光合作用光响应曲线模型选择及低光强属性界定

采用抛物线、直角双曲线、非直角双曲线及直角双曲线修正式等数学函数对金沙江干热河谷3种不同类型植物材料的光合光响应曲线进行了拟合,提出一种分段函数用以拟合实测值并求算光合作用参数,构建了一种有关表观光合量子效率求算的弱光区域的确定方法,得到3点主要结论:(1)5种拟合方式中,分段函数与直角双曲线修正式对3种不同类型的光合光响应曲线均具有良好的拟合效果;(2)直角与非直角双曲线拟合得到的光合参数P_(max)、LCP、R_d与实测值接近,但对LSP的估计值总是远低于实测值,直角双曲线修正式适合用于出现光抑制现象的曲线的模拟及其光合参数的求解,但无法得到饱和趋近型曲线的光合特征参数,分段函数求解的不同类型曲线的特征参数均与实测值较为接近;(3)以光合光响应曲线上光能利用效率的下降位点来界定植物表观光合速率随光强呈线性增长的弱光区域是可行的,且具相当的理论可释性.     

5种光响应模型对小叶杨的适用性分析

采用Li-6400光合仪测定CO2400μmol·mol-1条件下小叶杨的光响应数据。分别采用直角双曲线修正模型、二次多项式模型、直角双曲线模型、非直角双曲线模型及指数模型对光响应曲线进行拟合,探讨5种模型对小叶杨的适用性。结果表明:直角双曲线、非直角双曲线及指数模型不能处理光抑制部分的光响应数据,且得到的最大净光合速率大于实测值,光饱和点远小于实测值;二次多项式虽能处理光抑制部分的光响应数据,但得到的光合参数有悖常识;直角双曲线修正模型不仅能处理光抑制部分的光响应数据,且拟合得到的各项光合参数均与实际相符,是拟合小叶杨光响应曲线的最适宜模型。     

油茶光合作用光响应曲线的拟合

为探讨不同光响应模型对油茶光合特性的适用性,利用非直角双曲线模型、直角双曲线模型和改进的直角双曲线模型拟合了油茶的光响应曲线,通过分析光合参数模拟值与实测值的接近度,在3个模型中筛选最佳油茶光响应模型。结果表明,非直角双曲线和直角双曲线模型都无法直接估算光饱和点,也不能解释光饱和区域的光抑制现象;而改进的直角双曲线模型能较好地描述油茶在不同生境下的光响应曲线,其光合参数均接近实测值。因此,可将改进的直角双曲线模型作为研究油茶光响应曲线的首选模型。     

DPS软件在中绥12杨光响应曲线拟合中的应用

采用Li-6400光合仪测定了中绥12杨的光响应数据。分别采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型及指数模型对光响应曲线进行拟合,以探讨几种模型对中绥12杨的适用性并介绍在DPS数据处理系统中的操作步骤。结果表明,直角双曲线、非直角双曲线及指数模型得到的最大净光合速率大于实测值;直角双曲线和非直角双曲线模型得到的光饱和点远小于实测值;应用指数模型时(假设0.9Pn max或0.99Pn max所对应的光强为Isat)则无法求解光饱和点;直角双曲线修正模型拟合得到的各项光合参数均与实际相符,是中绥12杨光合光响应的最适宜模型。     

短梗大参光合作用光响应曲线及模型拟合

为了探讨不同光合作用光响应模型对短梗大参光合特性的适用性,采用LI-6400便携式光合仪分别观测了全光照和荫蔽环境下的5年生短梗大参叶片的光响应曲线;并应用二次多项式模型、分段函数、直角双曲线模型、非直角双曲线模型和修正的直角双曲线模型拟合短梗大参的光响应曲线,根据拟合效果筛选不同光照环境下短梗大参合适的光响应模型。结果表明:1在全光照环境下,短梗大参光合作用的光响应曲线属于饱和趋近型;直角双曲线模型、非直角双曲线模型和修正的直角双曲线模型无法直接求取其最大净光合速率和光饱和点的解析解;二次多项式回归模型拟合的光合参数值与实测值相差很大;分段函数为全光照下短梗大参光响应曲线最适用的分析模型,其拟合的初始量子效率为0.047,最大净光合速率为10.70μmol·m-2s-1,光饱和点为1 333.33μmol·m-2s-1,光补偿点为10.43μmol·m-2s-1,暗呼吸速率为0.48μmol·m-2s-1。2在荫蔽环境下,短梗大参光合作用的光响应曲线为中度抑制型;二次多项式拟合的光合参数值与实测值差异明显;分段函数拟合的光合参数值则比实测值要低;直角双曲线模型和非直角双曲线模型拟合的光饱和点均明显低于实测值;修正的直角双曲线模型为荫蔽环境下短梗大参光响应曲线分析的最适用模型,其拟合的初始量子效率为0.076,最大净光合速率为5.07μmol·m-2s-1,光饱和点为449.60μmol·m-2s-1,光补偿点为2.79μmol·m-2s-1,暗呼吸速率为0.21μmol·m-2s-1。     

