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Characterization of Spring Wheat Light Response Curve and Fitting Analysis of Photosynthetic Model Under Different Moisture Conditions in Semi-arid Areas
ZHAOPengwei, GAIAihong, WANGXiaoping, LUCongcong, LIUTao, LIYingying, ZHANGTao
Journal of Agriculture ›› 2026, Vol. 16 ›› Issue (1) : 7-16.
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Characterization of Spring Wheat Light Response Curve and Fitting Analysis of Photosynthetic Model Under Different Moisture Conditions in Semi-arid Areas
To investigate the mechanism of photosynthetic physiological response of spring wheat under different moisture conditions in semi-arid rain-fed agricultural areas and to optimize field management, the present study was carried out with spring wheat ‘Dingxi No. 48’ as the research object. Seven treatments were set up with three replications for each treatment, namely: film mulching (FM), irrigated treatment 1 (GG1), irrigated treatment 2 (GG2), drought treatment 1 (GH1), drought treatment 2 (GH2), drought treatment 3 (GH3), and rain-fed treatment (YY), to measure the light response curves of spring wheat at different periods under the seven treatments. Five models were chosen, namely, the right-angle hyperbola model, the non-right-angle hyperbola model, the leaf drift model, the exponential model and the double exponential model, to fit and compare the light response curves before and after the irrigation of spring wheat. The results were analyzed for accuracy and the optimal model was selected. The results showed that: (1) the light response curve increased rapidly when the photosynthetically active radiation was 0-400 μmol/(m2·s), and slowed down when it was 600-800 μmol/(m2·s), and then stabilized or showed a decreasing trend. The leaf area index of spring wheat decreased after filling, and the photosynthetic capacity weakened, and the magnitude of the maximum net photosynthetic rate at the maturity of each treatment was in the following order: FM, GG1, YY, GH3, GG2, GH2, and GH1. (2) Combining the MAE, RMSE and R2 of the measured and fitted values of the five models shows that the leaf float model has the highest fitting accuracy. The mulching treatment had the best drought tolerance and the widest range of light adaptation when planting spring wheat in the semi-arid rain-fed agricultural region of Northwest China, and the leaf floating model among the five models best matched the actual photosynthetic characteristics of spring wheat.
