一种在野外自然光照条件下快速测定光合作用—光响应曲线的新方法

本文尝试了一种在野外自然状态下测定植物光合作用_光响应曲线的方法。传统的方法或费时费力 ,或依赖精密的光发生装置 ,在野外操作均不方便。本研究使用英国生产的便携式光合作用测定系统LCA4型对毛乌素沙地 8种优势植物在全自然条件下进行测定 ,仅通过改变叶室 (含光敏探头 )与入射光线之间的角度即可在自然光照条件下快速获得一系列植物的光合作用_光照速率的反应曲线。拟合曲线值与实测值之间显著相关。测定这种曲线过程中环境参数除叶面温度有较明显的变动外 ,其它参数如大气温度、CO2 浓度基本不变 ,在这种环境下测定的曲线基本反映植物光合作用真实的自然状态 ,且操作简便、快速、经济、实效。     

自然条件下珊瑚树叶片光合作用的光抑制

利用气体交换观察、叶绿素荧光分析和ＱＢ蛋白含量的测定３种方法,研究了常绿灌木珊瑚树叶片的光合作用在上海深秋初冬自然条件下的光抑制。以便确定在除光以外不存在其它环境胁迫的自然条件下光合机构的破坏是否时引起光抑制的主要原因。经过中午３ｈ左右的强光照射以后,珊瑚树叶片的表观量子效率和ＰＳⅡ光化学效率明显下降,表明珊瑚树叶在自然条件下经常发生光抑制。而且,经中午强光照射以后,叶片的初始荧光下降;非光化学荧     

米槁幼苗光合作用及光响应曲线模拟对干旱胁迫的响应

为阐明米槁光合作用对干旱胁迫的响应规律与适应机制,以一年生米槁幼苗为研究对象,进行盆栽试验研究设置3种不同土壤含水量梯度,利用Li-6400便携式光合作用系统测定干旱胁迫下的光合生理指标及光响应过程,光响应曲线模拟采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数模型和直角双曲线修正模型进行拟合并对比,以期选出适用于干旱环境下的光响应模型。结果表明(1)光响应曲线模型对干旱胁迫下米槁幼苗的光合作用拟合中直角双曲线、非直角双曲线和指数模型适用于低光合有效辐射(PAR),但拟合光响应参数与实测值相差大,只有直角双曲线修正模型能够很好的拟合各个处理且拟合参数比较精确米槁幼苗。(2)光合作用的表观量子效率(Φ)小于一般植物的光合量子效率,则其对弱光的光能利用效率相对较低。(3)在较强的光合有效辐射条件下,严重干旱胁迫下的米槁净光合速率P_n显著下降,出现了明显的光抑制现象;中度胁迫下净光合速率(P_n)、最大净光合速率(P_(nmax))、光补偿点(LSP)最大,米槁具有较宽的抗旱适应范围,有一定的抗旱性;严重胁迫下P_n、P_(nmax)、LSP降低,蒸腾速率(T_r)与气孔导度(G_s)下降幅度更大,但仍具有较高的水分利用效率(WUE),米槁在严重的干旱胁迫下光合机构受到一定的损伤,但自身可以通过生理调节来积极适应不良环境,减少光合机构伤害。(4)综合来看,在人工管理或种植米槁时,为了适应米槁生长发育,建议土壤含水量保持在23.05%到14.92%之间。     

四种水稻品种的光合光响应曲线及其模型拟合

应用4种典型的光响应模型对4个水稻品种“02428”、“淦鑫688”、“JR8892-1”和“JR8892-2”叶片的光合光响应曲线进行了拟合.结果表明:直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数函数以及修正的直角双曲线模型对4个水稻品种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拟合发生光抑制部分的光响应曲线,且可直接计算其饱和光强(Isat);由各模型计算的光合参数可知,直角双曲线模型、非直角双曲线模型求得的最大净光合速率(Pnmax)远高于实测值,指数函数与修正的直角双曲线模型求得的Pnm.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函数求得的Isat均与实测值相差较大,除了“JR8892-1”采用指数函数求得的Isat大于实测值外,其余3个品种用上述3种模型拟合求得的Isat均小于实测值,唯有修正的直角双曲线模型求得的Isat与实测值最为相符;对于低光强部分的参数光补偿点(Ic)与暗呼吸速率(Rd),修正的直角双曲线模型最接近其测量值;不同水稻品种的光合特性,“JR8892-1”饱和光强与最大净光合速率明显高于高光效品种“02428”;处于分蘖盛期的“JR8892-2”也表现出较高的饱和光强和最大净光合速率,而超级稻“淦鑫688”相对于其他品种,则具有较低的暗呼吸速率,光合产物消耗少.     