沿海沙地淡竹和四季竹光合-光响应特性及其最适模型研究

以沿海沙地淡竹和四季竹为材料,使用Li-6400 XT便携式光合测定仪测定其不同光合有效辐射(PAR)下植物叶片的净光合速率(P_n)等相关指标,选用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型、指数模型4种模型进行拟合,筛选其最适拟合模型,为沿海沙地竹子光合生理特性研究和生态应用提供科学依据。结果表明,用直角双曲线、非直角双曲线和指数模型对淡竹和四季竹的拟合结果表明,两种植物均不存在光饱和点(LSP),未出现光抑制现象,且拟合值与实测值差异较大;在直角双曲线修正模型拟合下,淡竹和四季竹均存在LSP并出现了光抑制现象,拟合值与实测值最符合。4种拟合模型决定系数R~2大小顺序为: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,拟合值平均均方误差(MSE)和绝对误差(MAE)大小顺序为: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。综合决定系数R~2、MSE和MAE值,表明直角双曲线修正模型拟合结果符合的淡竹和四季竹实际生长规律,是研究沿海沙地淡竹和四季竹光合-光响应特性最适拟合模型。     

澳洲坚果光合-光响应曲线模型拟合比较

为深入研究澳洲坚果的光合特性及其环境适应性,筛选出澳洲坚果光合-光响应曲线的最佳拟合模型。以6个澳洲坚果品种为试材,采用LI-6400XT便携式光合仪测定其光合-光响应曲线,利用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型和指数模型分别对不同品种的光合-光响应曲线进行拟合,比较分析拟合效果。结果表明,直角双曲线修正模型拟合的表观量子效率(AQE)、最大净光合速率(Pnmax)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rd)与实测值最为接近,且决定系数(R²)在6个品种的拟合中最大,均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和赤池信息量准则(AIC)最小,直角双曲线修正模型可作为澳洲坚果光合-光响应曲线的最佳拟合模型。由直角双曲线修正模型拟合的6个澳洲坚果品种AQE在0.03～0.05,LSP在1 092.83～1 522.572μmol·m^-2·s^-1,LCP在14.39～34.97μmol·m^-2·s^-1,Pnmax在4.41～8.91μmol·m     

小叶杨的光响应曲线及其模型拟合

分别采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数模型、二次多项式模型及直角双曲线修正模型对小叶杨的光合光响应数据进行拟合,以确定小叶杨光响应曲线拟合的最适宜模型。结果表明:通过直角双曲线模型、非直角双曲线模型及指数模型拟合得到的最大净光合速率均大于实测值,光饱和点则远小于实测值,且不能处理光抑制部分的光响应数据;二次多项式模型能够较好的处理光抑制部分的光响应数据,但拟合得到的光合参数值与实测值不相符,甚至有悖常识;直角双曲线修正模型拟合的各项光合参数值均与实测值最相符,同时亦能很好处理光抑制部分的光响应数据,是小叶杨光响应研究的最适宜模型;利用直角双曲线修正模型拟合得到的小叶杨最大净光合速率(Pmax)、光饱和点(Is)、光补偿点(Ic)、暗呼吸速率(Rd)和初始量子效率(α)分别为19.93μmol·m~(-2)s~(-1),1 680.60μmol·m~(-2)s~(-1),28.97μmol·m~(-2)s~(-1)、-1.97μmol·m~(-2)s~(-1)和0.073。     

星花玉兰及其品种的光响应模型筛选

以星花玉兰及其4个品种为试验材料,使用Li-6400便携式光合仪测定其光响应曲线,采用4种光响应模型(双曲线修正模型、非直角双曲线模型、指数模型和直角双曲线模型)分析叶片的光响应过程。结果表明,4种模型对星花玉兰叶片光合作用光响应过程模型拟合效果的优劣顺序为,直角双曲线修正模型非直角双曲线模型指数模型直角双曲线模型。对于星花玉兰及其4个品种而言,直角双曲线修正模型是最佳光响应模型,可使用此模型进行星花玉兰的光响应过程测定。     