semi-arid areas / spring wheat / light response curve / model fitting
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干旱灾害是影响社会经济发展、农业生产和生态文明建设的重要自然因素，随着气候变暖，极端干旱事件发生频率和强度均呈增加趋势，影响不断加重。“干旱气象科学研究”是由中国气象局等国家部委组织的三大气象科学试验研究计划之一，是继“第三次青藏高原大气科学试验”实施后，于2015年以行业科研重大专项项目形式批准立项的又一重大科学研究计划。本文简要介绍了本项目的基本架构以及在外场观测试验和科学研究方面所取得的重点研究成果，展望了干旱气象科学研究趋势及可能取得的主要突破。项目以提升我国干旱防灾减灾能力、保障粮食与生态安全为科技支撑目标，以发展干旱基础理论为科学研究目标，以提高干旱监测预测预警及影响评估技术水平为业务应用目标，以我国北方地区为重点研究区域，开展跨学科、综合性、系统性的干旱气象科学试验和科学研究。实施以来，已在西北至华北的干旱半干旱区建立“V”型的干旱致灾过程及其陆—气相互作用观测试验站网布局，并开展系统性观测试验。科学研究方面也取得重要成果。研究发现，自我防御机制有助于我国北方草地主要优势种和建群种——贝加尔针茅适应未来气候变化。气候变化使中国骤发性干旱显著增加，尤其在湿润和半湿润地区可能性更大，且在未来几十年有可能持续下去，这对中国农业和水资源持续利用造成严重影响。另外，复杂下垫面地区的地—气交换研究方法得到有效改进；干旱半干旱区域的模式系统发展取得进展；发现春小麦、春玉米对干旱胁迫的响应特征，构建了玉米冠层含水量的普适性高光谱遥感估算方法等。
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【目的】明确西北地区玉米生产的投入与生态环境风险。【方法】基于生命周期评价（LCA）方法对西北地区六省或自治区（新疆、陕西、山西、宁夏、内蒙古、甘肃）15年间（2004—2018年）玉米生产的投入（肥料、农药、柴油、地膜、种子及人工）与生态环境风险（温室气体排放、土壤酸化、水体富营养化及人体毒性）进行评价,定量化该地区单位面积（hm<sup>2</sup>）玉米生产投入与生态环境风险及其时空变化。【结果】西北地区玉米生产投入与生态环境风险较高,15年间平均肥料投入为233.1 kg N·hm<sup>-2</sup>,106.3 kg P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>·hm<sup>-2</sup>和23.3 kg K<sub>2</sub>O·hm<sup>-2</sup>,农药、柴油、地膜、种子、人工投入量分别为6.5 kg·hm<sup>-2</sup>、93.2 L·hm<sup>-2</sup>、13.7 kg·hm<sup>-2</sup>、38.8 kg·hm<sup>-2</sup>和120.1 h·hm<sup>-2</sup>。玉米平均产量为7.9 t·hm<sup>-2</sup>,温室气体排放量为4 188 kg CO<sub>2</sub> eq·hm<sup>-2</sup>,土壤酸化潜值为155.3 kg SO<sub>2</sub>-eq·hm<sup>-2</sup>,水体富营养化潜值为52.6 kg PO<sub>4</sub>-eq·hm<sup>-2</sup>,人体毒性为2.9 kg 1,4-DCB-eq·hm<sup>-2</sup>。相较于2004年,2018年西北地区玉米生产种植面积和玉米单产分别增加了79%和26.9%;投入整体呈现上升趋势,其中氮肥、磷肥和钾肥的单位面积投入量分别增加9.2%、52.7%和203.7%,农药、柴油、地膜的单位面积用量分别增加了303%、143%和108%,而种子和人工的单位面积投入量则分别降低了38.6%和50.8%。西北地区玉米生产的生态环境风险则整体呈现先上升后下降的趋势,其中单位面积温室气体排放量、土壤酸化潜值、水体富营养化潜值以及人体毒性分别增加了13.6%、15.8%、2.6%和302.5%。西北地区玉米生产15年间单位面积氮肥投入量及温室气体排放量最高的年份均为2016年,最低均为2007年。西北地区不同省份玉米生产单位面积的投入与生态环境风险存在较大差异。其中,甘肃的氮肥、地膜和人工单位面积投入量最高,3种投入的最低省区分别为山西、陕西和内蒙古;新疆的磷肥和柴油投入量最高,最低均为陕西;山西的钾肥投入量最高,最低为新疆;农药和种子的投入量最高分别为宁夏和新疆,最低均为山西,玉米的种植面积与单产最高的省区分别为内蒙古和新疆,最低的分别为宁夏和陕西。同时温室气体排放量与土壤酸化潜值均为甘肃最高,水体富营养化潜值为陕西最高,人体毒性为宁夏最高,均为山西最低;西北地区玉米生产投入量与生态环境风险综合值最高的省区为宁夏,山西为西北地区玉米生产综合生态环境风险最低的省份。【结论】西北地区玉米生产呈现高投入、高产出、高风险的特点,其投入与生态环境风险在不同时间和空间尺度上均存在较大差异。2004—2018年,西北地区玉米的种植面积、单产、投入整体呈增加趋势,生态环境风险整体呈现先上升后下降的趋势。未来玉米生产布局可考虑向高产和低环境风险的省份倾斜,在实现高产的同时降低生态环境风险。
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王复标, 叶子飘. 植物电子传递速率光响应模型的研究进展[J]. 植物生态学报, 2024, 48(3):287-305.
