基于强化学习的空间引力波探测望远镜系统外杂光抑制研究

引力波望远镜其收集的空间目标光信号能量远小于杂散光能量,为了保证引力波望远镜的正常工作,需要保证较好的杂光抑制效果。又由于散射光线的不确定性,光机系统本身的复杂性,杂光抑制方案的确定往往需要复杂的数学公式计算以及丰富的经验与充足时间进行仿真迭代。本文提出了一种基于强化学习的杂光抑制策略,针对空间引力波探测望远镜系统中的环境杂光问题,采用蒙特卡洛光线追迹方法进行分析和处理。通过制定有效的杂光抑制措施,实现了对该系统中杂光的有效控制。仿真结果验证了该方法在空间引力波探测望远镜系统中杂光抑制方面的优异性能,展示了其具有良好杂光抑制效果的潜力。这一研究为解决空间引力波探测和其他高精度光学系统中的杂光问题提供了一种高效、灵活的新方法,具有广泛的应用潜力。

光抑制条件下转PEPC基因水稻的光合表现

用原种粳稻 Kitaake和转 PEPC基因水稻为材料 ,比较光合速率、叶绿素荧光参数、叶绿素含量等光合特性的差别。结果表明 ,转 PEPC基因水稻的饱和光强为 12 0 0μm ol/m2 .s,比原种高 2 0 0μmol/m2 .s,光饱和光合速率比原种高 5 0 %以上。在高光强 14 0 0μm ol/m2 .s(2 h)下 ,与原种相比 ,转 PEPC基因水稻的 PS 光化学效率 (Fv/Fm )下降较少、光化学猝灭系数 (q P)较恒定。在光氧化处理后 ,与原种相比 ,转 PEPC基因水稻的 Fv/Fm和光合速率的下降、叶绿素含量和组分的衰减较慢。上述结果表明 :转 PEPC基因水稻对高光强有较高的适应能力 。

不同光强与低温交叉胁迫下黄瓜PSⅠ与PSⅡ的光抑制研究

【目的】探讨低温胁迫下不同光强对黄瓜光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统II(PSⅡ)的影响以及低温胁迫下两个光系统之间的相互作用机制。【方法】以冷敏感黄瓜品种津春4号为试材,通过同时测定黄瓜叶片叶绿素荧光快速诱导动力学曲线和对820nm光的吸收曲线,结合叶绿素荧光淬灭分析,探讨了低温(4℃)与不同光强(0,100,200,400μmol·m-2·s-1)结合处理对黄瓜PSⅠ和PSⅡ活性的影响。【结果】低温下,随过剩激发能((1-qP)/NPQ)的增加,PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)持续下降;在过剩激发能较低时,PSⅠ活性(△I/Io)也随过剩激发能的增加而明显下降,但是当过剩激发能增加到一定程度时,PSⅠ活性不再随过剩激发能的增加而明显下降。【结论】在低温下,过剩激发能不但能够抑制黄瓜PSⅠ的活性也能抑制PSⅡ的活性,但是当过剩激发能增加到一定程度时,PSⅡ光化学活性的显著下降减少了光合电子向PSⅠ的供应,避免了PSⅠ光抑制的进一步加剧。

钙对花生幼苗生长、活性氧积累和光抑制程度的影响

为探讨钙元素对花生幼苗生长的影响,以花育22为试材,用改良的Hoagland溶液进行培养,培养液钙离子(Ca2+)浓度分别为0、6和12 mmol/L(依次简称为CK、C6和C12),研究了不同Ca2+浓度培养下花生幼苗生长以及根系和叶片活性氧(ROS)的积累情况。结果表明,Ca2+显著提高花生植株的株高和鲜重,并降低根冠比,而且正常培养条件下,Ca2+显著提高根系活力、降低叶片和根系的ROS积累,而且C12幼苗的生理状态要好于C6。花生幼苗功能叶在高温(42℃)强光(1200μmol m-2s-1)胁迫处理下,与CK植株相比,C6和C12叶片的过氧化氢(H2O2)和超氧阴离子(O-2)的积累水平低、其叶片PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)高、光系统Ⅱ(PSⅡ)的关闭程度低,而且C12幼苗的活性氧积累和光抑制程度都明显低于C6,表明高温强光胁迫下,Ca2+有利于减轻花生幼苗叶片的光抑制和ROS积累。C6和C12叶片的部分ROS清除酶活性以及有关渗透调节物质的含量明显高于CK,丙二醛(MDA)的含量明显低于CK,表明胁迫条件下Ca2+通过提高ROS清除酶活性和渗透调节物质含量降低ROS的积累和危害,保护花生类囊体膜从而保证花生正常生长。

