光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和,是生物界赖以生存的基础,也是地球碳氧循环的重要媒介。那么,人们是如何运用光合作用原理来指导农业生产的呢?
1.增施二氧化碳“气肥”,增加光合作用原料
CO2是光合作用的原料,但是空气中的CO2含量却只有0.03%左右,远远不能满足光合作用提高作物产量的要求。如果设法适当增加空气或土壤中CO2浓度(一般CO2增加到0.1%~0.5%)就可提高光合作用,根据这个道理,我们可以施用有机肥或农家肥,利用有机物分解放出的CO2,或者增施干冰增加CO2浓度,以达到提高农作物产量的效果。
2.供应适量矿质元素,提高农作物光合效率
矿质元素对农作物的光合作用有非常重要的影响,如N参与有关酶以及ATP的合成,P是ATP的重要组成部分,在维持叶绿体膜的结构和功能上也有重要作用,K参与调节叶片上的气孔开关,Fe和Mg是叶绿素的组成成分。我国的土壤,Fe和Mg含量丰富,足以维持农作物生产,但N、P、K元素明显不足,因此,应适当施N、P、K肥,满足农作物正常生长,保证农作物光合作用效率最大化,最终达到增产增收的目的。
3.减轻农作物“午休”的影响,增加光合作用产物的积累
5.使用间作套种技术,提高单位面积产量
还有人把光、热、气、水、肥等条件进行综合考虑,把不同作物即高粱、玉米、豌豆、大豆、花生和地瓜等6种庄稼巧妙地种在一起,充分利用自然条件,形成了“高粱冲上天,苞米在中间,豌豆、大豆全身挂,花生、地瓜往下钻”的繁茂景象,大幅度地提高了作物单位面积产量。
6.培育有利于光合作用的株型,提高农作物光能利用效率
一般认为,有利于光合作用的株型有以下特征:下层叶片为平铺型,中层为中间型,上层叶片为斜立型。有利于光合作用的株型光能利用率较高。植株矮、作物叶层薄的农作物是高产农田的首选,因为薄的叶层有利于白天快速增温,光合作用效率高,夜间降温快,呼吸消耗少,有利于农作物干物质积累。
7.合理利用不同色光,促进农业生产
众所周知,植物对不同颜色的光的吸收利用是不同的,透过有色薄膜的光发生了光谱成分变化,具有更多的蓝紫光和红橙光,因而能提高植物光合效率。在农业生产中,根据农作物的不同品种,合理使用不同的有色薄膜,可以达到不同的目的。有人做过实验:覆盖红色薄膜小麦可加速生长,产量增加;在红色薄膜大棚内培养的黄瓜可增产0.5~1倍。
8.合理使用生长调节物质,提高光合效率
2.技术调控措施
2.1培育大小适中的水稻群体,改善受光状况群体小、株体小、叶面积小、光合产物积累不多,不可能高产。但群体过大、茎叶互相遮荫,不仅光合作用受到影响,而且大量光合产物用于呼吸消耗,降低了淀粉等物质在茎鞘中的蓄积量。为了培育大小适中的水稻群体,应在移栽时落实好落田苗数,一般中晚熟品种,株行距大多为30×20cm,每m2为16.6穴,每穴插3株壮苗,这样有利于田间通风透光,为水稻丰产提供良好的群体起点。
关键词:穗状狐尾藻;光合作用;光补偿点;环境因子
沉水植物通过光合作用改善水中的溶氧条件。光合作用受温度、光照和pH值等多种环境因子的综合影响。了解沉水植物的光合特征是解释各种沉水植物在水中的分布格局和群落演替的基础,也是人工配置沉水植物群落时,选择种类及群落种类配置的科学基础。
穗状狐尾藻(MyriophyllumspicatumL.)是一种多年生沉水植物。适应性极强,为世界广布种。在我国分布于南北各地池塘、湖泊、河沟、沼泽中。本实验研究了若干环境因子对穗状狐尾藻光合作用的影响,为沉水植物恢复重建时物种选择及正确选择深度适宜的区域种植穗状狐尾藻提供科学依据。
1材料与方法
1.1试验材料及器材
穗状狐尾藻采自重庆大足龙水湖,移植于西南农业大学水产与水文学院的实验池塘中。试验时选取茁壮程度比较一致的植株。
