光合效率常用的(dí)幾個術語

在光合(hé)效率的研(yán)究與討論(lùn)中(zhōng)常(cháng)常(cháng)使(shǐ)用光合速(sù)率(shuài)，光(guāng)合(hé)碳同(tóng)化(huà)的(dí)量子效率(shuài)，光(guāng)係統II的光(guāng)化(huà)學(xué)效率和光能利用率(shuài)等不同的術(shù)語或指標(biāo)。

1，光合(hé)速率(shuài)

光(guāng)合(hé)速(sù)率(shuài)以單(dān)位(wèi)時間(jiān)，單位光合機(jī)構(gòu)(幹重，麵(miàn)積(jī)或葉(yè)綠素(sù))固定的CO₂或釋放的O₂或(huò)積累的(dí)幹物質的(dí)數(shù)量(liáng)(例(lì)如μmol CO₂. m^-2. s^-1 )來(lái)表示(shì)。

從表麵上看，光合速(sù)率(shuài)不是一(yī)個(gè)效(xiào)率指標。但(dàn)是，實際上它(tā)是(shì)一個重要(yào)的光合效率指標(biāo)。它是光(guāng)合(hé)作用不(bù)受光(guāng)能供應限製即(jí)光(guāng)飽和(hé)條件(jiàn)下(xià)表明(míng)光(guāng)合效率高低(dī)的(dí)重要指標(biāo)。在(zài)其他條件都(dū)相(xiāng)同的(dí)情況(kuàng)下，高光(guāng)合速率總(zǒng)是(shì)導致高(gāo)產(chǎn)量(liáng)，高光(guāng)能利用(yòng)率。因此(cǐ)，人們常常(cháng)把(bǎ)高光(guāng)合速率說成高光合(hé)效率。

人(rén)們(mén)往(wǎng)往是在使(shǐ)光合作(zuò)用飽和(hé)的(dí)相(xiāng)同光強下(xià)比較不同植物種(zhǒng)或(huò)同(tóng)種作(zuò)物不(bù)同品種(zhǒng)的光合速(sù)率。光飽(bǎo)和條(tiáo)件下的光合(hé)速率有時被稱為(wéi)光合(hé)能力，或(huò)光合潛(qián)力，也就是各(gè)種(zhǒng)環(huán)境條件(jiàn)都適合(hé)光(guāng)合(hé)作(zuò)用進(jìn)行(至少(shǎo)沒(méi)有任何明(míng)顯的(dí)環(huán)境脅迫(pò))時的光合速率。由於普通(tōng)空氣中的(dí)CO₂濃度(dù)很低,CO₂供應不(bù)足(zú)常常是光合作用的重要(yào)限(xiàn)製(zhì)因素(sù)，所以隻有(yǒu)光和CO2都飽(bǎo)和條(tiáo)件下的(dí)光(guāng)合速率(shuài)才(cái)是(shì)嚴格(gé)意義上的光(guāng)合能力。

不(bù)同(tóng)光合速率單位(wèi)之(zhī)間(jiān)的數(shù)量(liáng)關係，可以通(tōng)過簡(jiǎn)單的換(huàn)算得(dé)到。例如:

(1)1 μmol CO₂.m^-2 .s^-1 = 44 ug CO₂X 1/100 dm^-2X3 600 h^-1

= 0.044X 36 mgCO₂. dm^-2 . h^-1

=1.584mgCO₂.dm^-2.h^-1

最(zuì)後(hòu)一(yī)個(gè)單(dān)位是(shì)20世(shì)紀70年代以(yǐ)前(qián)常用的(dí)光合速(sù)率單位(wèi)。那(nà)時，人們(mén)習慣於稱(chēng)光合(hé)速率為(wéi)光(guāng)合(hé)強度。

(2)如果(guǒ)葉片的(dí)光合產(chǎn)物*是碳水化合(hé)物( C_nH_2nO_n),那麼，

1 μmolCO₂.m^{- 2}.s^{- 1}= 1.584 mgCO2. dm-2. h-1

= 1.584 X 30/44 mg幹(gān)重(zhòng). dm^-2. h^-1

= 1.08mg幹重. dm^-2. h^-1.

這(zhè)是(shì)通過測(cè)量葉(yè)片幹重變化(huà)測(cè)定(dìng)光(guāng)合速(sù)率時常用的單位。.