叶绿素含量降低对水稻叶片光抑制与光合电子传递的影响

【目的】水稻突变体叶片叶绿素含量显著低于其野生型,但其光合电子传递效率与净光合值显著高于对照,文章旨在阐明其生理学机理并探讨其在高光效育种中的潜在应用价值。【方法】通过人工气候室的盆栽试验设置高光强(光照强度为700—800μmol·m^(-2)·s^(-1))与低光强(光照强度约为100—200μmol·m^(-2)·s^(-1))2个处理,并结合大田试验,观测突变体与野生型的叶绿素荧光、超氧阴离子含量、丙二醛含量、SOD酶活性、叶绿体超微结构、叶片荧光显微结构与冠层温度。【结果】突变体材料叶绿素含量显著低于其野生型,并且光照强度对其叶绿素含量的效应也不相同。随着光照强度的增强,突变体叶片叶绿素含量增加60%,而野生型品种叶片叶绿素含量却降低20%以上。光反应曲线表明,突变体光合值显著高于野生型,尤其在1 000μmol·m^(-2)·s^(-1)光照下,低光强与高光强处理中低叶绿素含量突变体光合值分别比野生型高9.4%和46.5%。叶绿素荧光数据也表明,水稻突变体的电子传递速率(ETR)、光系统Ⅱ的量子产量(ΦPSⅡ)、光化学淬灭(q P)、光下最大光化学效率(F′v/F′m)显著高于其野生型。在高光强处理下,野生型材料中的应激活性氧超氧阴离子与丙二醛(MDA)含量受到光抑制。叶绿体超微结构与荧光显微结构表明,野生型材料叶绿体受到一定程度的损伤,且其维管束间距离显著大于突变体,其维管束面积小于突变体,不利于水分在叶片中的传输。田间冠层热力学图像表明中午高温、高光照条件下,突变体冠层温度显著低于其野生型。综合以上结果,野生型叶片叶绿素含量高,在高光强下会导致过量光吸收,光系统Ⅱ电子传递效率下降,超氧阴离子与丙二醛累计,导致叶绿素结构与功能的破坏,因此,其光合值显著低于突变体材料。同时过量光吸收会导致叶片与冠层温度上升,不利于冠层群体光合。【结论】在未来高光效育种中选育叶绿素含量适当降低的品种,有助于避免高光强下叶片的过量光吸收,从而缓解活性氧的产生与光抑制,并有利于降低冠层温度从而缓解水稻群体光合"午休"现象。

田间小麦叶片光合作用的光抑制和光呼吸的防御作用

小麦叶片在晴天的表观量子效率(AQY)和光系统Ⅱ光化学效率(Fv/Fm)有明显的日变化,中午前后降低,表明小麦叶片在田间条件下发生了光抑制。AQY和Fv/Fm在下午光照减弱后很快恢复的事实说明,光抑制发生的主要机理可能是非辐射能量耗散的增加。中午前后光呼吸速率(P_r)的增加,既削弱了净光合,也降低了光合效率。在强光下连续抑制光呼吸3小时,会明显地降低净光合速率,加重光合作用的光抑制。这些结果说明,光呼吸在强光和高温条件下的增强。对于消耗光合午休时的过剩能量,防止发生更严重的光抑制,免除光合机构发生不可逆的破坏,具有重要的作用。