穗状狐尾藻的室内培养在LRH-150-G光照培养箱中进行,光照强度用JD-1A型水下照度计测定,pH值用PH-1S型pH计测定,溶氧用碘量法测定。
1.2试验方法
1.2.1光照、温度对穗状狐尾藻光合作用的影响
选取形状一致、质量(0.3001±0.0008g)相同的新鲜穗状狐尾藻顶枝,向175ml的磨口透明试剂瓶中加入充分曝气的自来水,用小镊子将新鲜穗状狐尾藻顶枝放入黑白瓶中,使其充分舒展开来,且瓶中无气泡。用口向瓶中水体吹气10s,以提供光合作用所需的CO2。瓶子加盖后放置于已调好温度的水浴盆中,并将水浴盆放入光照培养箱中。在5℃,某一光照条件下进行培养,2h后取出,测定瓶中溶解氧的变化,推算在此条件下穗状狐尾藻的净产氧量。通过开灯管数来调节光照强度。用相同方法测定10℃、15℃、20℃和25℃,在不同光照条件下穗状狐尾藻的净产氧量。回归分析计算出穗状狐尾藻在不同温度下的光补偿点[1,2,3]。
1.2.2pH值对穗状狐尾藻光合作用的影响
重庆地区人工水域(池塘、水库等)和自然水域(湖泊、江河)的pH值大多呈中性偏酸,即使在水生植物大量生长季节也很难超过9,据此本试验设定pH值范围为4.1~10.0。
用浓度为0.1N的HCl、NaOH、NaHCO3溶液调节曝气12h的自来水pH值至4.1、5.4、6.4、7.2、8.2、9.1、10.0,分别加入到150ml的磨口透明试剂瓶中。穗状狐尾藻顶枝加入和处理同1.2.1。瓶子加盖后放置于水温为12.5℃的水浴盆中,光照强度设定为6000lx。
1.2.325℃穗状狐尾藻光饱和点的测定
选择水温为25℃时测定穗状狐尾藻的光饱和点,原因是重庆地区常年云雾多、日照少,当水温高于25℃时(8月份),强光照的天数比较多,易引起光抑制。
2结果与讨论
2.1温度和光照强度对穗状狐尾藻光合作用的影响
在不同温度条件下,穗状狐尾藻净产氧量的测定结果如下:
图15℃时光照度与穗状狐尾藻净产氧量的关系
图210℃时光照度与穗状狐尾藻净产氧量的关系
图315℃时光照度与穗状狐尾藻净产氧量的关系
图420℃时光照度与穗状狐尾藻净产氧量的关系
图525℃时光照度与穗状狐尾藻净产氧量的关系
图6穗状狐尾藻在不同温度下的呼吸耗氧量
由图1~图5可知,在每个温度水平上,光照强度0lx~6000lx时,穗状狐尾藻的净产氧量随着光照强度的增强而增加,穗状狐尾藻的净产氧量与光照度成线性关系。
由图6可知,穗状狐尾藻的呼吸耗氧量随温度的上升而增大。
刘国才[4]对白音花水库冰下水生维管束植物的研究表明,穗状狐尾藻的光补偿点为160lx,但未指明水温,但水温应该在0~4℃。刘国才[5]在对冰下水生维管束生产力的研究中测得穗状狐尾藻光补偿点为207lx(2.5℃,pH7.5)。而据任南[6]等人的有关环境因子对东湖几种沉水植物生理的影响研究结果表明,狐尾藻4℃下为2331x;15℃下为4241x;20℃下为658lx。刘国才、任南以及本试验所测得穗状狐尾藻的光补偿点三者之间都存在较大差异,究其原因可能与狐尾藻选材的茁壮程度、材料的处理方法上、试验条件的设定以及长期适应不同地区的生活环境等有关。刘国才冰下水生维管束生产力的研究的试验用水pH为7.5;任南试验所用的穗状狐尾藻取自武汉东湖,东湖整个湖区平均pH为8.5;本试验用水的pH为6.8~6.9。高pH条件下,水中缺乏无机碳源会抑制光合作用。而酸性条件下无机碳源(CO2、HCO3-)要丰富些,有利于光合作用的顺利进行。刘国才所用的穗状狐尾藻取自内蒙古;任南是从武汉东湖采集的;本试验所用的穗状狐尾藻采自重庆大足龙水湖,移植于校内实验池塘中暂养。因穗状狐尾藻长期适应不同地区的生活环境导致所测得的结果存在较大的差异。
2.2pH值对穗状狐尾藻光合作用的影响
图7不同pH值下穗状狐尾藻净产氧量的变化
