植物光合-光响应模型的比较分析

植物光合作用对光响应模型是研究植物光合特性的重要工具。本文详细介绍光合作用对光响应的直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数方程和直角双曲线修正模型的特点。阐明植物光合作用对光响应模型中容易误解的一些参数的生物学意义。指出直角双曲线、非直角双曲线和指数方程是一条没有极限的渐近线,无法用它们估算植物的饱和光强,同时也无法用它们描述植物净光合速率随光强增加而降低这一段光响应曲线。直角双曲线的修正模型是一条有极点的曲线,可以用它可以准确计算植物的最大净光合速率和饱和光强等参数,并且可以用它同时描述植物在光抑制、光适应和光强超过饱和光强时的光响应曲线。     

植物光合-光响应模型的比较分析

植物光合作用对光响应模型是研究植物光合特性的重要工具。本文详细介绍光合作用对光响应的直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数方程和直角双曲线修正模型的特点。阐明植物光合作用对光响应模型中容易误解的一些参数的生物学意义。指出直角双曲线、非直角双曲线和指数方程是一条没有极限的渐近线,无法用它们估算植物的饱和光强,同时也无法用它们描述植物净光合速率随光强增加而降低这一段光响应曲线。直角双曲线的修正模型是一条有极点的曲线,可以用它可以准确计算植物的最大净光合速率和饱和光强等参数,并且可以用它同时描述植物在光抑制、光适应和光强超过饱和光强时的光响应曲线。     

美洲商陆光合光响应曲线及其模型拟合

为探讨不同光响应模型对美洲商陆光合特性的适用性,利用4种典型的光响应模型拟合了美洲商陆的光响应曲线,通过分析光合参数模拟值与实测值的拟合相似度,在4个模型中筛选最佳美洲商陆光响应模型。结果表明,直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数方程以及修正的直角双曲线模型对美洲商陆的光合光响应曲线都可以进行拟合,决定系数均为R2>0.99,但只有修正的直角双曲线模型可以计算它们的饱和光强。由各模型计算的光合参数可知,非直角双曲线模型求得的Pnmax远高于实测值,指数方程与修正的直角双曲线模型求得的Pnmax与实测值最为接近。直角双曲线、非直角双曲线模型以及指数方程求得的Isat均远低于实测值,唯有修正的直角双曲线模型求得的Isat与实测值最为相符。因此,修正的直角双曲线模型对于美洲商陆的光合光响应曲线的拟合以及各光合参数的求取最为适合。由修正的直角双曲线模型计算得到的美洲商陆的光合参数可知,美洲商陆的Pnmax为16.98μmol·m-2·s-1,Isat为1614.54μmol·m-2·s-1,Ic为14.14μmol·m-2·s-1,表明美洲商陆对光强具有较大的适应范围。     

4种苦苣苔科植物光合特性的比较

以苦苣苔科植物半蒴苣苔（Hemiboea henryi Clarke）、温州长蒴苣苔（Didymocarpus cortusifolius（Hance）W．T．Wang）、牛耳朵（Chirita eburnea Hance）和大花旋蒴苣苔（Boea clarkeana Hemsl．）为材料,测定并比较了它们的生理生态因子、光合作用和叶绿素荧光参数．结果表明：4种苦苣苔科植物的净光合速率日变化曲线均为双峰曲线,峰形也相似;4种苦苣苔科植物均有较低的光补偿点和光饱和点,以及较高的CO2补偿点和CO2饱和点,说明低光照（600～750μmol·m-2·s-1）和高CO2浓度（1277—1965mg／m3）可以有效促进植物的生长和发育．叶绿素荧光参数的测定结果显示：随着光合有效辐射从0μmol·m-2·s-1增加到1400μmol·m-2·s-1,4种苦苣苔科植物的光系统Ⅱ实际光化学量子产量和光化学猝灭值逐渐下降,表观电子传递速率和非光化学猝灭值则增加;光化学量子产量、表观电子传递速率和光化学猝灭的大小顺序为温州长蒴苣苔〉牛耳朵〉半蒴苣苔〉大花旋蒴苣苔,非光化学猝灭均值的大小顺序为牛耳朵〉半蒴苣苔〉温州长蒴苣苔〉大花旋蒴苣苔．表明4种苦苣苔科植物中,牛耳朵同时具有较高的光利用能力和光适应能力,是引种开发的优选品种．     

