基于FvCB模型估算小麦的最大电子传递速率

在Farquhar、von Caemermer和Berry模型(以下简称FvCB生化模型)中有2个子模型,即非直角双曲线模型和核酮糖-1,5-双磷酸(RuBP)再生速率限制模型,用其可以估算C3植物叶片的最大电子传递速率(Jmax)。为了严格验证由这2个子模型估算植物叶片Jmax的精确度,本研究用LI-6400-40光合测定仪分别测定了2%和21%O2浓度下小麦(Triticum aestivum L.)叶片的光合速率和电子传递速率对光和CO2的响应曲线,并用此2个模型分别拟合了21%O2浓度下小麦光合速率对CO2的响应曲线和电子传递速率对光的响应曲线。结果表明,由非直角双曲线模型拟合小麦电子传递速率对光的响应曲线得到的Jmax为254.86μmol·m^-2·s^-1,显著高于其观测值(236.37μmol·m^-2·s^-1)(P<0.05);由RuBP再生速率限制子模型拟合小麦光合速率对CO2的响应曲线得到的Jmax为260.58μmol·m^-2·s^-1,则显著低于其观测值(298.05μmol·m^-2·s^-1)(P<0.05)。此外,当胞间CO2浓度(Ci)为738.01μmol·mol-1时,小麦处于RuBP再生速率限制阶段,此时其净光合速率及其相应的光呼吸速率分别为61.16和8.55μmol·m^-2·s^-1。在不考虑其他路径消耗光合电子的情况下,小麦在该Ci时同化这些碳至少需要光合电子流为352.24μmol·m^-2·s^-1,这与由RuBP再生速率限制子模型估算的Jmax(260.58μmol·m^-2·s^-1)之间存在显著差异(P<0.05)。这说明非直角双曲线模型和RuBP再生速率限制子模型在估算小麦叶片Jmax上存在缺陷,有待改进。

蒙古栎(Quercus mongolica)光合参数对水分胁迫的响应机理

针对当前植物光合机理模型中植物光合参数没有考虑干旱胁迫影响的不足,以东北地区蒙古栎为研究对象,基于蒙古栎对不同水分响应的植物生理生态模拟试验,探讨了蒙古栎光合参数对水分胁迫的定量响应。结果表明,水分胁迫严重影响蒙古栎叶片的光合参数。其最大净光合速率(Pmax)与土壤含水量呈抛物线关系(P<0.01),且在土壤体积含水量35.45%(相当于土壤质量含水量23.63%)接近田间持水量(27.4%)时达到最大值。蒙古栎幼苗叶片的最大羧化速率(Vcmax)、最大电子传递速率(Jmax)和磷酸丙糖利用率(TPU)均与土壤水分呈抛物线关系(P<0.01),即Vcmax、Jmax、TPU对土壤水分具有相同的响应趋势,但各光合参数达到最大时的土壤水分阈值却不相同。同时,基于蒙古栎光合作用参数对水分变化响应的定量分析,建立了水热因子协同影响的植物光合参数模型,为最终建立适用于所有植物的水热因子协同影响的光合参数模型提供了依据与技术示范。

基于FvCB模型的盐胁迫下紫花苜蓿幼苗光合特性的研究

探讨盐胁迫下紫花苜蓿幼苗叶片光合生理特性,可为改善紫花苜蓿生长,修复生态环境,推动牧草产业快速发展奠定基础。本研究以‘阿迪娜’为试验材料,设0 mmol·L^(-1)(CK)、40 mmol·L^(-1)、80 mmol·L^(-1)、120 mmol·L^(-1)和160 mmol·L^(-1)共5个NaCl水平,使用Li-6400XT光合仪测定不同盐胁迫下紫花苜蓿幼苗光响应-CO2曲线,利用FvCB模型分析盐胁迫对紫花苜蓿幼苗光合特性的影响。结果表明:1)不同NaCl胁迫下叶片净光合速率(Pn)随NaCl浓度的增加而降低,与CK相比,4个NaCl胁迫下分别降低1.44%、3.85%、7.21%和7.90%,均达显著性水平(P<0.05);随光合有效辐射的增加均呈迅速上升趋势,CK的Pn增长速度显著高于其他处理。2)与CK相比,40 mmol·L^(-1)和80 mmol·L^(-1)NaCl胁迫增加了紫花苜蓿幼苗叶片的最大羧化速率(Vcmax)和最大电子传递速率(Jmax),但120 mmol·L^(-1)和160 mmol·L^(-1)NaCl胁迫显著降低了Vcmax和Jmax。3)叶肉导度(gm)和暗呼吸速率(Rd)随NaCl胁迫水平的增加呈降低趋势;与CK相比,40 mmol·L^(-1)和80 mmol·L^(-1)NaCl胁迫的gm变化不显著,但Rd显著降低。120 mmol·L^(-1)和160 mmol·L^(-1)NaCl胁迫显著降低了gm和Rd,且与CK、40 mmol·L^(-1)和80 mmol·L^(-1)NaCl胁迫间呈显著性差异。4)验证FvCB模型中子模型估算植物叶片光合的精确度,发现FvCB模型对不同胁迫处理下Pn拟合时,引入gm模型模拟精度高,平均绝对误差低。5)紫花苜蓿幼苗耐盐临界值为80~120 mmol·L^(-1),随NaCl浓度的增加,光合限制因素由叶肉因素转变为光合机构受损。该研究可为我国西北地区盐碱地制定有效的调控措施以提高植物耐盐能力提供科学参考。

