生态系统与耗散结构

1977年,比利时著名科学家伊·普里高津成功地提出耗散结构理论,荣获了诺贝尔奖。普里高津的理论告诉我们:“一个远离平衡态的复杂系统,各元素的作用具有非线性特点,正是这种非线性的相关机制,导致了大量离子的协同动作,突变而产生有序结构。”普里高津的耗散结构理论,研究系统怎样从混沌无序的动态向稳定有序的结构组织演化及其规律,故也称为非平衡系统自组织理论。这一系统理论的奇葩,对于生态系统的深入研究将起到不可估量的作用。同时,这一理论使我们对生态     

生命现象与化学耗散结构

在简单介绍了耗散结构理论的基础上,探讨了生命现象与耗散结构之间的联系,阐述了用化学耗散结构理论解释各种生物有序现象(如生物形态和生物振荡)和生物进化现象的可能性。强调了生命科学与非生命科学相结合的重要性。     

不同森林群落结构与光能利用率的关系

本文在人工落叶松纯林及人工落叶松与水典柳混交林的林冠观测数据的基础上建立了落叶松松和水曲柳的树冠锥体模型。通过对上述两种森林群落结构的太阳辐射的观测,利用电磁波的吸收,反射和透射理论分别对以上两种森林群落的光能利用率进行了计算。结果表明理论计算值与实测结果基本一致;双层次混交林的光能利用率高于单层纯林的光能利用率。     

依赖叶黄素循环的非辐射能量耗散在防御珊瑚树叶片光抑制破坏中的作用

使用脉冲调制荧光仪观测了珊瑚树叶片光合作用的光抑制发生与恢复过程中几个主要荧光参数(初始荧光F_0,可变荧光与最大荧光之比F_v/F_M和非光化学荧光猝灭q_E及其快组分 q_(E—fast)、慢组分 q(E—slow))的变化,以探讨非光化学荧光猝灭不同组分的作用。 强光(约 1500μmol photons m~(-2) s~(-1))照射叶片使F_0、F_V/F_M和q_(E—fast)降低.q_(E—slow)和q_E增高。NH_4Cl处理使 F_V/F_M降低的幅度和q_E提高的幅度都增加。DTT处理使q_E水平和q_(E—slow)增加的幅度降低,而F_0和稳态荧光水平增加,强光下降低了的F_V/F_M在弱光下不易恢复。NaF处理对这些荧光参数都没有明显的影响。     

叶片阶段性白化小麦的叶绿体激发能分配和荧光动力学特征

叶片阶段性白化小麦是一种非常特殊的色素突变体。本文对其白色、白绿相嵌及转绿叶片的叶绿体光化活性分别进行了测定。试验表明：（１）白化和白绿相嵌叶片的叶绿体色素合成处于停滞阶段,转绿叶片则处于色素迅速合成阶段;（２）白化、白绿相嵌和转绿叶片叶绿体的激发能传递呈递增趋势;（３）三者对绿体的ＰＳⅡ活性和原初光能转化效率也呈递增趋势;（４）白化叶片叶绿体缺乏ＰＳⅠ和ＰＳⅡ外周天线色素蛋白,白绿相嵌和转绿叶片的类囊体膜多肽组分与正常叶片相近似。     

嗜热蓝藻层理鞭枝藻（Mastigocladus laminosus）藻胆体在解离过程中荧光发射光谱和光能传递的研究

研究了层理鞭枝藻藻胆体在不同浓度磷酸缓冲溶液中解离过程中荧光发射光谱的变化和光能传递。完整藻胆体的７７Ｋ荧光光谱中只有一个峰,位于６８５ｎｍ它是末端发射体（核心－膜连接多肽和别藻蓝蛋白－Ｂ）的荧光峰。部分解离藻胆体的荧光光谱的主峰位移至６５２ｎｍ：次峰位于６８５ｎｍ;６６０ｎｍ为一弱荧光发射肩。它们依次为Ｃ－藻蓝蛋白,末端发射体和别藻蓝蛋白的荧光。严重解离藻胆体的荧光主峰移６４４ｎｍ;次峰由６８５ｎｍ移至６８２ｎｍ;６６０ｎｍ荧光发射肩消失。这表明Ｃ－藻蓝蛋白所捕获的光能已不能传递给别藻蓝蛋白,但可传递给末端发射体洞时又表明Ｃ－藻蓝蛋白不仅与别藻蓝蛋白相连接而且还与末端发射体相连接。提出该藻胆体光能传递链如下：核心－膜连接多肽藻红蓝蛋白→Ｃ－藻蓝蛋白→别藻蓝蛋白别藻蓝蛋白－Ｂ     

