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.     

拟南芥连体和离体叶片光合作用的光响应

测定出 2 5 0 μmol·m-2 ·s-1光强下培养的整株拟南芥连体叶片的光合作用在光强为 80 0 μmol·m-2 ·s-1左右达到光饱和 ,其离体叶片光合作用对光强响应的结果与此类似。自然条件下生长的珊瑚树连体与离体叶片光合作用均在光强约为 10 0 0 μmol·m-2 ·s-1下达到饱和 ,这验证所测得的拟南芥连体和离体叶片光合作用光响应的结果是正确的     

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。     

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。     

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。     

胡杨异形叶光合作用对光强与CO2浓度的响应

胡杨(Populus euphratica)叶形多变, 随个体生长发育, 植株出现条形、卵形和锯齿阔卵形叶。在新疆塔里木河上游人工胡杨林内选择具有此3种叶形的成年标准株, 将枝条拉至同一高度, 通过活体测定, 比较其光合作用-光与CO₂响应及叶绿素荧光响应特征。结果表明: 胡杨异形叶光合速率对光强/CO₂浓度与电子传递速率对光强的响应曲线均可用直角双曲线修正模型来拟合, 得出的主要光合参数与实测值较吻合。胡杨卵形叶、锯齿阔卵形叶光合速率-光响应参数与生化参数及快速光响应参数与条形叶差异显著, 而光合速率-CO₂响应参数则无显著差异。胡杨异形叶CO₂饱和浓度下的最大净光合速率(P_nmax)较饱和光强下的P_nmax高, 表明胡杨强光下光合速率在很大程度上受CO₂供应和1,5-二磷酸核酮糖(RuBP)再生能力的限制。卵形叶、锯齿阔卵形叶的初始量子效率(α)、初始羧化效率(CE)、P_nmax、光合能力(A_max)与最大羧化速率(V_cmax)均显著高于条形叶; 锯齿叶光饱和点(LSP)、最大电子传递速率(ETR_max)与光呼吸速率(R_p)高于卵形叶, 条形叶光补偿点(LCP)与LSP、α、CE最低。表明荒漠干旱环境下胡杨锯齿叶最耐强光, 高R_p可能是其耗散过剩光能、保护光合机构免于强光破坏的重要途径; 卵形叶高的α、CE、磷酸丙糖利用效率(TPU)、PSII实际光化学效率(Φ_PSII)与低LCP及叶氮分配策略是其保持高光合速率的原因; 条形叶Φ_PSII、ETR、P_n低, 因其制造光合产物不足而难以满足树体生长逐渐减少并处于树冠下部。可见, 胡杨条形叶光合效率低、抗逆性差, 主要以维持生长为主; 随着树体长大, 条形叶难以适应荒漠环境来维系其生长, 出现了卵形叶; 卵形叶光合效率高, 易于快速积累光合产物而加快树体生长, 但其LSP低和耐光抑制能力弱, 逐渐被更耐强光、高温与大气干旱的锯齿叶所取代, 从而使胡杨在极端逆境下得以生存, 这是胡杨从幼苗到成年叶形变化及异形叶着生在树冠不同高度的原因。     

