一種通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型測定花生光合滯后程度的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型反應(yīng)植物生長相關(guān)因素的方法，具體涉及一種通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型測定花生光合滯后程度的方法，以光合曲線函數(shù)模型為基礎(chǔ)，分別測定光強(qiáng)IL從低到高增加時(shí)所得到的光合曲線f(IL)與光強(qiáng)IH從高到低得到的光合曲線f(IH)，通過對(duì)比兩條光合曲線的定積分比值或定積分中值的比值相對(duì)差HP，來定量某段光強(qiáng)區(qū)間內(nèi)花生葉片的光合滯后程度。通過對(duì)比HP的大小可以對(duì)比不同環(huán)境、不同品種間或同一植株不同葉位的花生葉片光合作用酶生物化學(xué)反應(yīng)的活性。
【專利說明】
一種通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型測定花生光合滯后程度的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型反應(yīng)植物生長相關(guān)因素的方法，具體涉及一種 通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型測定花生光合滯后程度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] -般情況下，測定植物光合能力的方法有兩種，一是在一定的光強(qiáng)下測定葉片的 光合速率。但是，很多情況下，某一特定的光強(qiáng)下（例如，通常使用的1000 nmol Hf2 r1)測 定的光合速率在某些特殊情況下很難比較葉片光合能力。此時(shí)，一般通過第二種方法，測定 光合曲線來綜合判斷或比較葉片的光合能力，光合曲線為/? = Pc(I-^Tat)-TS)，如圖1所示， 其中，凡凈光合速率;凡最大光合勢能;你呼吸速率;e自然常數(shù);I光照強(qiáng)度;A半時(shí)間常數(shù)，即 當(dāng)凡達(dá)到63%的P c時(shí)光強(qiáng)的倒數(shù)。
[0003] 雖然，上述光合曲線能通過比較最大光合勢能（凡）、呼吸速率（7?)、半時(shí)間常數(shù) ⑷、光補(bǔ)償點(diǎn)（Pm，凡=〇時(shí)的光強(qiáng)）以及最大光量子質(zhì)量U=級(jí))等數(shù)據(jù)來判斷不同處理 或者品種等植株葉片的光合能力，但是也不能完全定量整個(gè)光合曲線。
[0004] 對(duì)很多物理特性，解釋變量對(duì)被解釋變量的影響不可能在短時(shí)間內(nèi)完成，在這一 過程中通常存在時(shí)間滯后，也就是說，解釋變量需要通過一段時(shí)間才能完全作用于被解釋 變量。這種被解釋變量受自身或其他變量過去值影響的現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象。滯后現(xiàn)象用數(shù) 學(xué)公式表示，即增加自變量X得到的y值所形成的曲線與減少X得到的y值所形成的曲線不一 致而且不可逆，稱之為滯后。