叶角、光呼吸和热耗散协同作用减轻大豆幼叶光抑制

研究了大豆叶片逐步展开过程中的色素组成、气体交换、荧光动力学以及叶片角度等特性。随着叶片展开程度的增加 ,叶绿素含量和叶绿素 a/ b比值增加 ;光合速率 (Pn)也增加 ,揭示叶片展开过程中光合机构是逐步完善的。自然状态下 ,不同展开程度的叶片均未发生明显的光抑制 ;但将叶片平展并暴露在 12 0 0μmol/ (m2 · s)光下时幼叶发生严重的光抑制 ,伴随叶面积的增加光抑制程度减轻。强光下 ,尽管幼叶光呼吸 (Pr)的测定值较低 ,但幼叶光呼吸与总光合之比 (Pr/ Pm)较高。将叶片平展置于强光下时 ,幼叶的实际光化学效率 (ΦPSII)明显下调 ,非光化学猝灭 (NPQ)大幅增加 ;幼叶叶黄素库较大 ,光下积累较多的脱环氧化组分 ,揭示幼叶依赖叶黄素循环的热耗散增强。自然条件下测量叶片角度 ,观察到在叶片展开过程中叶柄夹角逐渐增加 ;日动态过程中幼叶的悬挂角随光强增加而明显减小 ,完全展开叶的悬挂角变化幅度很小。叶片角度的变化使实际照射到幼叶叶表的光强减少。推测较强的光呼吸。

不同高产水稻品种生育后期叶片光抑制、光氧化和早衰的关系

比较了我国不同地区的 6个高产水稻品种在生育后期 (抽穗—成熟 )自然条件下剑叶的叶绿素荧光参数和膜脂过氧化产物及叶绿素 (Chl)衰减的表现 ,结果表明 ,水稻剑叶在衰老过程中叶片的Fv/Fm逐渐下降 ,过剩的光能形成活性氧O2 ·-、H2 O2 和膜脂过氧化产物MDA的积累 ,导致叶绿素衰减 ,发生光氧化早衰。这种现象在品种间有明显差异 ,与耐光氧化的粳稻相比 ,对光氧化敏感的籼稻汕优 6 3剑叶的Fv/Fm明显下降 ,活性氧积累多 ,Chl急剧衰减而表现“黄化”早衰 ,影响水稻灌浆结实。籼稻易于早衰机理与灌浆期温光条件有关。在适温 (2 5℃以上 )晴天 ,PSⅡ反应中心表现可逆失活的动态变化 ,中午强光下籼稻PSⅡ功能有明显的下调和光抑制 ;在低温强光下PSⅡ遭受光破坏 ,表现早衰。这与PSⅡ

温州蜜柑叶片光合作用的光抑制

中午或模拟中午强光处理后， 温州蜜柑叶片表观量子效率（ＡＱＹ） 、最大荧光（Ｆｍ）、初始荧光（Ｆ０） 、可变荧光（Ｆｖ） 、光化学效率（Ｆｖ／Ｆｍ）、光化学猝灭系数（ｑｐ） 和电子传递速率（ＥＴＲ） 下降。经强光处理后， 虽然叶片的净光合速率（Ｐｎ） 和光呼吸（Ｐｒ） 均下降， 但由于Ｐｒ 降低幅度小于Ｐｎ， 使Ｐｒ／Ｐｎ 比值升高。

温州蜜柑叶片光合作用光抑制的保护机理

晴天条件下 ,使用便携式调制荧光仪和分光光度计观察了温州蜜柑叶片光合作用光抑制发生过程中几个主要荧光参数 (初始荧光F0 、最大荧光Fm、PSⅡ的光化学效率Fv/Fm、非光化学猝灭qN及其快相qNf和慢相 qNs)、电子传递速率 (ETR)和玉米黄素相对含量的日变化 .结果表明 ,随着光强的增强 ,ETR、qN及其qNf 与 qNs 以及玉米黄素相对含量升高 ,Fv/Fm、Fm和F0 下降 .用DTT处理后 ,qNs较对照明显下降 ,F0较对照明显上升 .可以认为 ,柑橘在光合作用日变化中存在依赖于叶黄素循环和类囊体膜质子梯度两种非辐射能量耗散方式 ,而且它们在防御光破坏方面起着重要作用 .

