光因子的生态效应课件.ppt
第2章 光因子的生态效应,本章主要内容,一、光（光质、光强、光照时间）的性质 及其变化 （了解）二、光（光质、光强、光照时间）对植物 的影响及植物的适应 （掌握）三、光对园林植物的影响（掌握）四、光在园林植物实践中的应用（理解）,2.1.1光的性质二象性（电磁波的波动性和光量子的微粒性）光质即光谱成分：红外、红（760nm）、橙、黄、绿、青、蓝、紫(380nm)、紫外。在全部太阳辐射中，红外光区占50-60%，紫外光约占1%，可见光占39-49%。,2.1 光的性质及其影响,可见光1、波长380-760nm,可见光光谱,2、生态学意义（只有可见光才能在光合作用中被植物所了利用；植物主要吸收红橙光和蓝紫光）,2.1.1.1 光质的变化对植物的影响 随空间发生变化的一般规律为： 短波光随纬度增加而减少，随海拔升高而增加； 冬季长波光增多，夏季短波光增多； 一天之内中午短波光较多，早晚长波光较多。,2.1.1.2 光质的生态作用1）不同波长的光对植物的作用不同生理有效辐射：太阳辐射光谱中可被绿色植物的质体色素吸收、转化并用于合成有机物质的400700 nm波段的辐射能。可见光中红、橙光是叶绿素吸收最多的成分，其次是蓝、紫光，绿光很少被吸收，因此又称绿光为生理无效光。此外，短波光（蓝紫光、紫外线）有利于蛋白质和有机酸的合成，促进花青素的形成，并抑制茎的伸长（在高山上，由于紫外光强，阳性植物大多成莲座状，而且花色特别鲜艳）；长波长的光（红光）有促进延长生长的作用。,有色农用薄膜的应用,有色薄膜可改变光质影响作物生长，达到增产，改善品质的目的。原理：不同波长的光线对农作物的生长有不同的影响。如：绿色的升温效率在透明和黑色之间，有利于植物茎叶的生长；红色抑制夜间放热，提高保温性，有利于植物的开花结果；紫色能促进开花；白色促进果实的变色和提高糖分。水稻育秧以浅蓝色薄膜为最好，黄瓜以黄色薄膜为好，番茄以紫色薄膜为好。实验研究表明：浅蓝色薄膜育秧与无色薄膜相比，浅蓝色薄膜秧苗根系较粗壮，插后成活快，生长健壮，叶色浓绿，鲜重和干重都有增加，测定的淀粉、蛋白质含量较高。主要是因为太阳光通过有色薄膜时，被选择透过和吸收，这样薄膜内的光质因薄膜颜色不同而发生变化。如浅蓝色薄膜可以大量透过光合作用所需的380-490纳米的光（透过率60%以上），因而有利于植物的光合和代谢过程。,2.1.2 光强的变化及其对生物的影响2.1.2.1 光强的变化光强随纬度的增加而逐渐减弱：如在低纬度的热带荒漠地区，年光照强度为200大卡以上；而在高纬度的北极地区，年光照强度=70大卡光强随海拔的增加而增强：如在海拔1000米可获得全部入射日光能的70%，而在海平面却只能获得50%。,山的坡向、坡度影响光照强度： 坡向：在北半球的温带地区，山的南坡接受的光照强度平地北坡。 坡度：随着纬度的增加，在南坡上获得最大年光照量的坡度也随之增大，但在北坡无论什么纬度都是坡度越小光强越大四季变化：夏季最大，冬季最小。一天变化：中午最大，早晚最小。在一个生态系统内部也有变化：自上而下逐渐减弱。在水生生态系统中，光照强度将随水深的增加而迅速递减。,2.1.2.2.光强对生物的影响,（1）光强对植物生长发育有重要作用光强对植物种子发芽、细胞增长和分化、体积的增大和重量的增加有重要作用；光还促进组织和器官的分化，制约器官的生长发育速度。光强对植物的形态建成和生殖器官的发育影响很大。植物的光合器官叶绿素必须在一定光强下才能形成，在黑暗条件下，植物就会出现“黄化现象”。,在植物完成光周期诱导和花芽开始分化的基础上，光照时间越长，强度越大，形成的有机物越多，有利于花的发育。