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C3和C4植物光合效率对比 * 小结 系统模拟的基本概念：系统、模型与模拟；状态、速率和驱动变量 作物模型的主要组成：光合作用、生长发育、干物质形成与分配、叶面积动态、作物蒸散等 作物生长的影响因子与产量水平：决定因素-潜在产量；限制因素-限制产量；减产因素-实际产量 作物生长率：光合作用、CO2同化量；呼吸作用、呼吸消耗量；净光合率（生长率） * 思考题 举例说明什么是状态、速率和驱动变量。 简要说明影响作物生长的因素。 简要说明各产量水平的主要影响因子。 一般来讲，C3作物的净光合效率（生长率）要低于C4作物，豆类作物要低于谷类作物，为什么？ 提高大气中CO2的浓度可提高作物的光合效率，简要说明原因。 简要说明计算净光合率（生长率）的步骤。 * 谢 谢！ * 作物性状 作物生理性状：如CO2的同化能力、生育期长度、收获指数、叶面积指数，等等； 作物类型：C3和C4作物（见下表）；谷类作物、根茎作物、豆科作物、油料作物。 作物 类型 主要作物 CO2补偿点 光呼吸（% CO2同化量） 最大单叶光合能力 （kg CO2 ha-1 h-1） C3作物 小麦、土豆、水稻、油菜、大豆 50 ppm 20 - 40 40（20-50） C4作物 玉米、谷子、甘蔗 10 ppm 无 70（50-80） * 光照 光照：光和作用的能量来源，形成叶绿素的必要条件；影响光和作用的重要因素 光强-光合曲线：光补偿点、光饱和点 一般来说，光补偿点高的植物其光饱和点也高：草本木本植物；C4C3植物；阳生阴生植物 * 有效光强 光合速率 光强对作物光合量的影响 * CO2：光合作用的主要原料 CO2光合曲线：CO2补偿点和饱和点 * CO2浓度 C4植物的CO2补偿点和饱和点均低于C3植物 增加CO2浓度可提高植物的光合能力，尤其对C3植物效果明显 CO2浓度增加，气孔导度下降，蒸腾速率降低，植物的水分利用效率提高 光合速率 C3作物 C4作物 * CO2的供应与光合速率 re rs ri rm 大气 ? 气孔 ? 叶肉细胞间隙 ? 叶肉细胞原生质 ? 叶绿体基质 用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，ca和cc分别为大气和叶绿体基质中CO2浓度，k为系数，则CO2的流通速率P（光合速率）可表示为： * 温度 三基点温度：低温导致叶绿体结构破坏和酶的钝化，影响光合作用；高温下光呼吸和暗呼吸加强，净光合速率下降 表3 小麦、玉米三基点温度 ? 最低温度 最适温度 最高温度 小麦 3 – 5 oC 20 – 22 oC 30 – 32 oC 玉米 8 – 10 oC 30 – 32 oC 40 – 44 oC * 温度影响光合速率和生育期长度 出苗到开花期日数 净光合率 C3作物 C4作物 * 对作物生长的影响符合Liebig的最大限制因素法则，即作物产量决定于水肥等生长要素亏缺最重的一个。 作物产量的限制因素：水、养分 * 作物产量的限制因素：水 水分是光合作用的主要原料之一和植物体的主要成分（70-90%）。缺水使： 气孔导度下降，导致进入叶肉内的CO2减少，光合速率降低 光合产物输出变慢?在叶片中积累?光合作用产生反馈抑制 光合机构受损?光合速率下降 叶片死亡?光合面积减少 湿度：在一般自然条件下，湿度对光合的影响并不明显。空气饱和水汽压差越大，大气蒸发力越强，引起叶片失水，气孔关闭，CO2供应不畅而导致光合速率下降。 * 作物产量的限制因素：养分 养分是植物细胞结构物质的组成成分 氮：蛋白质的主要成分（16-18%）；氮过多不利于同化物向子粒分配，缺氮则引起叶功能早衰 磷：促进光合作用和有机物的运输，促进蔗糖合成 钾：促进糖分转变成淀粉；有利于有机物运输 植物体除了已构成细胞壁的物质外，其他物质都可以被转移到其他组织或器官中去。当叶片衰老时，大部分的糖和NPK都要就近转移到新生器官。如小麦叶片衰老时，85%的氮、90%的磷要转移到穗部。 * 病虫害：降低作物叶片的光合能力 杂草：与作物竞争光、热、水和养分 污染物：重金属；SO2，氮氧化物（NO2, NO）等，进入叶肉组织，很容易被吸收，破坏叶绿体 作物生长的减产因素 * 作物生长条件与产量水平 1）潜在生长条件 — 潜在产量 水分、养分充分供应，无病虫害、杂草危害； 作物生长和产量仅决定于太阳辐射、温度和作物性状 2）限制生长条件 — 可获得（限制）产量 除上述因子外，在作物生长季节至少部分阶段出现缺水；或作物生长受