西南高海拔区域苹果光合作用与光和CO_2响应模型的筛选

【目的】为了阐明我国西南高海拔区域苹果光合作用对光强度和CO_2浓度变化的响应机制,为后续深入开展该区域苹果光合特性研究提供参考,筛选适合该区域苹果光合-光响应和光合-CO_2响应的模型。【方法】以‘黔选2号’‘黔选3号’‘嘎拉’‘蜜脆’‘红星’5个品种苹果叶片为试材,进行光合-光响应和光合-CO_2响应的测定,并利用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数方程模型和直角双曲线修正模型进行光合-光响应曲线的拟合,运用直角双曲线模型、Michaelis-Menten模型(M-M模型)、直角双曲线修正模型进行光合-CO_2响应曲线拟合。【结果】光合-光响应中,气孔导度的变化影响蒸腾速率的变化,5个品种苹果叶片的光合速率均对强光有较好的适应性,在其他影响因子相同的情况下,CO_2浓度可能是生产中的实际限制因子。光合-CO_2响应中,5个品种苹果叶片气孔导度与蒸腾速率表现为同步变化,但气孔导度的变化并未影响胞间CO_2浓度的值,胞间CO_2浓度的值呈线性增加。在CO_2浓度满足光合作用底物消耗的情况下,光合有效辐射是苹果叶片发挥光合能力的主要限制因子。【结论】在拟合不同品种苹果叶片光合-光响应曲线和光合-CO_2响应曲线的模型中,直角双曲线修正模型拟合效果均表现最好。     

欧洲山毛榉光响应模型拟合研究

植物光响应曲线拟合，可以估算植物的表观量子效率、最大净光合速率和光饱和点等重要参数，这对弄清欧洲山毛榉的光合特性非常重要。采用Li-6 400XT型便携式光合测定系统，设定的光强梯度为2 500、2 000、1 500、1 000、500、200、150、100、80、50、20、0(μmol·m^-2·s^-1)。研究结果表明：光合作用对光响应的机理模型、直角双曲线模型、非直角双曲线和指数方程模型拟合曲线决定系数分别为R²=0.999、0.998、0.998和0.987，拟合程度均较高。4种光响应曲线模型拟合欧洲山毛榉光响应曲线得到的相关参数表明，虽然指数方程模型拟合系数最低，但指数方程模型求得的各项参数与实测值相吻合。因此，推荐采用指数方程模型对欧洲山毛榉光合作用光响应曲线最为适宜，这也为欧洲山毛榉选择适宜的区域栽植推广提供重要科学依据。     

光合-光响应模型的研究进展

综述了当前常见的光合速率对光响应模型的研究进展和存在的问题,在此基础上对比了这些模型的适用范围并探讨其未来发展趋势,结果表明:早期提出的直角双曲线模型、非直角双曲线模型和指数模型对最大净光合速率和光饱和点的估计均存在偏高的现象,且由于模型本身限制无法拟合光抑制现象,随后陆续提出的修正直角双曲线模型、分段函数模型和修正指数模型则很好的解决了这个问题。通过对比各个模型在不同数据中的适用性发现,非直角双曲线模型和修正直角双曲线模型对不同类型数据的拟合效果优于其他模型,但非直角双曲线模型随着数据类型的变化产生了较大波动,而修正直角双曲线模型针对不同类型数据的拟合结果比非直角双曲线模型更稳定,因此修正直角双曲线模型可以作为拟合各类光合光响应曲线的优选模型。本文根据当前林业领域对树木生理的关注度提出光合光响应曲线的未来发展趋势将逐渐从单叶水平扩展到单木水平甚至林分水平。     

5种光合模型对沙棘属3种植物叶绿素荧光光响应曲线的拟合效果比较分析

为研究3种沙棘一年生实生苗在生长季节的叶绿素荧光动力学特性及光响应变化规律,以云南沙棘、江孜沙棘和肋果沙棘苗木为材料,应用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、单指数方程、双指数方程和直角双曲线修正模型进行光响应曲线拟合,比较不同模型拟合的荧光参数值与实测值之间差异,以筛选出适合沙棘属植物的叶绿素荧光—光响应模型。并利用筛选出的叶绿素荧光—光响应模型,比较青藏高原3种沙棘叶绿素荧光参数差别。结果表明:(1)直角双曲线修正模型为3种沙棘叶绿素荧光—光响应曲线拟合的最佳模型;(2)沙棘属植物光化学速率(PCR)和电子传递速率(ETR)总体随光照有效辐射(PAR)的增大先上升,当达到最大值时,逐渐下降;光系统—实际光化学速率(PhiPS2)和光系统—有效光化学速率(Fv′/Fm′)随PAR增加而呈下降趋势;云南沙棘的ETR、PCR、PhiPS2和Fv′/Fm′最高;(3)云南沙棘适应光合逆境的能力最强。     

