光合作用与农业生产

胡四新

文件编号：1003-7586(2006)09-0012-02

光合作用是自然界中的一个十分重要的物质同化过程。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。下面就光合作用与农业生产的关系，以及如何利用光合作用的原理来提高作物产量和质量作一简要概述。

1 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。我国古代农书《齐民要书》中提到“正其行，通其风”，就是这样的道理；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。

2 延长光合作用的时间

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。

3 增加光合作用的面积

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。

4 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。

5 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。据报道，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。降低光呼吸，主要有两种措施一是利用光呼吸抑制剂抑制光呼吸。例如生产葡萄可用亚硫酸氢钠，在果实膨大后每隔7～10 d全株喷施亚硫酸氢钠300 mL/g，连续喷2～3次即可收到明显的效果。据报道，用一定浓度的亚硫酸氢钠喷洒大豆，可以使大豆光呼吸的强度下降近三分之一，从而使大豆的产量得到提高。二是通过改变环境成分，尤其是增加CO₂的浓度，使核酮糖二磷酸羧化酶氧化酶的羧化反应占优势，以减少氧化反应的比例（即减少光呼吸）。C₃植物（水稻、小麦、葡萄、大豆等）光呼吸比C₄植物明显，因此，如果能采取适当的措施降低光呼吸，将会大大提高其光合效率。

6 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。光照时间上面已经讨论过，这里主要说明光照强度和光质对光合作用的影响。

6.1 光照强度

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。

6.2 光质

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。

7 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。