阿月浑子叶片光合作用的光抑制研究

中午或模拟中午强光照射后 ,阿月浑子叶片表观量子效率 (AQY)、最大荧光 (Fm)、初始荧光 (Fo)、可变荧光 (Fv)、光化学效率 (Fv/Fm)、和光化学猝灭系数 (qP)下降 ,而非光化学猝灭系数(qN)升高 ;强光处理后 ,叶片的净光合速率 (Pn)和光呼吸速率 (Pr)均下降 ,但Pr/Pn的比值却升高。

水淹对水芹叶片结构和光系统Ⅱ光抑制的影响

通过探讨在水淹条件下水芹(Oenanthe javanica)叶片结构的变化以及出水对其光系统II功能和光抑制的影响,阐明水芹光合机构在水淹条件下及出水后死亡的可能原因。结果表明:水淹条件下新生沉水功能叶光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(Fv/Fm)、电子传递活性与对照叶片差异很小,但水淹使气生功能叶的Fv/Fm显著降低;植株总生物量呈负增长趋势;活体弱光条件下,沉水叶出水后2小时叶片相对含水量(RWC)和Fv/Fm无显著变化;中等光强和强光条件下其RWC和Fv/Fm迅速降低;离体条件下,5小时的中等光强对沉水叶的Fv/Fm影响不显著,在随后的弱光下能恢复到出水时的初始状态;强光能使沉水叶的Fv/Fm大幅降低,且弱光下不能恢复到出水时的初始水平;在解剖结构上,水芹沉水叶的叶片总厚度、上下表皮厚度和气孔大小都显著低于气生叶,而且沉水叶没有明显的栅栏组织分化,但是沉水叶上表皮的气孔密度显著高于气生叶。研究结果表明,水淹使水芹原气生叶PSⅡ功能迅速衰退,但对新生沉水叶片影响很小。水芹植株出水后,沉水叶片结构变化使其在光下保水能力下降,而强光导致了光合机构的光抑制和反应中心失活。田间条件下两者共同作用则加剧了对叶片光合机构的破坏,进而致使其死亡。

超级杂交稻两优培九及其亲本生育后期的光抑制和早衰特性

以超级杂交稻两优培九 (培矮 6 4S 931 1 )和母本培矮 6 4S(PA6 4S)以及父本中籼 931 1为材料 ,研究亲本和后代在自然条件下叶绿素荧光和活性氧代谢的差异。结果表明 :强光高温下 ,在叶片衰老过程中 ,两优培九的叶绿素、蛋白质含量、PSⅡ原初光化学效率 (Fv Fm)和光化学猝灭系数 (qP)减少较少 ,非光化学猝灭系数 (qN)增加不明显 ,说明在自然条件下 ,超级杂交稻两优培九吸收的光能较多地转化为化学能 ,热耗散较少 ,耐光抑制。同时两优培九的内源活性氧清除酶系如超氧化物歧化酶 (SOD)和过氧化物酶 (POD)诱导的活性较高 ,表现耐光氧化和抗早衰。