电子传递速率光响应模型是研究植物光合生理和生态学的重要工具, 可为量化原初反应光能的吸收和传递对光的响应提供理论依据。该文综述了目前常用的电子传递速率光响应模型的数学特征, 分析了不同模型的优势及其在实际应用中的潜在问题, 并在此基础上对这些模型可能的发展趋势进行了展望。原初反应包括光能的吸收、光合色素分子的激发和退激发(包括光化学反应、荧光发射和热耗散)、激子共振传递以及光系统II (PSII)反应中心发生电荷分离产生电子传递速率等一系列复杂的物理和生化反应过程。电子传递速率光响应经验模型和半机理模型因不涉及或只涉及部分原初反应过程而难以解释藻类和高等植物的PSII动力学下调、光适应和光保护等现象。电子传递速率光响应机理模型综合考虑了光合色素分子的物理参数(如本征光能吸收截面(σ<sub>ik</sub>)、分子处于最低激发态的平均寿命(τ<sub>min</sub>)、分子的能级简并度和处于激发态的光合色素分子数(N<sub>k</sub>))在整个原初反应过程中的重要作用, 不仅可以获得藻类和高等植物叶片的最大电子传递速率以及对应的饱和光强等光合参数, 还可以获得σ<sub>ik</sub>和τ<sub>min</sub>等重要的物理参数, 以及有效光能吸收截面($\sigma_{\mathrm{ik}}^{\prime}$)和N<sub>k</sub>对光的响应规律等。将环境因子(如温度、CO<sub>2</sub>浓度等)耦合到已有的电子传递速率光响应机理模型中, 并明确其与植物的$\sigma_{\mathrm{ik}}^{\prime}$和N<sub>k</sub>等参数间的关系, 可能是今后光合电子传递速率光响应机理模型的发展方向。
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采用非直角双曲线模型、直角双曲线模型和直角双曲线修正模型，研究了不同水分条件对水稻叶片光响应特征的影响。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。三种模型模拟结果总体上都能较好地反映光合作用的光响应特征。光响应特征参数方面，三种模型都能反映水分亏缺对水稻叶片LCP的影响，但仅直角双曲线修正模型拟合的Pmax与实测最为接近，且非直角双曲线模型不能反映水分变化对AQY的影响。采用传统的线性回归方法得到的LSP值大幅度偏低，其所对应的光合速率仅为同模型中最大净光合速率的39%～55%，而直角双曲线修正模型通过模型参数直接计算确定的LSP与实测值最接近。因此，总体上直角双曲线修正模型在反映水稻叶片的光响应特征及对水分亏缺的响应方面具有优越性。
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叶子飘, 于强. 光合作用光响应模型的比较[J]. 植物生态学报, 2008(6):1356-1361.
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。
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杨丽冉, 和明珠, 周大鹏, 等. 9个茶树品种的光合特性研究[J]. 热带作物学报, 2023, 44(1):143-153.
为研究不同茶树品种的光合特性差异，在自然条件下测定云南省9个主要栽培茶树品种叶片的光合与生理参数，并绘制相应光响应曲线。通过统计分析、主成分分析、聚类判别分析和相关性分析方法，对不同茶树品种的光合特征参数进行综合评价。结果表明，叶片净光合速率（P<sub>n</sub>）、蒸腾速率（T<sub>r</sub>）、气孔导度（G<sub>s</sub>）和胞间CO<sub>2</sub>浓度（C<sub>i</sub>）的品种间差异较大，其中，‘云山’和‘云抗10号’的P<sub>n</sub>和T<sub>r</sub>显著高于其他茶树品种（P<0.05），‘天生’‘宝洪’和‘十里香’的G<sub>s</sub>显著低于其他茶树品种（P<0.05），‘昌宁大叶种’的C<sub>i</sub>显著低于其他茶树品种（P<0.05）；在低光合有效辐射（PAR）条件下，9个茶树品种的P<sub>n</sub>差异较小，随PAR增大各品种表现出较大差异；G<sub>s</sub>和T<sub>r</sub>随PAR增大呈现2种变化趋势，‘香归银毫’表现出先上升后趋于平稳的变化趋势，其他品种总体呈上升趋势；各茶树品种C<sub>i</sub>总体呈先急速下降后趋于平稳的变化趋势；水分利用效率（WUE）和内禀水分利用效率（iWUE）随PAR增加呈先上升后下降的总体趋势，‘昌宁大叶种’和‘香归银毫’的WUE、iWUE相对较高，耐干旱能力强，可应用于耐旱茶树品种选育；‘云抗10号’‘香归银毫’和‘云山’的最大净光合速率（P<sub>nmax</sub>）高于其他茶树品种，光合潜力较强，可应用于高光效茶树品种选育；‘十里香’‘昌宁大叶种’和‘紫娟’的光饱和点（LSP）显著高于其他茶树品种（P<0.05），利用强光能力较强；‘香归银毫’和‘十里香’的光补偿点（LCP）显著低于其他茶树品种（P<0.05），具有较强的适应弱光能力；主成分和聚类分析将9个茶树品种划分为4个类群；相关性分析表明，P<sub>n</sub>与G<sub>s</sub>、T<sub>r</sub>呈极显著正相关（P<0.01）。
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张俊杰, 刘青, 韦霄, 等. 光强对金丝李幼苗生长及光合特性的影响[J]. 林业科学, 2022, 58(5):53-64.
