膜脂相变,叶绿体超微结构破坏以及酶的钝化。高温抑制光合的原因,一是膜脂和酶蛋白的热变性,二是高温下光呼吸和暗呼吸加强,净光合速率下降。C4植物的光合最适温度一般在40℃左右,高于C3植物的最适温度(25℃左右),这与PEPC的最适温度高于Rubisco的最适温度有关。温度对光合机构的影响涉及到叶绿体膜的稳定性,而膜的稳定性与膜脂脂肪酸组成有关,膜脂不饱和脂肪酸的比例随生长温度的提高而降低。热带植物比温带植物的热稳定性高,因而其光合最适温度和最高温度均较高。 图示
昼夜温差对光合净同化率有很大的影响。白天温度较高,日光充足,有利于光合作用进行;夜间温度较低,可降低呼吸消耗。因此,在一定温度范围内,昼夜温差大,有利于光合产物积累。
4、水分
水是光合作用的原料之一,没有水,光合作用无法进行。但是,用于光合作用的水只占蒸腾失水的1%,因此,缺水影响光合作用主要是间接原因。
在自然的CO2浓度和光饱和条件下,不同植物光合作用的温度三基点(℃)
两篇关于植物生长的科技实践活动过程记录(关于植物生长的)《观叶植物生长过程的奥秘》科学综合实践活动设计
(四年级下学期)
一、 活动内容:观叶植物生长过程的奥秘
二、 教学对象分析:
植物的生长是自然界中最常见的现象,有的学生参与过家庭和学校花木培养和栽培等实践活动,学生在此方面,已经积累了一些知识和经验,但是有的学生会认为植物的生长是司空见惯的事,大部分学生对植物为什么能生长、是怎样生长的、需要哪些营养、怎样长得更繁茂等具体相关问题没有认真思考过,或许对植物生长的认识还有误区,让学生从事那些实践活动可以活化对这些知识的掌握等,都是本节课设计的切入点。
三、 活动目标:
1、 通过设计和实施相关的探究活动,培养学生观察、测量、解读数据、分析等科学探究技能。
2、 通过调查访谈及对比实验,培养学生调查访问技能、与人交往能力及动手实践能力等。
四、 课时安排:
1、 布置活动内容:
在教学第二组《新的生命》之后,由老师组织大家准备参观我校花卉种植地:海骏花场。让学生选择好喜欢的植物进行生长过程的观察。(大概5分钟,让学生明确任务,作好准备。)
2、 实践操作及检查指导阶段
让学生运用已有的知识经验,通过观察、测量、调查、分析等活动对喜欢的植物进行记录。老师给予指导,并共同完成观察的全过程。(为四个星期的课余时间。在课外给学生充分的观察时间。)
3、 交流汇报阶段
学生填写好观察记录表,并把记录表在教室里张贴、交流、修改。(安排一课时进行交流汇报)
4、 展示成果,观摩评议
在交流汇报活动后,由老师展示优秀的观察记录表,通过互相观摩、评议,选出最优秀的观察记录表、观察记等。(安排一课时进行展示观摩评议)
五、交流汇报活动过程。
1、 谈话引入
同学们,经过大家仔细观察植物生长的过程,老师发现同学们都是植物种植的小小侦探。在观察种植的过程中,你们有收获吗?老师希望能和大家分一下你们的收获好吗?
2、 小组交流,分享成果。
每个小组都找了自己喜欢的植物进行观察,现在请我们的小组和小组之间分享彼此的收获。并在小组内选择优秀的小组在班上汇报。
3、 全班评议,推选优秀。
让每个同学生通过自评、小组评,给认为最优秀的观察记录表评分(以星星数量评分)。集中全班用同样的方法评出最优秀的观察记录表。比一比,哪个小组的种植收获最大。
4、 课题延伸。
同学们,看到大家的收获,老师真为大家高兴,通过我们亲自观察,大家对植物种植一定有了更深的了解,那能不能通过这次活动,想一想能不能用相同的方法观察其他植物的生长过程呢?
