光合作用与农业论文综述

光合作用与农业论文综述摘要：光合作用被誉为是地球上最重要的化学反应,没有光合作用就不可能有人类社会的产生和发展。我国是一个农业大国、粮食问题始终是我国的首要问题。我国人均耕地少，因此提高农业粮食单产是关键。光合作用是作物产量形成的物质基础，所以光合作用对农业生产和粮食产量有着十分重要的意义。本文考察了光合作用与农业生产以及粮食产量的相关论文并做了综述，讨论归纳了光合作用与农业生产的关系以及如何充分利用太阳能进行光合作用、如何提高光合作用效率的问题，总结概述了光合作用在农业生产上的应用。关键词：光合作用；农业生产；综述光合作用被诺贝尔奖基金委员会评价为“地球上最重要的化学反应”，它也是地球上一切生命生存和发展的基础。植物通过光合作用制造的有机物,可供地球上所有异养生物之用。作为人类的粮食、油料、蔬菜、水果等,以及作为家畜饲料的有机物均是植物的光合产物。此外,人类生活所需的木材、纤维、棉、麻、橡胶以及糖等也是植物的光合产物。由此可见,光合作用与人类的生活,特别是与农业生产具有密切的关系。可以说,光合作用是农业生产的基础,农作物的产量和质量均取决于光合作用的状况。一、光合作用与农业生产的关系（一）、光合作用过程及其运转的调控要通过探讨光合作用分子机理来提高农业生产中的光合作用效率,就必须要对光合作用各过程加以分析并有所了解。光合作用过程非常复杂,至今仍有不少奥秘尚未揭开。概括地说,它大致可以分为原初反应、同化力形成和碳同化三大步骤(许大全2002)。原初反应包括光合色素吸收光能后将它传递到反应中心,引起光化学反应,产生电荷分离。如果光化学反应后面的暗反应来不及利用传来的能量,这时多余的光能就会对光合机构造成破坏。不过,在光合机构中存在着可将这些多余的能量以热耗散或无害化处理的一些途径,可减少或避免这些损坏,人们也正在努力探究。有关作物如何适应强光的问题,许大全(2002)在其专著《光合作用效率》中对这方面也有较多论述。碳同化包括许多酶反应,有的处于叶绿体内的间质中,有的处于叶绿体外的细胞质内,它们之间有复杂的调节联系,这与产物的转化或输出有关(武维华2003)。人们认为,在一般条件下,大气中的CO2浓度不能满足光合碳同化的需要,因而常是自然条件下进行光合作用的主要限制因素(刘贤德和沈允钢2005)。（二）、作物光能利用率与光合作用效率提高光能利用率就是通过植物光合作用将照射到单位土地面积上的太阳能尽可能多地用于把环境中的无机物同化成植物体中的有机物。计算这些有机物中所含的能量占此时期内照射到有关土地面积上的太阳能的比例,即为该土地面积上植物的光能利用率(赵育民等2007)。20世纪60年代初,殷宏章先生到农村调研后,对如何提高作物群体光能利用作了系统分析,可以说是很有意义的科技创新(殷宏章等1959)。光合作用效率一般是指太阳能直接照到植物绿色器官上进行光合作用的效率。人们常引用Hall和Rao(1987)所著的《光合作用》一书,认为太阳辐射能中约有53%是波长400~700nm可用于光合作用的,但其中的30%不能被叶绿体吸收而损失掉(只剩37%);能被叶绿体吸收的又由于400~700nm的光均被当作含能量较低的700nm来利用,因而又损失掉24%的能量(只剩28%);在光合作用反应中,利用激发能同化二氧化碳成葡萄糖的过程中在机理上必然有68%的能量损失,因此只剩下9%成化学能留在光合产物碳水化合物中。由于植物中存在暗呼吸和光呼吸,它们会消耗掉35%~45%的有机物的能量,因而最后净光合作用效率只有5%。人们一般将5%当作光合作用效率的理论值。要提高光合作用效率就得设法改善作物的光合作用,使实际光合作用效率更接近理论值。