光合作用中植物對光能的利用率一般是多少？
光合作用中植物對光能的利用率一般是多少？
為什麼會這麼低？（是什麼因素導致它這麼低的）如何提高植物對光能的利用率呢？
我今天正好在找這方面的資料，看到知乎上竟然有這個問題，滿懷期待的進來，竟然沒人回答啊。看來知乎上面不同領域、不同熱度的話題，差別還是挺大的。
希望知乎發力，吸引更多熱愛科學，熱愛傳播科學，認真傳播科學的人來吧！
我不知道這個問題的答案，不過搜了一會，發現沒有直接的數據。估計更為直觀的數據要到文獻裡面找了。最近比較忙，沒時間這樣仔細的翻看了。就先把從網上找的資料放上來看吧。=========================以下是回答============================第一部分我印象里曾經看到一個地方寫的植物的對光能的利用率不超過14%，大部分都不超過10%，但是已經忘記出處了。先寫在這裡，如果有人知道出處，或者看出錯誤，麻煩請指正。第二部分以下是從作業幫上看到的兩段答案：
1、在綠色植物光合作用下；每放出1個氧分子要吸收8個波長為6.88×10－7m的光量子,同時每放出1mol O2,植物儲存469kJ的能量,綠色植物能量轉化效率約為33％
2、葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍紫光,因此,在紅光和藍紫光照射下,光合作用最強,而葉綠體中的色素吸收的綠光最少,光合作用最弱.白熾燈光各種波段的光都有,其光合作用的強度比綠光高.
我覺得上面1中說的33%的效率過高了。肯定是過高了。雖然沒有直接證據反駁，但是大家對這一點是沒有太大爭議的：現在的太陽能電池板的光能利用率越來越高，已經超過了植物的光合作用的光能利用率了。
以下是兩段引用說明：第三部分不過可以確定的一點，就是：全球最高 夏普發表發電效率達35.8%太陽能電池
當然是太陽能電池板的轉換效率高,目太陽能電池板的效率已能超過20%,在天氣晴朗陽光充沛的情況下可以驅動汽車以幾十公里的時速行駛,而植物的光合作用是緩慢的,要相當長時間才能看到生長效果.當然大自然植物界光合作用的規模是太陽能電池遠遠不能比擬的.
不同植物對光強的反應是不一樣的，根據植物對光強適應的生態類型可分為陽性植物、陰性植物和中性植物（耐陰植物）。
因此可以很容易判斷，不同光強適應的生態類型植物的光合作用效率、以及對光能的利用率差別是很大的。第四部分關於這個問題，錢學森「畝產萬斤」的論述可以拿來參考一下，下面是一篇文章。關於錢學森與「畝產萬斤」將其中很精彩的一段論述直接引用過來：在一定範圍內，光合作用效率與光強成正比，達到一定強度後實現飽和，再增加光強，光合效率也不會提高，這時的光強稱為光飽和點。當光合作用合成的有機物剛好與呼吸作用的消耗相等時的光照強度稱為光補償點。陽性植物對光要求比較迫切，只有在足夠光照條件下才能正常生長，其光飽和點、光補償點都較高。陰性植物對光的需求遠較陽性植物低，光飽和點和光補償點都較低。中性植物對光照具有較廣的適應能力，對光的需要介於上述兩者之間，但最適在完全的光照下生長。
在讀過錢學森的三篇文章後，我注意到，錢老說畝產可達3.9萬斤是有前提條件的：「我們算了一下，一年中落在一畝地上的陽光，一共摺合約94萬斤碳水化合物。如果植物利用太陽光的效率真的是百分之百，那麼單位面積干物質年產量就應該是這個數字，94萬斤！自然，高等植物葉子利用太陽光的效率不可能是百分之百，估計最高也不過是1/6，這就是說，單位面積干物質的年產量大約是15.6萬斤。但是植物生長中所積累的物質，只有一部分糧食，像稻、麥這一類作物的穀粒重量，約佔重量的一半，所以照這樣算來，單位面積的糧食的年產量應該是7.8萬斤。這是說全年三百六十五天都是晴天。如果因為陰天而損失25%，那麼糧食的畝產量應該是5.85萬斤。這是說，作物要在全年都生長，如果僅在暖季才長，也許要再打一個2/3的折扣，那麼平均畝產量是3.9萬斤了。」
錢老並沒有說當時就可以達到畝產3.9萬斤了，也沒有說多少年內可以達到畝產3.9萬斤。他只是從滿足充要條件下論證了畝產的極限值。他錯了嗎？ 從科學的角度講，他並沒有說錯什麼。我們現在達不到畝產3.9萬斤，不等於將來有一天達不到；就象我們現在沒有飛機達到光速，不等於將來有一天達不到。科學計算，可以測算最低值和最高值，也是科學家該做的事情。
另外，葉永烈先生撰寫了65萬字的《錢學森》，以嚴謹的治學態度和大量的史實，試圖重現了錢學森的一生。其中有論述「畝產萬斤」事件始末的部分。
這是他的另一篇專門文章：南方周末 - 錢學森「萬斤畝」公案始末。
第五部分從錢學森的「畝產萬斤」查證下去，這篇文章中提到了植物的光能利用率問題，不知道有何依據，可作為參考。http://club.kdnet.net/dispbbs.asp?boardid=1id=2592601第六部分 科研論文從網路中找到的數據，偏差非常大。看來要想精確論證，看來只能到學術期刊中尋找答案了。以下以水稻的光能利用率為主要的搜索關鍵詞在 中國知網 進行研究。以目前的生產力水平，高產農田植物的光合轉化效率也不過０．５％，５０年代，撐死了也不超過０．３％，而錢學森把０．３％一下子就說成３０％，擴大了１００倍！
水稻的光能利用（潘瑞熾. 水稻的光能利用[J]. 廣東師院學報(自然科學版),1976,01:44-55.)