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杜习武, 秦俊, 叶康, 等. 淹水胁迫对星花玉兰及其品种光合特性的影响[J]. 植物研究, 2022, 42(3):483-491.
为探究星花玉兰（Yulania stellata）光合生理特性对淹水胁迫的响应规律，采用双套盆法对星花玉兰及其4个品种进行淹水处理，测定不同淹水时间叶绿素含量、比叶面积、光合参数和叶绿素荧光参数的变化。结果表明：①在淹水胁迫下，各品种叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素变化趋势基本一致，‘皮鲁埃特’和‘菊花’未出现显著性变化，星花玉兰、‘贝蒂’和‘朱迪’呈下降趋势。②各品种的净光合速率（P<sub>n</sub>）呈下降趋势，处理组最大净光合速率（P<sub>nmax</sub>）与光饱和点（L<sub>SP</sub>）均显著低于对照组；‘菊花’和‘皮鲁埃特’的暗呼吸速率（R<sub>d</sub>）为处理组高于对照组，而‘贝蒂’、‘朱迪’和星花玉兰的Rd在淹水处理后显著降低，光合产物消耗减少。③各品种星花玉兰的最大光化学量子产量（F<sub>v</sub>/F<sub>m</sub>）均为下降趋势。‘皮鲁埃特’与‘朱迪’有效光化学量子产量（Φ<sub>PSⅡ</sub>）在淹水胁迫下整体下降幅度较小，分别为8.4%和24.7%；‘菊花’、‘贝蒂’和星花玉兰则下降幅度较大，分别为76.7%、85.7%和64.6%。淹水胁迫影响星花玉兰及其品种光合特性，不同品种有差异，除‘贝蒂’外其余4个星花玉兰品种在处理前7 d时光合作用正常进行，‘皮鲁埃特’具有较强的光合能力和涝害适应能力。研究结果可为筛选适应南方湿涝地区或易积水地区栽植的星花玉兰品种提供理论依据。
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雷俊, 张健, 赵福年, 等. 春小麦开花期光合参数对土壤水分和温度变化的响应[J]. 生态环境学报, 2022, 31(6):1151-1159.
气候变暖以及由此引发的降水空间格局的改变已成为影响农业生态系统的重要问题,严重影响春小麦光合生理过程和产量形成。为探索黄土高原半干旱区春小麦（Triticum aestivum Linn.）叶片光合生理过程对土壤水分和温度变化的响应机制,进一步阐明气候变化对半干旱区春小麦生长的影响,以春小麦“定西40号”为供试品种,于2019年进行大田试验,于开花期控制土壤水分为田间持水量的60%—65%（对照）和为田间持水量的40%—45%（干旱处理）,并设置3个环境温度梯度（分别为25、26以及27 ℃）,分析了春小麦花期旗叶光合生理参数对光合有效辐射的响应特征。结果表明,与干旱处理相比,水分供给较为充足的春小麦达到光饱和的光量子通量密度增大,增幅为40%。随着光合有效辐射的不断增加,控水处理的春小麦气孔限制因素向非气孔限制因素转变,光合作用表现出明显的光抑制。水分供应不足时,叶片表观量子效率（AQE）、最大净光合速率（P<sub>max</sub>）、光饱和点（LSP）降低,降幅分别为28%、53%和51%;随着温度的升高,AQE下降;叶片光补偿点（LCP）随着温度的升高而增大。水分供给不足时,暗呼吸速率下降,光合过程受温度影响较大,较高的温度不利于光合作用。水分供给不足时,春小麦对温度的变化更敏感,温度越高,春小麦利用强光和弱光的能力均下降。光合有效辐射增大,控水处理的春小麦在较高温度条件下,由于蒸腾速率较小,导致水分利用效率较供水充足的处理增大。该研究可为气候变化背景下黄土高原半干旱区春小麦水分的高效利用和适应性提供理论依据。
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牛倩, 张雯, 韩守安, 等. 高温胁迫对无核白鸡心和无核翠宝葡萄叶片光合及荧光特性的影响[J]. 新疆农业科学, 2022, 59(8):1919-1928.
