課件：藥用植物與光.ppt

第二章,第二節(jié) 光與藥用植物生態(tài),一、光照強度 二、光質(zhì) 三、光周期,一、光強對藥用植物的生態(tài)作用,（一）植物對光能的利用,光合作用：綠色植物吸收陽光的能量，同化二氧化碳和水，制造有機物并釋放氧氣的過程。,根據(jù)碳同化過程中最初產(chǎn)物所含碳原子的數(shù)目以及碳代謝的特點，將碳同化途徑分為三類： C3途徑（戊糖磷酸途徑、卡爾文循環(huán)） C4途徑（二羧酸途徑） CAM途徑（景天科酸代謝途徑）,（二）光照強度對藥用植物的生態(tài)作用,1、光照與植物的黃化現(xiàn)象 植物組織中的葉綠素必須在一定光強條件下才能形成，如果光強不足，不能形成葉綠素，但能形成胡蘿卜素和葉黃素。 黃化植物：葉片小，莖細長軟弱，節(jié)間伸長，莖表面呈淡黃色。細胞壁薄，機械組織和維管束分化差，其植株柔嫩多汁。 植物種植過密，株間郁閉，會造成莖桿纖細，節(jié)間過長，易倒伏。,2、光補償點、光飽和點與植物的生態(tài)類型 光飽和現(xiàn)象：光合作用隨光強增加而加強，當 光照增加到一定強度時，光合速率不再增加的現(xiàn)象。 光飽和點：剛剛達到光飽和現(xiàn)象時的光照強度。 光補償點：光合作用合成的有機物與呼吸作用消 耗的有機物相等時的光照強度。,不同植物的光補償點和飽和點都不同 C4植物：在自然光下不出現(xiàn)光飽和現(xiàn)象。 C3植物：光飽和點較低，甚至在強光下光合作 用的性能還會降低，如某些喬木的幼苗、生長在密林 下的草本等。,3、光強對植物繁殖的影響 （1）光強對花的影響 在完成光周期誘導和花芽開始分化的基礎上，光照時間越長，強度越大，形成的有機物越多，越有利于花的發(fā)育。 如：花期連續(xù)遇陰天，日照不足，花發(fā)育不良，數(shù)量減少。,（2） 光強對果實的影響：糖量、色澤、氣味,光照有利于果實成熟，增加甜味，提高產(chǎn)量。,光照可改善果實的品質(zhì),水果套袋：可以使果實著色均勻，袋內(nèi)溫度提高有利于糖的積累，同時可有效防治病蟲害。,水果的香味為酯類，形成酯類與光照等因 素有關。 光照影響植物體內(nèi)糖類的形成，生產(chǎn)的 糖在滿足呼吸作用需要尚有剩余時，糖類積累 進一步形成酯類物質(zhì)，從而產(chǎn)生了水果芳香。 如：菠蘿、蘋果的香味主要來源是乙酸乙酯。,（三）藥用植物對光照強度適應的生態(tài)類型,1、植物對光強度適應的生態(tài)類型 （1）陽性植物：對光要求比較高，只能在足 夠光照條件下才能正常生長，在蔭蔽和弱光條 件下生長發(fā)育不良的植物。 特點：陽性植物光補償點（5001000lx）和光飽和點(2000025000lx)比較高。 如：山地植物雪蓮花、紅景天、蒲公英等。 荒漠草原植物麻黃、甘草、肉蓯蓉等。,紅景天：地下塊根及根莖入藥，抗衰老,抗缺氧、抗疲勞,抗輻射,抗腫瘤、抗病毒,增強腦機能,改善心肌功能。,麻黃：發(fā)汗散寒，宣肺平喘，利水消腫。,（2）陰性植物：在相對較弱的光照條件下比 強光下生長發(fā)育健壯的植物。 特點：陰性植物光補償點（100lx）和飽和點（500010000lx）都較低。 如：人參、三七、黃連、天南星、連錢草等,連錢草：又名雷公根，清熱解毒，利濕消腫。,三七：以根、根狀莖入藥，止血化瘀、消腫止痛,（3）耐陰植物：對光照具有較廣適應能力， 對光照的需要處于陽性植物和陰性植物之間。 如：側柏、胡桃、桔梗、黨參、沙參、肉桂等。