萬物生長靠陽光,那麼在月光下,植物能進行光合作用嗎?

2020-12-03 優美生態環境保衛者

太陽通過內部的核聚變,在持續消耗大量氫的同時釋放大量能量,然後通過熱輻射的形式將熱量傳遞到地球上。地球上的植物、藻類以及部分細菌通過光合作用,將空氣中的二氧化碳和吸收的水轉變為有機物把能量儲存起來,為地球物質循環和生物的發展演化提供了不可或缺的能量來源。而月球夜晚發射出來的光,是通過反射太陽光線形成的,相較於太陽光來說溫和許多,那麼月光對於植物來說,能推動進行光合作用嗎?

光合作用的原理

光合作用,從字面上理解,就是利用光能,將相關物質組合在一起形成新的物質的過程。那麼,植物進行光合作用,其主要物質來源就是從空氣中吸收的二氧化碳以及從周圍環境中吸收的水,在陽光的推動下,轉化為可以儲存能量的有機物,然後釋放出氧氣。因此,植物的光合作用對於維持地球環境中的碳氧平衡、推動物質和能量循環演化具有重要作用。

而植物和一些藻類之所以能夠進行光合作用,主要的貢獻單位就是葉綠體,它既是進行光合作用的場所,也是能夠進行能量轉換的質體,形狀一般為橢球體,大小為微米級別,主要結構包括被膜、類囊體和基質3個部分。

被膜:又可以分為外膜、內膜和類囊體膜,分別起到微觀物質的選擇性通透作用。類囊體:是進行光合作用的重要場所,是由膜物質所圍成的若干囊狀結構,所有的光合色素單元都分布在類囊體的膜上,膜的主要成分是蛋白質和脂類,起到光合作用的原初反應、電子傳遞以及光合磷酸化的作用,而釋放氧氣的過程在由膜圍成的腔體中進行。基質:在被膜的內側與類囊體之間,有一定的空間,這裡充滿著黏稠的液體,這個液體被稱為基質,主要成分除了水以外,還有R羧化酶、葉綠體DNA以及核糖體等,起到固化二氧化碳和部分植物體遺傳性狀的承載等功能。光合作用根據光能是否參與的進程,劃分為兩大步驟:

一是光反應階段:參與反應的因素包括光線、葉綠素和相關光合酶,在類囊體膜中進行,一方面是進行水的光的光解,反應式為2H2O→4[H]+O2,通過水的光解,釋放出氧氣,同時為下一步的暗反應提供游離態的[H]。另一方面是進行光合磷酸化,利用光能,將植物體內的二磷酸腺苷(ADP)合成三磷酸腺苷(ATP),為下一步暗反應提供能量。

二是暗反應階段:參與反應的因素包括光反應階段生成的游離氫、ATP以及從環境中吸取的二氧化碳。一方面進行二氧化碳的固定,葉綠體中含有C5(五碳化合物),可以與吸收的二氧化碳形成固定的C3(三碳化合物)的作用。另一方面進行C3的還原,利用游離態的氫[H]和ATP,生成糖類CH2O和C5,反應式為2C3+[H]+ATP→(CH2O)+C5,從而實現了利用光線的能量,將二氧化碳和水,最終轉化為糖類、合成了有機物的目的。

影響光合作用的因素

從以上光合作用的機理和過程可以看出,影響光合作用效率的主要因素,既包含植物的種類的問題,也包含周圍環境的因素,同樣更有光線本身的特點。這裡簡要分析一下:

從植物的種類上看,不同類型的植物,其葉綠體的含量有差異,葉綠素形成機制不盡相同,而且植物體內固固有的優勢碳化合物種類也不一樣,比如在二氧化碳濃度較低或者中午前後,C4植物就比C3植物光合作用強。

從周圍環境因素看,這裡主要看一下二氧化碳和溫度。在大氣二氧化碳濃度水平及較低二氧化碳濃度下,C4植物的光合作用較C3植物強,在這個二氧化碳濃度區間內如果二氧化碳濃度從較低出現上升達到飽和點之前,C3植物的光合作用效率提升得要比C4植物強。從溫度上來看,由於光合過程中的暗反應要由相應的酶進行催化,而酶的活性受溫度的影響較大,因此,當低於酶活性時的低溫臨界,酶促反應就會明顯緩慢,氣孔的開閉失調,光合作用受到抑制。而如果溫度太高,超過一定的界限,就會使葉綠體中的膜脂和酶蛋白發生熱變性,光合作用同樣會發生遲化問題。