【目的】分析不同光温条件下无核白鸡心和无核翠宝葡萄光合特性与荧光特性的变化,研究高温胁迫对无核白鸡心和无核翠宝葡萄光合作用的影响,以及高温对无核白鸡心和无核翠宝葡萄光合特性的影响。【方法】以无核白鸡心和无核翠宝葡萄为材料,采用LI-6400,FMS-2等仪器测定光合指标,分析高温胁迫对无核白鸡心和无核翠宝葡萄光合作用的影响。【结果】2020年葡萄生长发育期（4~9月）,高温环境的日最高温度43℃,日最高温超过40 ℃的天数为16 d;适温环境的日最高温仅38 ℃。高温环境与适温环境最高PAR光辐射强度值分别为1 887 和1 730 µmol/（m<sup>2</sup>·s）;2个品种的净光合速率日变化均呈双峰曲线,在10：00时高温环境Pn高达18.9 µmol/（m<sup>2</sup>·s）,高于适温环境13.0 µmol/（m<sup>2</sup>·s）。无核白鸡心在适温环境下光补偿点较高,无核翠宝在高温环境光补偿点较高;2个品种表观量子效率和暗呼吸速率在高温环境较高。无核翠宝qP和NPQ值在高温环境中高于适宜环境;无核白鸡心在高温环境中ΦPSⅡ值和电子传递速率值高于适宜环境。【结论】无核白鸡心在高温环境净光合速率最高,光合能力表现较好,长期在高温环境下生长已经适应高温。
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王宣璎, 张翼, 何怀江, 等. 吉林舒兰地区蒙古栎幼苗光合荧光特征对模拟氮沉降的响应[J]. 应用与环境生物学报, 2023, 29(5):1077-1083.
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许珊珊, 唐银, 钟明慧, 等. 遮阴对粗肋草生长、光合特性和养分含量的影响[J]. 草业科学, 2022, 39(10):2083-2094.
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周晓瑾, 黄海霞, 张君霞, 等. 盐胁迫对裸果木幼苗光合特性的影响[J]. 草业学报, 2023, 32(2):75-83.
本研究以一年生裸果木幼苗为材料，采用盆栽育苗方式，设计7个不同浓度NaCl溶液（CK、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0% 和1.2%）模拟盐分胁迫，测定分析了其叶片气体交换参数、光响应曲线及叶绿素荧光参数的变化规律。结果表明：随着盐浓度的增加，叶片净光合速率（P<sub>n</sub>）、气孔导度（G<sub>s</sub>）和蒸腾速率（T<sub>r</sub>）均呈下降趋势，NaCl浓度≥0.4%时，各处理P<sub>n</sub>、G<sub>s</sub>和T<sub>r</sub>均显著低于CK；气孔限制值（L<sub>s</sub>）和瞬时水分利用效率（WUE）随盐浓度增加呈先升后降趋势，胞间CO<sub>2</sub>浓度（C<sub>i</sub>）呈相反趋势，NaCl浓度为0.4%时，L<sub>s</sub>达到最大值，而C<sub>i</sub>达到最小值，说明P<sub>n</sub>下降以气孔限制因素为主，而当NaCl浓度≥0.6%时，以非气孔限制为主要因素。随着盐胁迫程度的增大，最大净光合速率（P<sub>nmax</sub>）、暗呼吸速率（R<sub>d</sub>）、光饱和点（L<sub>SP</sub>）、表观量子效率（A<sub>QY</sub>）逐渐降低，光补偿点（L<sub>CP</sub>）逐渐增加，表明盐分抑制了幼苗对光的吸收、利用和转换能力。叶片PSII潜在活性（F<sub>v</sub>/F<sub>0</sub>）、原初光能转化效率（F<sub>v</sub>/F<sub>m</sub>）、实际光化学效率（Φ<sub>PSII</sub>）、电子传递速率（ETR）和光化学猝灭系数（q<sub>p</sub>）随着盐浓度的增加呈下降趋势；非光化学猝灭系数（NPQ）在≤0.4%NaCl处理下较CK显著增加，盐浓度≥0.8%时，NPQ显著下降。基质的NaCl浓度在0.2%和0.4%时，裸果木叶片P<sub>n</sub>、F<sub>v</sub>/F<sub>0</sub>、F<sub>v</sub>/F<sub>m</sub>下降不显著，WUE有所提高，PSII系统可以通过耗散过剩的光能保护光合机构，表现出一定的耐盐性；但盐浓度超过0.6%时，光合生态幅变窄，光合机构受到明显破坏，显著抑制了光合作用能力。
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齐月, 张强, 胡淑娟, 等. 干旱胁迫下春玉米叶片光合参数对叶温的响应[J]. 干旱气象, 2023, 41(2):215-222.