5、 教师作活动小结
同学们,通过大家观察记录植物的生长过程,我们发现其实种植并不神秘,只要我们仔细观察,细心护理,你们就会发现自然界有更多的奥秘等着我们去探索。
活动小结及反思:
这节课的目的是让学生观察记录完植物的生长过程后,学习如何对观察记录进行梳理、归纳汇报,并在这个基础上发现怎样使植物长得更好。在观察植物生长的这个活动时,引导学生对汇报的内容、方式互相评价,并收集一些植物一生的生长变化图片、资料作为补充,进一步描述出植物生长的基本过程。
值得反思的是对植物进行观察记录时,学生所观察到植物的种类还不够多,现在只选取了六种植物,学生可以自己在家里或者在植物园,找到更多的自己认为感兴趣的植物进行观察记录。引导学生交流汇报、并对内容进行评价,从而延伸到更广的知识领域。因此,在以后的科学综合实践活动中必须进一步加强。
植物的成长过程观察记录表
植物名称 记录员
小组成员
观察时间 植物生长情况(可以用画、写、贴等方法进行记录)
简要介绍测定光合速率的三种方法及原理。
一、半叶法或改良半叶法(金秀 感谢我吧 By 少威~)
此法测定大田光合作用速率较实用且较简单,无需特殊仪器设备,但精确度较差。在光照之前,选取对称叶片。切下一半称得其干重,另一半叶片留在植株上进行光合作用,经过一定时间,再切取另一半相当面积的叶片,称其干重。单位面积上单位时间内干重的增加,即代表光合作用速率,用干重mg/dm2 h 表示,这叫光合生产率或净同化率。沈允钢等在经典半叶法基础上加以改进,提出改良半叶法,基本做法同上。剪下对称的半片叶片,放在暗处并保持一定湿度,这半片叶片虽不能进行光合作用,但仍可照常进行呼吸作用。另一半留在植株上进行光合作用,为避免在处理过程中光合产物通过韧皮部向外输送,可先在叶柄基部用热水(或热石蜡液)烫伤或用呼吸抑制剂处理,以阻止叶片光合产物外运。前后两次取样干重的差值(包括呼吸消耗在内)即为该植物叶片的光合生产率。也可在不对称的叶片上,用钻孔器在叶面的一半钻取一定面积的叶片圆片,两次取样,求其干重差值。
二、co2吸收量的测定
测定植物吸收co2的数量可用红外线co2分析仪或ph比色法,由于co2对红外线有较强的吸收能力,co2含量的变化即可灵敏地反映在检测仪上。红外线co2分析仪,国内已有生产,既可在室内用叶室进行活体测定,又可在田间利用大气采样器采取气样带回实验室借助该仪器检测分析。ph比色法是利用甲酚红作指示剂,其原理是nahco3溶液中的co2与密闭系统中空气的co2总是保持平衡状态,叶片在密闭条件下进行光合作用,不断吸收密闭系统空气中的co2,使得nahco2溶液中的co2减少,ph值发生改变,根据溶液中指示剂颜色的变化,即可推算出co2浓度的变化,从而求出该叶片的光合强度。ph比色法适合在野外自然条件下进行测定,缺点是精确度较低。
三、o2的释放量测定
氧电极法是一种实验室常用的测氧技术。氧电极由嵌在绝缘棒上的铂和银所构成,以氯化钾为电解质,外覆聚乙烯薄膜,两极间加0.6~0.8v的极化电压,溶氧可透过薄膜在阴极上还原,同时在极间产生扩散电流。此电流与溶解氧浓度成正比,电极输出的记号,可在自动记录仪上记录下来。叶片在进行光合作用时如光合速率高,则放氧量多,溶解氧也多,叶片光合作用的放氧量,可以作为测定光合速率的指标。此法灵敏度高,操作简单,并可连续测定光合作用变化过程。也可用来测定呼吸作用。
植物的同化量怎么计算同化量是指某一营养级从外环境中得到的全部化学能。是化学能哦。它表现为这一营养级的呼吸消耗量、这一营养级流向下个营养级的能量、这一营养级流向分解者的能量、这一营养级的未被利用量。即:同化量=呼吸消耗量+被下一个营养剂摄取量+流向分解者量+未被利用的量。
植物干重除以生长天数是什么植物干重除以生长天数是净同化率。根据查询相关信息显示,净同化率(netassimilatioarate)简称NAR,即一昼夜间整株植物干物质净增加的克数除以其总叶面积。它表示光合作用的日生产率。在大多数情况下,净同化率约为5—12g/㎡。