這一段對光能利用的情況分析還是很清晰的。而且上面的0.5~1.0%的數據在多篇論文中被提及，看來已經是行業內的一個公認的基礎數據了。
下面給出了最終的分析和例子演算。
結論
- 綜合多篇論文來看，目前水稻的光能利用率應該在0.3~2%（該數據已經擴大範圍）之間。在這數據範圍內爭議不大。而理論的最大光能利用率應該在10%左右。
- 選取水稻進行研究是因為水稻屬於C3代表性植物，而且是最有代表性的農作物之一，也是最主要的糧食作物之一。
- C3植物的光合效率普遍小於C4植物，因此，C4植物的光能利用率理論上應該高於C3植物。簡單瀏覽了一下知網論文，找到一篇文章：種植密度與品種類型對渭北旱地春玉米產量和光能利用的影響 文中提到：同密度下以8.25萬株/hm2的產量最高,平均產量達8.97t/hm2,群體光能利用效率達1.50左右
- 綜上所述：目前的技術條件下，絕大多數植物的光能利用率不超過2%。應該不會再有異議。
- 推論：錢學森的「畝產萬斤」的論證，雖然近期不能實現，但是理論上是沒有問題的。在科學家的不懈努力下，不是沒有可能真正實現糧食產量畝產萬斤。
- 推論2：通過本文的論述和考證，我在第一部分的記憶，不管是我看的書的問題，還是我記憶的問題，肯定是有錯誤的。
- 推論3：第二部分33%的數據，對比到論文一，應該只是光合過程的轉化率，不是整個過程中的光能利用率。
題外話：要提高玉米單位面積產量，必須提高葉面積係數、延長功能葉的光合時間、提高凈同化率等3項因素綜合作用：
1，光合面積 目前我國各玉米產區玉米種植密度，多數都還偏稀，一般只有30000～45000株／hm2，應增至60000株／hm2，才能把光能截獲率從67.8％，提高到81.8％，見表8—51。對於近年推廣的葉片上沖型品種，應達到60000～75000株／hm2。山東省農業科學院植物生理研究室還測定，每hm260000株的葉面積指數始終比37500株的高0.2～2.2，前者峰值達5.2，後者僅為3.0。據烏斯金科試驗，葉面積係數高，不但對光能截獲率高，而且轉化利用率也高，如當葉面積指數2.6時，轉化量占截獲量的1.2％，而葉面積指數為4.9時，轉化量占截獲量的5.0％[55]。
2．光合勢 理想的葉面積動態是：苗期增長快、中期維持時間長、波動小、後期衰亡慢，即是「前快、中穩、後衰慢」。才能實現光合勢大。這就要在較大密度的基礎上，實行水、肥調控。實行「3葉間、5葉定、6葉7葉控、8葉以後一直攻」。在施肥上每公頃施標準氮肥1000kg、過磷酸鈣300kg，分3次施下，第一次在播後30d施40％，第2次在播後50d施50％，第3次在抽穗期施10％。後期晚收也是提高光合勢的有效措施，要待子粒硬化、乳腺消失、粒基出現黑層時再收穫比苞葉發黃時收穫可增產10％～20％。
3．凈同化率 品種待性與凈同率關係密切要取得群體凈同化率高，必須選育直立葉片的株型結構，特別是當葉面積指數高於4.0時，直立葉更顯示其凈同化率高。在高密度的田快、拔去雄穗，可以提高凈同化率4％～1g％。再則，提高水肥管理；也能提高凈同化率。
通過育種工作，提高玉米新品種單葉片光合速率和選育光能轉化為化學能的效率高的品種，仍然是今後努力的方向。
- 回答這個問題，起因是我想了解這部分的數據，但是網上竟然沒有通俗科普文章介紹，所以索性自己回答一個。作為知乎新人，雖然看了很多牛人的答案，但是我自己的水平還是有待提高。作為新人，大家輕噴，謝謝！
- 本來其實想簡單回答一下的，結果越寫越多，越走越遠，這是我在知乎第一次用這麼多時間和精力來回答一個問題。
- 這次的回答雖然影響力不一定廣，形式也不一定對，但是對我的影響很大。這次回答給了我信心：我終於可以提起筆來，以小科普文章的形式給大家講述一個科學問題。不僅僅是用嘴講給三五個人聽，而是寫出來讓很多人看到，也能永遠保留。
- 回答問題的過程，也是整理思路的過程，重新學習的過程。這個過程很讓人享受。這個過程比在實驗室做實驗、在辦公室寫專業論文，都要舒服、愉悅，有效率，而且更有成就感。
- 感謝這個時代，給了我們互聯網，讓知識的傳播和分享在人類歷史上從未有過的暢通和廣泛。
- 感謝知乎，讓我在此結識這麼多各個領域的牛人智者，讓我學到這麼多。可以說，刷知乎以來，一年中看到的東西，超過以前3年學習的內容。
- 感謝無數位認真的傳播知識的人們，是你們讓人類的知識呈幾何級增長。
- 感謝！感謝！
