第二章绿色植物(二)

1、向日葵向日原理及仿生学应用向日葵向日原理及仿生学应用所有绿色植物都有向光性（向日性）所有绿色植物都有向光性（向日性）原因：原因： 利用更多的太阳光进行光合作用利用更多的太阳光进行光合作用其中，向日葵的向光性最强，最明显其中，向日葵的向光性最强，最明显一、向日葵向日现象一、向日葵向日现象1、从发芽到花盘盛开之前,的确是向日，其叶子和花盘在白天追随太阳从东转上再向西。晚上，向日葵的花盘又慢慢回复。2、花盘一旦盛开后，逐渐形成子房乃至瓜子，花盘较重，下垂比较厉害，就不再向日转动，而是固定朝向东南方。二、向日葵向日原理二、向日葵向日原理1、由花盘下面的茎部生长素决定这种生长素有两个特点：1）刺激细胞快

2、速分裂、繁殖，促进向日葵的生长发育；2）这类生长素的作用会受到光的抑制。所以向日葵背光的一面长得比向光的一面快，茎便托着向日葵的花盘，朝太阳的方向弯曲，随着太阳的空中的移动，感觉向日葵的花就好像老跟着太阳转似的。 在太阳落山后，生长素重新分布，又使向日葵慢慢地转回起始位置，也就是东方。但是此中生长素的成分至今未研究明白但是此中生长素的成分至今未研究明白2、由花盘下面的茎部生长素决定1）向日葵的茎杆内部结构疏松，像塑料泡沫，充满水分。 茎秆下面部分粗壮，表皮厚实坚硬 上面部靠近顶端部分比较细小，表皮薄而细嫩。 向日葵向光面正对太阳，温度高，茎杆水分蒸发较快，发生萎缩，向日葵则向太阳倾斜。太阳方位

3、改变，向日葵向光面随之改变，茎杆的萎缩面也跟着改变，向日葵的朝向自然也就改变了。2）花盘长大变重后，水分蒸发造成茎的萎缩产生的力量不足以将花盘带动时，花盘就只能朝一个方向了。3）同时，东方（东南方）日照时间比西方长，温度较高，向日葵茎杆上部向东一面水分蒸发较多，萎缩程度较高，易于向东方弯曲，太阳从东边出来时，花盘朝东边下垂，就只能始终固定在一个方向了。三、仿生应用三、仿生应用1、仿生向日葵、仿生向日葵 -聚光太阳能发电聚光太阳能发电麻省理工学院研究人员发现，重新排列太阳能发电的镜子或定日镜，排列成类似螺旋形模式，就像向日葵表面，他们可以使这种模式的“阴影”减少20，同时提高潜在的发电量。这种向

4、日葵启发的模式，可以实现更紧凑的布局，最大限度地减少定日镜相邻镜面的遮光和挡光。 该论文发表于太阳能（Solar Energy）杂志上，最近已经申请了专利。三、仿生应用三、仿生应用本课题在现有跟踪技术的基础上，提出了一种新的跟踪思想向日葵式仿生太阳能跟踪，即仿照向日葵的向阳原理，设计了一种多平行轴的跟踪结构实现太阳能的跟踪。2、一种基于向日葵向阳原理的仿生日光跟踪系统一种基于向日葵向阳原理的仿生日光跟踪系统3、仿生向日葵机器人仿生向日葵机器人由四个光敏电阻、两个伺服马达和一个RCU为主要部件组成。光敏电阻用来获取周围的光值,然后依靠线路传输给RCU并进行控制判断。完成判断后,利用充电电池提供动

5、能,伺服马达提供动力,以马达的转动带动花杆。4、一种仿生机器人、一种仿生机器人“向日葵向日葵”太阳能发电站太阳能发电站 （专利号：201210255279 ） 本发明公开了一种仿生机器人“向日葵”太阳能发电站，包括太阳能板、电机、充电电池、控制电路装置，包括一移动装置连接一固定件、固定件上端设第一电机，电机转轴接太阳能板，在太阳能板上还设一火焰检测装置、光度检测装置，控制电路装置通过导线与火焰检测装置、光度检测装置连接，所述移动装置包括移动轮、第二电机。本发明具有向阳性，提高了太阳能的转换效率。5、基于向日葵追光系统的太阳伞的设计、基于向日葵追光系统的太阳伞的设计 基于向日葵追光系统的太阳伞是

