CN105891162A - 一种通过构建数学模型测定花生光合滞后程度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过构建数学模型反应植物生长相关因素的方法，具体涉及一种通过构建数学模型测定花生光合滞后程度的方法，以光合曲线函数模型为基础，分别测定光强I L从低到高增加时所得到的光合曲线f(I L)与光强I H从高到低得到的光合曲线f(I H)，通过对比两条光合曲线的定积分比值或定积分中值的比值相对差H P，来定量某段光强区间内花生叶片的光合滞后程度。通过对比H P的大小可以对比不同环境、不同品种间或同一植株不同叶位的花生叶片光合作用酶生物化学反应的活性。

Description

一种通过构建数学模型测定花生光合滞后程度的方法
技术领域
本发明涉及一种通过构建数学模型反应植物生长相关因素的方法，具体涉及一种通过构建数学模型测定花生光合滞后程度的方法。
背景技术
一般情况下，测定植物光合能力的方法有两种，一是在一定的光强下测定叶片的光合速率。但是，很多情况下，某一特定的光强下（例如，通常使用的1000 µmol m-2 s-1）测定的光合速率在某些特殊情况下很难比较叶片光合能力。此时，一般通过第二种方法，测定光合曲线来综合判断或比较叶片的光合能力，光合曲线为P N =P C(1-e-KI )-R D，如图1所示，其中，P N净光合速率；P C最大光合势能；R D呼吸速率；e自然常数；I光照强度；K半时间常数，即当P N达到63%的P C时光强的倒数。
虽然，上述光合曲线能通过比较最大光合势能(P C)、呼吸速率（R D）、半时间常数(K)、光补偿点(PPF C，P N=0时的光强)以及最大光量子质量(Y Q=KP C)等数据来判断不同处理或者品种等植株叶片的光合能力，但是也不能完全定量整个光合曲线。
对很多物理特性，解释变量对被解释变量的影响不可能在短时间内完成，在这一过程中通常存在时间滞后，也就是说，解释变量需要通过一段时间才能完全作用于被解释变量。这种被解释变量受自身或其他变量过去值影响的现象称为滞后现象。滞后现象用数学公式表示，即增加自变量x得到的y值所形成的曲线与减少x得到的y值所形成的曲线不一致而且不可逆，称之为滞后。
这种滞后现象也同样发生在植物中，例如，植物的光合作用。对放置于暗中一段时间的植物材料（叶片或细胞）照光，起初光合速率很低或为负值，光照一段时间后，光合速率才逐渐上升并趋于稳定。从照光开始至光合速率达到稳定水平的这段时间，称为“光合滞后期”（lag phase of photosynthesis）或称光合诱导期。一般整体叶片的光合滞后期约30～60min，而排除气孔影响的去表皮叶片、细胞、原生质体等光合组织的滞后期约10min。将植物从弱光下移至强光下，也有类似情况出现。产生滞后期的原因是光对酶活性的诱导以及光合碳循环中间产物的增生需要一个准备过程，而光诱导气孔开启所需时间则是叶片滞后期延长的主要因素。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明提供一种通过构建数学模型测定花生光合滞后程度的方法，能够直观的反映出光合滞后的程度，并侧面表明叶片光合作用酶生物化学反应的活性。
在花生作物上，申请人通过试验首次找到了一种判定花生光合滞后程度的数学模型。申请人发现在光合曲线的基础上，当光强（I L）从低到高增加时所得到的光合曲线f(I L)与光强（I H）再次从高到低得到的光合曲线f(I H)不吻合，一般如花生作物是后者高于前者，也有如人参等是前者高于后者。
本发明所述的一种通过构建数学模型测定花生光合滞后程度的方法，其特征在于：以光合曲线函数模型为基础，分别测定光强I L从低到高增加时所得到的光合曲线f(I L)与光强I H从高到低得到的光合曲线f(I H)，通过对比两条光合曲线的定积分比值或定积分中值的比值相对差H P，来定量某段光强区间内花生叶片的光合滞后程度。
其中，优选方案如下：
所述的光合曲线函数模型用函数定义为：P N =P C(1-e-KI )-R D，其中，P N净光合速率；P C最大光合势能；R D呼吸速率；e自然常数；I光照强度；K半时间常数，即当P N达到63%的P C时光强的倒数。
所述的两条光合曲线的定积分比值相对差H P用函数定义为：H P = 1-，其中，a，b分别为任意两点光照强度；两条光合曲线在光强a到b之间定积分的比值。
所述的两条光合曲线的定积分中值的比值相对差H P用函数定义为：H P = 1-ξ L-H/ξ H-L，其中，a，b分别为任意两点光照强度；ξ L-H/ξ H-L两条光合曲线在光强a到b之间定积分中值的比值。