,黃精：以根莖入藥。具有補氣養(yǎng)陰，健脾，潤肺，益腎功能。,桔梗：根可用藥，宣肺利咽，祛痰排膿。用于咳嗽痰多，胸悶不暢，咽痛，音啞，肺癰吐膿，瘡瘍膿成不潰。,類短生植物：由于生長于林下，但本身對光 照強度有較高要求。在早春喬木未發(fā)葉時迅 速生長發(fā)育，開花結果，在喬木枝葉茂盛前 完成其生活史。如綿棗兒、頂冰花。,2、陽性植物和陰性植物的區(qū)別 （1）生長狀態(tài)的區(qū)別 （2）莖的區(qū)別 （3）葉形態(tài)的區(qū)別 （4）生理的區(qū)別,（1）生長狀態(tài)的區(qū)別 樹枝、葉、樹皮,（2）莖的區(qū)別 陽性植物 莖較粗，節(jié)間較短，分支多。 莖的細胞體積較小，細胞壁 厚，木質(zhì)部和機械組織發(fā)達， 維管束數(shù)目多。 陰性植物 莖細長，節(jié)間較長，分支較少。 細胞體積較大，細胞壁薄，木質(zhì) 化程度低，機械組織不發(fā)達，維 管束數(shù)目較少。,（3）葉形態(tài)的區(qū)別 陽性植物：葉片較小而較厚，表面角質(zhì)較厚。,細胞較小，細胞壁較厚，排列緊密，細胞間隙小，單位面積上的氣孔通常較密。葉肉細胞分化強烈，柵欄組織較發(fā)達，海綿組織不發(fā)達。,陰性植物與之相反,同一植物上著生于不同受光部位的葉片，形態(tài)結構也會表現(xiàn)出陽性葉和陰性葉的不同特征葉片的適光變態(tài)。 陽性植物葉常與直射光成一定的角度排列，而陰性植物葉片鑲嵌排列在同一平面上，以充分利用陽光。,菱：長在水面上的較寬大，且葉柄長短不同，不會互相重疊；長在水中的呈羽毛狀。,陽性植物：光補償點高，耐陰力弱，有較 強呼吸作用和蒸騰作用，細胞液濃度高，滲 透壓較高，抗高溫、干旱能力強。 陰性植物：光補償點和飽和點較低，呼吸 作用和蒸騰作用較弱，細胞液濃度低，滲透 壓低，抗高溫、干旱能力較弱。,（4）生理的區(qū)別,光強對植物生態(tài)的利用： 光生態(tài)是藥用植物的合理栽培、間作套種、引種馴化等的重要依據(jù)。 引種時考慮原產(chǎn)地和引種地之間光照條件的差異；植物不同年齡對光需求差異；種植時還應注意不同季節(jié)的光照強度。 如：栽培三七，必須要搭棚遮陰栽種；莖皮類藥物應適當密植，減少分枝，使莖粗大,（四）光強對藥用植物分布的影響,水生植物 補償深度：光照隨水深度的增加減弱很快，光合作用減弱到呼吸消耗量平衡時的水深。補償深度也就是水體中光合植物垂直分布的下限。與水質(zhì)有關，不同區(qū)域有所不同。 陸地植物 陽性植物多生長于曠野、草原、沙漠等地，先鋒植物多為陽性植物。 陰性植物多生長在陰暗潮濕的生境。 耐陰植物分布較廣。,光照強度一般用日照時數(shù)來表示。 我國日照時數(shù)與太陽總輻射量分布相似。,蒼術的分布： 白術：安徽、浙江等地800m以上林下陰涼地； 北蒼術：華北等地向陽干燥山坡。,健脾益氣，燥濕利水，止汗，安胎,燥濕健脾，袪風，散寒，明目,二、光質(zhì)對藥用植物的生態(tài)作用,通常情況下，綠色植物只有處在可見光的大部分波長組合中才能正常生長。植物干重增加也是在全光譜的日光下最大。 不同波長的光對植物生長影響不同。,（一）光質(zhì)對藥用植物生長的影響,在使用白熾燈或玻璃溫室，可出現(xiàn)植株徒長現(xiàn)象。 高山植物因紫外線強烈，出現(xiàn)植株矮小、花色鮮艷等特點。,（二）光質(zhì)與植物光合作用的關系,生理有效輻射/光合有效輻射：可見光中 400-760nm的大部分光，占總輻射的40%-50%。 