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...     

濒危植物翅果油树的光合生理特性研究

采用Li-6400便携式光合仪对自然生长的翅果油树的光合特性进行研究,结果表明：（1）翅果油树叶片的净光合速率（Pn）日变化呈双峰曲线,高峰值出现在11：00和15：00,存在明显的光合“午休”现象．（2）翅果油树的光补偿点（LCP）为46．1085μmol·m^-2·s^-1,光饱和点（LSP）在1400μmol·m^-2·s^-1左右,光补偿点和光饱和点都比较高,表明其是典型的阳生植物,对光适应的生态幅度较窄,这可能是其濒危的原因之一;表观量子效率日变化范围在0．0355μmol·mol^-1 -0．0534μmol·mol^-1之间．（3）翅果油树的CO2补偿点为83．1914μmol·m^-1,CO2饱和点在700μmol·mol^-1左右,预测环境CO2浓度的升高对翅果油树光合作用的促进作用会很小;羧化效率日变化与净光合速率（Pn）日变化趋势基本一致,变化范围为-0．0040μmol·m^-2·s^-1 -0．0298μmol·m^-2·s^-1．     

The characteristics of CO2 assimilation of photosynthesis and chlorophyll fluorescence in transgenic PEPC rice

With PEPC, PPDK, NADP-ME and PEPC+ PPDK transgenic and untransformed rice (Orysa sativa L.), the activities of related C₄ photosynthesis enzymes, the chlorophyll fluorescence parameters, CO₂ exchange and other physiological indexes were compared, in which the physiological characteristics of PEPC transgenic rice were mainly studied. The results were as follows: (ⅰ) The activities of PEPC in PEPC transgenic rice were 20-fold higher than those in untransformed rice; the light-saturation photosynthetic rates and the carboxylation efficiency of PEPC transgenic rice were increased by 55% and 50% more than those of untransformed rice, respectively, while the CO₂ compensation point decreased by 27%. (ⅱ) The PSⅡ photochemical efficiency (F_v/F_m) and photochemical quenching (q_P) of transgenic PEPC rice decreased less in comparison with those of untransformed rice after the treatment with high light intensity (3 h) or methyl viologen (MV), a photooxidative reagent, which demonstrated that the tolerance of PEPC transgenic rice to photoinhibition and photooxidation was enhanced. (ⅲ) Under the condition of high light intensity, the activity of RuBPCase in PEPC transgenic rice did not obviously vary while the activity induced of carbonic anhydrase (CA) in PEPC transgenic rice increased by 1.8 fold. These results would provide some beneficial enlightment for revealing the mechanism of high photosynthetic efficiency and breeding with high photosynthetic efficiency in rice.     

莱茵衣藻生长和光合作用对硝基苯的响应

初步研究了不同浓度硝基苯对莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）生长和光合作用的影响．结果表明：不同浓度的硝基苯对莱茵衣藻的生长和光合生理有明显抑制作用，主要表现在其明显降低光合色素的含量、光能转换效率（Fv／Fm）、电子传递速率（ETR）、净光合速率（Pn）等方面；硝基苯对莱茵衣藻的影响主要是通过影响光合色素合成，降低光合作用电子传递，从而降低藻类的光合作用，引起生长的抑制．     

光照强度对西藏虎头兰幼苗生长及光合特性的影响

探究西藏虎头兰(Cymbidium tracyanum L.Castle)幼苗对不同光照强度的适应性,明确其生长的适宜光照强度,为该物种资源保育及驯化提供科学依据。以苗龄为2 a的西藏虎头兰为研究对象,测定了不同光照强度下(8%、20%、45%、100%全光照)西藏虎头兰的生长状况、叶绿素含量和光合参数等的变化。结果表明：西藏虎头兰在20%光照强度下长势最好,其株高、分株基径、冠幅和最大叶长最大。随着光照强度的升高,西藏虎头兰叶片的叶绿素a (Chl a)、叶绿素b (Chl b)、类胡萝卜素(Car)和叶绿素(a+b)[Chl (a+b)]含量均显著降低,Car/Chl(a+b)升高,Chl a/ Chl b无明显变化。8%和20%光照强度下西藏虎头兰的净光合速率(P_n)呈现“单峰”曲线,45%光照强度下呈现“双峰”曲线;日均P_n大小表现为20%光照强度(0.78 μmol·m^-2·s^-1)＞8%光照强度(0.55 μmol·m^-2·s^-1)＞45%光照强度(0.23 μmol·m^-2·s^-1)。20%光照强度下西藏虎头兰的光补偿点(LCP,8.86 μmol·m^-2·s^-1)最低,光饱和点(LSP,607.67 μmol·m^-2·s^-1)、表观量子效率(AQY,0.041)和最大净光合速率(P_max,2.91 μmol·m^-2·s^-1)最高。本研究中,西藏虎头兰在20%光照强度下植株长势最好、光合作用能力最强,因此在进行引种栽培时应提供适当的光照,有助于其生长。     

水肥耦合条件下春小麦叶片的光合作用

采用312-D最优饱和设计,在辽宁西部半干旱区进行了田间春小麦光合作用试验研究.结果表明:叶片光合速率与籽粒产量正相关.水肥单因子对叶片光合速率影响的大小顺序是,氮＞水＞磷.交互耦合作用对叶片光合速率影响的大小顺序为:氮与水耦合＞氮与磷耦合＞磷与水耦合.水肥耦合促进叶片光合速率提高的主要原因是:扩大了叶面积、提高了叶片蒸腾速率、增大了叶片气孔导度、提高了胞内水浓度、降低了胞内二氧化碳浓度.单叶光合速率高于7.5×10-3 μmol/s的水肥优化管理方案是:施氮量为323.4～399.9 kg/hm2、施磷量为65.8～105.7 kg/hm2、灌水量为276.1～353.2 mm.     

金钗石斛试管苗壮苗培养和光合速率的检测

选用金钗石斛(Dendrobium nobileL ind l)种子播种在固体、半固体、液体、滤纸拱桥液体培养基上,作种子萌发对比试验,最终研究结果:滤纸拱桥液体培养基上萌发率最高,可达90%以上。试管苗在添加或者未添加苔藓植物提取液壮根壮苗培养基上培养,最终研究结果为:前者平均每天苗净增长0.054 g,后者平均每天苗净增长0.082 g。这一实验结果充分证实了金钗石斛在未添加苔藓植物提取液的生长超过添加苔藓植物提取液生长的51.85%。光合速率的测定得出实验结果:金钗石斛第一功能叶的光合速率最高,其它功能叶依次递减。所有功能叶光合速率总平均值为2.60μmol.m-2.s-1。