薄壳山核桃不同品种光响应过程及模型拟合

为了探讨不同光响应模型对于薄壳山核桃光合作用的适用性,以‘Mahan’、‘Stuart’、和‘Kanza’3个薄壳山核桃品种为研究对象,建立了5种光响应模型(直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型、指数模型和指数修正模型),分别对各薄壳山核桃品种的光响应过程进行了拟合。结果表明:1)5种光响应模型对薄壳山核桃的光响应拟合效果突出,决定系数均在0.9以上,其中非直角双曲线模型拟合效果最优,R^2达到了0.99,并且AIC值最低,直角双曲线模型σ及AIC最高,表现最差。2)通过与实测值相比较,直角双曲线修正模型对于光响应特征参数的求解效果最好,求解出的AQY、R_d、LSP和Pn_max最准确,非直角双曲线模型求解LCP最佳。3)‘Mahan’在3个品种中光照生态幅最宽,利用光能能力最强;‘Stuart’在各模型中的R^2均达到0.99,运用光响应模型拟合效果最好。     

广东含笑的光响应特性及其最适模型研究

[目的]通过对广东含笑光合-光响应曲线及其最适拟合模型的研究,了解广东含笑的光合生理参数,为广东含笑的引种栽培及园林应用提供参考。[方法]选用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、叶子飘光合模型、指数模型、改进指数模型和二次多项式6种模型对广东含笑光响应曲线进行拟合,探讨不同光响应模型对广东含笑光合特性的适用性,筛选最佳光响应模型。[结果]表明:(1)广东含笑叶片光合速率与光合有效辐射之间存在非线性关系,叶子飘光合模型拟合的光合-光响应曲线最佳,具有符合植物生长规律的光抑制现象,拟合效果优于其它5种模型;(2)在叶子飘光合模型的光合参数中,最大净光合速率、光饱和点、光补偿点和暗呼吸速率与实测值最接近,决定系数为0.999,6个模型中最大,平均绝对误差和均方误差最小,模型具有较高的拟合精确度;(3)根据叶子飘光合模型拟合出广东含笑叶片的光饱和点为1 598.54μmol·m~(-2)·s~(-1)、光补偿点为26.74μmol·m~(-2)·s~(-1)、最大净光合速率为13.46μmol·m~(-2)·s~(-1)、暗呼吸速率为-1.58μmol·m~(-2)·s~(-1),初始量子效率为0.06。[结论]叶子飘光合模型为广东含笑光合-光响应曲线的最佳拟合模型,广东含笑为阳生植物,喜温暖、湿润气候,耐荫,具有广阔的开发前景,这为深入研究广东含笑的生理生态提供了参考。     

干旱处理对毛竹光响应的影响:基于4种模型比较分析

[目的]采用4种模型对干旱处理下毛竹叶片光响应曲线进行拟合比较,分析各模型的优缺点,以选出适合毛竹光响应曲线拟合的最佳模型,并量化干旱处理对毛竹光合光响应的影响。[方法]主要采用Li-6400便携式光合仪测定干旱处理下毛竹的光响应曲线,并通过4种模型对其进行拟合。[结果]研究表明:(1)在干旱和对照处理下各模型的决定系数R~2均大于0.995,说明拟合精度较高。综合各参数可以看出,直角双曲线修正模型拟合效果最佳,相对误差RE平均值为0.07,而指数模型参数拟合效果最差,RE平均值为0.767;(2)通过直角双曲线修正模型拟合各光合参数,在干旱环境下,暗呼吸速率R_d、光补偿点LCP和水分利用效率WUE较高,分别为对照环境的1.57倍、1.66倍和1.06倍,而净光合速率P_(nmax)、光饱和点LSP和表观量子效率AQY分别比对照环境降低3.6%、17.6%和4.8%。[结论]从整体拟合效果来看,这4种模型拟合顺序为:直角双曲线修正模型直角双曲线模型非直角双曲线模型指数模型。通过在干旱和对照间毛竹各光合参数的比较发现,毛竹对干旱环境有一定的适应能力。     