由图7可知,穗状狐尾藻净产氧量在pH值为5.4时最大。pH值为5.4~6.4时,光合作用旺盛。在pH值为5~10时,随着pH值的增加,穗状狐尾藻的光合作用强度降低,在碱性条件下净产氧量出现负值。该现象可以从两方面解释,一是在酸性条件下,穗状狐尾藻有充足的碳源(CO2和HCO3-)可以利用,有利于光合作用的进行,而在碱性条件下,可利用碳源不足,光合用受限制[33];二是试验开始时穗状狐尾藻已经在池塘里生长了一个半月,完全适应了池塘的水环境。学校池塘的特点是水位低,池水主要靠降雨来补充,试验过程中测得试验池塘的pH值为6.2。这些可能是穗状狐尾藻在偏酸的水体中光合作用较旺盛的原因。
2.325℃穗状狐尾藻的光饱和点
图825℃时光照强度与穗状狐尾藻净产氧的关系
在一定的光强范围内,植物的光合强度随光照度的上升而增加,当光照度上升到某一数值之后,光合强度不再继续提高时的光照度值称为光饱和点。
由公式计算可知,在水温25℃时穗状狐尾藻的光饱和点为58,136lx。由图8可知,当光照强度超过饱和光照强度后,随着光照强度增加,穗状狐尾藻的光合速率明显下降。穗状狐尾藻的光合作用表现出强光抑制现象。
3结论与讨论
3.1穗状狐尾藻光合作用的光补偿点和光抑制
在温度5℃、10℃、15℃、20℃和25℃,光照0~6000lx时,穗状狐尾藻的净产氧量随光照的增强而升高。回归分析计算出穗状狐尾藻在不同温度下的光补偿点,分别为45lx、173lx、308lx、418lx、495lx。穗状狐尾藻生长的光补偿点随水温的上升而逐渐增加。由此可知,低温季节穗状狐尾藻对水体透明度的要求不高;高温季节则须采取措施提高水体的透明度,这样才有利于穗状狐尾藻的生长[8,9]。在富营养化环境中,沉水植物要维持对藻类的优势,必须在水表形成冠层并具备相对高的丰度[10]。要在水表形成冠层并具备相对高的丰度,光合作用就应该有较小的强光抑制。试验表明穗状狐尾藻存在光抑制现象(水温25℃,光饱和点为58,136lx),但在全光照条件下仍能保持一定光合速率。
3.2穗状狐尾藻的光合作用对pH条件的适应
穗状狐尾藻的光合作用在中性偏酸的水体中较旺盛。在pH值为5~10,随着pH值增加,穗状狐尾藻光合作用的强度降低。李恒[11]在对云南高原湖泊中植物研究时发现pH值高达9.2的水体中仍有穗状狐尾藻生长,任南等人的研究表明,穗状狐尾藻具有较强的耐受水体高pH值的能力[4]。综合上述试验结果及他人的研究成果,认为穗状狐尾藻能够耐受较宽的pH值范围。
综上所述,穗状狐尾藻由于具有较低的光补偿点、对pH值有较大范围的耐受能力以及非光合茎的存在(非光合茎对植株在深水地段定居生存有重要的生态适应意义。穗状狐尾藻茎植株下部可形成没有叶片的茎,称为非光合茎。其暗呼吸只是光合茎的19.1%[12],能量消耗较低。因此非光合茎的存在,使得穗状狐尾藻可扎根在更深的水底,在较深的水体中生存。一般认为,3倍透明度以下水草难以生存[10]。滇池目前水体的透明度只有40~45cm,原有的绝大多数沉水植物都已消失,但在一些水深2.5m的水域仍有穗狐尾藻生长[13],在水生植被的恢复工程中可作备选择的物种之一。还应注意,植物群体的光补偿点较单株为高。因为群体内叶子多,相互遮荫,当光照度弱时,上层叶片还能进行光合作用,但下层叶片呼吸作用强,光合作用弱,所以整个群体的光补偿点上升。这一点在确定沉水植物适宜种植水深时不能忽视。
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关键词:生物教学;以疑促思;新探究;联系实际
新课程的基本理念之一是注重现实与生活之间的联系,生物学课程标准中明确指出要结合学生现实的生活背景学习生物,在生物的学习中探讨生活中的问题,并深刻记忆生物知识,因此,在教学过程中,教师要深入地探究生活中的问题,把生活中的实际问题带入生物教学当中,让生物课堂充满生活化。本文则以实例分析中职生物的生活化教学策略。
一、以疑促思,激发兴趣
二、亲历探究,夯实基础