（三）、农业发展动向进入21世纪,沈允钢(2001)曾应邀写过一篇综述,认为农业将扩展成绿色植物产业,因而高光效将更受重视。当前世界上出现的不少问题与农业有密切的关系,其中以能源问题最为突出。工业革命以来,社会发展是以消耗化石燃料(煤、石油、天然气等)作为主要能源。随着物质文明的扩展与延伸,化石能源消耗越来越严重,因而逐渐考虑开发利用可再生能源;其中依靠当代光合作用形成的生物质作能源规模巨大,价格低廉,受到高度重视(倪维斗2008)。美国正在大量利用玉米等粮食发酵成乙醇等作为燃料,这已引起国际市场上粮价暴涨(刘瑾和邬建国2008),好在我国重视农业生产,粮食基本自给,因此社会经济没有受到影响。可是我国人口还要增加,至21世纪中叶才能稳定,所以加强科学研究,努力提高单位耕地面积上作物的光能利用率和光合作用效率非常重要。关于能源作物的栽培,我国强调利用可开垦的荒地等,不得占用粮田。这就扩展了农业的光能利用的范围,促使人们从多方面开展研究。有人已在考虑利用高粱来生产生物燃料,因为高粱耐瘠,易于在荒地上生长,而且它是四碳植物,其光合作用利用强光的能力较高(郭平银等2007)。二、如何利用光合作用的原理来提高作物产量和质量根据对相关论文的综合概述，可以将利用光合作用原理来提高作物产量和质量的主要方式总结成以下几点。（一）、延长光合作用的时间和增加光合作用的面积延长单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间,是合理利用光能的一项重要措施。延长光合作用时间的措施有:一是提高复种指数,它是指全年内农作物的收获面积与耕地面积之比,提高复种指数就是增加收获面积,延长单位土地面积上作物的光合时间,提高复种指数的措施有轮作、间作和套种等;二是延长作物的生育期。光合作用面积指植物的绿色面积,主要是叶面积。合理密植是增加光合作用面积的一项重要措施，它能充分提高作物的光能利用率。在进行作物栽培时,合理的密度就会有较适合的光合作用面积,充分利用日光能和地力。种植密度过稀,个体发展较好,但群体得不到充分发展,光能就得不到充分利用;种植密度过大,植株相互遮挡,特别是下层叶子得不到充足的阳光,植物也不能够茁壮地生长。此外,增加光合作用面积还可以通过改变植物的株型。研究发现,高产优质的品种株型都具有共同特点,即矮杆、叶直而厚小,分蘖密集。（二）、增加CO2的浓度,保证光合作用原料的供应二氧化碳是光合作用的主要原料之一,参与暗反应阶段的生物化学反应。在一定范围内,随着CO2含量的提高,光合作用逐渐增强,当CO2含量提高到一定程度时,光合作用的强度不再随着CO2含量的提高而增强。然而,农作物周围空气中CO2浓度往往比较低,不能满足作物生长的需要,农作物经常处于“CO2饥饿状态”。因此,经常保证农作物CO2供应,是提高农作物产量的重要措施。那么,如何才能保证农作物CO2的供应呢?主要有三个措施:一是要合理密植,因地制宜选好行向,确保通风良好；二是增施有机肥料,使土壤微生物的数量增多、活动能力加强,分解有机物,放出CO2；三是深施碳酸氢铵肥料,这种肥料含有约50%的CO2。（三）、改善光照条件,提高作物的产量和品质光照是影响光合作用的主要因素之一,它是光合作用的原动力。光照对光合作用的影响表现在3个方面:①光照强度;②光质;③光照时间。光照时间在前文已经讨论过，这里主要说明光照强度和光质对光合作用的影响。在其他条件都适宜的情况下,在一定范围内,光合作用强度随光照强度提高而加强。当光照强度达到一定数值后,光照强度再提高而光合作用强度不再加快,这种现象称为光饱和现象。开始达到光饱和现象时的光照强度称为光饱和点。