Die Bedeutung der Lichtintensität
Das Wachstum von Pflanzen wird durch die Speicherung von organischem Material durch Photosynthese realisiert, daher hat die Lichtintensität einen großen Einfluss auf das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen, was sich direkt auf die Stärke der Photosynthese auswirkt. Es gibt keine feste Proportionsbeziehung zwischen Lichtintensität und pflanzlicher Photosynthese, aber in einem bestimmten Bereich der Lichtintensität, wenn andere Bedingungen erfüllt sind, nimmt mit zunehmender Lichtintensität die Intensität der Photosynthese entsprechend zu.
Wenn jedoch die Lichtintensität den Lichtsättigungspunkt überschreitet, steigt die Lichtintensität wieder an, aber die Photosyntheseintensität nimmt nicht zu. Wenn die Lichtintensität zu stark ist, wird das Protoplasma zerstört, Chlorophyllzersetzung verursacht oder die Zelle zu viel Wasser verlieren und die Spaltöffnungen schließen, was zu einer Schwächung oder sogar zum Stoppen der Photosynthese führt. Wenn die Lichtintensität schwach ist, wird weniger organisches Material durch Photosynthese produziert als durch Atmung verbraucht, und die Pflanze hört auf zu wachsen. Nur wenn die Lichtintensität den Anforderungen der Photosynthese gerecht wird, können Pflanzen normal wachsen und sich entwickeln.
Je nach Wachstumsumgebung können Pflanzen in terrestrische, aquatische, epiphytische und parasitäre Arten eingeteilt werden.
Die Hauptfaktoren, die die gesamte Lichtnutzungseffizienz von Pflanzen beeinflussen, sind die Photosynthesefläche, die Beleuchtungszeit und die Photosynthesekapazität. Die photosynthetische Fläche bezieht sich hauptsächlich auf die Blattfläche, die normalerweise durch den Blattflächenindex ausgedrückt wird, dh das Verhältnis der gesamten Blattfläche einer Pflanze zur von der Pflanze bedeckten Landfläche.
Die Photosynthesezeit bezieht sich auf die Zeit der Photosynthese während des ganzen Jahres. Je länger die Photosynthesezeit ist, desto mehr organische Substanz kann in der Pflanze angereichert und der Ertrag gesteigert werden. Die Verlängerung der Photosynthesezeit hängt hauptsächlich von der Verlängerung der Lebensdauer der Blätter und der angemessenen Verlängerung der Wachstumsperiode der Pflanzen ab.
Die Photosynthesekapazität bezieht sich auf die maximale Netto-Photosyntheserate von Pflanzen, wenn der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre normal ist und andere ökologische Faktoren im optimalen Zustand sind.
Photosynthese und Lichtintensität
Photosynthese ist die Verwendung von Chlorophyll und anderen photosynthetischen Pigmenten durch grüne Pflanzen und Algen sowie bestimmte Bakterien
Halophile Archaeen (z. B. halophile Archaeen mit violetten Membranen) verwenden ihre eigenen Zellen und bestrahlen sie mit sichtbarem Licht
Ein biochemischer Prozess, bei dem oxidierter Kohlenstoff und Wasser (Bakterien sind Schwefelwasserstoff und Wasser) in organische Substanz umgewandelt und Sauerstoff (Feinsauerstoff) freigesetzt wird. Die Photosyntheserate von Pflanzen kann durch die Menge an absorbiertem CO2 oder freigesetztem O2 pro Zeiteinheit und Blattfläche ausgedrückt werden. Sie kann auch durch die akkumulierte Trockensubstanzmasse pro Zeiteinheit und pro Blattflächeneinheit ausgedrückt werden.