干旱胁迫下胡杨光合光响应过程模拟与模型比较

以塔里木干旱荒漠区2年生胡杨幼苗为试材,盆栽模拟荒漠生境5种水分梯度,利用Li-6400便携式光合作用系统测定胡杨在干旱胁迫下光合作用的光响应过程,并采用4种光响应模型对其进行拟合与比较,以期优选出适用于干旱荒漠环境的光响应模型,阐明胡杨光合作用对干旱胁迫的响应规律与适应机制。结果表明:胡杨净光合速率(P_n)随干旱胁迫加剧呈下降趋势,同一光强(PAR)下P_n降幅增大。中度干旱胁迫以下(土壤相对含水量,RSWC45%)胡杨在高PAR下仍能维持相对较高P_n,光抑制程度轻;直角双曲线、非直角双曲线和指数模型均可较好地模拟P_n-PAR响应过程,但最大净光合速率(P_(nmax))、光饱和点(LSP)拟合值与实测值差异极显著(P0.01)。中度干旱胁迫以上(RSWC45%)胡杨P_n随PAR升高而显著下降,LSP与P_(nmax)极显著降低,光抑制现象明显;仅直角双曲线修正模型拟合的胡杨光响应过程、光响应参数与实际情况较吻合。4种模型模拟效果顺序:直角双曲线修正模型指数模型非直角双曲线模型直角双曲线模型。4种光响应模型对干旱胁迫具有不同的适应性,直角双曲线修正模型适用于各种水分条件,尤其适用于干旱荒漠生境,其它3种模型适用于水分条件较好的生境。光响应特征参数对干旱胁迫的响应阈值不同。随干旱胁迫加剧,胡杨表观量子效率(AQY)、P_n、LSP与P_(nmax)持续降低,严重干旱胁迫下暗呼吸速率(R_d)、LCP反而明显增大。RSWC45%胡杨仍能保持较高的AQY、P_(nmax)、LSP,RSWC45%其P_(nmax)、LSP显著降低,干旱胁迫显著抑制了胡杨光合进程和光强耐受范围,降低了光合效率,严重干旱胁迫严重影响胡杨苗木的正常生长和光合作用。干旱荒漠环境下,胡杨采取缩窄光照生态幅、降低光能利用率和减少呼吸消耗来积极抵御荒漠干旱逆境伤害的生态对策。因此,从极端干旱荒漠区种群保护与植被恢复角度来看,胡杨林土壤水分应维持在RSWC 50%左右,符合干旱缺水地区植物生长和高效用水的管理原则。     

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,且上海比青海的大     

新疆塔里木河下游生态输水与胡杨叶片的生理及形态响应

选择塔里木河下游3个典型断面的15个研究样地,分析和测定了塔里木河下游2000￣2002年生态输水前后不同研究样地的地下水位、地下水含盐量和胡杨(Populus　euphratica　Oliv.)叶片中脯氨酸、可溶性糖、植物内源激素脱落酸和细胞分裂素的含量以及胡杨叶片的形态结构变化,研究了塔里木河下游主要建群种胡杨对生态输水的生理与形态的响应和适应性。结果表明,塔里木河下游胡杨生长已受到不同程度的干旱胁迫;输水后各样地地下水位均有所上升,胡杨对浅层地下水位的变化表现出明显响应,胡杨受到的生理胁迫降低,胡杨叶片角质层厚度、维管束导管官腔直径及管壁厚度皆随地下水位的上升而减少;随着地下水位的上升,地下水含盐量分别提高1.76　￣　2.47倍,输水效果由于盐对植物的生理胁迫作用的增加而有所减弱;在塔里木河下游极端干旱环境下,胡杨林保育恢复的合适地下水位埋深为3.15　￣　4.12　m,地下水含盐量为67.15　￣　72.65　mm。     

新疆塔里木河下游生态输水与胡杨叶片的生理及形态响应

选择塔里木河下游3个典型断面的15个研究样地,分析和测定了塔里木河下游2000～2002年生态输水前后不同研究样地的地下水位、地下水含盐量和胡杨(Populus euphratica Oliv.)叶片中脯氨酸、可溶性糖、植物内源激素脱落酸和细胞分裂素的含量以及胡杨叶片的形态结构变化,研究了塔里木河下游主要建群种胡杨对生态输水的生理与形态的响应和适应性.结果表明,塔里木河下游胡杨生长已受到不同程度的干旱胁迫;输水后各样地地下水位均有所上升,胡杨对浅层地下水位的变化表现出明显响应,胡杨受到的生理胁迫降低,胡杨叶片角质层厚度、维管束导管官腔直径及管壁厚度皆随地下水位的上升而减少;随着地下水位的上升,地下水含盐量分别提高1.76～2.47倍,输水效果由于盐对植物的生理胁迫作用的增加而有所减弱;在塔里木河下游极端干旱环境下,胡杨林保育恢复的合适地下水位埋深为3.15～4.12 m,地下水含盐量为67.15～72.65 mm.     