(3)如(rú)果(guǒ)葉片的(dí)葉綠(lǜ)素(sù)含量(liáng)以300mg. m^-2(多數為(wéi)300~500mg. m^-2)計(jì),那麼，

1 umolCO₂.m^-2.s^-1 = 1 umol CO₂X 1/300(mg Ch1) ^-1X3600h^-1

= 12 μmolCO₂. (mg Ch1)^-1.h^-1

= 12 μmolO₂. (mgCh1 ) ^-1.h^-1 (前(qián)提(tí)是(shì)每同化(huà)1分(fēn)子(zǐ)CO₂便釋(shì)放1分子(zǐ)O₂)，

這(zhè)是用液相氧電極(jí)測定以CO₂為底(dǐ)物的離體細(xì)胞，原(yuán)生質體(tǐ)或(huò)完整(zhěng)葉綠(lǜ)體(tǐ)的(dí)光(guāng)合放(fàng)氧(yǎng)速(sù)率(shuài)時常用的(dí)單位。

現(xiàn)在的(dí)絕(jué)大多數文獻(xiàn)報告(gào)的(dí)光合速(sù)率都是以(yǐ)單位葉麵(miàn)積表(biǎo)示的(dí)。因(yīn)此(cǐ)，用單位(wèi)葉(yè)麵(miàn)積表(biǎo)示(shì)的光合速率(shuài)和有關(guān)參數，例(lì)如(rú)葉(yè)片的葉綠(lǜ)素，光合產物等含量和酶活性(xìng)等，不(bù)僅便(biàn)於不同(tóng)文(wén)獻資(zī)料之(zhī)間的(dí)相互比較，而且也(yě)便(biàn)於綜合分析(xī)各個參數(shù)之(zhī)間(jiān)的相互關係，包(bāo)括它們變化的(dí)因果關(guān)係和(hé)數量(liáng)關係(xì)。以單位葉鮮重表示(shì)各(gè)種有(yǒu)關(guān)參(cān)數是(shì)最不(bù)可取的(dí)做(zuò)法，因為用這(zhè)種(zhǒng)單位表示的各種(zhǒng)參數很(hěn)容易受葉片含水量變(biàn)化的(dí)影響，特別(bié)是在(zài)涉及(jí)不同水分(fēn)處理(lǐ)的情況(kuàng)下，不(bù)確(què)定(dìng)性和(hé)不可比(bǐ)性(xìng)就更大。以單位葉(yè)幹(gān)重表示光(guāng)合(hé)及(jí)一些有(yǒu)關的(dí)指標也(yě)有(yǒu)問題(tí)，雖然(rán)不受(shòu)葉片含水(shuǐ)量(liáng)變化的(dí)影(yǐng)響了(liǎo)，但(dàn)是卻受(shòu)不(bù)同處(chǔ)理之(zhī)間或一天(tiān)中不(bù)同時(shí)刻之間(jiān)光(guāng)合產物積累(léi)數量不(bù)同的影響。

2，光合(hé)量子效率(shuài)

光(guāng)合碳同化(huà)的量(liáng)子效率以光合機(jī)構每(měi)吸(xī)收(shōu)一個光量子所(suǒ)固(gù)定的(dí)CO₂或(huò)釋(shì)放的(dí)O₂的(dí)分子(zǐ)數來表(biǎo)示(shì)(例如mol CO₂. mol^-1光量子(zǐ))。它的(dí)倒(dǎo)數為量子(zǐ)需要量，即(jí)每同化(huà)固定(dìng)一分(fēn)子CO₂或(huò)釋(shì)放一分(fēn)子O₂所(suǒ)需要的光量(liáng)子數。

如果(guǒ)不考慮葉片的光反射和透射(shè)損失(一般為15%左右)，不(bù)是(shì)按(àn)照葉片(piàn)實(shí)際吸收的光量(liáng)子數，而是(shì)按照射到(dào)葉(yè)片上(shàng)的(dí)光量(liáng)子數計(jì)算量子效(xiào)率，得到的(dí)便是(shì)表(biǎo)觀量(liáng)子效(xiào)率。這個(gè)參數雖然不(bù)如實(shí)際的量子效率準(zhǔn)確(què)，但是測定方便，特(tè)別(bié)是在田(tián)間(jiān)不便測定(dìng)葉片(piàn)實際(jì)吸(xī)收的光量(liáng)子(zǐ)數的條(tiáo)件下尤(yóu)其方便(biàn)，因此(cǐ)在光(guāng)合(hé)生(shēng)理(lǐ)生態研究中被(bèi)廣(guǎng)泛(fàn)使用。

3，光係(xì)統II的光(guāng)化(huà)學(xué)效(xiào)率(shuài)

光係統II的光(guāng)化(huà)學效率，就是(shì)光(guāng)係(xì)統II每吸收一個光量子反(fǎn)應中(zhōng)心(xīn)發生電荷分離的(dí)次(cì)數(shù)或傳(chuán)遞(dì)電子的個數(shù)，人們(mén)常常用(yòng)葉綠(lǜ)素熒(yíng)光參數(shù)來(lái)表(biǎo)示它(tā)。

