目前，很多研究都關(guān)注植物葉片的動(dòng)態(tài)光合。這是因?yàn)椋孩臨ubisco酶的激活速度決定能否增加光合原料(光、CO2等)的利用效率和植物的生產(chǎn)力(Carmo Silva et al., 2015)；⑵氣孔的響應(yīng)速度與葉片的瞬時(shí)水分利用效率(WUEi)有關(guān)(Lawson and Blatt, 2014)；⑶非光化學(xué)猝滅(NPQ)的馳豫速度關(guān)系到弱光條件下葉片的光合量子產(chǎn)率(Murchie and Nivogi 2011)；⑷考慮動(dòng)態(tài)光合，能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)植被的潛在生產(chǎn)力(Kaiser et al., 2015)。
為了探究這些問(wèn)題的答案，對(duì)葉片動(dòng)態(tài)光合的特點(diǎn)和行為模式的研究至關(guān)重要。關(guān)于這方面的實(shí)驗(yàn)測(cè)量也是量化動(dòng)態(tài)光合限制因子，并且估算這些限制因子如何受到環(huán)境條件影響的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
LI-6800高級(jí)光合熒光測(cè)量系統(tǒng)的Auto Program功能，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)穩(wěn)態(tài)光響應(yīng)曲線、穩(wěn)態(tài)A-Ci曲線、動(dòng)態(tài)A-Ci曲線、以及光合誘導(dǎo)氣體交換的測(cè)量。
舉個(gè)例子
以下所有數(shù)據(jù)均出自Taylor SH, Long SP. 2017 Slow induction of photosynthesis on shade to sun transitions in wheat may cost at least 21% of productivity. Phil. Trans. R.Soc. B 372:20160543.
圖1 a.三種實(shí)驗(yàn)材料的穩(wěn)態(tài)光響應(yīng)曲線；b. PPFD從50到1200 μmol/m2/s動(dòng)態(tài)光合誘導(dǎo)曲線(空心圓+實(shí)線表示CO2濃度為100 μmol/mol時(shí)的光合誘導(dǎo)過(guò)程，實(shí)心圓+虛線表示CO2濃度為400 μmol/mol時(shí)的光合誘導(dǎo)過(guò)程)。
圖2 從50 μmol/m2/s到1200μmol/m2/s的光合誘導(dǎo)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)A-Ci曲線 ：a. 20 s；b. 1min；c. 2.5 min；d. 3 min；e. 4.5 min；f. 10 min。在光合誘導(dǎo)后的前40 s，植物光合主要受限于Ac，Vcmax也顯著低于穩(wěn)態(tài)光合。隨著誘導(dǎo)進(jìn)行，Vcmax和J均開(kāi)始升高，且J升高要快于Vcmax。
圖3. 從50 μmol/m2/s到1200μmol/m2/s的10 min光合誘導(dǎo)過(guò)程中，光合限制的變化情況。a. Rubisco酶限制Vcmax；b. 電子傳遞限制J；c. Vcmax和J兩種限制因素的拐點(diǎn)Ci。
圖4 a. 模擬葉片表面在晴朗的一天中所接受到的PPFD變化；b. 根據(jù)光響應(yīng)曲線估算的一天總光合CO2累積量A*(實(shí)線) VS 考慮光合誘導(dǎo)引起的Rubisco再活化后估算的一天總光合CO2累積量A*(虛線)；c. 正午時(shí)間段，無(wú)光合誘導(dǎo)滯后現(xiàn)象的光合速率(實(shí)心圓)和考慮Rubisco活化后的光合速率(空心圓)。
結(jié)論
通過(guò)對(duì)光合誘導(dǎo)過(guò)程的測(cè)量與分析，我們可以：⑴ 量化植物葉片在從遮陰到見(jiàn)光的光合誘導(dǎo)過(guò)程中的光合響應(yīng)速度；⑵ 通過(guò)動(dòng)態(tài)A-Ci曲線的測(cè)量，揭示環(huán)境因素對(duì)誘導(dǎo)適應(yīng)速度的影響；⑶ 估算出由于慢速誘導(dǎo)適應(yīng)所造成的的潛在產(chǎn)量損失。
參考文獻(xiàn)
1. Taylor SH, Long SP. 2017 Slow induction of photosynthesis on shade to sun transitions in wheat may cost at least 21% of productivity. Phil. Trans. R. Soc. B 372:20160543.
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