光强还有利于果实的成熟，对果实的品质也有良好的作用。,光饱和点：在一定范围内，光合作用的效率与光强成正比，但是到达一定强度，若继续增加光强，光合作用效率不仅不会提高，反而下降，这点称为光饱和点。 光补偿点：当光合作用合成的有机物刚好与呼吸作用的消耗相等时的光照强度称为光补偿点。 光合作用：是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧的过程。,几个重要概念,2.1.2.3 光强与植物的适应,不同植物对光强的反应是不一样的，根据植物对光强的适应可分为以下生态类型：（1）阳性植物 阳性植物对光强要求比较迫切，只有在足够强的光照条件下才能正常生长，其光饱和点、光补偿点都较高，光合作用速率和呼吸速率也都比较高。如蒲公英、桦树、栎等。,（2）阴性植物 阴性植物对光强的需求较阳性植物低，光饱和点和光补偿点都较低。其光合速率和呼吸速率都较低。如人参、三七、红豆杉等。,（3）中性（耐阴）植物 中性植物对光照具有较强的适应能力，对光强的需求介于上述两类植物之间，最适在完全的光照下生长，但也能忍耐适度的荫蔽或在生育期间需要较轻度的遮荫。如党参、沙参等。,树种的耐阴性受哪些因素的影响？1.年龄：幼苗阶段耐阴性较强，随年龄增加耐阴性逐渐减弱；2. 气候：在温暖湿润地区树木的耐阴能力比较强，而在干旱贫瘠和寒冷条件下趋向喜光；3.土壤：生长在湿润肥沃土壤上的耐阴性较强，干旱贫瘠上的耐阴性较差。,阴生叶和阳生叶,阳生叶与阴生叶,阳生叶 阴生叶叶片 厚而小 薄而大叶面积/体积 小 大角质层 较厚 较薄叶脉 密 疏气孔分布 较密但开放时间短 较稀但经常开放叶绿素 较多 较少生理 蒸腾、呼吸均较高 均较低,喜光植物与阴性植物在形态结构、生理特性、个体发育等方面有明显区别,2.1.2.4 光照时间与植物的适应,光照时间（日照长度）的变化规律 日照长度：指白昼的持续时数或太阳的可照时数。季节：北半球从春分秋分：昼长夜短，夏至昼最长；纬度:纬度越高夏半年昼越长、冬半年昼越短赤道附近：终年昼夜平分；在两极地区则半年是白天，半年是黑夜,2.日照长度对植物的影响 1）日照的长度影响植物的开花时间； 2）日照的长短对植物的营养生长和休眠有重要的作用；延长光照时数会促进植物的生长或延长生长期，缩短光照时数则会促使植物进入休眠或缩短生长期；短日照促进植物休眠的原因是促进了脱落酸含量的增加。,3. 植物对日照长度的适应1）光周期现象：指植物对自然界昼夜长短规律性变化的反应。 产生原因：地球的公转与自转，带来了地球上日照长短的周期性变化，长期生活在昼夜规律变化环境中的植物，借助于自然选择和进化形成了各类植物的生长发育所特有的对日照长度变化的反应方式。2）根据对日照长度的反应类型可把植物分为长日照植物、短日照植物、中日照植物和中间型植物。,长日照植物：是指在日照时间长于一定数值（一般14小时以上日照）才能开花的植物，如冬小麦、大麦、油菜及甜菜等。而且光照时间越长，开花越早。 短日照植物：是日照时间短于一定数值（一般14小时以上的黑暗）才能开花的植物，通常早春或深秋开花。如牵牛花、水稻、烟草等。中日照植物：开花要求昼夜长短比例接近相等（12小时左右），如甘蔗等。 中间型植物：是在任何日照条件下都能开花的植物，如番茄、黄瓜和辣椒等。,短日照植物 长日照植物,临界日长,临界暗期,短暂暗期,闪光照射,开花,开花,不开花,开花,不开花,不开花,开花,不开花,光周期与植物的地理分布,短日照植物大多数原产地是日照时间短的热带、亚热带，通常早春或深秋开花，低纬度起源的一些植物，具有短日植物特性，在日长逐渐变短的秋天开花，有利于充分利用低纬度较长的温暖时期；长日照植物大多数原产于温带和寒带，在生长发育旺盛的夏季，一昼夜中的光照时间长。