模型岂如实测,如何精准测量得到C4植物的二氧化碳补偿点?
当前,人类对于食物和燃料的需求与日俱增。作为植物学家,一个重要的课题就是如何提高作物产量。有研究表明,在低CO2浓度条件下,C4植物通过主动增加维管束鞘细胞内CO2的浓度,阻碍氧化作用,有效增强了羧化效率。因此,C4植物具有比C3植物更低的CO2补偿点。典型C4植物的CO2补偿点一般≤10ppm;而C3植物的CO2补偿点介于 40 至 50 ppm之间 (Lambers et al., 2006; von Caemmerer, 2000)。
叶片光合作用的生化模型,是理解植物光合作用对气候变化响应的重要工具。如何准确量化生化模型中的关键参数意义重大。目前,对C3植物来说,叶片光合作用对CO2浓度响应的模型很多 (Baly,1935; Farquhar et al., 1980; Watling et al., 2000),其中以 Farquhar等(1980)建立的生化模型广泛应用于植物生理生态学的相关领域中。目前, 应用最为广泛模型是Michaelis-Menten和直角双曲线模型。而对C4植物来说,一般可根据低CO2浓度(≤50ppm)下的净光合速率线性回归计算得到。
应用已有模型,对诸如叶片CO2补偿点的估算是否可靠,除了模型本身,还依赖于仪器对于叶室内多个环境因素的精准稳定控制。
通过对叶室条件的控制,植物光合作用只对胞间CO2浓度变化进行响应,
而不会受到其他非相关变量的影响(n=3;±平均值标准误)。
LI-6800新一代光合作用全自动测量系统可以在0-2000ppm范围内,精确控制叶室内CO2浓度。特别是在控制低CO2浓度时,面临的一个难题是,由于叶室内外的CO2浓度梯度大(如叶室内控制1ppmCO2,叶室外环境400ppm),CO2的向内扩散(Diffusion)很难避免。但LI-6800光合仪独有的叶室内部适当增压技术解决了这个问题。
这样,在A-Ci曲线测量时,可以在植物CO2补偿点附近进行多点精准测量,最终可以获得可靠的CO2补偿点。
光合对CO2浓度的响应曲线可以为我们提供关于植物光合生化限制的信息。
参考文献
von Caemmerer, S. (2000) Biochemical Models of Leaf Photosynthesis. Techniques in Plant Science. CSIRO Publishing, Collingwood, VIC, Australia.
Baly EC. 1935. The kinetics of photosynthesis. Proceedings of Royal Society B (Biology Sciences), 117: 218-239.
Farquhar GD, Caemmerers S, Berry JA. 1980. A biochemical model of photosynthetic CO2 assimilation in leaves of C3 species. Planta, 149:78-90.
Watling JR, PressMC, QuickWP. 2000. E leva ted CO2 induces biochemical and ultrastructural changes in leaves of the C4 cereal sorghum. Plant Physiology, 123: 1143-1152.
Tang Z C. Experimental guide of modern plant physiology[J]. Science Book Concern, Beijing, 1999.
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