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光合作用对光和CO2响应模型的研究进展
叶子飘
植物生态学报    2010, 34 (6): 727-740.   DOI: 10.3773/j.issn.1005-264x.2010.06.012
摘要   (3844 HTML39 PDF(pc) (538KB)(5456)  

光合作用对光和CO2响应模型是研究植物生理和植物生态学的重要工具, 可为植物光合特性对主要环境因子的响应提供科学依据。该文综述了当前光合作用对光和CO2响应模型的研究进展和存在的问题, 并在此基础上探讨了这些模型的可能发展趋势。光合作用涉及光能的吸收、能量转换、电子传递、ATP合成、CO2固定等一系列复杂的物理和化学反应过程。光合作用由原初反应、同化力形成和碳同化3个基本过程构成, 任一个过程均可对光合作用速率产生直接的影响。光合作用对光响应模型只涉及光能的转换, 而光合作用的生化模型包含了同化力形成和碳同化这两个基本过程。把光合作用的原初反应, 即把参与光能吸收、传递和转换的捕光色素分子的物理参数(如捕光色素分子数、捕光色素分子光能吸收截面、捕光色素分子处于激发态的平均寿命等)结合到生化模型中, 可能是今后光合作用对光响应机理模型的发展方向。


光合参数
Photosynthesis parameter
MichaelisMenten 模型
MichaelisMenten model
直角双曲线模型
Rectangular hyperbola model
修正模型
Modified model
测量值
Measured data
初始羧化效率 (mol·m-2·s-1)
Initial slope α
无None 0.331 0.228 无None
光合能力 (μmol·m-2·s-1)
Photosynthetic capacity
68.54 68.54 42.26 $\approx $42.3
饱和胞间CO2浓度(μmol·mol-1)
saturation intercellular CO2 concentration Cisat
687.02* 687.02* 886.74 $\approx $900
CO2补偿点 (μmol·mol-1)
CO2 compensation point Γ
45.58 45.58 47.40 $\approx $48
光呼吸速率 (μmol·m-2·s-1)
Rate of photorespiration Rp
-12.36 -12.36 -9.51 无 None
决定系数
Determination coefficient (R2)
0.991 3 0.991 3 0.998 7 无 None
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表3 三种模型拟合冬小麦光合作用对胞间CO2浓度响应的结果
正文中引用本图/表的段落
从表3的数据可知, 由直角双曲线模型和Michaelis-Menten模型拟合得到的光合能力为68.54 μmol·m-2·s-1, 远大于实测值的42.3 μmol·m-2·s-1。并且从表3的数据可知, 除初始羧化效率外, 直角双曲线模型和Michaelis-Menten模型的拟合结果完全相同, 这表明它们本质上是相同的。另外, 由于直角双曲线模型和Michaelis-Menten模型没有极点, 所以为了求饱和胞间CO2浓度就必须用其他方法, 例如用类似于指数方程那样求饱和胞间CO2浓度, 那么只能假定0.6Pnmax所对应的CO2浓度才是饱和胞间CO2浓度。如果假设0.7Pnmax所对应的CO2浓度是饱和胞间CO2浓度, 则为1 520.43 μmol·mol-1; 如果假设0.9Pnmax所对应的CO2浓度是饱和CO2浓度,则用此方法不能计算植物的饱和胞间CO2浓度。显然, 用这样的方法估算植物的饱和胞间CO2浓度不是很合理的。
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