气候变化背景下，为探索黄土高原半干旱区春玉米光合生理过程对土壤水分、温度变化的响应机制，以春玉米为研究对象，于2017年在中国气象局定西干旱气象与生态环境试验基地进行盆栽水分控制试验，在春玉米七叶期设置对照处理（Control，简称“CK处理”，土壤水分为田间持水量的80%）和控水处理（Water Stress，简称“WS处理”，土壤水分为田间持水量的45%~50%）以及3个叶片温度梯度，分别为适宜温度25 ℃、高温35 ℃及极端高温40 ℃（CK处理对应CK-25、CK-35及CK-40；WS处理对应WS-25、WS-35及WS-40），分析春玉米叶片气体交换参数和水分利用效率对土壤水分、温度变化的响应特征。结果表明：在一定的光合有效辐射（Photosynthetically Active Radiation， PAR）范围内，春玉米叶片净光合速率（Net Photosynthetic Rate， P<sub>n</sub>）随PAR的增加逐渐增大。水分供给不足时，随着PAR不断增加，WS处理春玉米叶片气孔限制因素向非气孔限制因素转变，光合作用出现明显的光抑制，WS-35处理叶片P<sub>n</sub>最大，WS处理叶片P<sub>n</sub>在PAR高值区明显小于CK处理，且不同温度梯度下叶片达到光饱和的PAR下降；与CK-40处理相比，WS-40处理春玉米叶片P<sub>n</sub>随PAR增大显著减小（P<0.05），光合作用表现出明显的光抑制。水分供给充足时，蒸腾速率（Transpiration Rate， T<sub>r</sub>）随温度升高而增大；水分供给不足时，WS-40处理春玉米叶片T<sub>r</sub>、气孔限制（L<sub>s</sub>）较CK-40处理显著降低（P<0.05），胞间CO<sub>2</sub>浓度（C<sub>i</sub>）显著增加（P<0.05）。WS-40处理春玉米T<sub>r</sub>随着PAR的增大而减小，水分利用效率（Water Use Efficiency， WUE）较CK处理高。该研究可为气候变化背景下黄土高原半干旱区春玉米应对极端气候生理特征变化提供参考。
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王希群, 马履一, 贾忠奎, 等. 叶面积指数的研究和应用进展[J]. 生态学杂志, 2005,(5):537-541.
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马莉, 王全九. 不同灌溉定额下春小麦光合光响应特征研究[J]. 农业机械学报, 2018, 49(6):271-277.
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梁银丽, 康绍忠. 节水灌溉对冬小麦光合速率和产量的影响[J]. 西北农业大学学报, 1998,(4):21-24.
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金建新, 李株丹, 黄建成, 等. 宁夏引黄灌区不同灌水处理下春小麦光响应曲线模型研究[J]. 中国农机化学报, 2022, 43(9):182-190.
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马仕林, 曹鹏翔, 张金池, 等. 盐胁迫下AMF对榉树幼苗生长和光合特性的影响[J]. 南京林业大学学报:自然科学版, 2022, 46(1):122-130.
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王荣荣, 夏江宝, 杨吉华, 等. 贝壳砂生境干旱胁迫下杠柳叶片光合光响应模型比较[J]. 植物生态学报, 2013, 37(2):111-121.