探究学习的方式是新课程改革的一项重要内容,探究学习的价值和意义在于它能通过让学生亲自参与到探究的过程中,科学地进行学习,亲自做自己喜欢的事情。
在教学中多组织学生进行实验教学,并在实验中探究生物中的问题。在实验中给学生制定严格的操作标准,学生要严谨地按照操作步骤,在实验中运用科学的知识进行实验。在学生的探究过程中,教师起到引导作用,学生出现的疑难问题,教师都可以有效地进行指导和回答,并为学生构建解决问题的平台,使问题进一步步骤化和具体化。
利用多媒体展示课件。在生物课堂教学中,运用多媒体手段播放植物光合作用的过程,植物的光合作用在实验中用肉眼是观察不出来的,因此借助多媒体课件可以让学生观察到细微的实验效果,并让学生在实验中有计划地进行实验,对实验中遇到的问题要及时地给予解答,并在实验中给予引导。学生通过自己实验对光合作用的有关知识进行探讨,可以为接下来教师的深入讲解做铺垫。
三、联系实际,解决问题
1.物质变化
围绕这个方面向同学们展开提问:面对越来越多的人口,如何在有限的耕地里提高农作物的产量?根据本节课中学习的光合作用,你觉得怎样才能有效地提高农作物的产量?在学生思考这些问题的时候,联系生活中农民田间管理的方法,可以有效地进行施肥、除草、灌溉等方法,提高粮食的产量。尝试着用光合作用的原理解释生活中的现象,从而加深对光合作用原理的掌握,运用课堂学习的知识,为解决生活中的问题做铺垫。
2.能量变化
在植物的光合作用中,实现了一系列的能量转化。根据这一能量转化过程,让学生探讨如何利用能量解决人类能源短缺的问题?如何提高植物的能量的利用率?通过光合作用的学习,同学们知道了绿色植物通过光合作用可以储存能量。并且转化为有机物的形式进行能量的储存,让学生发表自己对农民焚烧秸秆的看法,让学生探讨焚烧秸秆的害处,这样不但造成了大气的污染和土壤的破坏,还把植物中储藏的能量浪费了,让学生一起探讨有效解决植物能量储存的问题,可以把秸秆制造纸张、沤制农家肥的方式进行能量的储存,提高能量的利用效率。在课堂小结中,教师总结出光合作用的公式,再联系实际生产生活中光合作用的应用,加深学生的印象,让学生在实际的生活中更好地利用植物的光合作用解决生活问题。
总而言之,生物新课标已明确提出:生物教学应重视与现实生活之间的联系,提倡学生利用学习的生物知识解决生活实际问题。因此,实现中职生物的生活化教学则有着重要意义。本文提出了以疑促思,激发兴趣;亲历探究,夯实基础;联系实际,解决问题几项教学策略,旨在提高中职生物教学水平。
【摘要】
目的研究鸡骨草、毛鸡骨草在开花结荚期的光合特性。方法应用TPS-1便携式光合作用测定系统测定两种植物的光合作用变化。结果鸡骨草、毛鸡骨草都具有光合“午休”现象,毛鸡骨草的光合性能强于鸡骨草。结论两种植物光合速率(Pn)的日变化主要受气孔和非气孔因素共同作用的结果。
【关键词】鸡骨草毛鸡骨草光合特性
Abstract:ObjectiveTostudythephotosyntheticcharacteristicsofAbruscantoneinsisandAbrusmollisatthefloweringpodsstage.MethodsPhotosynthesischangesofthetwoplantsweremeasuredthroughTPS-1portablephotosynthesissystem.ResultsAbruscantoneinsisandAbrusmollishadaclear"middaydepression",photosyntheticperformanceAbrusmollisofwasbetterthanthatofAbruscantoneinsis.ConclusionThetwospeciesofdiurnalvariationPnmainlyareinfluencedbystomatalandnonstomatalfactors.