光合滞后的程度大小可解释叶片光合作用酶生物化学反应的活性。例如，胁迫环境下，花生叶片的光合滞后H P比非胁迫环境下大，说明胁迫造成花生叶片光合系统酶的钝化或失活，当接受光强连续从低到高的处理时，不能立即启动酶活反应，致使净光合速率在每个光强下未达到饱和便进入更高光强下的光合反应。当经过一轮从低光强到高光强（例如0-2000 mmol m-2 s-1）的光合反应后，酶被充分激活，再第二轮从高光强降低到低光强（例如2000-0 mmol m-2 s-1），净光合速率在与第一轮同一光照强度下便能很快达到饱和或稳定，远高于第一轮下的净光合速率，造成两条光合曲线所夹的面积很大，即光合滞后H P大。在非胁迫环境下，花生叶片光合系统未受到胁迫的影响，酶生物化学反应正常，光强从低到高时，净光合速率可以很快稳定，与光强再次从高到低时的光合速率相差很小，两条光合曲线所夹的面积小。因此，通过对比H P的大小可以对比不同环境、不同品种间或同一植株不同叶位的花生叶片光合作用酶生物化学反应的活性。
另外，本发明应用此光合滞后量化公式还可应用于气孔导度滞后（H S）和叶肉导度滞后（H M）。具体如下：
光强-气孔导度公式：g S =g S-C (1-e-KI )-g S-O
光强-叶肉导度公式：g M =g M-C (1-e-KI )-g M-O
g S-C，最大气孔导度；g M-C，最大叶肉导度；g S-O，光强为0时的气孔导度；g M-O，光强为0时的叶肉导度；e自然常数；I光照强度；K半时间常数。
气孔导度滞后H S=1-/
叶肉导度滞后H M=1-/
a，b分别为任意两点的光照强度；/，两条气孔导度曲线在光强a到b之间定积分的比值；Is和I’s分别是从低到高和从高到低的光照强度；/，两条叶肉导度曲线在光强a到b之间定积分的比值；Im和I’m分别是从低到高和从高到低的光照强度。
附图说明
图1为光合曲线图；
图2为实施例1光合滞后曲线数学模型；
图3 花生曝光处理对光合滞后的影响实验的对照数据图；
图4花生曝光处理对光合滞后的影响实验的数据图；
图5干旱对花生光合滞后的影响实验的数据图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
一种通过构建数学模型测定花生光合滞后程度的方法，以光合曲线函数模型为基础，分别测定光强I L从低到高增加时所得到的光合曲线f(I L)与光强I H从高到低得到的光合曲线f(I H)，通过对比两条光合曲线的定积分比值相对差H P，来定量某段光强区间内花生叶片的光合滞后程度。（实施例只是介绍其中的一种具体情况，所以就没有“或”的可能性，因此没有体现定积分中值的比值相对差）
所述的光合曲线函数模型用函数定义为：P N =P C(1-e-KI )-R D，其中，P N净光合速率；P C最大光合势能；R D呼吸速率；e自然常数；I光照强度；K半时间常数，即当P N达到63%的P C时光强的倒数。
所述的两条光合曲线的定积分比值相对差H P用函数定义为：H P = 1-，其中，a，b分别为任意两点光照强度；两条光合曲线在光强a到b之间定积分的比值。
如图2所示，位于下方的曲线为光强（I L）从低到高增加时所得到的光合曲线f(I L)；位于上方的曲线为光强（I H）从高到低得到的光合曲线f(I H)；阴影表示光合滞后程度的大小。
实施例2：
花生曝光处理对光合滞后的影响：
根据图3和图4显示数据做表1。
表1：花生曝光处理光合滞后各参数比较
花生苗期下胚轴曝光对花生叶片光合滞后曲线（图3和图4）和各参数（表1）的影响。对照和曝光处理光强从高到低(I H)得到的光合曲线f(I H)积分面积都大于光强从低到高(I L)得到的光合曲线f(I L)积分面积，曝光处理光合曲线所夹面积为3095.53明显小于对照，与对照相比两条光合曲线更趋于吻合，通过分别计算积分中值和滞后比得到光合滞后率H P，对照为9.55%，曝光处理为4.41%。减少的光合滞后结果说明，花生苗期下胚轴曝光处理促进了花生叶片光合作用。
实施例3：
干旱对花生光合滞后的影响：
根据图5显示数据做表2。
表2：干旱处理花生光合滞后各参数比较
列举干旱处理对花生叶片光合滞后曲线（图5）和各参数（表2）的影响。与实施例2相同，对照和干旱处理光强从高到低(I H)得到的光合曲线f(I H)积分面积都大于光强从低到高(I L)得到的光合曲线f(I L)积分面积，但是干旱处理曲线所夹的面积远高于对照，说明光合酶系统受到干旱胁迫的影响，当接受连续从低到高光强时，因光合系统酶的钝化或失活不能立即启动酶活反应，致使净光合速率在每个光强下都远远低于饱和或稳定后的光合速率，从而造成两条光合曲线所夹的面积更大。计算积分中值和滞后比得到光合滞后率(H P)，干旱处理H P大于对照。以上结果说明，当花生植株处在干旱等胁迫条件下，光合滞后会因光合系统酶的钝化或失活而增大，从侧面说明植株的生长状态。