以黄河三角洲贝壳堤岛3年生杠柳(Periploca sepium)苗木为试验材料, 模拟设置贝壳砂生境下的4种水分梯度, 利用CIRAS-2型光合作用系统测定杠柳叶片在不同干旱胁迫下的光合作用光响应过程, 采用4种光响应模型进行拟合分析, 以比较贝壳砂生境干旱胁迫下适宜的光响应模型, 探讨最佳光响应模型参数对干旱胁迫的适应规律。结果表明: 4种模型对杠柳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>非直角双曲线模型>指数模型>直角双曲线模型, 后3种模型均为没有极值的函数, 故不能很好地拟合光响应曲线光抑制过程, 并不能直接求解最大净光合速率(P<sub>nmax</sub>)和光饱和点(LSP)。光响应参数拟合效果最佳表现为: 非直角双曲线模型的暗呼吸速率(R<sub>d</sub>), 直角双曲线模型的光补偿点(LCP), 直角双曲线修正模型的P<sub>nmax</sub>和LSP。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应各种水分条件, 直角双曲线模型和指数模型较适合轻度干旱胁迫条件, 非直角双曲线模型较适合重度干旱胁迫条件。随干旱胁迫的加剧, 光响应参数表观量子效率(AQY)、R<sub>d</sub>和LCP先升高后下降, 净光合速率(Pn)、P<sub>nmax</sub>和LSP逐渐下降。轻度、中度和重度干旱胁迫下, LSP分别比对照下降5.2%、16.3%和34.5%, P<sub>nmax</sub>分别比对照下降17.8%、39.0%和59.0%。水分充足条件下, 杠柳叶片光能利用最强, 光照生态幅最宽; 重度干旱胁迫下, 杠柳叶片表现出明显的光饱和、光抑制现象, 光能利用减弱, 光合能力受到较大限制。
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李雪飞, 陈珑, 饶惠玲, 等. 5种丛生竹叶片光响应曲线拟合模型比较[J]. 植物资源与环境学报, 2022, 31(2):88-90.
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叶子飘. 光合作用对光和CO2响应模型的研究进展[J]. 植物生态学报, 2010, 34(6):727-740.
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。
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王复标, 杨小龙, 康华靖, 等. 不同环境条件下光合作用对光响应模型的研究进展[J]. 应用生态学报, 2023, 34(7):1995-2005.
光合作用对光的响应模型是研究植物在不同环境条件下光合特性的有力数学工具,可为定量描述植物光合速率对光合有效辐射的响应提供理论依据。本文基于植物光合作用对光响应经验模型的常用数学表达式特征,综述了这些模型的优势及其在实际应用中可能遇到的问题。在此基础上探讨了光合作用对光响应机理模型在描述植物的原初光反应以及光合生理生态方面的优势,并对该模型的发展进行了展望。光合作用主要由原初反应、同化力形成和碳同化构成,任何一个过程的变化均可直接影响植物的光化学效率和碳同化能力。原初反应主要涉及光能吸收、激子共振传递、量子能级跃迁和退激发等与光能吸收传递相联系的、纯粹的物理过程。光合作用对光响应经验模型难以解释植物的非光化学淬灭(NPQ)随光强的增加一直非线性增加,也难以回答植物的捕光色素分子吸收过量的光能且不能及时地用于光化学反应时,单线态叶绿素分子的寿命将延长等现象。与此同时,光合作用对光响应机理模型拟合得到的参数不仅可以反映植物的原初光反应特征,还可以描述植物捕光色素分子的物理特性,如处于激发态的捕光色素分子数(N<sub>k</sub>)、捕光色素分子的有效光能吸收截面(σ<sub>ik</sub>′)对光的响应规律以及捕光色素分子处于激发态的最小平均寿命(τ<sub>min</sub>)等。如何将环境因子(如温度、CO<sub>2</sub>浓度等)耦合到光合作用对光响应机理模型中,并明确其与捕光色素分子物理参数N<sub>k</sub>、σ<sub>ik</sub>′和τ<sub>min</sub>的依赖关系,可能是未来需要解决的问题。
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段萌, 杨伟才, 毛晓敏. 覆膜和水分亏缺对春小麦光合特性影响及模型比较[J]. 农业机械学报, 2018, 49(1):219-227.
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