麥每公頃產量7.5噸為例,按我國目前的生產水平此產量是相當高的,因為實際上1995年我國小麥平均每公頃產量隻有3.54噸,還達不到我們計算用的小麥產量的一半,僅為高產的荷蘭小麥產量(8.85噸/公頃)的40%,這同樣說明提高作物產量有很大潛力。
要提高大田光能利用效率,可充分利用上、下兩茬作物之間的休閒期,種植些不受季節限製的作物如綠肥、青飼料和葉菜類等,以減少光能的浪費;進行間種、套種,提高複種指數,克服每種作物播種後出苗前、幼苗生長期和作物生長後期太陽光漏射到地麵造成的浪費,以達到充分利用光能的目的。還應充分利用現有的荒地和水麵,擴大旱生植物或作物和水生植物的種植麵積,使射到地麵和水麵的光能得到充分利用,讓光能通過植物光合作用轉化為社會財富。
除通過上述各種途徑提高光能利用效率,增加植物產品的收獲量外,另一個非常重要的途徑就是通過對植物光合作用的深入研究,揭示其內在奧秘,以便采取有效措施,提高葉片截獲光能的能力,促進對光能的吸收,延長葉片功能期,提高葉片的光合能力和轉能效率等。在這方麵,中國科學院植物研究所的有關科學工作者已經做了卓有成就的嘗試,並取得了可喜的成果。他們通過對“大豆高光效育種及其理論”的研究,首先證明了大豆品種間的光合速率存在顯著差異,而且光合速率與大豆籽粒產量成正相關,同時具有遺傳穩定性。還證明光合單位、二氧化碳同化的關鍵酶RuBP羧化酶和PEP羧化酶的活性與光合速率密切相關,而且RuBP羧化酶對產量的貢獻最大,從而明確了大豆籽粒產量的提高主要取決於葉片對光能的截獲能力、光能的轉換效率、光合碳同化循環的運轉效率和光合產物在籽粒中高的分配比例等,這些指標是構成大豆高光效高產的基礎。隨後他們運用這些研究成果,與中國科學院遺傳研究所的研究人員合作,選育出我國“八五”期間大豆最高產量的品種。
我們通過對不同地區不同產量水平的26個水稻品種光合特性的比較研究,證明了水稻產量與它們對光能的吸收、光能轉化效率、光係統Ⅱ的活性、光合電子傳遞速率以及兩個光係統之間激發能分配的調節能力等有明顯正相關。在對雜交稻及其親本光合作用特性的研究中,不僅進一步證實上述結論,而且闡明在配置雜交組合時,除應注意選擇遺傳差異大、性狀互補好和配合力強等親本外,尤其應特別重視選擇具有優良光合功能的母本,以便儘快獲得生產上可推廣應用的雜交稻。
這些研究證明,通過光合作用研究,不僅可為選育高光效高產品種提供理論依據,促進育種工作的發展,以儘快培育出在農業生產上可推廣應用的新品種;而且也可為進一步提高作物產量提供理論依據,促使作物產量在原有基礎上進一步提高。由於作物產量潛力與它們的光合功能密切相關,這便促使人們尋求提高作物光能轉化效率的途徑,以達到提高作物產量的目的。例如,我們利用2,3—環氧丙酸和鈦等物質來提高水稻、大豆和小麥的光化學活性和光能轉化效率等,最終提高它們的產量就是很好的例證。關於這方麵的例子舉不勝舉,不再羅列。總之,對光合作用的研究將會大大促進我國農業生產的發展,為解決我國糧食供求矛盾作出貢獻。
(二)光合作用與環境保護
綠色植物不僅為人類和其他生物的生存提供所需的絕大部分物質,而且它們在促進大氣氣體循環,維持大氣中氧氣和二氧化碳濃度相對穩定起著重要作用。然而,綠色植物對人類的貢獻還遠不止這些。人類要生存還需要有一個良好的生存空間和環境,而綠色植物在這方麵起到了無與倫比的巨大作用。
在生活和生產活動中,工業鍋爐、火力發電廠、金屬冶煉廠、造紙廠、化工廠和農藥廠等各種工廠,以及龐大的汽車隊伍,除向大氣排放大量二氧化碳外,還排出大量有毒氣體,如氯氣、氮氧化合物、氟化物、硫化物、碳氫化合物和一氧化碳等,使空氣受到嚴重汙染。據報道,到2000年,我國廢氣的排放量將達1.15×1013立方米.其中二氧化碳和二氧化硫的排放量是世界上排放量最大的。這個數字確實令人觸目驚心,如果這些有毒氣體在大氣中不斷積累而不被清除的話,會對人類和其他生物的生存造成嚴重威脅。這個問題已引起各級政府和人們的高度重視,並積極采取各種有效措施對汙染源進行綜合治理,以控製向大氣排放的有毒物質的量。然而,由於技術和資金的限製,要達到徹底根治並非易事。
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