持续低温弱光及之后光强对辣椒幼苗光抑制的影响

模拟日光温室低温弱光逆境,以耐低温弱光性不同的辣椒(Capsicum annuum L.)品种为试材,以叶绿素a荧光为探针,研究了持续低温弱光和低温弱光后不同光强对辣椒幼苗光抑制的影响,以期为日光温室辣椒栽培中持续低温弱光天气转晴后的光强管理提供依据。试验结果表明,15℃/5℃(昼/夜),100μmol.m-2.s-1光照条件下处理1～7 d,耐性强的佳木斯辣椒未发生光抑制,而耐性差的陇椒6号处理3～7 d时发生了光抑制。经低温弱光胁迫0～7 d的辣椒叶片在300～1200μmol.m-2.s-1光下连续照射4 h,均使其Fv/Fm降低。经低温弱光胁迫1、3 d,300、600μmol.m-2.s-1光照射4 h,陇椒6号叶片的Fv/Fm在弱光条件下可以恢复,800、1200μmol.m-2.s-1光照射则不能恢复,光合机构发生了不可逆破坏。低温弱光胁迫5 d以上,300～1200μmol.m-2.s-1光照射4 h,陇椒6号叶片的Fv/Fm均不能恢复。经低温弱光胁迫1～5 d,300～1200μmol.m-2.s-1光照射4 h,佳木斯辣椒叶片的Fv/Fm在弱光条件下均可以恢复;胁迫达7 d,则300～1200μmol.m-2.s-1光照射后,其Fv/Fm不能恢复。低温弱光使辣椒幼苗对光抑制的敏感性增强,低温弱光后强光对耐低温弱光性差的品种引起的光抑制程度较耐低温弱光性强的品种严重。

低温光抑制胁迫对不同抗冷性的籼稻抽穗期剑叶叶绿素荧光的影响

以具不同抗冷力的籼稻品种青华 6号 (冷敏感 )和桂山矮选 3(抗冷 )为材料 ,采用PAM调制荧光仪检测叶片叶绿素荧光的分析方法 ,探讨不同抗冷力的籼稻品种防御低温光抑制的可能机制。结果表明 ,籼稻抽穗期剑叶经低温光抑制胁迫后 ,与黑暗低温处理比较 ,光照低温处理引起的初始荧光Fo 上升 ,Fv/Fm 比值下降明显。抗冷的桂山矮选 3比冷敏感的青华 6号的Fo 上升和Fv/Fm 下降的幅度较为显著 ,但在常温弱光下其恢复较快。荧光猝灭分析亦表明 ,低温光抑制胁迫引起光化学猝灭qP 下降 ,非光化学猝灭qN 受抑制明显 ,但恢复较快一些。由此可认为 ,低温诱导籼稻光抑制发生 ,低温光抑制的程度不完全是伤害的结果 ,其恢复能力的强弱更能准确地反映品种间抗光抑制的能力。桂山矮选 3比青华

水淹导致皇冠草光合机构发生变化并加剧其出水后光抑制

通过气体交换和叶绿素荧光等方法研究了水淹及胁迫解除后皇冠草不同功能叶的光合特性及光抑制的变化。结果表明:与对照相比,气生叶(全淹组淹水前形成的功能叶)在水淹条件下叶片大小和气孔没有明显变化,但沉水叶(全淹组淹水后新生的功能叶)的叶面积增加,气孔变小,上表皮气孔密度增加。水淹导致气生叶碳同化能力、光化学效率和叶绿素含量下降。沉水叶在发育过程中碳同化能力、光化学效率和叶绿素逐渐升高。气生叶和沉水叶出水后其活体叶片在强光下的相对含水量急剧下降,发生明显的光抑制;而弱光下无明显光抑制发生。出水后离体叶片强光照射下6h后两种功能叶均发生严重光抑制,且弱光下不能恢复。因此,可以认为淹水条件下,沉水叶上表皮气孔密度的增加使其蒸腾速率提高;沉水叶较强的碳同化能力和增加的叶面积是确保其植株水下生存的重要因素;强光使气生叶和沉水叶出水后均发生严重光抑制,导度和蒸腾速率提高导致的叶片失水则加剧了这一过程,两者共同作用导致自然条件下两种功能叶的出水死亡。