[0005] 這種滯后現(xiàn)象也同樣發(fā)生在植物中，例如，植物的光合作用。對(duì)放置于暗中一段時(shí) 間的植物材料(葉片或細(xì)胞)照光，起初光合速率很低或?yàn)樨?fù)值，光照一段時(shí)間后，光合速率 才逐漸上升并趨于穩(wěn)定。從照光開始至光合速率達(dá)到穩(wěn)定水平的這段時(shí)間，稱為"光合滯后 期"（lag phase of photosynthesis)或稱光合誘導(dǎo)期。一般整體葉片的光合滯后期約30~ 60min，而排除氣孔影響的去表皮葉片、細(xì)胞、原生質(zhì)體等光合組織的滯后期約lOmin。將植 物從弱光下移至強(qiáng)光下，也有類似情況出現(xiàn)。產(chǎn)生滯后期的原因是光對(duì)酶活性的誘導(dǎo)以及 光合碳循環(huán)中間產(chǎn)物的增生需要一個(gè)準(zhǔn)備過程，而光誘導(dǎo)氣孔開啟所需時(shí)間則是葉片滯后 期延長的主要因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型測定花生光合滯后 程度的方法，能夠直觀的反映出光合滯后的程度，并側(cè)面表明葉片光合作用酶生物化學(xué)反 應(yīng)的活性。
[0007] 在花生作物上，
【申請(qǐng)人】通過試驗(yàn)首次找到了一種判定花生光合滯后程度的數(shù)學(xué)模 型。
【申請(qǐng)人】發(fā)現(xiàn)在光合曲線的基礎(chǔ)上，當(dāng)光強(qiáng)（iL)從低到高增加時(shí)所得到的光合曲線KiL) 與光強(qiáng)（Λ)再次從高到低得到的光合曲線六而)不吻合，一般如花生作物是后者高于前者， 也有如人參等是如者尚于后者。
[0008] 本發(fā)明所述的一種通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型測定花生光合滯后程度的方法，其特征在 于：以光合曲線函數(shù)模型為基礎(chǔ)，分別測定光強(qiáng)Λ從低到高增加時(shí)所得到的光合曲線KiL) 與光強(qiáng)Λ從高到低得到的光合曲線/(Λ)，通過對(duì)比兩條光合曲線的定積分比值或定積分中 值的比值相對(duì)差你，來定量某段光強(qiáng)區(qū)間內(nèi)花生葉片的光合滯后程度。
[0009] 其中，優(yōu)選方案如下： 所述的光合曲線函數(shù)模型用函數(shù)定義為:/? = ，其中，/?凈光合速率;Pc 最大光合勢能;你呼吸速率;e自然常數(shù);I光照強(qiáng)度;X半時(shí)間常數(shù)，即當(dāng)/?達(dá)到63%的/I時(shí)光 強(qiáng)的倒數(shù)。
[0010]所述的兩條光合曲線的定積分比值相對(duì)差你用函數(shù)定義為:你=1-，其中，a，b分 別為任意兩點(diǎn)光照強(qiáng)度;兩條光合曲線在光強(qiáng)a到b之間定積分的比值。
[0011]所述的兩條光合曲線的定積分中值的比值相對(duì)差你用函數(shù)定義為:你=I-C-h/ ?-L，其中，a，b分別為任意兩點(diǎn)光照強(qiáng)度；fH/ I1-L兩條光合曲線在光強(qiáng)a到b之間定積分中 值的比值。
[0012] 光合滯后的程度大小可解釋葉片光合作用酶生物化學(xué)反應(yīng)的活性。例如，脅迫環(huán) 境下，花生葉片的光合滯后你比非脅迫環(huán)境下大，說明脅迫造成花生葉片光合系統(tǒng)酶的鈍 化或失活，當(dāng)接受光強(qiáng)連續(xù)從低到高的處理時(shí)，不能立即啟動(dòng)酶活反應(yīng)，致使凈光合速率在 每個(gè)光強(qiáng)下未達(dá)到飽和便進(jìn)入更高光強(qiáng)下的光合反應(yīng)。當(dāng)經(jīng)過一輪從低光強(qiáng)到高光強(qiáng)（例 如0-2000 mmol πΓ2 ?Γ1)的光合反應(yīng)后，酶被充分激活，再第二輪從高光強(qiáng)降低到低光強(qiáng) (例如2000-0 mmol πΓ2 ?Γ1)，凈光合速率在與第一輪同一光照強(qiáng)度下便能很快達(dá)到飽和或 穩(wěn)定，遠(yuǎn)高于第一輪下的凈光合速率，造成兩條光合曲線所夾的面積很大，即光合滯后你 大。在非脅迫環(huán)境下，花生葉片光合系統(tǒng)未受到脅迫的影響，酶生物化學(xué)反應(yīng)正常，光強(qiáng)從 低到高時(shí)，凈光合速率可以很快穩(wěn)定，與光強(qiáng)再次從高到低時(shí)的光合速率相差很小，兩條光 合曲線所夾的面積小。因此，通過對(duì)比你的大小可以對(duì)比不同環(huán)境、不同品種間或同一植株 不同葉位的花生葉片光合作用酶生物化學(xué)反應(yīng)的活性。