油松光合光响应曲线的模型拟合比较研究

在田间实验条件下,对河北平泉,山西太行山和陕西黄陵3个油松种源的光响应曲线进行了测定。采用4种典型光响应经验模型(直角双曲线模型、直角双曲线修正模型、非直角双曲线模型和指数模型)对光响应曲线进行了拟合,并将决定系数(R2)与均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和赤池信息量准则(AIC)值相结合,探讨了不同模型对光响应过程的拟合优度。结果表明,对各个种源而言,这4种模型的R2均大于0.990(0.993-0.999)。与其他3种模型相比,直角双曲线修正模型的R2并列最大或最大,RMSE、MAE和AIC值普遍较小,整体上拟合效果最佳。根据直角双曲线修正模型获得3个油松种源的最大净光合速率(Pnmax)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rd),河北平泉种源的Pnmax最大,LSP居中,LCP和Rd最低;显示这一北部种源的光合潜力总体上较高。     

4种模型对黄枝油杉光合光响应曲线的拟合分析

【目的】为找出黄枝油杉(Keteleeria calcarea)光合光响应曲线的最佳模型,以得到较为准确的光合特征参数。【方法】采用Li-6400便携式光合系统对黄枝油杉的光合光响应曲线进行测定,并通过4种模型(直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数模型和直角双曲线修正模型)对其光响应曲线进行拟合。【结果】直角双曲线模型和非直角双曲线模型的最大净光合速率(Pnmax)拟合值高于实测值,而指数模型和直角双曲线修正模型的拟合值与实测值较为接近;在4种模型中,直角双曲线修正模型的Isat拟合值(850.45μmol·m-2·s-1)与实测值(800μmol·m-2·s-1)最为接近,其余3种模型求得的Isat远低于实测值。直角双曲线修正模型对黄枝油杉的光响应曲线拟合得到的Pnmax、光饱和点(Isat)、光补偿点(Ic)和暗呼吸速率(Rd)分别为5.06μmol·m-2·s-1、850.45μmol·m-2·s-1、7.86μmol·m-2·s-1和0.816μmol·m-2·s-1。【结论】直角双曲线修正模型的拟合效果最好,指数模型次之,非直角双曲线模型和直角双曲线模型的拟合效果最差。     

3种兜兰属植物光合特性的比较研究

通过研究硬叶兜兰(Paphiopedilum micranthum)、带叶兜兰(P.hirsutissimum)和长瓣兜兰(P.dianthum)3种兜兰属植物的光合特性,为其种质资源保育及引种栽培提供理论依据。以广西雅长兰科植物国家级自然保护区内3种兜兰属植物为试验材料,测定其叶片的光响应曲线、CO₂响应曲线以及叶绿素含量,比较3种兜兰光合特性的差异。结果表明：硬叶兜兰、带叶兜兰和长瓣兜兰的最大净光合速率(P_max)分别为2.719 μmol·m^-2·s^-1、1.836 μmol·m^-2·s^-1、2.015 μmol·m^-2·s^-1,光饱和点(LSP)分别为578.74 μmol·m^-2·s^-1 、467.72 μmol·m^-2·s^-1、481.25 μmol·m^-2·s^-1,光补偿点(LCP)均较低,分别为15.65 μmol·m^-2·s^-1、12.79 μmol·m^-2·s^-1、10.34 μmol·m^-2·s^-1,是典型的阴生植物。硬叶兜兰的最大净光合速率(P_max)、CO₂饱和点(CSP)、羧化效率(CE)均显著高于长瓣兜兰和带叶兜兰(P<0.05),硬叶兜兰对CO₂的利用能力更强。叶片叶绿素相对含量(SPAD值)表现为硬叶兜兰(58.13)>长瓣兜兰(55.12)>带叶兜兰(51.88)。3种兜兰属植物的光合能力较弱,对光的利用范围狭窄,在引种栽培时应注意增加荫蔽度。     

虾脊兰光合-光响应曲线的拟合及分析

作者利用Li-6400便携式光合仪测定虾脊兰(Calanthe discolor Lindl.)的光合-光响应曲线,并用3种运用较为广泛的模型对其进行拟合,探讨虾脊兰光合-光响应的最适模型并通过拟合得到最大净光合速率、光补偿点、光饱和点等光合参数.此外,还分析了影响虾脊兰光合作用的主要因子.结果表明:(1)虾脊兰光合-光响应改进直角双曲线模型拟合R2为0.997,拟合效果优于直角双曲线模型和非直角双曲线模型,且其拟合值与实测值最接近.因此应将改进直角双曲线模型作为研究虾脊兰光合-光响应的首选模型;(2)经改进直角双曲线模型拟合得到的虾脊兰光合生理参数符合阴生植物特征,其表观量子效率()为0.045 mol·mol-1、最大净光合速率(Pmax)为3.772μmol CO2·m-2·s-1、光补偿点(LCP)为2.209μmol·m-2·s-1、光饱和点(LSP)为867.678μmol·m-2·s-1、暗呼吸速率(Rd)为-0.099μmol·m-2·s-1;(3)光合有效辐射是虾脊兰光合作用的主要影响因子.此外,胞间CO2浓度与气孔导度这两个生理因子也对其有影响.综上所述,在人工栽培虾脊兰的过程中应选择阴蔽度较高的环境.     