光合作用对光响应新模型及其应用

讨论了光合作用对光响应新模型的一些特性．用新模型拟合超级杂交水稻新组合-II优明86和丹参的光响应数据,并与用非直角双曲线模型、直角双曲线模型和二项式回归方法拟合结果进行了比较．结果比较表明：该模型不仅能处理植物在光抑制条件下的光响应问题,而且还能处理植物在低光强条件下的光响应问题．在光补偿点附近这两种植物的光合速率对光强的响应是非线性的．     

岩溶植物光合-光响应曲线的两种拟合模型比较

用直角双曲线和非直角双曲线两种模型,对桂林岩溶区石山植物红背山麻杆（Alchornea trewioides）、九龙藤（Bauhinia championii）、青檀（Pteroceltis tatarinowii）和圆叶乌桕（Sapium rotundifolium）光合作用的光响应曲线进行拟合。结果表明,直角双曲线拟合的表观量子效率（α）、最大净光合速率（Pmax）、暗呼吸速率（Rd）、光补偿点（Lcp）和光饱和点（Lφ）数值均高于相应的非直角双曲线拟合结果;直角双曲线模型拟合的参数值大小和曲线变化趋势不符合实际情况;非直角双曲线模型拟合结果更符合生理意义。红背山麻杆和九龙藤具有较高的表观量子效率和较低的光补偿点,对光能的利用效率和耐荫性均强于圆叶乌桕和青檀。     

不同光照环境下荷花叶片光合光响应模型比较

以上海荷花品种‘伯里夫人’为试验材料,设置全光照和林下遮荫(50%全光照)2种不同的光照环境,采用4种光响应模型拟合分析荷花叶片净光合速率光响应过程,比较不同光照下适宜的光响应模型,研究荷花品种对遮荫环境的适应规律.结果表明: 4种模型对荷花叶片光合作用光响应过程拟合效果的优劣顺序为：直角双曲线修正模型>指数模型>非直角双曲线模型>直角双曲线模型,后3种模型均为没有极值的函数,不能直接求得最大净光合速率(P_{n max})和光饱和点(LSP).直角双曲线修正模型对LSP、P_{n max}、暗呼吸速率(R_d)和光补偿点(LCP)等光响应参数表现出最佳的拟合效果,拟合值与实测值相对误差最小.随光强减弱,荷花主要的光合生理参数均降低,其中,R_d下降幅度显著,其他参数变化不显著.说明荷花对适度弱光环境具备一定的适应能力,表现出良好的光合适应性反应与调节,能够维持植株的正常生长.
     

光合作用光响应模型的比较

 用美国Li-Cor公司生产的Li-6400光合作用测定仪控制CO₂浓度和温度, 测量了华北平原冬小麦(Triticum aestivum)的光响应数据。分别用C₃植物光响应新模型、直角双曲线模型、非直角双曲线模型和Prado-Moraes模型拟合这些实测数据, 分析了由直角双曲线模型、非直角双曲线模型和Prado-Moraes模型拟合这些数据得到的最大净光合速率(The maximum net photosynthetic rate)远大于实测值, 而光饱和点(Light saturation point)远小于实测值的原因。结果表明, 由C₃植物光响应新模型拟合的结果与实测数据符合程度最高(R²=0.999 4和R²=0.998 7); 表观量子效率(Apparent quantum yield)不是一个理想的表示植物利用光能的指标, 建议用植物光响应曲线在光补偿点处的量子效率作为表示植物光能利用的指标。     

不同模型对黄山栾树快速光曲线拟合效果的比较

用Li-6400光合仪同时测定了CO2浓度为380和600μmol·mol-1条件下黄山栾树的光响应曲线和快速光曲线,分别采用不同模型进行了拟合.结果表明:直角双曲线模型和双指数方程拟合得到的最大电子传递速率远大于实测值;直角双曲线模型、非直角双曲线模型、单指数方程不能拟合黄山栾树存在PSⅡ动力学下调的快速光曲线,只有双指数方程和直角双曲线修正模型可以拟合黄山栾树存在PSⅡ动力学下调的快速光曲线,且可以计算它的饱和光强.综合拟合结果可知,直角双曲线修正模型不仅可以很好地拟合黄山栾树的快速光曲线,而且得到的最大电子传递速率和饱和光强与实测值相符合.此外,通过拟合植物的快速光曲和光响应曲线,还可以判断在饱和光强时它的电子传递速率与碳同化是否同时达到最大值.     