植物如不能在低温、霜冻到来之前形成种子，就不能繁殖后代。,光周期在园林植物中的应用,1）引种纬度相近地区引种易成功；短日照植物北移因生长季日照延长，长日照植物南移因生长季日照缩短，都有延迟发育的作用；反之，短日照植物南移，或长日照植物北移有促进发育的作用。2）利用光周期现象进行人工调节花期。 遮光处理,2.2 光质对园林植物的影响,2.2.1 光质对园林植物光合色素光合色素植物的色素：叶绿素，类胡萝卜素，花青素和花黄素（又称黄酮类色素），醌类色素，其他色素类（如靛蓝）。光合色素：在光合作用中参与吸收、传递光能或引起原初光化学反应的色素，包括叶绿素、反应中心色素和辅助色素，即叶绿素a/b/c,类胡萝卜素(包括胡萝卜素和叶黄素) 和藻胆素(藻红素和藻蓝素).,2. 光质对光合色素的影响光照可以影响光合作用，从而影响糖等有机物的形成。光照通过一定的机制调节花青素合成的有关酶的活性，从而导致花青素的含量，影响植物叶子的颜色。光照不是影响彩叶的唯一因素，还有温度、土壤、肥料等有关。,植物种类不同、同一植物不同发育时期以及不同组织或器官对同一种光质的反应不尽相同。叶绿素是植物进行光合作用的物质基础，其含量的高低直接影响叶片的光合速率。总叶绿素在蓝光下含量最高；其次是白光和红光。,植物叶子变色的原因：正常的叶子总是呈绿色。秋天，因低温、紫外线强烈等外界因素和叶片衰老等内部因素，叶绿素的合成速度低于分解的速度，叶绿素含量相对减少，而类胡萝卜素分子比较稳定，所以叶片逐渐呈现类胡萝卜素的颜色黄色。至于红叶，是因为秋天降温，体内积累较多的糖分以适应寒冷，体内可溶性糖多了，就形成了较多的花色素，同时秋天叶子内的pH值改变，叶内呈现酸性，使花色素表现出红色。,2.2.2 光质与营养生长和光合生理光质影响植物的营养生长，但不同物种或同一物种的不同时期受影响的程度可能不同； 青蓝紫光对植物的加长生长有抑制作用，对幼芽的形成和细胞的分化均有重要作用，它们还能抑制植物体内某些生长激素的形成因而抑制了茎的伸长，并产生向光性。可见光中的红光和不可见的红外线都能促进茎的加长生长和促进种子及孢子的萌发。,光质对光合生理的影响 对植物的光合作用而言，以红光的作用最大，其次是蓝紫光；红光又有助于叶绿素的形成，促进碳水化合物的合成，蓝光则有助于有机酸和蛋白质的合成。而绿光及黄光则大多被叶子所反射或透过而很少被利用。,2.2.3 光质与愈伤组织形成及器官分化 愈伤组织诱导：用外界条件刺激外植体组织，以改变其原有代谢方式，加强其合成代谢活动，迅速进行蛋自质和核酸物质的合成，开始为细胞分裂作准备。植物的组织培养中，从一块外植体形成典型的愈伤组织，大致要经历三个时期：启动期、分裂期和形成期。,启动期指细胞准备进行分裂的时期。分裂期是指外植体细胞经过诱导以后脱分化，不断分裂、增生子细胞的过程。分裂期愈伤组织的特点是：细胞分裂快，结构疏松，颜色浅而透明。分化期是指在分裂的末期，细胞内开始出现一系列形态和生理上的变化，从而使愈伤组织内产生不同形态和功能的细胞。这些细胞类型有薄壁细胞、分生细胞、色素细胞、纤维细胞等。,植物细胞的全能性（Totipotency）,定义：1902年由Haberlandt提出，即植物体细胞在适当的条件下，具有不断分裂和繁殖、发育成完整植株的能力。 20世纪80年代，每一个植物细胞具有该植物的全部遗传信息，在适当条件下可表达出该细胞的所有遗传信息，分化出植物有机体所有不同类型细胞，形成不同类型的器官甚至胚状体，直至形成完整再生植株。