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粮食危机严重地影响人类的生存和发展，是当今世界面临的重大问题之一。而我国可耕地面积只有世界总量的7%，却要养活世界人口的22%。如何解决十多亿人口的吃饭问题，是我国面临各种问题的重中之重！耕地面积不可能增加，如何解决13亿多人口的吃饭问题？答案只有一个，那就是提高单位面积的粮食产量！也就是说，提高作物光合作用的效率是解决我国13亿人口吃饭问题的唯一出路！光合作用是叶绿体内进行的一个复杂的能量转换与物质变化过程。从能量方面看，光合作用将光能转化为化学能；从物质方面看，光合作用将水和二氧化碳转化成糖类等贮存了能量的有机物并释放出氧气。要提高农作物的光合作用效率，提高产量就必须对光合作用中能量转换和物质变化进行深入的分析研究。一、光能在叶绿体中的转换光能在叶绿体中的转换分为三个步骤：㈠光能转化为电能㈡电能转化为活跃的化学能㈢活跃的化学能转化为稳定的化学能。光能转化为电能及电能转化为跃的化学能属于光合作用的光反应阶段，活跃的化学能转化为稳定的化学能属于光合作用的暗反应阶段。㈠光能转化为电能叶绿体内类囊体薄膜上的四种色素可分类两类：绝大多数的叶绿素a和全部叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素是吸收光能的色素；(B色素)少数处于特殊状态的叶绿素a(A色素)是将光能转化为电能的色素。当光能被色素吸收并传递给特殊的叶绿素ａ后，这种转化就开始了。H2OＣ物质处于特殊状态下的叶绿素аＤ物质2eNADP+2e光能H++O2NADPHADP+PiATP2e2e光能H++O2NADPHADP+PiATP㈡光能转化为活跃的化学能光能被色素吸收并传递给特殊的叶绿素a，这些叶绿素a被激发，失去一对电子。这一对电子经一系列物质(D物质)的传递,最后传递到NADP+(辅酶Ⅱ),得到一对电子的NADP+从溶液中得到一个H+成为NADH(还原型辅酶Ⅱ)。失去一对电子的叶绿素a具有强氧化性。从水分子中夺取电子恢复到初始状态。水则分解为O2和H+。在光下，通过叶绿素a源源不断地失去电子和夺取电子，形成连续的电子流(电流),光能转化成了电能。水和NADP+则不断地转化为NADPH和O2。㈡光能转化为活跃的化学能光能转化为电能的同时，得到电子的NADP+还原成为NADPH，ADP与Pi合成ATP，将电能转化为活跃的化学能贮存起来。NADP++2e+H+NADPHADP+PiATP酶酶H2OＣ物质处于特殊状态下的叶绿素аＤ物质2eNADP+2e光能H++O2NADPHADP+PiATP㈡光能转化为活跃的化学能H2OＣ物质处于特殊状态下的叶绿素аＤ物质2eNADP+2e光能H++O2NADPHADP+PiATP2e2e光能H++O2NADPHADP+PiATP㈡光能转化为活跃的化学能㈢活跃化学能转化为稳定化学能在叶绿体基质中，CO2与基质中的C5结合形成C3，在有关酶的催化下，接受ATP和NADPH释放的能量并被NADPH还原，形成糖类等富含能量的有机物，将活跃的化学能转化为稳定的化学能贮存在有机物中。二、C３途径和C４途径C3植物叶片结构C4植物叶片结构水稻、小麦等大多数植物在暗反应中，一个CO2被一个C5固定后形成两个C3化学物，因此叫C3植物。甘蔗、玉米等少数植物在暗反应中，一个CO2首先被一个磷酸丙酮酸固定形成C4化学物，然后C4化合物分解出CO2再与C5结合形成两个C3化合物，因此叫C4植物。CO2CO2C4植物在暗反应中，一个CO2首先被一个磷酸丙酮酸（PEP）固定形成C4化学物，然后C4化合物分解出CO2再与C5化合物结合形成两个C3化合物，最后以与C3植物同样的过程进行暗反应。C4植物先利用PEP与CO2结合成C4化合物，然后C4化合物再分解将CO2释放出来。这一变化有什么意义呢？原来，PEP与CO2有很高的亲和力，它可以将大气中浓度很低的CO2固定下来，再集中到叶绿体中供暗反应利用。使植物具有更高的利用CO2进行光合作用的能力，提高了生物的适应性。三、提高农作物的光合作用效率要提高农作物的产量就必须提高它们的光合作用效率。分析植物光合作用的过程可知这与光照强度、CO2的浓度、叶片中叶绿体和叶绿素含量、酶的数量和活性等因素都有关。㈠光照强度与色谱──光合作用的能源；㈡CO2的供应──光合作用的原料之一；㈢必需矿质元素的供应──影响色素及有关酶的合成；㈣温度──影响酶的的活性。㈠光照强度与色谱光照是光合作用的能源。不同类型的作物需要不同的光照强度。水稻、玉米等作物需要强光照才能生长发育良好，属于阳生植物。胡椒、人参等作物需要弱光照才能生长发育良好，属于阴生植物。红光区蓝紫光区㈠光照强度与色谱不同颜色的光照也会影响光合作用的效率。只有能被叶绿体吸收的光才能为植物的光合作用后利用。上图中的小点为好氧性的细菌。用不同颜色的光照射水绵，细菌向红光区和蓝紫光区集中。想一想，这是为什么？㈡CO2的供应叶片周围的CO2浓度通常都很低，适当提高CO2浓度可以提高光合作用效率，有利增产。大田中提高CO2浓度的有效方法是合理密植和增施有机肥料。温室中则可以人工施放CO2。CO2既是光合作用的原料，又是呼吸作用的产物。适当提高环境中CO2的浓度能提高光合作用强度，有利增产。但CO2浓度过高时又会使光合作用强度下降。想一想，这是为什么？CO2浓度光合作用强度㈢必需矿质元素的供应光合作用不但需要光、CO2和水，还需要叶绿素吸收光，需要酶催化，需要ATP和NADP+等。植物合成这些物质都需要矿质元素。植物必需的矿质元素不足或比例不合理，都会影响光合作用的效率。缺氮的作物缺钾的作物缺磷的作物㈣温度光合作用是一系列的化学反应，需要由酶来催化。温度过高或过低都不利于酶的催化作用，影响光合作用效率的提高。光合作用与呼吸作用构成矛盾的两个方面，后者过强会大量消耗前者合成的有机物，降低光合作用的效率。白天较高的温度有利于光合作用的进行；夜间植物不进行光合作用，适当的低温能减少有机物的消耗，有利于光合作用效率的提高。