温度对银杏光系统Ⅱ光抑制的影响

以银杏叶片为试材,在不同温度下采用连续激发式植物效率仪PEA测试强光照射对快速叶绿素荧光诱导动力学参数的影响,利用CIRAS-2型便携式光合系统进行光合光转化效率LCE的光强响应测试。结果表明:银杏光抑制不仅呈现光强剂量效应,而且呈现温度剂量效应。当光强超过约1000μmol·m-2s-1时银杏LCE最低,为较严重的光抑制过程。在25℃常温下超过1000μmol·m-2s-1光强照射20min时银杏Fv/Fm下降加快;15℃以下低温和35℃以上高温均会使Fv/Fm进一步降低;而且热胁迫比冷胁迫的光抑制程度更大,因为25～45℃下Fv/Fm的直线回归斜率/kheat/比5～20℃的/kchilling/增大了15.4%。5～10℃的低温强光引起银杏叶片热耗散DIo/RC略微增加,而35℃以上高温强光会导致热耗散DIo/RC剧增。冷胁迫会降低PSⅡ反应中心数目,但是热胁迫会使之降低更多。冷热胁迫下强光引起的光抑制(Fv/Fm)与PSⅡ反应中心数目RC/CSo或RC/ABS与之间高度正相关。因此,PSⅡ的异质性即PSⅡ反应中心的可逆失活是冷热胁迫下光合机构发生光抑制的保护机制。

茶树叶片光合作用的光抑制及其恢复研究

以茶树的连体和离体叶片为研究材料,测定了茶树在自然光强和模拟光强下的光合特征和叶绿素荧光参数。结果表明:连体叶片经午间强光处理后,净光合速率(Pn)、表观量子效率(AQY)和光系统 (PS )的光化学效率(Fv/Fm)降低,说明茶树发生了光抑制,而当光强达到光饱和点时,Fv/Fm和PS 潜在活性(Fv/Fo)就降低,且其降低幅度随着光强的增加而增加,说明自然条件下,茶树比较容易发生光抑制,离体叶片的光抑制程度随着强光照射时间的延长而加重,但是它们在光强减弱或在弱光下恢复2～4h,其值接近正常值,说明仅强光逆境引起的光抑制是可逆的;茶树光合作用的光抑制程度不仅具有品种差异性,而且随叶龄而异,即幼叶比老叶更易发生光抑制。

青海高原及上海平原地区植物叶片光合作用的光抑制

用便携式ＡＤＣ光合气体分析系统和便携式ＣＦ－１０００荧光仪对青海和上海的同一植物和不同植物叶片光合作用的光抑制进行了测定。结果表明，两地在晴天强光下，中午植物叶片光系统Ⅱ（ＰＳⅡ）的光化学效率（Ｆｖ／Ｆｍ）和表观光合量子效率（ＡＱＹ）的日变化比早晨低；上海测定ＰＳⅡ的Ｆｖ／Ｆｍ和ＡＱＹ的日变化比青海的下降幅度大。ＡＱＹ的日变化曲线比ＰＳⅡ的Ｆｖ／Ｆｍ低，ＡＱＹ降低的幅度比ＰＳⅡ的Ｆｖ／Ｆｍ大。两地植物均有不同程度的光合作用光抑制。

干热河谷主要造林树种光合作用光抑制的防御机制

比较研究了干热河谷 8个造林树种气孔导度、光合色素、叶绿素荧光的日变化和季节变化 ,结果表明 :①气孔导度雨季较高 ,多呈“午睡”现象的双峰曲线日进程 ,旱季气孔导度很低 ,全呈单峰曲线日进程 ;叶绿素荧光动力学参数Fv/Fm呈反正态分布曲线日进程 ,qP 和ФPSⅡ 呈正态分布曲线日进程 ,白昼 qNP随时间呈上升趋势 ,表明树种启动了过剩激发能耗散功能 .②叶绿素总含量、叶绿素a/b值及类胡萝卜素 /叶绿素值从雨季到旱季都呈下降趋势 ,减少了对光能的吸收 .③旱季马占相思 (Acaciamangium)、刺槐 (Robiniapseudoacacia)的Fv/Fm值明显低于雨季值 ,差异显著 ,发生了严重的光抑制 ;qP 和 qNP值除赤桉 (Eucalyptusdulebsis)变化不明显外 ,其余树种旱季 qP 值下降而 qNP值上升 .④对干旱、高光强、高温光保护的主动适应方式是保持较高的光化学猝灭、PSII线性电子传递效率和维持一定耗散过剩光能的能力 ,如降低光化学猝灭而增加非光化学猝灭来适应逆境 ,则是一种对生长不利的内损耗被动适应方式 .图 4表 2参