第3章 药用植物与光因子

光补偿点：当光合作用固定的CO 光补偿点：当光合作用固定的CO2恰与呼吸作用 释放的CO 相等时的光照强度。 释放的CO2相等时的光照强度。
光合作用强度
随光照强度的提高，光 合能力递增，但呼吸消 耗也随之加大；
强光照破坏叶绿素的形成， 使可溶性蛋白质与总糖含 量显著下降，过氧化氢酶 活性明显降低，丙二醛含 量与过氧化物酶活性则显 著提高，表明出现光抑制。
第3章 药用植物与光因子 的生态关系
3.1 太阳辐射及其变化规律
药用植物总干物质中，一般 有90%～95%是通过光合作用 合成的，只有5%～10%来自 根部吸收的土壤养分。
一、光及其相关概念
紫外线 可见光 红外线
太阳辐射能的40太阳辐射能的 50%是可见光谱，其 是可见光谱， 是可见光谱 余大部分是红外线， 余大部分是红外线， 紫外线较少。 紫外线较少。
浅蓝色薄膜可以大量透过光合作用所需的 380-490nm的光（透过率60%以上），因而有利于 植物的光合过程和代谢过程。
2太阳辐射对药用植物的生态作用
光强对药用植物形态的作用
光照不足时植物形态： 光照不足时植物形态：
节间长，叶子不发达，侧枝不发育，植物体水分 节间长，叶子不发达，侧枝不发育， 含量高，细胞壁很薄，机械组织和维管束分化很差。 含量高，细胞壁很薄，机械组织和维管束分化很差。
夏季缩短日照长度——开花； 夏季缩短日照长度——开花； 冬季在温室内延长日照长度——不开花。 冬季在温室内延长日照长度——不开花。 后来研究发现美洲烟草只有在日照长度 <14h时方开花，这导致光周期现象的发 <14h时方开花，这导致光周期现象的发 现。 短日照是这种烟草开花的关键条件。
根据植物开花过程与日照长度的关系，可将植物分为：
耐荫药用植物的茎通常细长， 耐荫药用植物的茎通常细长，节间 较长，分枝较少，茎的体积较大， 较长，分枝较少，茎的体积较大， 细胞壁薄，木质化程度低， 细胞壁薄，木质化程度低，机械组 织较不发达，维管束数目较少。 织较不发达，维管束数目较少。
3药用植物对光的生态适应
3.2 生理适应
药用植物对强光胁迫的生理适应 改变光合特性以适应强光环境 在自然条件下，同种药用植物处于不同的生境中 光饱和点是不同的。 不同部位叶片的适应 同一植株上，阳生叶的光饱和点和光补偿点都高 于阴生叶。 增加叶绿素含量 较高光辐射条件下药用植物的叶色较深，叶片叶 绿素含量也较高。
长日药用植物（ longplant， 长日药用植物（ long-day plant，LDP ） 指日照长度必须大于某一临界日长（12～14h以上）才能 成花的植物。
对这些药用植物延长光照可促进或提早开花；相反，如延长 黑暗则推迟开花或不能成花。如典型的长日照植物天仙子必 须满足一定天数的8.5～11.5h日照才能开花。
3药用植物对光的生态适应
3.2 生理适应 药用植物对强光胁迫的生理适应 体内防御系统
形成成多种保护机制。如细胞中存在着活性氧清除系统， 有SOD、CAT、POD等。 通过代谢耗能，如提高光合速率，增强光呼吸和Mehler反 应(即假环式电子传递，其电子最终受体是O2而不是NADP+， 一般在强光下NADP+不足是才发生。)等。 提高热耗散能力。
光 质
能 量 强 度
400
630
1000 波长(nm) 波长
2500
4000
太阳辐射能(仿A. Mackenzie et. al,1999) 太阳辐射能 仿
光强
光照时间
光周期现象：植物对昼 光周期现象： 夜长短日变化和年变化 的反应。 的反应。
生物和许多周期现象是 受日照长短控制的， 受日照长短控制的，光 周期是生命活动的定时 器和启动器。 器和启动器。
属于这类的植物还有牛蒡、紫菀、凤仙对光的生态适应
短日药用植物（ shortplant， 短日药用植物（ short-day plant，SDP ） 指在日照长度只有短于其所要求的临界日长（一般在12～14h 以下）才能成花的植物。 对这些植物适当延长黑暗或缩短光照可促进或提早开花，相反， 如延长日照则推迟开花或不能开花，如果处于长日照条件下，则 只能进行营养生长而不能开花。如菊花须满足小于10h的日照才能 开花。 属于这类的植物还有紫苏、苍耳、大麻、黄麻、牵牛花等。
黄化现象： 黄化现象： 在黑暗条件下， 在黑暗条件下， 药用植物表现为茎 节长、脆弱、 细、节长、脆弱、 叶片小而卷曲。 叶片小而卷曲。根 系发育不良、 系发育不良、全株 发黄的现象。 发黄的现象。
2太阳辐射对药用植物的生态作用
光强对药用植物光合作用的影响
光饱和点：光照强度增加到一定程度后，光合作 光饱和点：光照强度增加到一定程度后， 用增加的幅度逐渐减慢，最后不再随光强而增加， 用增加的幅度逐渐减慢，最后不再随光强而增加， 这时的光照强度为光饱和点。 这时的光照强度为光饱和点。
光照时间对药用植物的生态作用
光周期对药用植物的生长发育和分布有较大影响。药用植物 的生长发育需要一定的日照时数，才能完成正常的生长发育、 积累有效成分。