[0013] 另外，本發(fā)明應(yīng)用此光合滯后量化公式還可應(yīng)用于氣孔導(dǎo)度滯后(保)和葉肉導(dǎo)度 滯后(/?)。具體如下： 光強(qiáng)-氣孔導(dǎo)度公式:奶=奶-c (1-e^7)-奶一〇 光強(qiáng)-葉肉導(dǎo)度公式:gM =挪-c (l-e^O-gM-o gs-c，最大氣孔導(dǎo)度;gM-c，最大葉肉導(dǎo)度;gs-o,光強(qiáng)為0時(shí)的氣孔導(dǎo)度;gM-o,光強(qiáng)為0時(shí)的 葉肉導(dǎo)度;e自然常數(shù);I光照強(qiáng)度;A半時(shí)間常數(shù)。
[0014]氣孔導(dǎo)度滯后歷=1_/ 葉肉導(dǎo)度滯后A=I-/ a，b分別為任意兩點(diǎn)的光照強(qiáng)度;/，兩條氣孔導(dǎo)度曲線在光強(qiáng)a到b之間定積分的比值； is和I's分別是從低到高和從高到低的光照強(qiáng)度;/，兩條葉肉導(dǎo)度曲線在光強(qiáng)a到b之間定 積分的比值;和I'?分別是從低到高和從高到低的光照強(qiáng)度。
【附圖說明】
[0015]圖1為光合曲線圖； 圖2為實(shí)施例1光合滯后曲線數(shù)學(xué)模型； 圖3花生曝光處理對(duì)光合滯后的影響實(shí)驗(yàn)的對(duì)照數(shù)據(jù)圖； 圖4花生曝光處理對(duì)光合滯后的影響實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)圖； 圖5干旱對(duì)花生光合滯后的影響實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0017] 實(shí)施例1: 一種通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型測定花生光合滯后程度的方法，以光合曲線函數(shù)模型為基礎(chǔ)， 分別測定光強(qiáng)Λ從低到高增加時(shí)所得到的光合曲線KiL)與光強(qiáng)Λ從高到低得到的光合曲 線六土），通過對(duì)比兩條光合曲線的定積分比值相對(duì)差你，來定量某段光強(qiáng)區(qū)間內(nèi)花生葉片 的光合滯后程度。（實(shí)施例只是介紹其中的一種具體情況，所以就沒有"或"的可能性，因此 沒有體現(xiàn)定積分中值的比值相對(duì)差） 所述的光合曲線函數(shù)模型用函數(shù)定義為:/? = ，其中，/?凈光合速率;Pc 最大光合勢能;你呼吸速率;e自然常數(shù);I光照強(qiáng)度;X半時(shí)間常數(shù)，即當(dāng)/?達(dá)到63%的/1時(shí)光 強(qiáng)的倒數(shù)。
[0018] 所述的兩條光合曲線的定積分比值相對(duì)差你用函數(shù)定義為:你=1-，其中，a，b分 別為任意兩點(diǎn)光照強(qiáng)度;兩條光合曲線在光強(qiáng)a到b之間定積分的比值。
[0019] 如圖2所示，位于下方的曲線為光強(qiáng)(Λ)從低到高增加時(shí)所得到的光合曲線KiL); 位于上方的曲線為光強(qiáng)（Λ)從高到低得到的光合曲線Kin);陰影表示光合滯后程度的大 小。
[0020] 實(shí)施例2: 花生曝光處理對(duì)光合滯后的影響： 根據(jù)圖3和圖4顯示數(shù)據(jù)做表1。
[0021 ] 表1:花生曝光處理光合滯后各參數(shù)比較