葉綠素的吸收光譜在藍紫光中最強，而光 合強度在紅光中最強。紅光具最大的光合活性。,綠光很少被光合色素葉綠素和類胡蘿卜 素吸收，所以綠光又稱為生理無效光。,此外，水溶性色素的形成與紅光有關，而果實成熟以及維生素C的合成等與紫外線有關。,植物不同發(fā)育階段對光質(zhì)需求不同。 如煙草生長苗期應提高藍光比例，而成熟 后期提高紅光比例。,白熾燈、日光燈、植物生長燈,不同藥用植物對光質(zhì)的需求不同，在栽培 時可采用不同色彩的有色膜。 如：人參采用淡黃、淡綠色膜。 當歸的覆膜栽培中，薄膜色彩對增產(chǎn)的影響依次為黑色膜藍色膜銀灰色膜紅色膜白色膜黃色膜綠色膜,（三）光質(zhì)與藥用植物分布的影響,不同的光質(zhì)對藥用植物產(chǎn)生不同的影響。 水體中，海藻的垂直分布； 陸地上隨海拔升高，出現(xiàn)具特色的高山藥 用植物,三、光能的信息作用,由于地球的公轉與自轉，形成地球上日照長短 的周期性變化。 光周期：一晝夜中白天和黑夜的相對長度。 光周期現(xiàn)象：植物在一定的發(fā)育時期（光敏 感期），經(jīng)過一定時間（數(shù)量）的適宜光周 期處理，便可完成開花誘導。,光周期現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)：1920年美國Garner WW,Allard, 發(fā)現(xiàn)美洲煙草在華盛頓附近的夏季長日下不開花，而在冬天溫室卻開花。后來研究發(fā)現(xiàn)美洲煙草是否開花與日照長度(光周期)有關，美洲煙草只有在日照長度14h時方開花。,資料：光周期的發(fā)現(xiàn) 美國的加納爾（Garner）和阿拉德（allard）發(fā)現(xiàn) 佛羅里達煙草變種： 在佛羅里達（N：25度）夏季正常開花； 在華盛頓（N：45度）夏季旺盛生長，不開花； 在華盛頓冬季溫室內(nèi)的煙草卻開了花； 在華盛頓夏季人為縮短日照，煙草也能開花； 在華盛頓冬季溫室內(nèi)人工延長日照，煙草保持營養(yǎng) 狀態(tài)，不開花； 這個現(xiàn)象促使了光周期現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，提出了煙 草的花誘導決定于日照長度的理論。,（一）植物的光周期現(xiàn)象和類型,根據(jù)植物對日照長度的反應類型，分為： 1、長日植物 2、短日植物 3、中日性植物 4、日中性植物,短日照植物(SDP)：在晝夜24h中，日照長度必須短于一定的時間（臨界日長）才能成花。 如：煙草、菊、牽牛、蒼耳、紫蘇大麻等,長日照植物(LDP)：在晝夜24h中，日照長度必須超過一定的時間（臨界日長）才能成花。 如：牛蒡、甘藍、蘿卜、天仙子、白芥、山茶花、杜鵑等,日本牽牛(SDP),天仙子(LDP),中日性植物：開花要求晝夜長短比例接近相等（12h左右）。如甘蔗要求在12.5小時的日照下才能開花。 日中性植物(DNP)：植物開花受日照長短的影響較小，只要其他條件適合，在不同的光照長度下都能開花，如蒲公英、月季、長春花等。 此外，還有長-短日植物、短-長日植物、 兩極光周期植物。,在理解長、短日照植物時要注意以下幾個問題：,1.長日植物的臨界日長不一定比短日植物長，只是反應的方向不一致。在中間交叉階段，兩者都開花；,2.長、短日照植物并不意味著一生都生活在長、短日照條件下，只是在成花誘導階段需要長、短日照；,3.