基于东北温带落叶阔叶林通量数据的BEPS模型参数优化

控制其他参数为经验常数,利用迭代方法对主要光合作用参数最大羧化速率(V_(c max))及最大电子传递速率(J_(max))进行不同数值组合,将得到的多组模拟结果的逐日总初级生产力(GPP)分别与东北帽儿山落叶阔叶林的通量观测数据进行比较,实现对小时步长BEPSHourly模型V_(c max)和J_(max)的参数优化.结果表明:对于东北温带落叶阔叶林,当V_(c max)为41.1μmol·m^(-2)·s^(-1)、J_(max)为82.8μmol·m^(-2)·s^(-1)时,模拟的2011年逐日GPP与观测数据比较的均方根误差(RMSE)最小,为1.10 g C·m^(-2)·d^(-1),R^2最高,为0.95.经过光合作用参数V_(c max)和J_(max)优化后,BEPSHourly模型能更好地模拟GPP的季节变化.

盐胁迫下棉花幼苗叶片K^(+)、Na^(+)含量与光合参数的关系

为了解盐分胁迫下棉花叶片的K^(+)、Na^(+)含量与光合参数(净光合速率、最大羧化速率、最大电子传递速率、叶肉导度)之间的关系,设置4个盐分水平(50、100、150和200mmol·L^(-1))和对照处理,测定叶片的K^(+)、Na^(+)含量及光合参数。结果表明:棉花幼苗叶片的Na^(+)含量与盐分水平呈显著正相关,决定系数R^(2)为0.958,叶片K^(+)含量随盐分水平增加而降低,决定系数R2为0.871。此外,Na^(+)/K^(+)与盐分水平呈显著正相关。棉花叶片的K^(+)与Na^(+)含量表现为极显著负相关。叶片的Na^(+)含量与净光合速率、叶肉导度、最大羧化速率、暗呼吸速率、最大电子传递速率呈极显著负相关,相关系数分别为-0.878、-0.861、-0.835、-0.837和-0.813;叶片的K^(+)含量与净光合速率、叶肉导度、最大羧化速率、暗呼吸速率、最大电子传递速率呈极显著正相关,相关系数分别为0.718、0.735、0.645、0.856和0.603。当盐分水平为150 mmol·L^(-1)时,棉花叶片的K^(+)和Na^(+)含量分别为11.54和3.32 mg·g^(-1),是K^(+)、Na^(+)含量影响光合参数的临界值。研究结果为缓解盐分胁迫对植物造成的离子伤害提供重要参考。

基于FvCB模型分析盐分胁迫对棉花叶片光合作用的影响

为深入理解叶片光合特性对盐胁迫的响应机理,以棉花为试验材料,设置5个盐分(NaCl)浓度处理:0(CK)、50、100、150和200 mmol·L-1,利用FvCB模型分析盐胁迫对棉花幼苗叶片光合特性的影响。结果表明:与CK相比,50和100 mmol·L-1盐分处理增加了棉花叶片的最大羧化速率(Vc max)和最大电子传递速率(Jmax),但150和200 mmol·L-1盐分处理显著降低了Vc max和Jmax。叶片净光合速率(Pn)、叶肉导度(gm)和暗呼吸速率(Rd)随盐分浓度升高而下降;与CK相比,50和100 mmol·L-1盐分处理对gm无显著影响,但Pn和Rd显著降低。150和200 mmol·L-1盐分处理明显降低了Pn、gm和Rd,且与0、50和100 mmol·L-1盐分处理间存在显著差异;利用FvCB模型模拟了不同盐分胁迫下叶片净光合速率。与不考虑gm的模拟结果相比,考虑gm提高模拟值和实测值间的决定系数,并降低了平均绝对误差。棉花幼苗耐盐阈值为100~150 mmol·L-1,随盐分浓度的增加,光合限制因素由叶肉因素转变为光合机构受损;引入gm可以提高FvCB模型的模拟精度。