柳属植物光合-光响应曲线模型拟合

为了研究柳属植物的光合-光响应曲线模型,利用直角双曲线模型、非直角双曲线模型和直角双曲线修正模型对柳属植物的光合-光响应曲线进行拟合。结果表明,直角双曲线拟合所得的初始量子效率、暗呼吸速率、最大光合速率和光饱和点的值均高于非直角双曲线的拟合结果,但由于在有限光强下,2模型均不存在极值,因此无法直接得到最大净光合速率和饱和光强;而直角双曲线修正模型存在极值点,可以直接求得植物的饱和光强和最大净光合速率,且拟合值更加接近实测值。通过比较另外5种柳属植物净光合速率的实测值与模型估计值,得出直角双曲线修正模型估计值的相对误差之和最小,证明了直角双曲线修正模型的估计值更接近实测值。因此,直角双曲线修正模型是拟合柳属植物光合-光响应曲线的最佳模型。利用此模型可有效地对柳属植物光能利用效率进行评价,为高光效柳树的筛选提供理论参考。     

不同氮肥水平下玉米光响应曲线模型的比较

【目的】本研究采用7种模型对光响应曲线进行拟合,比较不同拟合模型的优劣,旨在优选出氮胁迫下最优的光合作用光响应模型,为研究玉米的氮素营养生理和栽培提供科学依据,为棕壤地区春玉米氮素高效管理提供理论依据。【方法】以郑单958玉米为研究对象,在棕壤长期定位肥料试验的基础上,采用LI-6400型便携式光合作用测定系统测定穗位叶在不同光强下的光合速率,从不同供氮水平研究灌浆期玉米穗位叶叶片的光合作用光响应特征,采用二次回归、 直角双曲线、 非直角双曲线以及直角双曲线修正等7种不同模型对光响应曲线进行拟合,通过拟合程度、 拟合的表观量子效率(α)、 最大净光合速率(Pnmax)、 光饱和点(LSP)、 光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rday)6个参数的对比,比较7 种模型的差异。【结果】 1)随氮肥水平的提高,产量、 氮素含量、 叶绿素含量有所提高,而施氮处理的净光合速率则表现出降低的趋势。2)本研究中的7种模型均能较好地对施高量氮肥(N180处理)的玉米叶片Pn光响应进行拟合,决定系数除直角双曲线修正模型为0.992外,其余均为0.994。但是不同模型对光抑制现象明显的N0、 N120处理的拟合效果差异较大,从决定系数比较来看,拟合效果优劣排序为直角双曲线修正模型、 二次回归模型非直角双曲线模型指数模型直角双曲线模型、 动力学模型。3)直角双曲线修正模型和二次回归模型的Pnmax、 LSP、 LCP和Rday四个光合参数均与实测值较为接近,而其他模型除个别参数较为接近外,多数参数差别较大;另外由于直角双曲线模型、 非直角双曲线模型和动力学模型的方程没有极值,不能直接得到光饱和点,使这三种模型损失了LSP这个重要的参数。4)随着施氮水平的提高,灌浆期玉米穗位叶α、 Pnmax、 LSP、 LCP和Rday 5个参数均逐渐升高。【结论】随着施氮水平的提高,灌浆期玉米穗位叶光合性能明显提升,光抑制程度减轻,α、 Pnmax、 LSP、 LCP和Rday 5个参数均升高;在不同氮肥水平下,无论是光饱和、 非光饱和或光抑制情况下,直角双曲线修正模型和二次回归模型均能较好地对玉米光响应曲线进行拟合,拟合的光合参数信息较多,拟合的光合参数与实测值相近,因此直角双曲线修正模型和二次回归模型较适宜拟合玉米光响应曲线。     

几种光合作用光响应模型对烟草的适用性分析

为探讨不同光响应曲线模型对烟草的适用性,分别测定云南赵桅基地K326叶片在20、30和35℃下的净光合速率光响应曲线,昭通自然条件下红花大金元(红大)、KRK26和云烟99叶片净光合速率的光响应曲线.用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、动力学模型、指数模型以及叶子飘等构建的新光响应模型(新模型)对各光响应曲线进行拟合.结果表明,新模型对光饱和、非光饱和及光抑制的光响应曲线拟合均较好,指数模型对光饱和的光响应曲线拟合较好,其它3个模型对任何一种光响应的拟合效果均较差.指数模型和新模型拟合的最大净光合速率(Pmax)与实测值最接近,其它3个模型拟合的Pmax值偏高,以非直角双曲线模型偏高最明显.直角双曲线模型和非直角双曲线模型拟合的表观量子效率(α)普遍接近或超过最大量子效率理论值范围,指数模型和新模型拟合的α值在正常范围内,动力学模型拟合的α值则偏低.非直角双曲线模型拟合的光补偿点(Ic)明显低于实测值,其它模型拟合的Ic与实测值均较接近.直角双曲线模型、非直角双曲线模型和动力学模型不能直接计算光饱和点(Is),新模型拟合的Is与实测值均接近,出现光饱和及光抑制时,指数模型拟合的Is也与实测值接近.研究结果表明,以新模型对烟草光响应曲线进行拟合较为合理.     

