一、植物生命活动与温度条件
温度条件对植物的作用,与作为能源的光,作为营养物来源的水、土、气都不一样,它直接影响植物的生命活动,间接影响其他多种生态条件,是非常重要的生存条件。
(一)温度对植物生理过程的影响
分子系统的动能和温度成正比。在化学反应中温度升高后,活化的反应物质分子数量增加,反应速度加快。每升高10℃反应加快的倍数,称为温度系数Q10。化学反应的Q10值约为2—2.5,即增加一倍或更多些。物理反应也因升温而加快,如液体的流动性(或粘滞性)、扩散和渗透作用、溶解度等都随温度状况而变化,但Q10值只有1.2—1.3左右。
植物的生理过程如物质(水、盐类)的吸收、有机物质的合成和运输、呼吸作用等都包含许多复杂的物理和化学的综合反应,它们的反应速度同样随温度上升而加快,但超过最适点后反应速度反倒下降,这是生命活动的一个特点,它取决于蛋白质(酶)的性质。
植物的各种生理过程都限于某一温度范围内才能正常进行,它们的三个基本点——最低、最适和最高温度,随植物种类、发育状况和具体环境不同而有较显著的差异。
利用菜豆测定的吸水强度,在0—30℃范围内与水温上升大致成正比,吸水率以20℃时为100,30℃时增到130。5℃时减到60。其它试验结果均类似。土温降到2℃左右,烟草、南瓜等就会萎蔫,甚至在中午各种植物蒸腾强烈时灌水,使地温骤降也会造成萎蔫。低温使植物吸水量减少的主要原因是根细胞的透性降低(阻力加大)、水的粘度增加。在此情况下,即使土壤含有相当数量水分,植物也无法利用,成为一种生理性干旱。特别高的土温也限制植物吸水,如柑桔、葡萄在30—35℃的土壤中水分吸收降低。
温度影响光合作用仅通过暗反应实现,即CO2的固定与还原随增温而加快速度。温带植物光合作用最适温度约20—35℃,在5—35℃之间Q10约为2。这是由于适当提高温度加快了酶促作用所致。温度过高(约40—50℃)可以破坏叶绿素,降低酶的活性,扰乱许多中间反应,使光合作用立即停止。光合作用的温度反应随光强变化而异。
净光合作用直接关系到有机体的生长量,其最适温度意味着有机物质最高的生产能力,最高和最低温度则表示CO2收支平衡或净光合率为零的温度,称为热补偿点。拉夏契尔在CO2与光照适宜条件下测定了分布在各种气候区的不同植物的净光合率,反映出它们对当地温度条件高度适应的特点。一般说来热带、温带和寒带植物的三基点依次降低(表2-9)。
表2-9 各类植物光合作用的温度基点
(据Larcher,1980)
呼吸作用从低于负10℃到零上50℃之间皆可进行:当4—36℃ 间,Q10为2;温度>36℃或<4℃时则开始降低。呼吸的最适温度为30—40℃,高于光合作用甚多。马铃薯的呼吸强度从10℃增到45℃时,增长10倍,在50℃时达到顶峰,但温度再高时立即下降,几分钟后即死亡。据研究,在高温地区分布的植物呼吸强度一般较弱,有利于节省有机产物。在寒冷地区,植物呼吸强度比前者要强,消耗碳水化合物虽多却改善了代谢功能。有报导说,阿尔卑斯山地海拔1200m处生长的一种毛茛(Ranunculus glaevalis),在10℃时,呼吸强度为600m处的另一种毛茛(R. nemorosus)的两倍。
温度的影响还取决于其作用所持续时间,较长的高温可使光合作用和呼吸作用强度减弱。
(二)温度对植物生长发育的影响
植物生长是指其各器官或植株总体的数量增长,生长具体可包括伸长(或加粗)部分的增量,生长持续时间与生长速率等特征,皆与温度条件关系密切。
种子萌发可在很宽的温度范围内进行,最低发芽温度却有显著差异,如耐寒的大麦和小麦为1—2℃,甜菜和亚麻为3—4℃,喜温的玉米和小米为8—10℃,水稻和棉花为12—14℃,而热带的椰子为30℃,显示出地理起源不同的植物的适应特征。发芽速率随温度上升均将加快。
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