胡杨叶片解剖特征及其可塑性对土壤条件响应

表型可塑性对极端干旱区植物个体适应具有重要的意义。该研究选择内蒙古额济纳胡杨林内不同土壤条件下胡杨个体,对其叶片解剖结构与土壤因子关系进行分析,阐明不同土壤条件下叶片解剖结构及其可塑性规律。结果表明：除主脉木质部与维管束面积比外,异质性的土壤条件下胡杨叶片各解剖结构均存在明显的趋异适应;土壤水、盐条件影响了以上表皮细胞为代表的表皮组织的生长发育,土壤肥力影响了以主脉维管束为代表的输导组织以及栅栏组织的生长;生境环境异质性是胡杨叶片解剖结构可塑性的根本原因,解剖结构可塑性使得胡杨在不同环境、同一环境不同结构形成适应性差异,不同土壤条件下叶片主脉木质部、主脉维管束的可塑性较大,是胡杨适应异质性土壤条件的主要结构。叶片解剖结构特征及其可塑性对胡杨适应干旱环境具有重要生态作用。     

不同水分条件下胡杨光响应曲线拟合模型比较

本研究通过测量不同水分条件下胡杨（Populus euphratica Oliv.）叶片的光响应曲线,并采用4种光响应模型对其光合特征参数拟合值与实测值进行比较,分析了不同水分条件下光响应曲线模型对胡杨适用性的影响机制。结果表明,当水分供应充足时,胡杨非直角双曲线模型对暗呼吸速率（R_d）的拟合效果最优,直角双曲线修正模型拟合光饱和点（LSP）、最大净光合速率（P_nmax）、光补偿点（LCP）的结果与实测值较接近;但当胡杨受到水分亏缺后,直角双曲线修正模型对P_nmax和光饱和点（LSP）的拟合效果最优,直角双曲线模型对R_d和LCP的拟合效果最佳。因此,水分条件有利时胡杨应用直角双曲线修正模型、非直角双曲线模型较好;水分亏缺条件下采用直角双曲线修正模型、直角双曲线模型更为适合。     

胡杨(Populus euphratica)叶片呼吸作用对地下水埋深的响应

土壤水分条件能够改变叶片呼吸作用, 进而影响叶片、个体及生态系统的碳平衡。在内蒙古自治区额济纳旗境内, 根据地下水埋深度的差异建立了干旱和湿润2 块样地, 并对其中生长的胡杨(Populus euphratica)叶片的呼吸作用特性进行了观测。结果表明, 干旱样地胡杨叶片的相对含水量(RWC)和单位质量氮含量(Nmass)显著低于湿润样地, 但叶片单位面积氮含量(Narea)和比叶面积(SLA)差异不显著。叶片暗呼吸速率(Rn)和光下线粒体呼吸速率(RL)均随地下水埋深的降低而升高, 其中地下水埋深度的变化对RL 影响更加明显。光对叶片暗呼吸速率具有抑制作用, 其抑制程度在11%-57%变化。光对暗呼吸的抑制程度同Rubisco 酶的最大氧化速率(vo)呈负相关。湿润样地胡杨叶片光合速率(A)同光下线粒体呼吸速率的比值(A/RL)显著高于A 同Rn 的比值(A/Rn), 而在干旱样地2 者间差异不显著。胡杨叶片呼吸速率和光对暗呼吸抑制作用对地下水埋深的响应可能同细胞抗旱对能量和物质需求的增加有关。此外, 叶片A/R 比值不仅受到光照条件的影响, 同时受到水分条件的调控。     

胡杨叶片气孔导度特征及其对环境因子的响应

依据2005年对极端干旱区荒漠河岸林胡杨的观测资料,对胡杨气孔运动进行了分析研究以揭示胡杨的水分利用特征与抗旱机理。结果表明:(1)胡杨叶片气孔导度日变化呈现为周期波动曲线,其波动周期为2 h,傍晚(20:00)波动消失;净光合速率和蒸腾速率与气孔导度的波动相对应而呈现同步周期波动。(2)胡杨的阳生叶气孔导度高于阴生叶,且不同季节气孔导度值不同,阳生叶气孔导度的季节变幅大于阴生叶。(3)胡杨气孔导度与气温、相对湿度和叶水势有显著相关关系,当CO2浓度较小时,胡杨气孔导度随CO2浓度的增加而增加,当CO2浓度达到一定值后气孔导度不再增加,反而随CO2浓度的增加大幅度降低。(4)胡杨适应极端干旱区生境的气孔调节机制为反馈式反应,即由于叶水势降低导致气孔导度减小,从而减少蒸腾耗水,达到节约用水、适应干旱的目的,表明胡杨的水分利用效率随气孔限制值的增大而减小,二者呈显著负相关。     

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）％。