不同氮素水平下107杨光谱及光合响应特征研究

为科学制定107杨(Populus×euramericana‘Neva’)氮肥管理措施,研究了不同氮素水平下1年生107杨盆栽苗光谱及光合响应特征。结果表明:1不同氮素水平下107杨光谱反射曲线的变化趋势基本一致,且均有绿色植物典型的"谷"和"峰"的特征;在不同的施氮量梯度下,随着施氮量的增加,高光谱反射率一阶导数也相应地升高,其在680~760 nm的红边区域具有明显的向长波方向移动的趋势,其中以N-4(4 g)氮素处理表现最为明显;2在不同的施氮量梯度下,随着光照强度增加,107杨叶片的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)和气孔导度(G_s)明显增加,而胞间CO_2浓度(C_i)降低。所有处理中以N-4(4g)处理叶片的光合能力最强,生长发育状况最佳。     

两种叶型五指毛桃的光合特性比较研究

五指毛桃(Ficus hirta Vahl.)具有较高的遗传多样性.本研究对野外引种的两种叶型五指毛桃的光合特性进行比较,为进一步了解和利用五指毛桃提供科学依据.以圆叶五指毛桃和缺叶五指毛桃为试材,采用LI-6400便携式光合测量仪测定两种五指毛桃的叶片光合作用参数,并对其净光合速率与主要环境因子进行相关性分析.圆叶五...     

不同盐渍条件下海滨锦葵光合-光响应模型

采用CIRAS-3便携式光合作用测定仪测定了不同盐渍条件下海滨锦葵在不同光强下的净光合速率。通过非直角双曲线模型、直角双曲线模型、指数模型和直角双曲线修正模型对光合参数和拟合曲线进行比较,探讨盐胁迫下海滨锦葵的光响应过程。结果表明,随着盐浓度的升高,海滨锦葵的净光合速率表现出先增高后降低的趋势。另外,从相对误差和决定系数来看,除了指数模型,其他3个模型在不同盐胁迫的海滨锦葵中均适用;发现随着盐浓度的升高,表观量子效率明显降低。对照条件下直角双曲线模型的拟合度最高,100 mmol·L^-1和300 mmol·L^-1 NaCl处理条件下直角双曲线修正模型为海滨锦葵的最适模型,200 mmol·L^-1 NaCl处理条件下非直角双曲线模型的拟合度最高。     

不同种植模式下茶树光合特性、茶芽性状及茶叶化学成分的比较

以板栗-银杏-茶(CGT)、板栗-茶(CT)、纯茶(T)种植模式下的茶树为研究对象,测定了茶树光合特性、茶芽性状及茶叶化学成分,分析了影响茶芽性状和化学成分的主要光合因子。结果表明,不同种植模式内茶树净光合速率的日变化均呈单峰型。与T模式相比,GCT、CT模式内茶树净光合速率、茶芽长、茶芽密度、百芽质量及产量均有所下降,但茶叶水浸出物、咖啡因、氨基酸含量增加,仅茶多酚含量降低,可见茶园间种银杏或板栗有利于提高茶叶品质。多元回归分析表明,光合因子中对茶芽性状及茶叶化学成分影响最大的是蒸腾速率,其次是净光合速率和叶绿素含量,最小的是气孔导度。     

高速铁路板式无砟轨道的结构分析模型对比

为了对比弹性地基叠合梁理论、弹性地基梁-板理论和梁-体有限元理论在分析无砟轨道结构受力时的差别,基于这3种无砟轨道结构力学理论建立了无砟轨道结构分析模型,分析2种不同线下基础上CRTSⅡ和CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的受力情况.结果表明:由于弹性地基叠合梁理论分析模型考虑的因素较少,计算所得结果与其他2种分析模型的计算结果相差较大,且与轨道板实际受力情况存在一定差别;弹性地基梁-板理论分析模型可较好地模拟轨道板和底座弯曲变形,计算结果比其他2种分析模型偏大约30%,设计偏于安全;梁-体有限元理论分析模型可真实反映无砟轨道结构的受力和变形,但分析模型相对复杂,对工程设计人员要求较高,一般用于无砟轨道结构的研发和设计验证.     

Kranz anatomy is not essential for terrestrial C4 plant photosynthesis.