光照时间对药用植物品质与产量的影响
光照时间与纬度、坡向、季节有密切关系，如在一定范围内， 随纬度的升高，日照时间相应延长，对于药用植物的某些有 效成分，延长光照时间对提高其含量有积极的影响。如麻黄 枝茎生物碱含量随光照时间的延长而显著的提高。
PSⅡ的可逆失活与修复
3药用植物对光的生态适应
3.2 生理适应 药用植物对光周期的适应类型
光周期：自然界一昼夜间的光暗交替称为光周期。 光周期现象：生长在地球上不同地区的植物在长期适应和进 化过中表现出生长发育的周期性变化，植物对昼夜长度发生 反应的现象称为光周期现象。
1920年，美国加纳和阿拉德（Garner 1920年，美国加纳和阿拉德（Garner WW,Allard,HA）发现美洲烟草 WW,Allard,HA）发现美洲烟草 (maryland mammoth)在华盛顿附近的夏 mammoth)在华盛顿附近的夏 季，株高达3 5m时仍不开花，在冬季 季，株高达3～5m时仍不开花，在冬季 温室，＜1m就开花。 温室，＜1m就开花。
栅栏组织
海绵组织
耐荫药用植物的茎叶的形态结 构与喜光药用植物相反， 构与喜光药用植物相反，枝叶 茂盛，没有角质层或很薄， 茂盛，没有角质层或很薄，气 孔与叶绿素比较少。 孔与叶绿素比较少。
3药用植物对光的生态适应
药用植物对光的形态适应
喜光药用植物通常茎较粗，节间短， 喜光药用植物通常茎较粗，节间短， 分枝也多。 分枝也多。生长在强烈阳光下的高山 植物，节间长强烈缩短，变成莲座状。 植物，节间长强烈缩短，变成莲座状。 在内部结构上，茎的细胞体积较小， 在内部结构上，茎的细胞体积较小， 细胞壁厚，木质部和机械组织发达， 细胞壁厚，木质部和机械组织发达， 维管束数目较多。 维管束数目较多。
肉苁蓉
3药用植物对光的生态适应
耐荫（阴性）药用植物 在较弱光照条件下生长良好的药用植物。可在低 于全光照2%的条件下生长，光补偿点平均不超 过全光照的1%。光补偿点和饱和点低，呼吸作 用、蒸腾作用都较弱，抗高温和干旱能力较低。 常见的有细辛、黄连、三七、半夏、红豆杉、紫 果云杉等。
3药用植物对光的生态适应
低光照强度有利于株高 和可溶性蛋白质含量的 增加，但增重少，繁殖 率低，代谢较弱； 如果强光时间过长，甚至 会出现光氧化现象，光合 系统和光合色素会遭到破 坏，最终影响药用植物产 量和有效成分的含量。
光强对药用植物光合作用的影响
一般来说， 一般来说，草本药用植物的光补偿点与光饱和点通常高 于木本药用植物； 于木本药用植物；喜光药用植物的光补偿点和光饱和点高 于耐荫药用植物； 药用植物高于C 药用植物。 于耐荫药用植物；C4药用植物高于 3药用植物。
2太阳辐射对药用植物的生态作用
光质对植物形态的作用 长波光，如红光、红外线可促进种子萌发，促进茎 的伸长生长的作用。 短波光，如蓝紫光、紫外线，能抑制植物的伸长生 长，而使植物形成矮粗的形态。 紫外线能促进花青素的形成。 长波光可使植物节间较长，而茎较细。 高山空气稀薄、大气透明度高，紫外线较多， 高山空气稀薄、大气透明度高，紫外线较多，紫外线 抑制植物细胞的伸长，因此高山植物生长缓慢， 抑制植物细胞的伸长，因此高山植物生长缓慢，植株 矮小，茎秆粗短，叶面缩小，毛绒发达，花色艳丽。 矮小，茎秆粗短，叶面缩小，毛绒发达，花色艳丽。
2太阳辐射对药用植物的生态作用
2.1光质对药用植物品质和产量的影响 光质对药用植物品质和产量的影响 生理有效辐射：太阳连续光谱中，能被植物光合作用 利用和色素吸收，具有生理活性的波段称生理有效辐 射。 生理有效辐射中： 红、橙光是被叶绿素吸收最多的部分，具有最大的 光合活性。 蓝紫光也能被叶绿素、类胡罗卜素所吸收。 绿光为生理无效光
半耐荫药用植物 黄精
肉桂
对光照具有较广泛的适应能力，对光的需要介于 前两类植物之间，在全光照下生长最好，但也能 忍耐适度的荫蔽，或是在生育期间需要轻度的遮 荫。 常见的有桔梗、黄精、肉桂、党参、核桃、侧柏、 山毛榉、云杉等。
3药用植物对光的生态适应
喜光药用植物叶片小而厚， 喜光药用植物叶片小而厚，叶子排列 稀疏，角质层较发达， 稀疏，角质层较发达，表面具蜡质或 药用植物对光的形态适应 绒毛，细胞较小，细胞壁较厚， 绒毛，细胞较小，细胞壁较厚，排列 紧密，细胞间隙小， 紧密，细胞间隙小，单位面积上气孔 叶脉细密而长。 多，叶脉细密而长。叶肉细胞强烈分 栅栏组织较发达， 化，栅栏组织较发达，而海绵组织不 发达。 发达。
2太阳辐射对药用植物的生态作用
光质对药用植物品质与产量的影响： 光质对药用植物品质与产量的影响： 常利用有色遮荫材料和有色膜来提高药用植物产量和 品质。
实验研究表明：浅蓝色薄膜育秧与无色薄膜相比，浅蓝色薄 膜秧苗根系较粗壮，插后成活快，生长茁壮，叶色浓绿，鲜 重和干重都有增加，测定的淀粉、蛋白质含量较高，主要因 为太阳光通过有色薄膜时，被选择透过和吸收，这样薄膜内 的光质因薄膜颜色不同而发生变化。