Beleuchtungsstärke, bezogen auf Licht auf einer beleuchteten Fläche. Er ist definiert als der Lichtstrom pro Flächeneinheit. Sei DS ein Bin Der Lichtstrom ist d Φ, dann ist die Beleuchtungsstärke E auf diesem Bin: e = D Φ/ dS. Die Beleuchtungseinheit ist LX (Lux), die auch in Lux verwendet werden kann, wobei 1LX = 1lm/㎡ ist. Die Beleuchtungsstärke ist die Beleuchtungsstärke auf der Oberfläche eines Objekts. Die Lichtintensität ist in der Äquatorialregion am höchsten und nimmt mit zunehmendem Breitengrad ab. In der arktischen Region der hohen Breiten wird die jährliche Lichtintensität 70 kcal (2,93 1 × 105 Joule / cm2) nicht überschreiten.
Auch die Lichtintensität nimmt mit zunehmender Höhe zu, beispielsweise können in einer Höhe von 1000 Metern über dem Meeresspiegel 80 % der gesamten einfallenden Sonnenenergie gewonnen werden. Bei einer Meereshöhe von 0 Metern über dem Meeresspiegel können jedoch nur 50 % der gesamten Sonnenenergie gewonnen werden.
Darüber hinaus haben auch die Ausrichtung und Neigung des Berges einen großen Einfluss auf die Lichtintensität. In den gemäßigten Regionen der nördlichen Hemisphäre erhält der Südhang des Berges mehr Licht als die Ebene und die Ebene mehr Licht als der Nordhang.
Mit zunehmendem Breitengrad steigt auch die Neigung, um das maximale Jahreslicht am Südhang zu erhalten, aber am Nordhang, egal auf welchem Breitengrad, je kleiner die Neigung, desto größer die Lichtintensität. Der Südhang höherer Breiten kann mehr Sonnenenergie erhalten als der Nordhang niedrigerer Breiten. Daher können die thermophilen Pflanzen im Süden an den Südhang des Nordens verpflanzt werden.
Die Lichtintensität variiert auch innerhalb eines Ökosystems. Im Allgemeinen nimmt die Lichtintensität im Ökosystem allmählich von oben nach unten ab. Da das Blätterdach viel Sonnenenergie absorbierte, war die Nutzung der Sonnenenergie durch die unteren Pflanzen begrenzt. Daher hängt die vertikale Schichtung eines Ökosystems von der Gemeinschaft selbst ab, sie hängt auch von der Menge der empfangenen Sonnenenergie ab.
In aquatischen Ökosystemen nimmt die Lichtintensität mit zunehmender Wassertiefe schnell ab. Wasser absorbiert und reflektiert Licht sehr effektiv. Nur etwa 50% des Lichts, das auf die Wasseroberfläche trifft, erreicht 15. Wenn das Wasser fließt und trüb ist, ist die Lichtmenge, die diese Tiefe erreichen kann, viel geringer eine große Einschränkung für die Photosynthese von Pflanzen im Wasser.
Wenn die von Pflanzen empfangene Lichtintensität zunimmt, nimmt die Photosyntheserate allmählich zu. Wenn die Lichtintensität einen bestimmten Wert erreicht, erreicht auch die Photosyntheserate ihr Maximum. Wenn die Lichtintensität weiter zunimmt, bleibt die Photosyntheserate unverändert, dh das Phänomen der Lichtsättigung.
Auswirkungen der Lichtintensität auf verschiedene Pflanzenarten
Wasserpflanze
Das Eindringen von Licht begrenzt die Verbreitung von Pflanzen im Ozean, nur in der Oberflächenschicht des Ozeans im Lichtband ist die Photosynthese größer als die Atmung. Im unteren Teil der Lichtdurchlässigkeitszone ist die Photosynthese der Pflanze gerade im Gleichgewicht mit dem respiratorischen Verbrauch der Pflanze (Kompensationspunkt). Wenn sich die Schwebealgen von Meerespflanzen unterhalb des Kompensationspunktes ansiedeln, aber nicht schnell an die Oberfläche steigen können, sterben sie ab. Bei besonders klarem Meer- oder Seewasser kann der Kompensationspunkt mehrere hundert Meter tief sein, was aber sehr selten vorkommt.