6、一种集风扇、照明、流水灯、液晶显示温度时间于一身，方便用户遮阳乘凉的装置。 基于向日葵追光系统的太阳伞主要由伞体和控制箱两部分组成，伞体上装有能量转换模块，向日葵追光式太阳能电池板将太阳能转化为电能并加以储存；控制箱内装有单片机自动控制模块、风扇转速智能控制模块、液晶显示模块、LED灯和流水灯模块四大模块，为用户生活提供方便。仿生学仿生学源于生命的灵感源于生命的灵感信息（感觉）仿生信息（感觉）仿生结构（力学）仿生结构（力学）仿生控制仿生控制仿生拟态仿生拟态仿生化学仿生化学仿生是研究与模拟生物体中酶的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生物大分子或其类似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害虫舞毒蛾

7、性引诱激素的化学结构后，合成了一种类似有机化合物，在田间捕虫笼中用千万分之一微克，便可诱杀雄虫；分子仿生分子仿生是研究与模仿生物电器官生物发光、肌肉直接把化学能转换成机械能等生物体中的能量转换过程。能量仿生能量仿生整体仿生（生物计算机）整体仿生（生物计算机）绿色植物是绿色植物是生物圈中有机物的制造者生物圈中有机物的制造者光合作用光合作用绿色植物通过光合作用制造有机物绿色植物通过光合作用制造有机物 绿色植物利用光提供的能量，在绿色植物利用光提供的能量，在叶绿体中合成了淀粉等有机物，叶绿体中合成了淀粉等有机物，并且把光能转变成化学能，储存并且把光能转变成化学能，储存在有机物中这个过程就是人们常在有

8、机物中这个过程就是人们常说的光合作用（光合作用）。说的光合作用（光合作用）。一、光合作用的场所是叶绿体一、光合作用的场所是叶绿体三、光合作用利用二氧化碳和水为原料三、光合作用利用二氧化碳和水为原料 水是植物的根吸收的，通过木质部的导管水是植物的根吸收的，通过木质部的导管运输到进行光合作用的细胞运输到进行光合作用的细胞 二氧化碳从气孔进入细胞；有机物通过韧二氧化碳从气孔进入细胞；有机物通过韧皮部的筛管运输到植物体其他部位。皮部的筛管运输到植物体其他部位。二、光合作用产生氧气二、光合作用产生氧气 虽然在冬天北方的大多数绿色植物虽然在冬天北方的大多数绿色植物不进行光合作用了，但是南方的植不进行光合作

9、用了，但是南方的植物仍然可以通过光合作用制造氧气。物仍然可以通过光合作用制造氧气。生物圈是一个整体，大气在不停地生物圈是一个整体，大气在不停地运动，氧气可以从含量多的地方向运动，氧气可以从含量多的地方向含量少的地方扩散。因此，尽管到含量少的地方扩散。因此，尽管到了冬天，北方的人们也没有缺氧的了冬天，北方的人们也没有缺氧的感觉。感觉。四、光合作用的意义四、光合作用的意义有机物为自身及其它生物提供能有机物为自身及其它生物提供能量（分解）量（分解）影响光合作用的因素及应用影响光合作用的因素及应用内因：内因：外因：外因：光（强度、光质）光（强度、光质） CO2浓度浓度温度温度矿质元素矿质元素水分水分