冬小麦光合特性对CO2浓度与土壤含水量的响应机制

光合作用是衡量植物对环境响应的重要指标,通过光响应曲线拟合量化光合特征,可从生理机制方面揭示出植物在不同生长环境下自身的调节与适应机制。本文利用Li-6400便携式光合仪测定了冬小麦在4种不同处理条件下灌浆期旗叶的光响应曲线,采用直角双曲线模型(RHM)、非直角双曲线模型(NRHM)、直角双曲线修正模型(RHMM)、指数模型(EM)和指数改进模型(MEM)对光响应数据进行拟合,分析了不同CO_2浓度和土壤含水量对冬小麦光合特征的影响。结果表明,直角双曲线修正模型对各处理下冬小麦光响应曲线和光响应曲线参数的拟合值都与实测值较为接近,拟合效果最好;随着CO_2浓度升高,各水分处理下冬小麦表观量子效率(α)、光饱和点(LSP)和最大净光合速率(P_(nmax))增大,光补偿点(LCP)和暗呼吸(R_d)降低,即CO_2浓度升高能有效增加冬小麦的光能转化率和光能利用范围,提高冬小麦的光合能力;随着土壤含水量的降低,冬小麦光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(R_d)升高,但表观量子效率(α)、光饱和点(LSP)和最大净光合速率(Pnmax)降低,即冬小麦虽然能通过提高初始光合效率抵消一部分干旱胁迫的影响,但干旱胁迫仍会降低冬小麦光合能力;此外,CO_2浓度的增加能抵消部分冬小麦因干旱胁迫引起的光合能力降低。     

不同土壤水分条件下麻栎盆栽实生苗的光合响应

在南京林业大学树木园内,应用Li-6400光合作用测定系统测定一年生麻栎（Quercus acutissima Carruth）盆栽实生苗在不同土壤水分条件下的光合响应参数、相同光合有效辐射强度下的净光合作用参数、高光强度下的Pn-CO2变化曲线;用光合作用光响应实测值和直角双曲线修正模型对不同土壤水分条件下麻栎的光响应曲线进行拟合,探讨双曲线修正模型对麻栎幼苗的适用性及麻栎的光合响应规律.结果表明：1）在光合有效辐射强度160μmol/（m2·s）条件下,土壤含水量为24.0％、14.5％、11.4％的处理组和土壤含水量32.0％的对照组之间的净光合速率及蒸腾速率存在显著性差异（P＜0.05）;2）直角双曲线修正模型拟合出的光响应数据除了光饱和点和实测值有较大的差异外,拟合的其他光响应数据相差不大,并随土壤含水量的变化和实测值呈现相同的趋势;3）麻栎的羧化效率、CO2补偿点都随土壤含水量的降低而降低,土壤含水量抑制了1,5-二磷酸核酮糖羧化酶（Rubisco）的酶活性.     

镉对不同品种水稻光合作用的影响

采用盆栽土培法,以对镉相对敏感的水稻品种YZX和相对耐受的品种XY-12为材料,通过对人工添加镉后（土壤中镉浓度达到5mg·kg^-1）水稻齐穂期叶片光合速率的测定,选用直角双曲线模型、非直角双曲线模型和叶子飘新模型对光响应曲线进行拟合,探究镉对不同品种水稻叶片光响应特征的影响,并对不同光响应模型进行比较。结果表明,镉处理后,两个水稻品种净光合速率均表现为降低;镉对两水稻品种光响应曲线参数的影响存在差异,内禀量子效率、最大净光合速率、光饱和点均受到镉的影响,较不添加镉的对照降低,而镉处理后水稻剑叶光补偿点却大大增加;镉促进了品种YZX的暗呼吸作用,但对品种XY-12却表现为抑制作用;总体上,品种XY-12对土壤中镉的耐受性强于YZX;3种模型模拟的光响应曲线均能较好地反映两品种叶片光合作用的光响应特征,但光响应参数与实测值存在差异,直角双曲线模型和非直角双曲线模型拟合的最大净光合速率（P_max）远大于实测值,并且光补偿点（LCP）和暗呼吸速率（Rd）与实测值相比存在较大差异,而采用传统的线性回归方法得到的光饱和点（LSP）却远低于实测值,叶子飘模型拟合的各项参数与实测值最为接近,并很好地弥补了其它模型的缺点。因此,该模型在反映水稻在镉毒害下叶片光合作用的光响应特征等方面具有较大优势。     