經(jīng)過(guò)充分暗適應的(dí)葉片光係(xì)統II的(dí)光(guāng)化學(xué)效率數值最(zuì)大(dà)，常被(bèi)稱為潛在(zài)的光化(huà)學效(xiào)率，用(yòng)可(kě)變熒光(guāng)強(qiáng)度(dù)與(yǔ)最大熒(yíng)光(guāng)強(qiáng)度(dù)的(dí)比(bǐ)值F./F。來表示。在(zài)沒有(yǒu)環(huán)境(jìng)脅迫(pò)的條件下(xià)，多(duō)種植(zhí)物(wù)葉(yè)片的這(zhè)一(yī)參數都很相(xiāng)近(jìn)， 都在0. 85左右。

在推(tuī)動光(guāng)合作用(yòng)的(dí)作用光下光(guāng)合(hé)作(zuò)用已(yǐ)經達到穩態時(shí)葉片光(guāng)係(xì)統II 的(dí)光(guāng)化(huà)學效率常常(cháng)被(bèi)稱(chēng)為(wéi)實際的光(guāng)化(huà)學效率，用在(zài)作用(yòng)光下測(cè)定(dìng)的最(zuì)大(dà)熒光強(qiáng)度與(yǔ)穩態(tài)熒光強(qiáng)度(dù)之差同最大(dà)熒光強度(dù)的(dí)比值(zhí)( 0F/Fm )來(lái)表示(shì)。△F/F。不像F,/F。那樣(yàng)相對恒定，很容易受多種(zhǒng)內(nèi)外(wài)因索的(dí)影響(xiǎng)而變動。

4，光(guāng)能利用率

光(guāng)能(néng)利用(yòng)率常以(yǐ)單(dān)位土地麵積(jī)上(shàng)植(zhí)物(wù)群(qún)體光合(hé)同(tóng)化(huà)物(wù)所含(hán)能量與(yǔ)這(zhè)塊(kuài)土地(dì)上所接(jiē)受(shòu)的(dí)太(tài)陽能總量(liáng)之(zhī)比來(lái)表(biǎo)示。群(qún)體光(guāng)能利(lì)用(yòng)率的高低(dī)，不(bù)僅取決(jué)於(yú)葉片(piàn)本身的光合功能，而且(qiě)取(qǔ)決於(yú)

群體結(jié)構(gòu)和(hé)葉麵(miàn)積的大小。在(zài)作物(wù)的(dí)幼苗階(jiē)段(duàn)，由於(yú)葉片少，葉麵積小(xiǎo)，大量(liáng)的太陽(yáng)能沒(méi)有(yǒu)被(bèi)作(zuò)物吸(xī)收而(ér)漏射到(dào)地麵上，因此這時(shí)的光能(néng)利用(yòng)率常(cháng)常是(shì)很低的，甚至還(huán)不(bù)到1%。

上(shàng)述幾(jī)個(gè)術(shù)語分別適用(yòng)於(yú)葉(yè)綠(lǜ)體，細胞，葉片(piàn)，植物個體和(hé)群體等不同(tóng)層次水平的(dí)光(guāng)合(hé)機構。有(yǒu)的可以反(fǎn)映光合(hé)作用全過程(chéng)的效率(shuài)，例(lì)如(rú)光合(hé)速(sù)率和量子效率(shuài):有的(dí)隻反(fǎn)映光(guāng)合作(zuò)用(yòng)部(bù)分過程(chéng)的效(xiào)率，例如光(guāng)係統II 的(dí)光(guāng)化(huà)學效率。它(tā)們(mén)之(zhī)間既(jì)有(yǒu)區別，又相互(hù)有密切的聯(lián)係(xì)。在(zài)強(qiáng)光(guāng)下，值得重視的是光(guāng)合速率，光(guāng)合速率高(gāo)意(yì)味著光合效率高(gāo)
；在弱光下(xià)，值(zhí)得重視的(dí)是光(guāng)合量(liáng)子效率，量子效率(shuài)高(gāo)意(yì)味著光合效率高。對(duì)於(yú)植(zhí)物(wù)群體來說(shuō)，要實現高的光能(néng)利(lì)用(yòng)率(shuài)，不僅要提(tí)高強光下的光合(hé)速率和(hé)弱(ruò)光(guāng)下的(dí)量(liáng)子效(xiào)率(shuài)，而且要提高作物對土地的(dí)覆蓋率(shuài)，即要有(yǒu)較高(gāo)或最適宜的(dí)葉(yè)麵(miàn)積(jī)係(xì)數。這些光(guāng)合(hé)效(xiào)率參數(shù)的(dí)變化和調(tiáo)節(jié)控製機(jī)理，構成了(liǎo)光合作用研(yán)究(jiū)的一個(gè)重要領(lǐng)域。