An important adaptation to CO2-limited photosynthesis in cyanobacteria, algae and some plants was development of CO2-concentrating mechanisms (CCM). Evolution of a CCM occurred many times in flowering plants, beginning at least 15-20 million years ago, in response to atmospheric CO2 reduction, climate change, geological trends, and evolutionary diversification of species. In plants, this is achieved through a biochemical inorganic carbon pump called C4 photosynthesis, discovered 35 years ago. C4 photosynthesis is advantageous when limitations on carbon acquisition are imposed by high temperature, drought and saline conditions. It has been thought that a specialized leaf anatomy, composed of two, distinctive photosynthetic cell types (Kranz anatomy), is required for C4 photosynthesis. We provide evidence that C4 photosynthesis can function within a single photosynthetic cell in terrestrial plants. Borszczowia aralocaspica (Chenopodiaceae) has the photosynthetic features of C4 plants, yet lacks Kranz anatomy. This species accomplishes C4 photosynthesis through spatial compartmentation of photosynthetic enzymes, and by separation of two types of chloroplasts and other organelles in distinct positions within the chlorenchyma cell cytoplasm.     

陆面模式中C3植物叶片尺度光合作用酶限制函数方程推导

由植物光合作用的生物合成及氧化反应机制出发,通过生化反应的酶催化作用底物浓度与反应速度的关系,催化反应有无竞争抑制的底物浓度与反应速度的曲线关系,推导出植物光合作用的同化速率RuBP羧化/加氧酶限制的模式,为进一步模拟陆-气相互作用中植被光合作用同化速率提供理论依据.     

濒危植物银缕梅幼苗对不同光强的光合响应

在不同光照强度处理下(100 %、50 %和5 %自然光强),测定了濒危植物银缕梅幼苗叶片光合生理及其相应的形态指标,以探讨银缕梅幼苗叶片光合功能执行及叶形态建成在不同光照条件下的响应趋势。结果表明：银缕梅幼苗最大净光合速率(Pn,max)、光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)随着光强下降而显著降低,表明当年生新叶在一定程度上能够利用低强度光。全光强下银缕梅幼苗虽然具有较高的净光合速率,但其非光化学猝灭系数(NPQ)同样显著高于弱光下的幼苗,表明在幼苗建成阶段其强光利用能力较低,需要通过增加热耗散以散发过剩的光能。50 %光强下的银缕梅幼苗叶片的比叶面积(SLA)显著高于5 %及100 %光强下幼苗叶片的SLA,并且单株产叶数显著增加,说明在中等遮荫条件下银缕梅幼苗可进行有效的光合功能执行,并在形态建成方面表现出积极的响应。5 %光强下银缕梅幼苗的SLA最低,但单位面积及单位干质量的叶绿素含量均显著高于50 %与全光照下幼苗的相应指标。银缕梅幼苗在光合功能执行以及叶形态建成等方面对低光环境所表现出的适应策略,较好地解释了自然种群中幼树(幼苗)个体占据绝对优势的现象。但作为典型的阳生性树种,生长后期的光资源限制则可能导致植株处于“光饥饿”的压制状态,严重限制其种群更新。光环境的改善将直接促使幼树(幼苗)从光制约状态释放出来,以利于银缕梅种群的顺利更新。     

濒危植物天目铁木和羊角槭的光合及蒸腾特性日动态比较

分别对浙江西天目山濒危植物天目铁木(Ostrya rehderiana)和羊角槭(Acer yangjuechi)进行叶片气体交换参数日动态测定,探讨其光合与蒸腾作用的影响因素,比较光能利用效率和水分利用效率.结果显示,天目铁木的净光合速率日动态有午休现象;当光合有效辐射没有显著差异时,天目铁木的净光合速率显著大于羊角槭(p0.05),与其林冠层阳生环境相适应;二者光能利用效率日变化无明显差异,但弱光条件下,羊角槭的光能利用效率高于天目铁木(p0.05),与其林下层耐阴植物的特性相符;二者的水分利用效率日动态不同,羊角槭高于天目铁木(p0.05),表明羊角槭蒸腾活动降低而导致.     

The PSI-H subunit of photosystem I is essential for state transitions in plant photosynthesis

Photosynthesis in plants involves two photosystems responsible for converting light energy into redox processes. The photosystems, PSI and PSII, operate largely in series, and therefore their excitation must be balanced in order to optimize photosynthetic performance. When plants are exposed to illumination favouring either PSII or PSI they can redistribute excitation towards the light-limited photosystem. Long-term changes in illumination lead to changes in photosystem stoichiometry. In contrast, state transition is a dynamic mechanism that enables plants to respond rapidly to changes in illumination. When PSII is favoured (state 2), the redox conditions in the thylakoids change and result in activation of a protein kinase. The kinase phosphorylates the main light-harvesting complex (LHCII) and the mobile antenna complex is detached from PSII. It has not been clear if attachment of LHCII to PSI in state 2 is important in state transitions. Here we show that in the absence of a specific PSI subunit, PSI-H, LHCII cannot transfer energy to PSI, and state transitions are impaired.