長日照植物在成花誘導時，光期越長開花越早，連續(xù)光照，開花更早；但短日照植物的成花誘導并非越短越好，日照太短，營養(yǎng)生長不良，影響發(fā)育；,4.同種植物的不同品種，對日照的要求可以不同，如煙草的有些品種為短日植物，而有些品種是長日植物，還有些品種是日中性植物。通常早熟品種為長日或日中性植物，晚熟品種為短日植物。,5.植物對日照長度的反應還與其它生態(tài)因子有關： SDP（如牽牛）低溫下，長日照也可成花； LDP（如風輪菜屬）高溫下，短日照可成花； LDP（如芥菜）高溫下，長日照不成花； 在冬旱夏濕的地區(qū)，以SDP居多,蒼耳（SDP）臨界日長16h，天仙子（LDP）臨界 日長9h，現(xiàn)日照14h，兩者的開花情況？,臨界日長：誘導SDP開花的最大日長或誘導LDP開花的最小日長。不同植物具有各自不同的臨界日長。,LDP(SDP)并不是指其開花需要絕對長時 間(短時間)的日照 LDP的臨界日長并不一定會大于SDP的臨 界日長。,除臨界日長外，誘導開花的光周期還與誘 導光周期數(shù)及光質(zhì)有關。 誘導光周期數(shù)是開花要求的最少光周期 數(shù)。不同植物所需誘導光周期數(shù)不同。 如： SDP：蒼耳：1個SD；大豆、大麻：34個SD； 菊花：12個SD； LDP：白芥：1個LD；天仙子：23個LD； 甜菜：1520個。,蒼耳（SDP）：臨界日長15.5h, 4-5片葉時， 1個SD即可完成光周期誘導，以后即使處于LD下亦可進行花芽分化,感受光周期刺激的時期： 與年齡有關，幼、老都低 要一定的營養(yǎng)階段，不同植物不同 大豆子葉伸展 水稻7葉期 紅麻6葉等 只要一片葉子得到適宜的光周期就可開花,（二）光周期現(xiàn)象和植物的地理起源,SDP 低緯度，熱帶、亞熱帶（南） 短日照 LDP 高緯度，溫帶、寒帶（北） 長日照 所以越是北方的品種， 要求臨界日長越長， 越是南方的品種， 要求臨界日長越短。,（三）光周期反應的實質(zhì),形成光周期的三要素： （1）地球自轉，形成24h的周期 （2）隨季節(jié)和緯度的變動的日照長度 （3）地表太陽光波組成的變動,光的形態(tài)建成與光合作用的區(qū)別,閃光實驗,1、光周期反應中光與暗的生理意義 在光期和暗期中，對于誘發(fā)花芽形成起決 定作用的是暗期的長短。 短日照植物（SDP)必須在超過某一臨界暗 期才能開花；又稱長夜植物。 長日照植物(LDP)必須短于某一臨屆暗期才 能開花，又稱短夜植物。,2、光敏色素與光周期效應 光敏色素：分子量約為6萬的可溶性蛋白質(zhì) 色素。 存在形式：穩(wěn)態(tài)（P660）和激發(fā)態(tài)（P730） 植物的開花需要一定的P730與P600比值。,1.暗期比光期更重要 2.光強: 一般50100Lux 3.光質(zhì)：600660nm紅光最有效，綠光無效，而紅光的作用可被遠紅光消除。,LDP開花需要較高的 P730/P600 ： 短夜， P730/P600 維持較高水平，誘導開花； 長夜，但暗期紅光間斷， P730/P600 較高，誘導開花； 長夜，暗期紅光間斷后再遠紅光間斷，P730/P600降低， 抑制開花； SDP開花需要較低 P730/P600： 短夜， P730/P600維持高水平，抑制開花； 長夜，先暗期紅光間斷， P730/P600較高，抑制開花； 但紅光間斷后再使用遠紅光間斷， P730/P600 降低，促 進開花,1、需要延長光照的情況下，可采用夜間 斷，節(jié)約經(jīng)濟成本 2、夜間斷常采用白熾燈，夜間20-2點為 最佳,除開花外，藥用植物其它的生長發(fā)育也多 受光周期的誘導，如休眠、落葉、地下器官 的形成及種子萌發(fā)等。 （ 雜草種子萌發(fā)受P730的誘導）,（四）光周期對藥用植物分布的影響 及在生產(chǎn)中的應用,低緯度為短日植物，高緯度為長日植物， 中緯度短日植物與長日植物均存在，開花季 節(jié)有所不同。,(1）引種 A 考慮品種的光周期反應特點 B 考慮品種原產(chǎn)地和引種地環(huán)境條件 C 考慮引種作物的經(jīng)濟器官 如日長條件不符合其要求，則不能開花或開花延遲，種子 不能成熟；過早地滿足成花要求，又會不必要地縮短生長季， 對干物質(zhì)的累積不利。,生產(chǎn)應用：,緯度相近地區(qū)引種易成功。短日照植物北移因生長季日照 延長，長日照植物南移因生長季日照縮短，都有延遲發(fā)育的 作用；反之，短日照植物南移，或長日照植物北移有促進發(fā) 育的作用。短日照植物引種時，溫度和光照長度的效應是相 互疊加的，對發(fā)育期提早或推遲的影響較為突出，南北距離 較遠時，則不易成功。長日照植物南北引種，光溫影響是補 償?shù)?，一般較易成功。但在熱量條件較差地區(qū)，從高緯度引 種短日照植物，往往有利于避霜早熟。但對收獲營養(yǎng)體為主 的作物，則要防止過早向生殖生長轉化。 煙草(SDP) :南種北移，由南 (SD)至北(LD)，不開花，營 養(yǎng)生長好。,（2）育種 A 調(diào)節(jié)花期，加速良種繁育： 早、晚稻(SDP)雜交，花期不遇。對晚稻在苗期 進行遮光處理，使其開花提早以與早稻相遇。 B 加速世代繁育，縮短育種年限： 根據(jù)南北光溫差異，進行南繁北育（異地種植）： SDP：玉米、水稻，冬季海南島繁殖種子； LDP：小麥，夏季黑龍江育種、冬季云南，一年 可繁殖23代,（3）控制開花 1、提前或推遲花期 菊花(SDP)：秋季開花，遮光處理，提前至 5.1開花；延長光照或夜間閃光，推遲至春節(jié)開花。 山茶、杜鵑(LDP)：延長光照或夜間閃光，提前開花。 2、控制開花以增加營養(yǎng)體的產(chǎn)量 甘蔗：中日性植物，夜間閃光，以抑制開花， 提高產(chǎn)量。,光敏色素對成花的作用與Pfr/Pr比值有關，其中，短日植物要求該比值 于一定的閾值，而長日植物要求該比值 于一定的閾值。 短日植物南種北引，則生育期 ，若要引種成功，應引用 品種，長日植物南種北引，則生育期 ，應引用 品種。,菊花只在秋天開花的原因是菊花為 日照植物，如果要使菊花提前在夏天開花，處理的方法是 日照時間。 利用暗期間斷抑制短日植物開花，選擇下列哪種光最有效 。 A紅光 B藍紫光 C遠紅光 D綠光 一植物只有在日長短于14小時的情況下開花，該植物是 。 A長日植物 B短日植物 C日中性植物 D中日性植物,在溫帶地區(qū)，春末夏初能開花的植物一般為 是 植物。 A中日 B長日 C短日 D短長日 長日植物南種北移時，其生育期 。 A延長 B縮短 C不變 D既可能延長也可能縮短,思考： 夜景的光污染對于植物的影響,本 章 小 結,1. 相關概念：太陽輻射強度、生理輻射、太陽高度角、黃化現(xiàn)象、光補償點、光飽和點、長日植物、短日植物、中日植物、日中植物、光周期現(xiàn)象 2. 大氣對太陽輻射的作用 3. CO2同化的三條途徑 4. 陽性植物和陰性植物的區(qū)別 5.不同光質(zhì)對植物的作用