,细胞全能性的相对性:细胞全能性并不意味着任何细胞均可以直接产生植物;动植细胞全能性的表现程度存在明显的差异：第一类是始终保持分裂能力,如茎尖、根尖及形成层细胞；第二类是永久失去分裂能力的终端分化细胞，如筛管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞；第三类是在通常情况下不分裂，但在受到外界刺激后可重新启动分裂的细胞。如表皮细胞及各种薄壁细胞。,光质对不同植物愈伤组织的启动影响不同；光质对不同器官分化的快慢不同；光质对不同器官的诱导率不同；,二、光强和光合有效辐射光强的作用光照强度影响种子的萌发：大多数种子在光下和黑暗中都能萌发，但有些花卉种子还需要一定的光照刺激才能萌发，称喜光种子，如毛地黄，非洲凤仙等。有的花卉种子在光照下萌发受抑制，在黑暗中易萌发，称嫌光种子，如黑种草。光照强度影响植物的营养生长和形态建成：花卉在暗处生长，幼苗形态不正常，表现出黄化现象；光线过弱，不能满足其光合作用的需要，营养器官发育不良。光照强度影响花卉的花蕾开放：光照强度影响花色：光照对花青素形成有重要影响，花青素在强光、直射光下易形成，而弱光、散射光下不易形成。影响园林植物的分布。,2.光合有效辐射太阳辐射光谱中可被绿色植物的质体色素吸收、转化并用于合成有机物质的400700nm波段的辐射能。光合有效辐射变化规律：一般早晚低，正午前后高而稳定；夏季高，冬季低；对不同植物来说，光合有效辐射可能范围不同。,光合有效辐射在一定的增长范围内光合作用增强，但是当光合有效辐射继续增强，光合作用不升反降； 植物光合作用的 “午休”现象：讨论：午休现象的原因？,第三节 光在园林植物实践中的应用,1.通过调节光照来控制花期以满足造景需要；如，一品红、菊花2.通过对各种树种及草本植物耐荫幅度的了解，在顺应自然的基础上，科学地配植，组成既美观又稳定的人工群落；如，杜鹃在进行配置与造景时，宜植于林缘、孤立树的树冠正投影边缘或上层乔木枝下高较高、枝叶稀疏、密度不大的地方；山茶花配植于白玉兰树下，则花、叶均茂，早春红、白花朵相继而开；但广玉兰树下不适宜配植山茶花。,？,课后思考题：1. 任选校园某一处，观察植物配置，并拍照讲述配置的原理（植物的特性及对环境条件的要求）；2. 观察校园内玉兰的种类，及各种类展叶、开花的时间及花叶的特点。,第四节 城市的光环境,一、城市光照特点到达城市地面的太阳直射辐射减少，散射增多，而且愈近市区中心，这种辐射量的变化愈大；城市内部太阳辐射很不均匀，受建筑物的高低、方向、大小及街道宽窄和方向及观测点纬度和季节的影响；照明光源多，往往造成光污染。,二、城市光污染光污染：指环境中现代城市建筑和夜间照明等产生的溢散光、反射光和眩光等光辐射超过生物正常生命活动所能承受的范围，对人和其他生物造成干扰或负面影响的现象。光污染的类型人造白昼污染：地面照明的人工光在尘埃、水蒸气或其他悬浮粒子的反射或散射作用下进入大气层导致城市上空天空亮度增加；,白亮污染：强烈的人工光或太阳光和人工光被玻璃幕墙等反射或聚焦，使人产生炫昏的光；彩光污染：各种荧光灯、霓虹灯、黑光灯和灯箱广告灯所产生的各种彩色光。,本章小结,掌握：生理有效辐射；光周期现象；树种的耐阴性受哪些因素的影响？理解：植物对光强的适应生态类型；植物对日照长度的反应类型；光质对园林植物的作用、光强对园林植物的作用；阳生叶与阴生叶、喜光植物与阴性植物在形态结构、生理特性、个体发育等方面有明显区别；光周期在园林植物中的应用；了解：光质、光强及光照时间的变化规律；群落内部光照特点；城市光照特点及光污染,作业：名词解释 生理有效辐射；光周期现象；2. 问答题（1）光质对园林植物有什么样的影响？（2）光强对园林植物有什么样的影响？（3）光周期在园林植物中有什么样的应用？,