10、酶的种类、数量酶的种类、数量叶面指数（疏密）叶面指数（疏密） 、影响光合作用的内部因素、影响光合作用的内部因素 不同部位的叶片光合速率不同，幼叶低、成熟叶高，老叶又低。 叶绿素含量与光合速率密切相关，在一定范围内，光合速率随叶绿素含量的增加而增加，但超出该范围就没有作用了，因此时叶绿素已多余，光反应已不是限制因素。 叶片 疏密适中 1、光、光光照强度：光照强度：一定范围内，光合速率一定范围内，光合速率 随随 光强的升高而增大。光强的升高而增大。光质：光质：光照时间：光照时间： 复色(白色)光蓝紫光红光绿光应用：延长光合作用时间应用：延长光合作用时间 大田：复种（一年种两茬或三茬）大田：复种（一

11、年种两茬或三茬） 温室：人工光照温室：人工光照 合理密植：合理密植：二、影响光合作用的外部因素二、影响光合作用的外部因素 合理密植的意义合理密植的意义套种（竹子与黄豆）套种（竹子与黄豆）2、CO2的浓度的浓度 二氧化碳是光合作用的原料，大气中二氧化碳二氧化碳是光合作用的原料，大气中二氧化碳的含量是的含量是0.03% 如果提高到如果提高到0.1%产量可以提产量可以提高一倍左右，若再提高产量就不再增加了，如高一倍左右，若再提高产量就不再增加了，如果低于果低于0.005%光合作用就不能正常进行。光合作用就不能正常进行。应用：应用：温室栽培时适当提高温室栽培时适当提高CO2的的 浓度浓度措施：措施：多

12、施多施有机肥或农家肥有机肥或农家肥； 大田生产大田生产“正其行，通其风正其行，通其风”，即为提，即为提高高COCO2 2浓度、增加产量；浓度、增加产量；释放一定量的释放一定量的干冰干冰或给植物浇或给植物浇碳酸饮料碳酸饮料( (施施NHNH4 4HCOHCO3 3) )。3.温度温度C3植物的最适温度是植物的最适温度是25C4植物的最适温度是植物的最适温度是354 4、矿质元素、矿质元素土壤溶液土壤溶液浓度过高浓度过高使植物使植物失水失水从而导从而导致光合速率下降致光合速率下降5.水分 水分 水既是光合作用原料，又是化学反应的媒介；水分是植物蒸腾的对象。缺水气孔关闭CO2进入受阻间接影响光合作用

13、应用措施：合理灌溉。能量能量的主要来源的主要来源也叫生物氧化也叫生物氧化 维持生物圈中的碳维持生物圈中的碳氧平衡氧平衡呼呼吸吸作作用用有氧呼吸与无氧呼吸之间的区别：有氧呼吸与无氧呼吸之间的区别： 类类 型型比较项目比较项目 场场 所所主要在线粒体内主要在线粒体内细胞质基质细胞质基质是否需氧是否需氧需要需要氧气不足或无氧氧气不足或无氧分解产物分解产物和水和水和酒精和酒精 或乳酸或乳酸释放能量释放能量较多较多较少较少有氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸举例举例大多数动植物大多数动植物破伤风杆菌、乳破伤风杆菌、乳酸菌、体内寄生酸菌、体内寄生虫等虫等影响呼吸作用的外部因素：影响呼吸作用的外部因素：1、温度

14、温度： 温度影响酶的活性温度影响酶的活性 应用应用：农作物种植适当：农作物种植适当 增大昼夜温差；增大昼夜温差； 果蔬贮存适当降温。果蔬贮存适当降温。 2、O2 缺氧导致无氧呼吸，产生的酒精对生物有毒害缺氧导致无氧呼吸，产生的酒精对生物有毒害（使蛋白质变性）（使蛋白质变性）应用应用：中耕松土、水稻晒田：中耕松土、水稻晒田 3、CO2CO2浓度上升抑制呼吸作用浓度上升抑制呼吸作用应用应用：中耕松土：中耕松土 4、H2O代谢强度与水含量有关，适当水分代谢强度与水含量有关，适当水分呼吸作用的应用呼吸作用的应用包扎伤口时，选透气性的纱布和包扎伤口时，选透气性的纱布和“创可贴创可贴”土壤板结后，空气不足会影响根系生长土壤板结后，空气不足会影响根系生长 需要及时松土透气需要及时松土透气酿酒