這個問題正好是我們組目前的研究關心的問題。植物對光能的利用率一般非常低，光能損失的原因主要有：
1. 大部分光不處於植物能進行光合作用的光譜內。
2. 一部分光被反射和透射掉；
3. 吸收的光能僅有一部分進行能進行光化學反應，將光能轉換成電子傳遞的能量；4. 合成碳水化合物過程中能量消耗；
5. 光呼吸消耗（這個分C3植物和C4植物，C4植物由於富集了高濃度CO2，極大地抑制了光呼吸）；
6. 呼吸作用消耗。
如何來提高光能利用率呢？目前有一個受比爾蓋茨-梅琳達基金會資助的項目專門致力於提高農作物光能利用率，叫RIPE（Realizing Increased Photosynthesis
Efficiency），官網http://ripe.illinois.edu/。計劃及可能實現的手段如圖：
需要了解更多，請看參考文獻：
Long et al., 2006. Can improvement in
photosynthesis increase crop yields? Plant, Cell and Environment. 29:315–330
Long et al., 2015. Meeting the Global Food
Demand of the Future by Engineering Crop Photosynthesis and Yield Potential.
Cell. 161:56–66
Michel, 2012. The nonsense of biofuels. Angew. Chem. Int. Ed. 51: 2516-2518
Ort et al., 2015. Redesigning
photosynthesis to sustainably meet global food and bioenergy demand. PNAS. 118:8529–8536
Zhu et al., 2008. What is the maximum
ef?ciency with which photosynthesis can convert solar energy into biomass? Current
Opinion in Biotechnology. 19:153–159
Zhu et al., 2010. Improving Photosynthetic
Ef?ciency for Greater Yield. Annual Review of Plant Biology. 61:235–61
這不是標準wikipedia就能找到詳盡答案的題目嘛，這樣下去知乎就要成百度知道了。。只算被植物吸收的那些光，理論最高效率11%。高度取決於植物總類，一般非作物植物0.1%-2%, 被人類培育成糧食，農作物的作物都高一些1%-2%，比如甘蔗(能到8%)。至於為什麼這麼低，每個步驟效率都不高丫，首先太陽光就丟掉了很多波長範圍，能吸收的光子再只有其中一些，剩下的轉化學能繼續損失，最後植物本身消耗。100% sunlight → non-bioavailable photons waste is 47%, leaving53% (in the 400–700 nm range) → 30% of photons are lost due to incomplete absorption, leaving37% (absorbed photon energy) → 24% is lost due to wavelength-mismatch degradation to 700 nm energy, leaving28.2% (sunlight energy collected by chlorophyl) → 32% efficient conversion of ATP and NADPH to d-glucose, leaving9% (collected as sugar) → 35–40% of sugar is recycled/consumed by the leaf in dark and photo-respiration, leaving5.4% net leaf efficiency.引用:wikipedia: Photosynthetic efficiency.
不到百分之一
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