黑沙蒿光合能量分配组分在生长季的相对变化与调控机制

为了探明典型荒漠灌木优势物种黑沙蒿(俗名油蒿, Artemisia ordosica)光合过程能量中分配对环境波动的相对变化及其长期调节机制, 该研究于2018年4-10月在宁夏盐池毛乌素沙地, 同时使用MONITORING-PAM多通道荧光监测仪和LI-6400XT便携式光合测量仪对黑沙蒿叶片的最小荧光产量(F_o)、最大荧光产量(F_m)、稳态荧光产量(F_s)、光下最大荧光产量(F_m′)、净光合速率(P_n)、暗呼吸速率(R_d)、蒸腾速率(E)和叶片气孔导度(g_s)进行现场测定, 在实验室内计算比叶面积(SLA)、单位面积氮含量(N_area)、叶绿素含量(C_Chl)和叶绿素a/b (Chl a/b), 分析黑沙蒿光合过程能量分配中固碳耗能占比(Φ_A)、光呼吸耗能占比(Φ_PR)、调节性热耗散耗能占比(Φ_NPQ)和非调节性热耗散耗能占比(Φ_NO)与环境参数和叶性状参数之间的关系以及能量分配各组分之间的相对变化。结果表明, 光化学反应组分(Φ_A、Φ_PR)和热耗散组分(Φ_NPQ、Φ_NO)之间呈负相关竞争关系, 两组分内部呈正相关协同关系, E和Φ_A、Φ_PR正相关, 和Φ_NPQ、Φ_NO负相关。在低土壤含水量(SWC)和高饱和水汽压差(VPD)环境条件下, 黑沙蒿Φ_A、Φ_PR和SLA显著降低, Φ_NPQ和Φ_NO显著增加。研究认为, 在长期干旱或高蒸散条件下, 黑沙蒿通过降低SLA等途径避免水分的过度流失, 同时将部分过剩光能由光呼吸代谢途径转移到热耗散组分进行耗散。波动环境下黑沙蒿形态性状的变异和光合过程能量分配的长期调节机制, 反映了其利用形态与生理的协同可塑性对逆境的适应。     

油茶叶片捕光色素分子内禀特性和光能利用效率对光照强度的响应北大核心CSCD

以油茶品种‘长林4号’2年生幼苗为材料,在人工气候箱内设置盆栽实验,研究不同光照强度(10%、40%、70%光照和全光照)对油茶光能利用特性的影响。结果显示:(1)油茶叶片净光合速率(P_(n))、电子传递效率(ETR)、光补偿点(I_(c))、CO_(2)补偿点(Γ)、饱和光强(I_(sat))、饱和胞间CO_(2)浓度(C_(isat))、光呼吸速率(R_(p))、暗呼吸速率(R_(d))以及在叶片水平与植株水平上的光能利用效率均随光照强度的增强而提高。(2)在弱光条件下,油茶叶片光化学淬灭系数(qP)提高,非光化学淬灭系数(NPQ)降低,所吸收的光能被更多地分配向光化学耗散和过剩激发能,使_(PSⅡ)光化学效率(F_(v)/F_(m)、Φ_(PSⅡ))提高。(3)油茶通过提高叶片叶绿素含量、捕光色素分子数(N_(0))和本征光能吸收截面(σ_(ik))来增强对光的捕获能力,但随光照强度降低,其捕光色素分子的有效光能吸收截面(σ_(ik)')减小,捕光色素分子处于最低激发态的最小平均寿命(τ_(min))变长,累积在最低激发态的天线色素分子数(N_(k))增多。研究表明,在低光照强度环境下,电子在捕光色素分子之间的传递和光合电子流的产生受到限制,油茶叶片光能捕获与光合电子传递效率无法同时提高,最终导致其光合碳同化能力和光能利用效率下降。     

Dynamics and regulations of ecosystem light use efficiency in a broad-leaved Korean pine mixed forest,Changbai Mountain

Aims Ecosystem light use efficiency (LUE) reflects the ability of CO₂ uptake and light utilization via photosynthesis, which is a key parameter in ecosystem models to evaluate ecosystem productivity. The objectives of this study were to: (1) compare the differences of LUE derived from different methods; (2) elucidate the seasonal dynamics of LUE and its regulatory factors; and (3) evaluate the maximum LUE (LUE_max) and its variability based on eddy-covariance (EC) flux.Methods Using the flux data from an EC tower during 2003-2005 at a broad-leaved Korean pine (Pinus koraiensis) mixed forest, Changbai Mountain, two types of LUE indicators were generated from: 1) the apparent quantum yield (ε) estimated with rectangular hyperbolic curve, and 2) the ecological light use efficiency (LUE_eco) calculated as the ratio between gross ecosystem productivity (GEP) and photosynthetically-active radiation (Q).Important findings The seasonal variation of ε and LUE_eco appeared a unimodal pattern within a year, with the variations significantly dominated by soil surface temperature and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). A positive correlation between GEP and LUE was found for both ε and LUE_eco, with the effect of Q on LUE relatively weak. The increase in diffusion radiation appeared favorable for enhanced LUE. Generally, there was a significant positive relationship between ε and LUE_eco, while ε was higher than LUE_eco, especially during the mid-season. The annual maximum value of ε and LUE_eco was (0.087 ± 0.003) and (0.040 ± 0.002) μmol CO₂·μmol photon^-1 over the three years, respectively. The interannual variability of LUE_max for ε and LUE_eco was 4.17% and 4.25%, respectively, with a maximum difference of >8%, likely resulted from considerable uncertainty in model simulations. Our results indicated that the inversion and optimization of maximum LUE should be taken seriously in the application of LUE models.