Keywords:Abruscantoneinsis;Abrusmollis;Photosyntheticcharacteristic
1材料与仪器
试验所用的鸡骨草、毛鸡骨草种子均购于广西药用植物园,于200604在广西大学药材试验基地种植,田间管理等措施与一般生产栽培措施相同,鸡骨草与毛鸡骨草同一水平管理种植而且生长良好。TPS-1便携式光合作用测定系统(英国PP-system公司生产)。
2方法与结果
2.1方法
广西南宁市地区鸡骨草、毛鸡骨草的开花结荚期均在8~10月,花期一致。在鸡骨草、毛鸡骨草的开花结荚期选择1个晴天(9月17日同时测定鸡骨草、毛鸡骨草,日照时数基本相同为11h,风速为2m/s,气候条件基本一致),运用英国PP-system公司生产的TPS-1便携式光合作用测定系统,采用普通叶室,开放式气路,自然光源,选择每个品种的成熟叶从8:00到17:00每隔1h测定它们的净光合速率(Pn,μmolCO2·m-2·s-1)、蒸腾速率(Tr,mmol·m-2·s-1)、气孔导度(Gs,mmol·m-2·s-1)、叶面温(Tl,0℃)、大气温度(Ta,℃)、光合有效辐射(PAR,μmol·m-2·s-1)、相对湿度(Rh,%)、空气CO2浓度(Ca,mg·kg-1)等指标。每个品种随机抽取6株,自动记录读数,所得数据输入EXCEL软件处理。
2.4气孔导度(Gs)日变化见图3。鸡骨草的Gs平均值(39.13mmol·m-2·s-1)高于毛鸡骨草的Gs(32.77mmol·m-2·s-1),鸡骨草的Gs日变化曲线基本呈单峰型,毛鸡骨草的Gs日变化也呈单峰型。鸡骨草的Gs在8:00出现一天中的最高值(92mmol·m-2·s-1),随后慢慢降低,13:00出现一个低值(26mmol·m-2·s-1),然后变化不大,在14:00略有上升。然后平稳下降;毛鸡骨草的Gs最高峰出现在9:00(116.7mmol·m-2·s-1),然后快速下降,到13:00出现低谷(13mmol·m-2·s-1),而后变化幅度小,基本保持平稳。早上空气湿度大,蒸腾作用比较弱,植株根系有充足的水分供应。随着气温的上升,日照的增强,植株水分蒸散到空气中,气孔逐步的关闭,减少了光合作用过程中CO2交换量,影响植株光合作用。两种植物的蒸腾速率表现为:鸡骨草>毛鸡骨草。
2.5空气中CO2浓度的日变化鸡骨草和毛鸡骨草空气中CO2浓度的日变化基本上呈倒单峰型,两个鸡骨草品种在早上8:00CO2浓度是一天中最高的。毛鸡骨草的空气中CO2浓度在8:00到11:00迅速下降,11:00到15:00基本保持平衡,15:00到17:00慢慢上升。鸡骨草的空气中CO2浓度总体水平高于毛鸡谷草,从早上8:00在14:00呈下降趋势,然后慢慢上升(图4),总体上空气中CO2浓度在450~360mg·kg-1之间浮动。
2.6其它系数的日变化两种鸡骨草品种的温度日变化基本相同,气温和叶温变化基本保持一致,而且两个鸡骨草品种T1总是高于Ta;总体上鸡骨草的叶温(Tl)在一天中总是低于毛鸡骨草的叶温(Tl)(图5)。测定系数时两个鸡骨草品种的PAR日变化几乎一致(图6),PAR日变化成单峰型曲线。空气相对湿度基本上呈下降趋势(图7),特别是在上午11:00时以后基本上植物处于高温干旱的生境中。
3讨论
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