温度变化对烟草光合作用光响应特征的影响

通过Li-6400光合测定系统控温,研究了大田条件下,烟草脚叶采烤期腰叶在17、20、25、30和35℃下的光合作用光响应特征。结果表明:随温度升高,净光合速率(Pn)、最大净光合速率(Pnmax)、初始斜率(α)和气孔导度(Gs)先上升后下降,在20℃下达最大值,35℃下净光合速率受强光的抑制作用明显;光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rd)随温度升高而上升,但35℃下二者较30℃时有所下降;光饱和点(LSP)随温度升高而呈下降-上升-下降的变化,30℃和17℃时LSP较高;蒸腾速率(Tr)随温度上升而增强,水分利用效率(WUE)则随温度升高而下降,但20℃时水分利用效率在强光下明显较其他温度下的高。结果说明,20℃最适合烟草光合作用,此温度下气孔的水、气调节能力最强,温度高于30℃则对烟草光合作用不利。     

人工长白落叶松冠层光合作用-光响应曲线最优模型

以黑龙江省帽儿山林场15年生人工长白落叶松为研究对象,采用直角双曲线模型(RH)、非直角双曲线模型(NRH)、指数模型(EM)、修正直角双曲线模型(MRH)和修正指数模型(MEM)分别对4种不同光响应特征的光合作用-光响应曲线(光抑制型光响应曲线,PLC_i;光饱和型光响应曲线,PLC_s;未饱和型光响应曲线,PLC_u;弱光环境下植被的光响应曲线,PLC_w)进行拟合,计算出光饱和时的最大净光合速率(P_{n max})、暗呼吸速率(R_d)、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)及表观量子效率(AQY)等重要的光合生理指标,综合对比5个候选模型对不同响应曲线的拟合优度和对光合生理指标的估计精度.结果表明: MEM模型仅适用于拟合光抑制型曲线,MRH对光抑制型曲线和光饱和型曲线的拟合效果最好(R_a²分别为0.9986和0.9978),NRH最适合拟合未饱和型曲线和弱光环境型曲线(R_a²分别为0.9996和0.9963).在所有类型曲线中,MRH模型估计P_{n max}时,平均相对误差绝对值(MAPE)最低(0.1%R_d表现出更准确的估计(MAPE分别为1.8%、0.1%和3.9%);RH模型对光抑制型曲线的LCP及光饱和型曲线的R_d有更好的估计效果(MAPE分别为1.0%和2.7%);EM模型适用于估计弱光环境型曲线的LCP(MAPE为0.2%).MRH在保证较好的模型拟合效果及光合生理指标估计精度以外,还在拟合不同类型曲线时表现出极高的稳定性,因此,本文选择MRH模型作为拟合人工长白落叶松冠层光合作用-光响应曲线的最优模型.     

不同株型玉米光响应曲线的特征参数研究

以平展型品种高油115、中间型品种农大108和紧凑型品种郑单958为供试材料,利用LI-6400便携式光合测定系统测定了玉米吐丝期不同叶位的光响应曲线,并提取出曲线的特征参数。结果表明：不同株型玉米吐丝期光响应曲线的特征参数存在着差异,不同叶位的最大光合速率值均为农大108＞郑单958＞高油115;表观量子利用效率和暗呼吸速率均为郑单958＞农大108＞高油115,揭示了不同株型品种间光能利用特点差异的生理学基础。     

不同土壤水分下山杏光合作用光响应过程及其模拟

摘 要 利用CIRAS－2型便携式光合作用测定系统,在黄土高原丘陵沟壑区,测定了山杏（Prunus armeniaca L.）在8个土壤水分梯度下光合作用的光响应过程,并采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型和直角双曲线修正模型对其进行拟合分析。结果表明：土壤相对含水量（RWC）在56.3%—80.9%范围内,山杏在强光下能维持较高的光合作用水平,受到的光抑制不明显。在此土壤水分范围内,3个模型均能较好地拟合光合作用的光响应过程及其表观量子效率（Φ）、光补偿点（LCP）和暗呼吸速率（Rd）,对Φ、LCP和Rd的拟合精度以非直角双曲线模型＞直角双曲线修正模型＞直角双曲线模型。但超出此范围（即RWC＜56.3%或RWC＞80.9%）时,山杏的光合作用在强光下会发生明显的光抑制,表现为光合速率随光强增加而明显降低,量子效率和光饱和点明显减小,此时只有直角双曲线修正模型能较好地拟合山杏光响应过程及其特征参数。结论：山杏光合作用正常的土壤水分范围在RWC为56.3%—80.9%之间;直角双曲线修正模型能较好地拟合各种土壤水分下山杏的光响应过程及其特征参数;直角和非直角双曲线模型适用于正常水分下山杏光响应过程及其特征参数的模拟,但不能用于拟合胁迫水分（或光抑制）下的光响应过程。     

