生态学课程课外研究论文报告

摘要：生物的生长发育是在日光的全光谱照射下进行的。但是，不同的波长的光对生物的代谢、生长、发育的影响是不同的。就植物而言，不同的波长的光对植物的形态和结构、生长发育、生理机理（光合作用，叶绿素等色素形成）等许多方面都有影响；而对动物而言，许多动物对不同的波长有趋光或避光反应，并对动物器官功能、生殖，体色变化、迁徙、羽毛更换、色觉产生影响。另外，微生物在不同波长的光作用下的反应也不同，对微生物的生长也有很大的影响。

关键词：　光质（光谱成分），光信号，光合作用，ＵＶ－Ｂ紫外辐射，生理辐射　 

一、光谱成分

　　光是太阳辐射能以电磁波的形式投射到地球的辐射线，太阳辐射的波长范围很广，从零到无穷大，但主要波长范围是１５０～４０００nm。可见光的波长在３８０～7６０nm之间。可见光中根据波长的不同可分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光。７６０～６２６nm为红光；６２６～５９５nm为橙光；５９５～５７５nm为黄光；５７５～４９０nm为绿光；４９０～４３５nm为蓝光；４３５～１８０nm为紫光。另外，波长大于７６０nm的光为红外光，波长小于380nm的光为紫外光。

二、植物与光质适应

　　不同波长的光对植物的形态结构、生长发育、生理机理等许多方面都产生影响。

2.1    光谱成分与植物形态结构

2.1.1  可见光中蓝紫光与青光对植物生长及幼芽的形成有很大的作用。能抑制植物的伸长而使植物形成短矮粗的形态，引起植物向光性的敏感。并能促进花青素的形成。

2.1.2  能够穿透大气层到达地球表面的紫外光虽然很少但在高山地带，紫外光的生态作用仍然很明显，高山植物一般具有茎杆短小，叶片缩小，毛茸发达，叶绿素增加，茎叶有花青素存在，花色鲜艳具有特殊的莲座状叶丛等特征。这就是因为高山上温度较低，再加上蓝、紫、青等短波光以及紫外线较多，共同作用的结果，另外强烈的紫外线辐射不利于植物克服高山障碍进行散布。因此，它又是决定很多植物垂直分布的结果。

2.1.3  研究不同光质（白光、黄光、红光、绿光、蓝光），对不同品种彩色甜椒幼苗生长从而抑制茎的生长，表明白光和黄光培养壮苗的效果较好，其他依次为蓝光、红光和绿光。

2.2    光谱成分与植物的生长和发育

2.2.1  紫外线有致死作用，波长360nm即开始有杀菌作用，在240~340nm的辐射条件下可使细菌、真菌、线虫卵和病毒等停止活动。在200~300nm之间，杀菌力最强，能杀空气中、水面及各种植物体表面微生物。这对抑制自然界病原体传染有重要作用。对植物生长发育方面，紫外线对种子的发芽和种子品质影响较大。在uv-b辐射下，许多微生物死亡，土壤和植物被消毒，大大减少了虫害的传播。

2.2.2  红外线的主要影响是它的热效应。使生物及其周围环境温度升高，促进植物茎的生长，以及种子孢子的萌发。

2.3 光谱成分与植物生理机能

       光谱成分与植物生理机能，主要表现在对植物的光合作用生产力的影响等方面

   2.3.1  光谱成分与光合作用

       在光合作用中，可见光被植物利用，转化为化学能，其中，红橙光是被叶绿素吸收最多的光（生理有效光），但是植物的光合作用，色素对光谱的变化具有明显的适应性，如小麦生理有效光为蓝绿光。例如，分布在海水表层的植物绿藻、红藻、海白菜等（见图一）。所含有的色素与陆地植物所含有的色素相似主要吸收看红光。但是，分布在深水中的红藻、紫菜则通过另一些色素有效的利用绿光。而集胞藻的生长是一个感应蓝光的过程。有效波长400~500nm，峰值为450nm。

2.3.2 光谱成分与植物生产力

        紫外辐射做为自然界存在的环境因子。当植物从太阳辐射中获得光照和热量，同时不可避免的受到uv-b辐射的胁迫。糖是植物光合作用过程中通过一系列的酶促反应得到，因此，植物的糖代谢受到许多糖代谢酶的调控。在uv-b辐射增强的环境下，许多植物都表现出光合速率降低、生产力下降等。uv-b辐射增强抑制光合作用，影响植物的糖代谢，其实质是uv-b辐射，影响了酶活性。

