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第二章生物与环境 第二节 生物与光因子 光是地球上所有生物得以生存和繁衍的最基本的能量源泉，地球上生物生活所必需的能量，都直接或间接来源于太阳光。光本身又是一个十分复杂的生态因子，它包括光照度、光质和日照长度的周期变化等都对生物的生长发育和地理分布都产生深刻的影响，而生物本身对这些变化的光因子也有着极其多样的适应。 一、生物与光照强度 1．光照强度对生物的影响 光照强度是指单位面积上的太阳光辐射量大小。光照强度对植物光合作用产生直接影响从而影响植物的生长发育。在一定范围内，光合作用的效率与光照强度成正比，但到达一定强度若继续增加光强，光合作用的效率开始下降，这时的光照强度称为光饱和点(图2—3a)。另外，植物在进行光合作用的同时也在进行呼吸作用。当影响植物光合作用和呼吸作用的其他生态因子都保持恒定时，光合积累和呼吸消耗这两个过程之间的平衡就主要决定于光照强度。光补偿点的光照强度就是植物开始生长和进行净光合生产所需要的最小光照强度。不同植物由于适应不同光照条件，其光饱和点和光补偿点有很大差异，阴性植物比阳性植物能更好地利用弱光，它们在极低的光照强度下便能达到光饱和点，而阳性植物的光饱和点要高得多(图2—3b)。 光照强度对植物形态建成有重要作用，光促进组织和器官的分化，制约着器官的生长发育速度，使植物各器官和组织保持发育上的正常比例。植物叶肉细胞中的叶绿体必须在一定的光强条件下才能形成与成熟。弱光下植物色素不能形成，细胞纵向伸长，碳水化合物含量低，植株为黄色软弱状，发生黄化现象。果实颜色的花青素的含量与光照强度密切相关，强光照有利于果实的成熟，强光照通常有利于提高农业生产的产量和品质，如可使粮食作物营养物质充分积累、提高籽粒充实度，使水果糖分含量增加、色素等外观品质充分形成等。 动物生长发育、繁殖和形态分化也对光强有一定反应。光虽不作为动物能量的直接来源，但作用于动物的时空定向、诱导视觉和神经系统、调节激素和内分泌水平。如蛙卵及有些鱼卵在有光情况下孵化快，发育也快；在连续有光或无光条件下，蚜虫产生的多为元翅个体，在光暗交替条件下，则产生较多的有翅个体。 2．生物对光照强度的适应类型 根据植物对光照强度的要求，植物对光强度的适应类型可分为阳性植物、阴性植物和耐阴性植物三类。 阳性植物，对光要求比较迫切，只有在足够光照条件下方能进行正常生长。光合作用合成的有机物质正好抵偿呼吸作用的消耗，植物吸收C02与放出C02的量相等，这时的光强度称为光补偿点。此处的光照度是植物开始生长和进行净生产所需要的最小光照强度。阳性植物的光补偿点较高，为l00～150LX，如蓟、刺范、蒲公英等。阳性植物叶子排列稀疏，角质层较发达，在单位面积上气孔增多，叶脉密，机械组织发达。叶绿素a与叶绿素b的比例(a／b值)较大，叶绿素a在红光部分内的最大吸收光谱较宽，所以，阳性植物能在直射光下强烈地利用红光。 阴性植物，对光的需要远较阳性植物低，可低于全光照的1／50，光补偿点低。呼吸作用、蒸腾作用都较弱。抗高温和干旱能力较低。如翠云草、莲座蕨、鹿衔草等均属这类植物。阴性植物枝叶茂盛，没有角质层或很薄，气孔与叶绿体比较少，叶绿素a／b值小，叶绿素b在散射的蓝紫光部分的吸收带较宽。可溶性蛋白质含量低，说明阴性植物最大光合速率较低。 耐阴性植物，对光照具有较广的适应能力，对光的需要介于以上两类植物之间，但最适宜的还是在完全的光照下生长。如麦冬、红花酢浆草、玉竹等属这类植物，它们在形态上、生态上的可塑性均较大。 动物对光照强度的变化也形成了一定的适应能力。动物早晨开始呜叫与光强有关，如麻雀在光照强度为0．1～45 LX开始鸣叫；一种蚱蝉在夏季气温高于l4℃时，当光照强度为0．8～6 LX时开始鸣叫。人类及哺乳动物的身体健康也需要一定强度光照，皮肤在光照下才能产生维生素D，光照不足则因缺乏维生素D影响钙的吸收而患佝偻病。强可见光下可消除因紫外线辐射引起的细胞内损伤。 二、生物与光质 生物的生长发育是在日光的全光谱照射下进行的，但是，不同波长的光对生物的代谢、生长、发育的影响是不同的。光对植物的影响主要有两个方面：①光合作用所必需；②调节植物整个生长发育，以便更好地适应外界环境。这种依赖光控制细胞的分化、结构和功能的改变，最终汇集成组织和器官的建成，称为光形态建成。 目前已知光形态建成至少存在三种光受体：①光敏色素，感受红光和远红光区域(660～730nm)的光，②隐花色素，感受蓝光和近紫外光区域(320～500nm)的光；③UV—B受体，感受紫外光B区域 (280～320nm)的光。 1．生理辐射 太阳可见光是由一系列不同波长的单色光组成的，通过三棱镜可将白光分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫不同质(不同波长)的单色光，这些单色光的波长范围是380～760nm，光合作用的光