蛋白核小球藻光驯化的快速光曲线变化

通过测量快速光曲线研究了强光和弱光驯化对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)光合作用的影响。弱光驯化后的初始斜率α高于强光驯化后,而半饱和光强I_k明显低于强光驯化后,表明弱光驯化提高了蛋白核小球藻的捕光能力。强光驯化后最大光合速率P_m高于弱光驯化后,而光抑制参数β小于弱光驯化后,表明强光驯化提高了蛋白核小球藻的光合能力和对强光的耐受性。     

Monochromatic Light Saturation Curves for Photosynthesis in Chlorella

We used a small oxygen electrode and a grating monochromator of 10 mmu half-band width to determine light-saturation curves of photosynthesis for films of Chlorella pyrenoidosa no more than 1 cell thick. All curves were referenced to the lightsaturated rate observed in 5 mw/cm(2) of 680 mmu. To a close approximation (+/- 2%) the light-saturated rate was independent of wavelength over the region in which light intensity was sufficient to make the test (450-705 mmu).At wavelengths of high absorption we obtained intensities sufficient to cause photoinhibition. As a measure of photoinhibition we used the breakpoint, the lowest intensity at which rate of photosynthesis decreased with time. In general, the saturated rate was slightly lower and the estimated breakpoint was considerably lower at wavelengths of high absorption. Maximum rate of absorption of quanta at the breakpoint was highest in the far-red (>/= 700 mmu), lower and relatively constant in the near-red (630-680 mmu), and lowest in the blue. At 435 and 450 mmu the breakpoint occurred below saturation. We attribute small deviations in maximum rate of photosynthesis to effects of photoinhibition.Independence of wavelength observed for the light-saturated rate is consistent with models of photosynthesis in which maximum rate is limited by the same dark reaction at all wavelengths.     

不同土壤水分条件下珍珠油杏的光合光响应特征

用CIRAS-2便携式光合仪测定了不同土壤水分条件下(土壤相对含水量为84.7%～22.8%)2年生珍珠油杏叶片净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、胞间CO2浓度等光合生理参数的光响应过程,探讨其光合生理特性对土壤水分和光照强度的响应规律。结果表明:(1)随着土壤水分含量的降低,珍珠油杏叶片净光合速率、蒸腾速率、暗呼吸速率、光饱和点均呈降低趋势,表观量子效率先升高后降低,光补偿点先降低后升高。(2)利于珍珠油杏进行高光合作用并维持高水分利用效率的土壤相对含水量为43.6%～84.7%,适宜的光照强度为800～2 000μmol.m-2.s-1,即珍珠油杏对土壤水分和光照强度适应范围较广。(3)在土壤相对含水量43.6%～73.5%范围内,气孔限制是导致珍珠油杏光合速率下降的主要原因,在低于43.6%范围内,非气孔限制是导致光合速率下降的主要原因。研究认为,珍珠油杏是一种抗旱性比较强的植物,适合在华北干旱瘠薄山地引种栽培。     

几种光合作用光响应典型模型的比较研究

光响应曲线是判定植物光合效率的重要方法,通过曲线可以获得植物光合特性的相关生理参数,但不同模型提取的光响应参数和指标存在差异。本文选择直角双曲线、非直角双曲线和两种指数曲线模型,分别对3个品系常绿杨光响应数据进行拟合,提取了各光响应曲线模型的主要特征参数,对比分析了各模型参数问的差异,并对光饱和点（LSP）的不同计算方法进行了讨论。最后用巨尾桉光响应数据对分析结果作了进一步验证。结果表明,直角和非直角双曲线模型拟合的最大净光合速率（P＇max）、表观量子效率（a）及暗呼吸速率（Rd）值高于指数模型拟合值,且直角双曲线拟合的各参数均比非直角双曲线拟合的各参数的值大,而两指数模型各参数拟合值基本一致;在LSP计算方法中,用光通量200μmol·m^-2·s^-1以下的点拟合的Pn-I直线与其它模型相结合得到光饱和点的方法不可靠,会使计算结果明显偏小,用接近最大总光合速率Pmax一定比例的方法估计LSP也存在较大偏差,而P＇max由于消除了Rd的影响,计算光饱和点时各模型的估计比例相对固定,是一个比较理想的LSP估计方法,初步得出直角、非直角及指数模型用P＇max来估计光饱和点时应选取的比例分别为（78±1）％、（82±1）％及（96±1）％。     

A New Approach for Determining Phase Response Curves Reveals that Purkinje Cells Can Act as Perfect Integrators

