因为中午温度较高,叶片的蒸腾作用增强,植物吸水的速度赶不上失水的速度,这样就会造成植物叶片的气孔关闭,使进入叶肉细胞的二氧化碳减少,导致植物的光合作用减弱,这种现象称为光合作用的“午休”现象。
植物在同化无机碳化物的同时,把太阳能转变为化学能,储存在所形成的有机化合物中。每年光合作用所同化的太阳能约为人类所需能量的10倍。
有机物中所存储的化学能,除了供植物本身和全部异养生物之用外,更重要的是可供人类营养和活动的能量来源。因此可以说,光合作用提供今天的主要能源。绿色植物是一个巨型的能量转换站。
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光反应阶段的特征是在光驱动下水分子氧化释放的电子通过类似于线粒体呼吸电子传递链那样的电子传递系统传递给NADP+,使它还原为NADPH。电子传递的另一结果是基质中质子被泵送到类囊体腔中,形成的跨膜质子梯度驱动ADP磷酸化生成ATP。
暗反应阶段是利用光反应生成NADPH和ATP进行碳的同化作用,使气体二氧化碳还原为糖。由于这阶段基本上不直接依赖于光,而只是依赖于NADPH和ATP的提供,故称为暗反应阶段。
晚上,人们需要通过睡眠来消除一天工作的疲劳。有趣的是,有些植物也会“睡觉”。如花生、菜豆,番木瓜等植物的叶子迎着朝阳舒展,随着夜幕的降临而闭合下垂,好像进行了一天的光合作用后疲倦了,需要休息一下,这就是植物的“睡眠”运动。
植物不仅会在夜晚“睡眠”,有些植物还会“午睡”。当植物在午睡时,其“绿色工厂”的生产能力显著下降,也就是光合作用强度大大降低。那么,有的植物为什么会“午睡”?“午睡”为什么又会影响光合作用呢?
我们知道,所谓光合作用,就是植物利用阳光为能源,以水和二氧化碳为原料,在叶绿体“车间”里,合成碳水化合物。植物用根吸收水分,通过叶片的气孔吸收二氧化碳,在适宜的光、温、水、气、土等条件下,才能正常进行光合作用。但在一天当中,这些条件在不断变化,正是这些环境因素的变化,造成植物“午睡”和影响了光合作用。
科学家通过实验证明,引起植物“午睡”的主要原因是高温。在炎热的夏季中午,温度很高,空气中的湿度降低,植物通过叶片气孔的蒸腾作用加快,为减少水分的消耗,就渐渐关闭气孔,这样二氧化碳就无法进入叶片,光合作用原料严重亏缺,因此光合作用强度也就相应降低了。测定表明,当温度超过植物光合作用的适温高限时,植物就开始“午睡”。
据测定,小麦在光合作用适温范围内,光合作用强度随着光照的增强而上升,当气温超过25℃时,随着气温的上升,光合作用强度会急剧下降,当气温超过30℃后,光合作用会下降到最低值,继而还要降低到负值。不同植物光合作用的适温高限也不一样,小麦、莜麦、胡麻、马铃薯等喜凉作物为25℃;谷子、黍子、高梁、棉花、稻子等喜热作物为28℃;也有些作物在28℃以上。
此外,植物的“午睡”还与它的呼吸作用和田间的二氧化碳浓度等因素有关。花生、大豆等,由于中午的呼吸作用强度增大,也会出现“午睡”现象,中午,空气中二氧化碳浓度降低,造成光合作用原料不足,同样会出现“午睡”现象。
还有的科学家认为,“午睡”现象是植物体内.生物钟有节奏的调节所引起的。“午睡”会影响作物的产量。据估计,损失有机物为5.56―78.13%。不同作物损失的多少也不一样:小麦的“午睡”损失约为五分之四,大豆约为三分之二,花生约为五分之三,高粱、谷子约为二分之一,水稻、马铃薯约为三分之一,棉花约为五分之一。由此可见,大多数作物由于“午睡”造成的产量损失是很可观的。如能克服作物光合作用中的“午睡”现象,即可大幅度提高光合作用强度,从而大大增加作物的产量。
目前,这个问题已经引起了国内外科学家的注意。有人试验:在小麦乳熟期(约15天),每天从上午10时到下午4时,用断续喷灌进行人工降温,将麦田的气温保持在25℃以下,这样可提高光合产物1.5倍,增产50%以上。可见,研究作物的“午睡”现象,并设法消除此现象,对挖掘作物产量潜力,是一条重要途径。
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