石漠化区6种退耕树种光响应曲线研究

以桂西南石漠化山地6种退耕林为对象,采用修正直角双曲线光响应曲线模型比较不同林分光响应曲线及最大净光合速率(Pmax)、暗呼吸速率(Rd)、光补偿点(Lcp)、光饱和点(Lsp)等光合生理指标的差异。结果表明:任豆Zenia insignis、柚木Tectona grandis、樟树Cinnamomum camphora光响应曲线存在光抑制现象,其他树种则无该现象。修正直角双曲线模型对6种树种光响应曲线拥有良好的拟合效果,对主要生理指标的预测与实测值相近。弱光下净光合速率与叶片中叶绿素含量间存在显著相关性,但与树木胸径、树高间无显著相关性。     

毛竹林下苦参和决明幼苗光合作用光响应模型比较

[目的]探讨苦参和决明对不同立竹密度毛竹林下光环境的适应规律,为毛竹林下苦参和决明的复合经营提供理论参考。[方法]以毛竹林下种子播种的固氮植物苦参和决明幼苗为试验材料,选择立地条件和经营水平一致,立竹密度为低(1 600±200株·hm-2)、中(2 400±200株·hm-2)、高(3 200±200株·hm-2)3种试验毛竹林,采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型和指数模型4种光合响应模型拟合。[结果]表明:在不同立竹密度的毛竹林下,苦参和决明拟合的均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)值均是直角双曲线修正模型最小,直角双曲线模型最大,MSE、MAE预测值也是直角双曲线模型大于直角双曲线修正模型;4种模型拟合的苦参和决明的初始量子效率(α)、最大净光合速率(Pnmax)、暗呼吸速率(Rd)、光补偿点(LCP)存在差异,苦参和决明在不同立竹密度的毛竹林下4种模型拟合的α值均不同,Pnmax、Rd、LCP总体上是直角双曲线模型最大,直角双曲线修正模型较小,并且只有直角双曲线修正模型可以直接计算出光饱和点(LSP);在一定的光强范围内,除直角双曲线模型外,其余3种模型拟合的苦参和决明净光合速率(Pn)随着光强的增强而增加,但光强超过光饱和点(LSP)后,净光合速率(Pn)随着光强的增强而降低,且不同立竹密度的毛竹林下苦参和决明4种光响应拟合模型的决定系数R2值均是直角双曲线修正模型最大。[结论]不同立竹密度毛竹林下苦参和决明的光响应曲线用直角双曲线修正模型拟合更精确。     

不同油橄榄品种苗期快速光曲线模型选择及光合特性分析

为研究土耳其引进油橄榄品种对不同光强处理的叶绿素荧光特性响应,分析各油橄榄品种的光合特性及光响应规律,以Domat、Odemis、Yamalak sarisi、Memecik、Ayvalik、Cekiste、Gemlik共7个油橄榄品种自砧嫁接苗为研究对象,应用直角双曲线模型(RH)、非直角双曲线模型(NRH)、单指数方程(SEM)、双指数方程(DEM)和直角双曲线修正模型(MRH),拟合叶绿素荧光光响应曲线(RLC_s),筛选出适合7个油橄榄品种的叶绿素荧光光响应模型;并利用筛选出的叶绿素荧光—光响应最优模型,分析各油橄榄品种的光合特性。结果显示:(1)5个模型拟合效果优劣顺序为:MRHSEMRHNRHDEM,MRH模型对各油橄榄品种的拟合结果与实测值更符合;(2)各油橄榄品种叶片电子传递速率(ETR)随光合有效辐射(PAR)的增强而上升;PSII实际光化学速率(PhiPS2)随有效辐射(PAR)增加而呈下降趋势;Memecik的ETR和PhiPS2显著高于其它品种,Cekiste与之相反;(3)Memecik光适应能力最强,Cekiste最弱。由此可得出结论:MRH是7个油橄榄品种RLC_s的最佳拟合模型;Memecik具有较好的光合特性,Cekiste的光合特性较差。     

不同温度对钩栗光响应曲线拟合的影响

以珍贵用材树种钩栗2年生幼苗为研究对象,采用LI-6400光合速率测试仪对钩栗成熟叶片的光合能力进行测定分析,在对钩栗25℃和45℃条件下的光合特征曲线进行拟合后发现5个模型间存在不同程度的差异。高温胁迫提高了钩栗对弱光的利用能力,也显著降低了钩栗的最大净光合能力;从模型的拟合效果来看,直角双曲线修正模型在常温时的模拟值与实际值和其他模型相比高出12.99%~30.57%,而在高温条件下却高出12.44%~26.91%,拟合效果最差;常温条件下指数模型、指数修正模型和非直角双曲线模型具有较好的拟合效果,但在高温条件下,非直角双曲线模型和指数修正模型的效果最好,综合强光照条件下钩栗的光合规律,非直角双曲线模型综合表现最佳。