增氧微咸水对小白菜光响应特征及产量的影响

为了探讨水培条件下微咸水溶解氧浓度对小白菜光响应特征及产量的影响,测定了5种增氧水平下小白菜的光合响应过程,并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分别对小白菜光响应曲线进行拟合比较,筛选出最优模型并利用最优模型对小白菜的光合特征参数进行了计算。试验结果表明,经误差分析,不同增氧水平下4种模型的光响应曲线拟合结果存在差异,非直角双曲线模型对所有处理的模拟精度均最高,是分析增氧微咸水水培条件下小白菜光响应曲线的最优模型。光响应曲线参数显示,18.5 mg/L的微咸水溶解氧浓度处理下小白菜的暗呼吸速率、表观量子效率、最大净光合速率均显著高于其他微咸水增氧处理。此外,18.5 mg/L的微咸水溶解氧浓度处理下小白菜的净光合速率和地上部鲜质量也显著高于其他微咸水增氧处理。因此,利用微咸水培养小白菜较为适宜的溶解氧浓度约为18.5 mg/L,该增氧处理有利于增强小白菜的耐荫性和忍受高光强的能力,增大小白菜叶片的可利用光强范围,提高叶片的生理活性,并促进小白菜叶片光合作用的高效运行,进而实现小白菜高产。     

水分胁迫下黄瓜叶片光响应过程的模拟

以黄瓜品种"博新525"(Boxin525)为试材,设置4个土壤水分处理,即正常灌溉CK(土壤相对湿度为70%~80%)、轻度胁迫T1(土壤相对湿度为60%~70%)、中度胁迫T2(土壤相对湿度为50%~60%)、重度胁迫T3(土壤相对湿度为35%~45%),利用LI-6400便携式光合仪测定不同水分处理下黄瓜叶片的光响应曲线,采用直角双曲线、非直角双曲线、指数和叶子飘等4种光响应模型对黄瓜叶片光响应过程进行模拟,运用统计方法进行模拟效果评价,以探讨水分胁迫对黄瓜叶片光响应过程的影响。结果表明:(1)水分胁迫导致黄瓜叶片净光合速率(Pn)下降,当光合有效辐射PAR(photosynthetically active radiation)为800μmol·m~(-2)·s~(-1)时,T1、T2和T3处理叶片Pn分别比CK下降17.92%、26.49%和50.00%。实测与模拟的光响应曲线对水分胁迫的响应趋势一致,随着胁迫程度增加,Pn-PAR曲线变化幅度减小。(2)水分胁迫显著影响黄瓜叶片的光响应曲线参数。4种模型模拟的叶片初始量子效率均随胁迫加重呈先升高后降低的变化趋势;叶片暗呼吸速率以T2处理最高;4种模型计算的T1、T2和T3处理叶片光饱和点平均值较CK分别下降24.28%、31.99%和38.33%,叶片最大净光合速率平均值分别降低23.88%、33.19%和55.78%。(3)CK处理的黄瓜叶片光响应曲线模拟值偏离程度及光响应曲线参数的平均相对误差均最低,水分胁迫降低了黄瓜叶片光响应曲线的模拟效果。(4)4种模型模拟效果以叶子飘模型最佳,其后依次为指数模型、非直角双曲线模型、直角双曲线模型。研究认为水分胁迫显著影响黄瓜叶片的光响应过程,降低黄瓜叶片的光合能力。     

缙云山三种典型阔叶树光合生理特性研究

为研究缙云山三种典型阔叶树光合生理特性,并找出合适的光响应拟合曲线,通过测定自然条件下三种典型树种四川山矾（Symplocos setchuanensis）、四川大头茶（Gordonia acuminata）、白毛新木姜子（Neolitsea aurata）光合生理生态特征参数,采用修正直角双曲线模型、非直角双曲线模型对光响应曲线进行拟合,结果表明:（1）四川大头茶的光饱和点为1 048μmol/（m²·s）,光补偿点为3.25μmol/（m²·s）,四川山矾光饱和点为2337μmol/（m²·s）,光补偿点为5.48μmol/（m²·s）,白毛新木姜子光饱和点为1 164μmol/（m²·s）,光补偿点为4.62μmol/（m²·s）;（2）蒸腾速率表现为白毛新木姜子>四川大头茶>四川山矾,在相同光强下,白毛新木姜子比四川山矾蒸腾速率高0.6～0.7μmolCO₂/（m²·s）。四川山矾的耐光性最强,且可能为C4植物;对于有光抑制现象树种,修正直角双曲线模型在求光饱和点、最大净光合速率方面更具优势。     