        实验表明，蓝光对水稻幼苗可融性蛋白积累有促进效应。在幼苗生长的初期比较明显，第五天，幼苗的可融性蛋白质，蛋白氨，非蛋白氨等游离氨基酸含量都高于白光或红光的处理。随苗龄的增长，蓝光的促进作用减弱。到第十七天，各项指标都低于白光处理的幼苗，而红光处理的幼苗可融性蛋白始终低于白光或蓝光的处理。另外，不同光质对番茄果实转色期的影响，以各色荧光灯为光源，在人工控光条件下操控，不同光质对番茄果实的可融性糖、有机酸含量不同。红光处理八天后，果实可融糖含量达到最高，成熟期比白光处理提前两天，而红光和白光处理均提高了果实的可融性糖和有机酸含量。

2.4   发展前景预测

　　充分利用波长不同的光对植物的积极作用，采用人工控光手段，让植物对其各自的生理有效光做出响应。对于提高作物产量，提高抗病害能力，培养优势种等方向有重大作用。同时在环境规划中，可采用不同波长光照射来强调植物形状、色彩和质感美，并通过光与影以及建设的相互作用使环境变得独特，渴望达到奇妙效果。

三、动物与光质适应

3.1  光谱成分与动物形态结构

　　将一种蛱蝶分别养在光照和黑暗的环境中，生长在光照环境中的蛱蝶体色变淡，而生长在黑暗环境中的蛱蝶身体呈暗色。其幼虫与蛹在光照与黑暗的环境中体色也与成虫有类似的变化。说明光质对动物肤色产生影响。另外，生活在高山上的动物体色较暗，这是避免紫外线伤害的一种保护性适应。

3.2     光谱成分与动物的生长发育

　　紫外有致死的作用。当波长为200~400nm时，可使人的皮肤形成“晒斑”，在波长300nm对皮肤发红的敏感性（灼伤）最大，另外，uv-b辐射对胎儿的发育产生重大影响，严重时可致畸形。

3.3  光谱成分与动物生理机能

　　大多数脊椎动物的可见光光波范围与人接近，但昆虫则偏于短波光，一般昆虫看不见红外光，却看得见紫外光，并对紫外光有趋光性。而许多原生动物如草履虫则表现为避光反应，表明不同动物对不同波长光有可做出不同反应。另外，光质对于动物的分布和器官功能产生影响。这一方面在色觉的分布上，可以看出，在截肢动物鱼类、鸟类和哺乳动物，有些种类色觉很发达，有些则完全没有色觉。在哺乳动物中只有灵长动物中才有发达的色觉。

3.4   发展前景预测

　　光谱成分与动物适应这一方向目前研究并不是很多。在现有研究水平上应用人工光控手段，在动物趋光性这一方面，可用来诱杀农业害虫。根据人的色觉对不同波长光的适应，在交通指示灯的设计建筑色彩搭配等方面渴望达到最舒适的视觉效果。另外在光化学烟雾研究方向，可控制其条件，尽量是危害降到最小。

四、微生物与光质适应

4.1  黑曲霉在黑暗下生长36h，经蓝光诱导，孢子囊增大分生发育提前，黑曲霉糖化酶活力增加。糖化酶产量提高更为明显。提示了黑曲霉存在一个对蓝光反应产生最适光感应发育的阶段。同时也表明黑曲霉能感应光质，适应光变化，调节自身代谢。研究结果可谓在提高现有水平上应用蓝光调节，提高糖化酶产量，找到新的技术突破提供新思路，另外，糖化酶的葡萄糖淀粉酶在酿酒业、制糖业、医药学等许多方面具有优良的发展前景。

4.2  另外光信号的感应现象还存在于很多的非光合作用生物中。其中，蓝光作为重要的环境信号，能调节包括真菌在类的许多微生物的生长发育代谢，向光性和生理节律。对许多生命活动了解研究利于更好的开发利用微生物价值。

参考资料：

1.《植物酶子光对uv-b辐射的向光机制》——《生态学杂质》      .2006

2.《紫外线辐射增强对植物代谢的影响》——《生态学杂志》       .2006

3.《蓝光诱导促进黑曲霉产糖化酶的研究》——《微生物学报》     .2006

4.《水生微生物学报》                                         .2006

5.《光质对番茄果实转色期品质变化的影响》——《中国农学通报》 .2006

6.《西北农业学报》                                           .2005

7.《植物生理学报》                                           .2006

8.《环境与生物进化》                       .2006年版　化学工业出版社

9.《环境科学报》                                             .2006

10.《水生生物学报》                                           2006