花生苗期下胚軸曝光對(duì)花生葉片光合滯后曲線（圖3和圖4)和各參數(shù)(表1)的影響。對(duì) 照和曝光處理光強(qiáng)從高到低（Ih)得到的光合曲線六而)積分面積都大于光強(qiáng)從低到高（Λ) 得到的光合曲線六幾)積分面積，曝光處理光合曲線所夾面積為3095.53明顯小于對(duì)照，與 對(duì)照相比兩條光合曲線更趨于吻合，通過分別計(jì)算積分中值和滯后比得到光合滯后率你， 對(duì)照為9.55%，曝光處理為4.41%。減少的光合滯后結(jié)果說明，花生苗期下胚軸曝光處理促進(jìn) 了花生葉片光合作用。
[0022] 實(shí)施例3: 干旱對(duì)花生光合滯后的影響： 根據(jù)圖5顯示數(shù)據(jù)做表2。
[0023]表2:干旱處理花生光合滯后各參數(shù)比較
列舉干旱處理對(duì)花生葉片光合滯后曲線（圖5)和各參數(shù)(表2)的影響。與實(shí)施例2相同， 對(duì)照和干旱處理光強(qiáng)從高到低（Λ)得到的光合曲線六而)積分面積都大于光強(qiáng)從低到高 (Λ)得到的光合曲線六幾)積分面積，但是干旱處理曲線所夾的面積遠(yuǎn)高于對(duì)照，說明光合 酶系統(tǒng)受到干旱脅迫的影響，當(dāng)接受連續(xù)從低到高光強(qiáng)時(shí)，因光合系統(tǒng)酶的鈍化或失活不 能立即啟動(dòng)酶活反應(yīng)，致使凈光合速率在每個(gè)光強(qiáng)下都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于飽和或穩(wěn)定后的光合速 率，從而造成兩條光合曲線所夾的面積更大。計(jì)算積分中值和滯后比得到光合滯后率(保）， 干旱處理保大于對(duì)照。以上結(jié)果說明，當(dāng)花生植株處在干旱等脅迫條件下，光合滯后會(huì)因光 合系統(tǒng)酶的鈍化或失活而增大，從側(cè)面說明植株的生長狀態(tài)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型測定花生光合滯后程度的方法，其特征在于：以光合曲線函 數(shù)模型為基礎(chǔ)，分別測定光強(qiáng)Λ從低到高增加時(shí)所得到的光合曲線KiL)與光強(qiáng)Λ從高到低 得到的光合曲線六心），通過對(duì)比兩條光合曲線的定積分比值或定積分中值的比值相對(duì)差 你，來定量某段光強(qiáng)區(qū)間內(nèi)花生葉片的光合滯后程度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型測定花生光合滯后程度的方法，其特 征在于所述的光合曲線函數(shù)模型用函數(shù)定義為:/? = ，其中，/?凈光合速率;Pc 最大光合勢能;你呼吸速率;e自然常數(shù);I光照強(qiáng)度;X半時(shí)間常數(shù)，即當(dāng)/?達(dá)到63%的/1時(shí)光 強(qiáng)的倒數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型測定花生光合滯后程度的方法，其特 征在于所述的兩條光合曲線的定積分比值相對(duì)差你用函數(shù)定義為:你=1-，其中，a，b分別 為任意兩點(diǎn)光照強(qiáng)度;兩條光合曲線在光強(qiáng)a到b之間定積分的比值。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型測定花生光合滯后程度的方法，其特 征在于所述的兩條光合曲線的定積分中值的比值相對(duì)差你用函數(shù)定義為:你= 其中，a，b分別為任意兩點(diǎn)光照強(qiáng)度；fH/ I1-L兩條光合曲線在光強(qiáng)a到b之間定積分中值的 比值。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105891162SQ201610189525
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月30日
【發(fā)明人】秦斐斐, 徐會(huì)連
【申請(qǐng)人】山東省花生研究所