光合效率常用的几个术语

在光合效率的研究与讨论中常常使用光合速率、光合碳同化的量子效率、光系统II的光化学效率和光能利用率等不同的术语或指标。

1、光合速率

光合速率以单位时间、单位光合机构(干重、面积或叶绿素)固定的CO₂或释放的O₂或积累的干物质的数量(例如μmol CO₂. m^-2. s^-1 )来表示。

从表面上看，光合速率不是一个效率指标。但是，实际上它是一个重要的光合效率指标。它是光合作用不受光能供应限制即光饱和条件下表明光合效率高低的重要指标。在其他条件都相同的情况下，高光合速率总是导致高产量、高光能利用率。因此，人们常常把高光合速率说成高光合效率。

人们往往是在使光合作用饱和的相同光强下比较不同植物种或同种作物不同品种的光合速率。光饱和条件下的光合速率有时被称为光合能力，或光合潜力，也就是各种环境条件都适合光合作用进行(至少没有任何明显的环境胁迫)时的光合速率。由于普通空气中的CO₂浓度很低,CO₂供应不足常常是光合作用的重要限制因素，所以只有光和CO2都饱和条件下的光合速率才是严格意义上的光合能力。

不同光合速率单位之间的数量关系，可以通过简单的换算得到。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

最后一个单位是20世纪70年代以前常用的光合速率单位。那时，人们习惯于称光合速率为光合强度。

(2)如果叶片的光合产物*是碳水化合物( C_nH_2nO_n),那么，

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

= 1.584 X 30/44 mg干重. dm^-2. h^-1

= 1.08mg干重. dm^-2. h^-1.

这是通过测量叶片干重变化测定光合速率时常用的单位。.

(3)如果叶片的叶绿素含量以300mg. m^-2(多数为300~500mg. m^-2)计,那么，

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 (前提是每同化1分子CO₂便释放1分子O₂)，

这是用液相氧电极测定以CO₂为底物的离体细胞、原生质体或完整叶绿体的光合放氧速率时常用的单位。

现在的绝大多数文献报告的光合速率都是以单位叶面积表示的。因此，用单位叶面积表示的光合速率和有关参数，例如叶片的叶绿素、光合产物等含量和酶活性等，不仅便于不同文献资料之间的相互比较，而且也便于综合分析各个参数之间的相互关系，包括它们变化的因果关系和数量关系。以单位叶鲜重表示各种有关参数是最不可取的做法，因为用这种单位表示的各种参数很容易受叶片含水量变化的影响，特别是在涉及不同水分处理的情况下，不确定性和不可比性就更大。以单位叶干重表示光合及一些有关的指标也有问题，虽然不受叶片含水量变化的影响了，但是却受不同处理之间或一天中不同时刻之间光合产物积累数量不同的影响。

2、光合量子效率

光合碳同化的量子效率以光合机构每吸收一个光量子所固定的CO₂或释放的O₂的分子数来表示(例如mol CO₂. mol^-1光量子)。它的倒数为量子需要量，即每同化固定一分子CO₂或释放一分子O₂所需要的光量子数。

如果不考虑叶片的光反射和透射损失(一般为15%左右)，不是按照叶片实际吸收的光量子数，而是按照射到叶片上的光量子数计算量子效率，得到的便是表观量子效率。这个参数虽然不如实际的量子效率准确，但是测定方便，特别是在田间不便测定叶片实际吸收的光量子数的条件下尤其方便，因此在光合生理生态研究中被广泛使用。

3、光系统II的光化学效率

光系统II的光化学效率，就是光系统II每吸收一个光量子反应中心发生电荷分离的次数或传递电子的个数，人们常常用叶绿素荧光参数来表示它。

经过充分暗适应的叶片光系统II的光化学效率数值最大，常被称为潜在的光化学效率，用可变荧光强度与最大荧光强度的比值F./F。来表示。在没有环境胁迫的条件下，多种植物叶片的这一参数都很相近， 都在0. 85左右。

在推动光合作用的作用光下光合作用已经达到稳态时叶片光系统II 的光化学效率常常被称为实际的光化学效率，用在作用光下测定的最大荧光强度与稳态荧光强度之差同最大荧光强度的比值( 0F/Fm )来表示。△F/F。不像F,/F。那样相对恒定，很容易受多种内外因索的影响而变动。

4、光能利用率

光能利用率常以单位土地面积上植物群体光合同化物所含能量与这块土地上所接受的太阳能总量之比来表示。群体光能利用率的高低，不仅取决于叶片本身的光合功能，而且取决于

群体结构和叶面积的大小。在作物的幼苗阶段，由于叶片少，叶面积小，大量的太阳能没有被作物吸收而漏射到地面上，因此这时的光能利用率常常是很低的，甚至还不到1%。

上述几个术语分别适用于叶绿体、细胞、叶片、植物个体和群体等不同层次水平的光合机构。有的可以反映光合作用全过程的效率，例如光合速率和量子效率:有的只反映光合作用部分过程的效率，例如光系统II 的光化学效率。它们之间既有区别，又相互有密切的联系。在强光下，值得重视的是光合速率，光合速率高意味着光合效率高；在弱光下，值得重视的是光合量子效率，量子效率高意味着光合效率高。对于植物群体来说，要实现高的光能利用率，不仅要提高强光下的光合速率和弱光下的量子效率，而且要提高作物对土地的覆盖率，即要有较高或最适宜的叶面积系数。这些光合效率参数的变化和调节控制机理，构成了光合作用研究的一个重要领域。