Cerebellar Purkinje cells display complex intrinsic dynamics. They fire spontaneously, exhibit bistability, and via mutual network interactions are involved in the generation of high frequency oscillations and travelling waves of activity. To probe the dynamical properties of Purkinje cells we measured their phase response curves (PRCs). PRCs quantify the change in spike phase caused by a stimulus as a function of its temporal position within the interspike interval, and are widely used to predict neuronal responses to more complex stimulus patterns. Significant variability in the interspike interval during spontaneous firing can lead to PRCs with a low signal-to-noise ratio, requiring averaging over thousands of trials. We show using electrophysiological experiments and simulations that the PRC calculated in the traditional way by sampling the interspike interval with brief current pulses is biased. We introduce a corrected approach for calculating PRCs which eliminates this bias. Using our new approach, we show that Purkinje cell PRCs change qualitatively depending on the firing frequency of the cell. At high firing rates, Purkinje cells exhibit single-peaked, or monophasic PRCs. Surprisingly, at low firing rates, Purkinje cell PRCs are largely independent of phase, resembling PRCs of ideal non-leaky integrate-and-fire neurons. These results indicate that Purkinje cells can act as perfect integrators at low firing rates, and that the integration mode of Purkinje cells depends on their firing rate.     

Response of Photosynthesis Models to Light Limitation

An investigation into the effect of time step on a common photosynthesis algorithm reveals that the predicted phytoplankton production and biomass depend strongly on the length of the time step. This time step dependence is due to the assumption that a light limitation factor derived from integrating the irradiance over the time step is equivalent to the integrated light limitation factor over the time step. This subtle inaccuracy in defining the factor for light limited phytoplankton production produces a substantial difference in the biomass estimates derived from the two models. To illustrate the difference, the light limitation factor integrated over the time step is implemented in the one dimensional water quality model DYRESM-WQ. The new version of DYRESM-WQ is used to simulate chlorophyll N concentrations in Prospect Reservoir, New South Wales. These results are compared to concentrations predicted using the original algorithm. The comparison shows that the new algorithm for phytoplankton production is relatively insensitive to time step, which decreases the difficulty of calibrating the model for chlorophyll a.     

不同光强下红松幼树光合作用和营养物质含量的季节模式

一、前言原始红松林下幼树生长缓慢,死亡率高,若干文献通过与桦木林光照和水热条件的对比观察,认为光是影响生长的主要原因。但同时也发现,在植物一切代谢活动最旺盛的生长季(6—9月),上述二种林下的光强(lx)     

Incorporation of Different N Sources and Light Response Curves of Nitrogenase and Photosynthesis by Cyanobacterial Blooms from Rice Fields

In this work, we estimate the contributions of the different sources of N incorporated by two N₂-fixing cyanobacterial blooms (Anabaena sp. and Microchaete sp.) in the rice fields of Valencia (Spain) during the crop cycles of 1999 and 2000, and evaluate the response of nitrogenase and C assimilation activities to changing irradiances. Our results show that, far from the generally assumed idea that the largest part of the N incorporated by N₂-fixing cyanobacterial blooms in rice fields comes from N₂ fixation, both cyanobacterial blooms incorporated about three times more N from dissolved combined compounds than from N₂ fixation (only about 33–41% of the N incorporated came from N₂ fixation). Our results on the photodependence of C and N₂ fixation indicate that in both cyanobacterial blooms, N₂ fixation showed a steeper initial slope (α) and was saturated with less irradiance than C fixation, suggesting that N₂ fixation was more efficient than photosynthesis under conditions of light limitation. At saturating light, N₂ fixation and C fixation differed depending on the bloom and on the environmental conditions created by rice plant growth. Carbon assimilation but not nitrogenase activity appeared photoinhibited in the Anabaena but not in the Microchaete bloom in August 1999, when the plants were tall and the canopy was important, and there was no limitation of dissolved inorganic carbon. The opposite was found in the Microchaete bloom of June 2000, when plants were small and produced little shade, and dissolved inorganic carbon was very low.     

低浓度NaHSO3促进田间水稻的光合磷酸化和光合作用

用1～2 mmol/L NaHSO3喷施于水稻(Oryza sativa L.)叶面可以提高叶片的光合速率,并能持续3 d以上.在此条件下,光下叶片中的ATP含量明显增高,叶片的叶绿素毫秒延迟荧光加强,反映与光合磷酸化活力有关的跨类囊体膜质子梯度增加.乳熟期喷施2次1 mmol/L NaHSO3后,水稻产量提高约10%.研究表明NaHSO3的主要作用和PMS(phenazine methosulfate)促进光合速率的原因可能类似,都是增加了ATP的供应.与此同时,观察到低浓度NaHSO3可促进水稻中反映循环电子传递的叶绿素荧光在作用光关闭后的短时上升.以上现象表明低浓度NaHSO3的促进作用很可能是通过促进围绕PSⅠ的循环电子传递及其耦联的光合磷酸化而促进水稻光合作用的.