Claims (4)

1.一种通过构建数学模型测定花生光合滞后程度的方法，其特征在于：以光合曲线函数模型为基础，分别测定光强I L从低到高增加时所得到的光合曲线f(I L)与光强I H从高到低得到的光合曲线f(I H)，通过对比两条光合曲线的定积分比值或定积分中值的比值相对差H P，来定量某段光强区间内花生叶片的光合滞后程度。
2.根据权利要求1所述的一种通过构建数学模型测定花生光合滞后程度的方法，其特征在于所述的光合曲线函数模型用函数定义为：P N =P C(1-e-KI )-R D，其中，P N净光合速率；P C最大光合势能；R D呼吸速率；e自然常数；I光照强度；K半时间常数，即当P N达到63%的P C时光强的倒数。
3.根据权利要求1所述的一种通过构建数学模型测定花生光合滞后程度的方法，其特征在于所述的两条光合曲线的定积分比值相对差H P用函数定义为：H P = 1-，其中，a，b分别为任意两点光照强度；两条光合曲线在光强a到b之间定积分的比值。
4.根据权利要求1所述的一种通过构建数学模型测定花生光合滞后程度的方法，其特征在于所述的两条光合曲线的定积分中值的比值相对差H P用函数定义为：H P = 1-ξ L-H/ξ H-L，其中，a，b分别为任意两点光照强度；ξ L-H/ξ H-L两条光合曲线在光强a到b之间定积分中值的比值。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1387034A (zh) * 2002-06-18 2002-12-25 华南师范大学 可见光诱导延迟发光的光合速率快速测量方法与装置
CN101331840A (zh) * 2008-05-20 2008-12-31 广西科学院 利用光源促进植物生长的方法及其光源产品
US20100112649A1 (en) * 2008-06-04 2010-05-06 Willson Bryan Dennis Compositions, methods and uses for growth of microorganisms and production of their products
KR20140122333A (ko) * 2013-04-09 2014-10-20 한국지역난방공사 광생물 배양용 반연속식 배양 시스템 및 그 배양 방법
CN105145093A (zh) * 2015-09-21 2015-12-16 金寨县益农农业科技开发有限公司 苗圃基地套种野生黄精的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1387034A (zh) * 2002-06-18 2002-12-25 华南师范大学 可见光诱导延迟发光的光合速率快速测量方法与装置
CN101331840A (zh) * 2008-05-20 2008-12-31 广西科学院 利用光源促进植物生长的方法及其光源产品
US20100112649A1 (en) * 2008-06-04 2010-05-06 Willson Bryan Dennis Compositions, methods and uses for growth of microorganisms and production of their products
KR20140122333A (ko) * 2013-04-09 2014-10-20 한국지역난방공사 광생물 배양용 반연속식 배양 시스템 및 그 배양 방법
CN105145093A (zh) * 2015-09-21 2015-12-16 金寨县益农农业科技开发有限公司 苗圃基地套种野生黄精的方法

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