以RuBisCO的最大羧化速率(Vcmax)和最大电子传递速率(Jmax)为特征的光合能力,是决定最大光合速率及其对环境变化响应的主要叶片性状。日光诱导叶绿素荧光(SIF)已被用于推导Vcmax和Jmax,然而,迄今为止,关于SIF(或SIF的量子产率)和Vcmax(或Jmax)之间的关系,仍存在争议;及这些关系背后的机理及应用,仍不明晰。
本研究利用光反应与碳反应(暗反应)的平衡,推导出叶绿素a荧光(ChlF)激发与光合能力参数的理论方程,并对光系统Ⅱ(PSII)的真实叶绿素荧光激发总量(SIFPSⅡ)与Vcmax和Jmax之间的动态关系提出可检验的假设。本研究对来自6个生物群的15个物种的气体交换和ChlF参数进行了同步测量,以检验所提出的假设跨越物种、温度和羧化限制状态。
本研究旨在解答以下三个问题:
是否存在跨物种和环境条件的唯一的、可预测的SIFPSⅡ与Vcmax或Jmax的关系?
如果没有,是什么因素导致这些关系不一致?
如何利用SIFPSⅡ来推断动态环境中物种间的Vcmax和Jmax?
研究结果表明:
即使在相同环境条件下测定SIFPSⅡ,仅SIFPSⅡ难以表征Vcmax和Jmax的变化。相比之下,SIFPSⅡ×qL表明了PSⅡ的氧化还原状态,是Vcmax和Jmax的有效预测因子,尽管它们的精确关系随环境条件的不同而有所变化。
注:qL是光系统Ⅱ吸收的能量用于进行光化学反应的比例,开放态的光系统Ⅱ反应中心所占的比例,反应了光合活性的高低
SIFPSⅡ,SIFPSⅡ×qL及qL与Vcmax及Jmax的关系,这里SIFPSⅡ是在特定环境条件下计算得到
温度变量对SIFPSⅡ,SIFPSⅡ×qL及qL与Vcmax-T及Jmax-T的关系的影响
温度变量对SIFPSⅡ,SIFPSⅡ×qL及qL与Vcmax25及Jmax25的关系的影响
三个物种的Vcmax-T,Jmax-T,qL,SIFPSⅡ,SIFPSⅡ×qL在不同温度梯度下的变化
15个物种的Jmax25及Vcmax25与SIFPSⅡ,SIFPSⅡ×qL关系,红点表示PAR为,蓝点表示PAR为
本研究结果表明,PSⅡ的氧化还原状态强烈影响SIFPSII与Vcmax和Jmax的关系。
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