Landpflanzen
Eine gewisse Lichtmenge ist eine notwendige Bedingung für Pflanzen, um einen Nettoertrag zu erzielen, da Pflanzen genügend Zucker produzieren müssen, um den respiratorischen Verbrauch auszugleichen. Wenn andere ökologische Faktoren, die die Photosynthese und Atmung der Pflanzen beeinflussen, unverändert bleiben, hängt das Gleichgewicht zwischen den beiden Prozessen Produktion und Atmung hauptsächlich von der Lichtintensität ab.
Je nach Lichtbedarf der Pflanze lassen sich Pflanzen in positive Pflanzen, negative Pflanzen und schattentolerante Pflanzen einteilen. Es wächst gut in hellem Sonnenlicht. Aber es kann unter schattigen Bedingungen zum Tod führen, wie Masson Pine, die meisten Graslandpflanzen und Wüstenpflanzen, es ist eine positive Pflanze.
Einige Pflanzen, wie Oxalis, eine Art krautige Pflanze unter dem Wald, wachsen in sehr kleinen Bereichen unter dunklen Bedingungen. Nach der Waldernte, wenn ihre Blätter hellem Sonnenlicht ausgesetzt sind,
Da das Chlorophyll zerstört wird und blassgelb erscheint und schließlich abstirbt, handelt es sich um negative Pflanzen. Absolute Schattenpflanzen sind in der Natur selten. Die meisten Pflanzen wachsen gut in hellem Sonnenlicht, vertragen aber auch ein gewisses Maß an Schatten, was als schattentolerante Pflanzen bezeichnet wird.
Epiphyten und parasitäre Pflanzen
Einige Pflanzen haben keinen Kontakt mit dem Boden und ihre Wurzeln sind an den Zweigen anderer Bäume befestigt, um zu wachsen, wobei Regen, Wasserdampf in der Luft und begrenzter Humus (verrottende tote Äste und Blätter oder tierische Abfälle) genutzt werden. Sie leben von Pflanzen wie Farnen und Orchideen. Diese Pflanzen werden Epiphyten genannt. Sie werden normalerweise nicht sehr groß und können selbst Photosynthese betreiben. Es wird die Nahrung und das Wasser der Pflanzen, an denen es haftet, nicht plündern.
Das häufigste Merkmal von Epiphyten ist, dass sie auf der Ebene der Wirtspflanze an den Zweigen und Gabeln befestigt sind. Staub sammelt sich am leichtesten. Einige niedere Pflanzen sind sogar an den Blättern befestigt. Neben Aufsitzerpflanzen werden auch die Lichtverhältnisse des Wirts beeinflusst. Außerdem schädigen Epiphyten den Wirt im Allgemeinen nicht. In tropischen Regenwäldern wachsen Pflanzen üppig. Aufgrund der harten Konkurrenz zwischen Pflanzen um Sonnenlicht kommen Epiphyten eher mit schwer zugänglichen Lichtquellen in Kontakt.
Parasitäre Pflanzen sind Pflanzen, die kein Chlorophyll oder wenig oder keine selbst hergestellten Nährstoffe enthalten, was etwa ein Zehntel aller Pflanzenarten auf der ganzen Welt ausmacht. Unter diesen Pflanzen ist eine Saprophyte, hauptsächlich Bakterien und Pilze. Sie wachsen in Form von toten oder sich zersetzenden Organismen oder in der Nähe wachsenden Pflanzen, deren toter Teil als Nährstoffquelle verwendet wird.
Kristallorchidee ist einer der wenigen Saprophyten, die blühen. Transparente Kristallorchideen gedeihen auf verrottenden Blättern. Pilze umgeben seine Wurzeln und verdauen Waldabfälle, um Nährstoffe zu gewinnen. Im Gegensatz zu diesen Saprophyten ernähren sich viele parasitäre Pflanzen nur von lebenden Organismen, beziehen alle oder die meisten Nährstoffe und Wasser aus grünen Pflanzen und führen dazu, dass die Wirtspflanzen allmählich erschöpfen und absterben. Sie sind tödliche Abhängige und Parasiten des Pflanzenreiches. Pflanzen sind auf Chlorophyll angewiesen, um unter Licht Nährstoffe zu produzieren.