在光饱和点以下,随着光照强度减弱,光合作用强度也减弱,当光照强度减弱到一定程度时,光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量处于动态平衡,这时的光照强度称为光补偿点,此时,植物制造的有机物量和消耗的有机物量相等,不能积累干物质,而夜间还要消耗干物质。因此,从全天来看,植物所需的最低光照强度,必须高于光补偿点,才能使植物正常生长。光质不同也影响植物的光合作用强度。一般来说,在红、橙光下,光合作用强度最大,蓝、紫光次之,绿光最差。光质不仅会影响光合作用强度,还影响光合作用的产物,和作物的品质有直接关系。例如,红光能提高作物的含糖量,蓝光能增加作物的蛋白质含量。对于黄瓜来说,蓝光下其维生素C的含量会显著提高。（四）、降低光呼吸,提高作物的光合效率光呼吸是植物绿色组织在光下吸收氧气和释放二氧化碳的过程,其底物是乙醇酸。光呼吸是一个消耗有机物的过程,一般认为光呼吸对作物的生长是不利的。根据相关文献了解到葡萄的光呼吸几乎消耗光合产物的40%～50%。尤其在夏季,光呼吸作用因温度提高而急剧增强,从而严重影响光合产物的积累,影响葡萄的品质。（五）、应用植物生长调节物质,提高光合作用强度1977年美国农业部水果蔬菜化学研究所研究员哈利首先发现并研制了DCPTA,其化学名称为2-(3,4-二氯苯氧基)-乙基-二乙胺,在我国也称为增产胺、颗粒丰。据报道,DCPTA可使豆类增产50%,甜菜增产60%,可使人参长得像香蕉一样粗大,具有很大的增产潜力。其作用机理主要是能提高光合作用强度,增加植物对CO2的吸收和利用,因而,能提高作物的产量和改善作物的品质。（六）、合理施肥,保证植物矿质元素的供应合理施肥就是指根据植物的需肥规律,适时地、适量地施肥,以便使植物体茁壮生长,并且获得少肥高效的效果。施肥的目的主要是为作物的生长提供必需的矿质元素。现在发现植物生长必需的矿质元素有14种,其中有很多种元素和光合作用都有密切的关系,例如Mg是合成叶绿素的原料,Fe参与叶绿素的合成,N是光合作用酶、ATP、NADP+的成分。由此可见,保证植物矿质元素的供应,是植物光合作用正常进行的必要条件。三、光合作用在农业生产上的应用彭子模等（2000）在论文中在八大方面对植物的光合作用在农业生产上的应用进行了概述:扩大间作套种面积,提高单位面积产量；增施二氧化碳“气肥”以增加光合作用原料；延长光合作用时间以增加光合产物积累；培育高光效作物品种以减少呼吸消耗；选育有利于光合作用进行的株型以充分利用光能制造光合产物；避免或减轻农作物“午休”期间的影响；合理应用生长调节物质；利用不同色光改善光合产物品质。四、结语通过对光合作用与农业生产的关系的论文综述，发现光合作用与作物产量之间的关系是十分复杂的，仍然需要科技工作者继续进行系统地研究。除了在理论上进行多学科交叉研究外，在观察和研究方法上也要不断改进，特别是要为农学等学科提供一些有效的技术，测定具有高光效率的新品种以及杂交时亲本光合特性的技术，帮助人们充分了解怎样才能使作物光合效率提高，有利于提高粮食产量以及农业生产上的合理应用。参考文献：[1]潘瑞炽.植物生理学[M].高等教育出版社,2007.[2]胡四新.光合作用与农业生产[J].中学生物学.2006(09).[3]杨国胜,潘盛铭,蒲昭能.南方旱作农业多熟间套农艺技术[J].农业科技通讯.1998(05).[4]陈逢岩,任守静.光的波长对光合作用的影响[J].北京农学院学报.1996(01).[5]沈允钢,程建峰.加强植物生命科学研究推进现代农业发展进程[J].农业工程.2011(01).[6]沈允钢(2001).二十一世纪的绿色植物产业展望.国际技术经济研究,4(1):1~9.[7]沈允钢,魏家绵(2003).光合磷酸化.匡廷云主编.光合作用原初光能转化过程的原理与调控.南京:江苏科技出版社,358~370.