光合作用模型在长江下游冬麦区的适用性研究

以直角双曲线、非直角双曲线、渐进指数及修正直角双曲线等4种光响应模型为基础,结合CO2浓度和温度变化对冬小麦光合作用的影响,推导出4种植物叶片光合作用模型。分别利用长江下游冬麦区2个主栽冬小麦品种的田间试验资料,确定模型参数并对模型预测效果进行检验。结果表明,修正直角双曲线模型的预测效果最好,预测值与实测值相关系数（r）为0.925,均方根误差（RMSE）为1.666μmol.m-2.s-1。修正直角双曲线模型考虑了光抑制问题,从而能够更好地预测高光强情况下的冬小麦光合速率,因而最适于长江下游地区冬小麦光合作用的模拟。研究结果可为选择最佳的光合作用模型进行冬小麦生长模拟及产量预测提供参考。     

镧浸种处理对玉米光合特性的影响

为了探索镧对玉米光合特性的影响,采用露天盆栽方法,以氯化镧（LaCl3）溶液浸种处理玉米种子,测定大喇叭口期玉米叶片光合日变化、光响应曲线和CO2响应曲线及PEP羧化酶（PEPCase）活性。结果表明,高（120 mg.L-1）低（60 mg.L-1）两个La3＋溶液浓度条件下,玉米叶片光合午休现象得到缓解,气孔因素是主要原因;La3＋溶液浸种处理后,表观量子效率（AQY）和光饱和点（LSP）显著提高,羧化效率（CE）降低,La3＋对PEPCase有明显的抑制作用。说明La3＋溶液浸种预处理主要是通过提高植株对光能的利用来提高玉米叶片的光合效率。     

土壤水分对柿树光合光响应特性的影响

采用CIRAS-2便携式光合仪测定不同土壤水分条件下2年生柿树叶片净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、气孔导度等光合生理参数的光响应过程,探讨柿树光合光响应特性对土壤水分的响应规律。结果表明：土壤水分对柿树的光合生理参数影响显著,随着土壤水分的降低,净光合速率、表观量子效率先升后降,光补偿点先降后升,光饱和点呈下降趋势;维持柿树高光合作用和高水分利用效率的适宜土壤相对含水量为48.8%～76.7%,适宜的光照强度为800～2 000μmol/（m2·s）;柿树对强光利用能力较强,而对弱光的利用效率较低;在土壤相对含水量为48.8%时,柿树光合作用主要受气孔限制,而土壤相对含水量降低到25.5%时,柿树光合作用转变为非气孔限制,通过对气孔、非气孔因素的判定,可知柿树是一种抗旱性非常强的植物。研究结果可为柿树的节水高产栽培提供理论依据。     

不同供氮水平及水分调控条件下水稻光合作用光响应特征

为了揭示不同水氮调控对水稻功能叶片光合作用光响应特征的影响,在2种供氮水平下,针对分蘖末期和拔节孕穗期开展了不同土壤水分状况下水稻功能叶片光合速率的光响应特征研究。实测结果表明,随土壤水分的降低,水稻功能叶片的光响应曲线下降,且在光强高于400μmol/(m2.s)时,不同土壤水分状况的光响应曲线差距变大,低氮处理光响应曲线受水分亏缺的影响较大。基于实测结果,建立水稻叶片光合速率光响应曲线的数学模拟,得到不同水氮处理水稻功能叶片光响应的特征参数,结果显示最大净光合速率、光饱和点随着土壤水分的降低而下降、其中低氮处理下降幅度较大,在复水后均出现反弹。因此,水分胁迫会降低水稻叶片对强光的适应能力,但此能力在复水后可恢复,在200～300kg/hm2施氮量范围内,增加施氮量可以有效改善叶片光响应特征、并有效促进复水之后反弹补偿的产生,在制定水稻节水灌溉的土壤水分调控指标时,要考虑不同的施氮水平的影响。     

新型抗蒸腾叶面肥对刺槐水分利用效率的影响

采用盆栽法安排试验,在充分供水的条件下,用不同叶面肥对刺槐进行处理,使用LI-6200便携式光合仪、美制LI-1600稳态气孔计分别测定刺槐苗木叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)等水分生理指标及其相应的环境因子,结果表明:①不同叶面肥处理下,刺槐的净光合速率、蒸腾速率日变化都呈"双峰"曲线,而且,净光合速率日变化曲线存在光合午休现象。刺槐的水分利用效率在8:00左右最大,14:00点达到一天中的最低水平。②方差分析表明:3号叶面肥处理过的刺槐水分利用效率最大,清水对照的刺槐水分利用效率最小。