Einige Forschungsergebnisse zur Wirkung von Licht auf das Pflanzenwachstum
Tomate: Mit abnehmender Lichtintensität nahmen die Blattfläche und das oberirdische Trockengewicht ab. Der Gesamtgehalt an Chlorophyll, Chlorophyll a und Chlorophyll b in den Blättern stieg signifikant an. Der Zuckergehalt und der Zellulosegehalt der Blätter zeigten einen Trend von niedrig hoch niedrig. Verschiedene Tomatensorten hatten eine unterschiedliche Anpassungsfähigkeit an schwaches Licht, daher waren auch ihre Reaktionen unterschiedlich.
Kryptoalgen: Die Lichtintensität steuert die Aufnahme von Nährstoffen durch Algenzellen und begrenzt letztendlich die explosionsartige Vermehrung von Rotalgen. Die Ergebnisse zeigten, dass es eine exponentielle Korrelation zwischen der Wachstumsrate von Algenzellen und der Lichtintensität gab; Der Lichtsättigungswert und Halbsättigungswert von Kryptoalgen betrug 150 μmol/(M2·s) und 47 μmol/(m2·s); Bei geringer Lichtintensität ist die Wachstumsrate von Algenzellen gering, aber Algenzellen müssen mehr Fe und P sowie Zn, Mn, CO und Mo aufnehmen.
Wenn die Lichtintensität 10 μ beträgt, betrug die Wachstumsrate der Algenzellen nur 150 mol/(M2 · s) μ. Die Aufnahme von Fe und P durch Algenzellen erhöhte sich um das 1,5- bzw. 1-fache. Diese Ergebnisse liefern ein neues Verständnis der Grundursache der roten Flut nach gutem Lichtwetter.
Asarum sibiricum: Lichtverhältnisse haben Auswirkungen auf das Blattentwicklungsstadium, das Blütestadium und das frühe Fruchtstadium von Asarum sibiricum. Das Auftreten und der Grad der Blattfleckenkrankheit von Asarum sibiricum nahmen mit abnehmender Lichtintensität ab,
Die Wurzeltrocknungsrate nahm mit abnehmender Lichtintensität zu und der Gehalt an ätherischem Öl nahm mit abnehmender Lichtintensität ab. Die Lichtintensität wirkte sich auch auf die Klassifizierung und den Gehalt an ätherischem Öl aus.
Datura und Datura stramonium: Innerhalb eines bestimmten Bereichs der Lichtintensität ist eine Erhöhung der Lichtintensität für die Entwicklung von Datura und Datura stramonium und die Anhäufung von Stamm- und Blattbiomasse vorteilhaft. Datura wächst am besten unter zwei Lichtintensitäten von 13000 und 18000 lx. Bei gleicher Lichtintensität waren die Pflanzenhöhe, der basale Stammdurchmesser, die Blattzahl und die Stamm- und Blattbiomasse von Datura stramonium höher als die von Datura, aber der Unterschied war nicht signifikant.
Die Blattdicke, Dicke des Palisadengewebes, Dicke des Schwammgewebes, Stomatadichte und Stomataindex von Datura stramonium nahm mit zunehmender Lichtintensität zu.
Der Chlorophyllgehalt von Datura stramonium-Blättern stieg zunächst an und nahm dann mit zunehmender Lichtintensität ab. Mit der Erhöhung der Lichtintensität des Versuchsaufbaus, Chlorophyll α und ß in den Stängeln von Datura stramonium. Der Änderungstrend des Gehalts an Carotinoiden war nicht konsistent. Die Veränderungen von Anthocyanen, Flavonoiden und Gesamtphenolen in Stängeln waren wie folgt. Datura stramonium korrelierte positiv mit der Lichtintensität, aber der Gehalt an Datura stramonium ist höher als bei Datura. Dies ist auch die materielle Grundlage von lila Blüten, Stängeln und anderen Organen von Datura stramonium.