從光線特點來看,主要包括光照強度、光線波長和光照時間,這3個方面的變化都將不同程度地影響著植物的光合作用效率。

光照強度。在純黑暗環境中,也就是沒有光線參與的情況下,植物的光合作用為零。隨著光線的增強,光合作用效率相應提升,而當光合作用消耗的二氧化碳與呼吸作用排出的二氧化碳數量相同時,這時候達到一個臨界點,那就是光的補償點。在補償點之上,如果光照強度繼續增加,則光合作用仍然會持續上升,在低光強區這個持續上升的勢頭與光強的增加呈現一定的正比例關係,這個階段也叫做光合作用比例階段。而當光強增加到一定程度之後,光合作用的增加趨勢放緩,一直到不再增加,這時又進入另外一個臨界點,那就是光的飽和點,此後再增加光強,光合作用的效率也不再增加。光線波長。通過科學家們的觀測研究,可見光中不同波段對應的不同色光,對於植物光合作用的效率是有著比較明顯的影響。一般情況下,植物在藍光下的光合效率普遍要高於紅光,而綠光效率更低。光照時間。這個因素主要是處於黑暗環境中一定時間的植物,在陽光照射之後,需要一定的緩衝時間,才能激發光合作用進入穩定期,當低於這個時間,植物的光合作用效率通常是比較低的。一般植物的這個緩衝期在半個小時到一個小時之間。月光下植物的光合作用

通過以上對影響植物光合作用效率的因素進行分析,在夜晚月光下和白天陽光下,除了光線的強弱、溫度的高低有明顯的差別之外,像光線波長、光照時間、二氧化碳濃度水平區別不是太大。

從光線本身的情況來看,月光的光譜與日光的光譜非常接近,只是強度較低。而只要是植物體內的葉綠素遇到合適波長的光子,就會對之進行吸收和利用,而月光單位時間內照射到植物上面的光子數要比日光環境下少得多,因此光合作用比較緩慢,但是仍然在進行。通過科學家的計算,在滿月情況下,植物進行的光合作用處於光的補償點之下,由光合作用吸收的二氧化碳量要比呼吸作用釋放的二氧化碳低。同時,植物體內的類囊體在弱光情況下,會主動調整到最利於接收光線的表層部位,因此在一定程度上會增加光合作用的進行程度。

從溫度層面上來看,只要是環境溫度高於酶活性低溫臨界,則葉綠素的光合作用仍然處於激活狀態,光合作用不會因為夜晚的溫度明顯低於晝間而受到過度影響。另外,白天日光強度高、光合作用強,夜晚溫度低、呼吸作用較弱,一正一反的變化則會提高有機物的合成效率,同時降低有機物的消耗速率,對於植物的生長具有積極的推動作用。

總結一下

萬物生長靠陽光,白天較強烈的陽光照射為植物進行光合作用注入了充足的能量,推動形成了植物生長所需的有機物質和能量,也為地球上氧氣的平衡起到了至關重要的作用。而在月光下,其光線光譜與太陽光並沒有明顯區別,因此光合作用仍然在進行,只不過因為光線的強度很弱,其光合作用速率趕不上消耗有機物的速率,如果僅靠月光的照射,沒有白天陽光照射的話,是不能夠有效維持植物生長發育的需要的。

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    月光本質上是月球對太陽光的反射,其中也包含了整個可見光波段,可以讓植物進行微弱的光合作用,但是月光的輻射能量密度太低,無法維持植物全部的生長所需
  • 植物生長需要光照,月亮能讓植物進行光合作用嗎?
    月光本質上是月球對太陽光的反射,其中也包含了整個可見光波段,可以讓植物進行微弱的光合作用,但是月光的輻射能量密度太低,無法維持植物全部的生長所需。地球上所有植物的光合作用原理都是相似的,植物通過光合作用把二氧化碳和水轉化為有機物,然後釋放氧氣,主要包含了光反應和暗反應兩個階段。
  • 植物生長需要光照,月亮能讓植物進行光合作用嗎? - 艾伯史密斯
    月光本質上是月球對太陽光的反射,其中也包含了整個可見光波段,可以讓植物進行微弱的光合作用,但是月光的輻射能量密度太低,無法維持植物全部的生長所需。地球上所有植物的光合作用原理都是相似的,植物通過光合作用把二氧化碳和水轉化為有機物,然後釋放氧氣,主要包含了光反應和暗反應兩個階段。光反應:植物在色素和酶的作用下,把光能轉化為活躍的化學能。
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