Кривая PI - PI curve

Кривая P v I

ПИ (или фотосинтез-облученность ) кривой представляет собой графическое представление эмпирического соотношения между солнечной радиацией и фотосинтезом . Вывод из Михаэлиса-Ментен кривой, это показывает, как правило , положительную корреляцию между интенсивностью света и фотосинтеза. Это график скорости фотосинтеза как функции интенсивности света (освещенности).

Вступление

Кривая PI может быть применена к наземным и морским реакциям, но чаще всего используется для объяснения фотосинтетической реакции обитающего в океане фитопланктона на изменения интенсивности света. Использование этого инструмента для приблизительного определения биологической продуктивности важно, поскольку фитопланктон вносит ~ 50% от общей глобальной фиксации углерода и является важным поставщиком морской пищевой сети.

В научном сообществе эту кривую можно назвать PI, PE или кривой светового отклика. Хотя у отдельных исследователей могут быть свои предпочтения, все они вполне приемлемы для использования в литературе. Независимо от номенклатуры, рассматриваемая скорость фотосинтеза может быть описана в единицах углерода (C), фиксированного на единицу времени. Поскольку люди различаются по размеру, также полезно нормализовать концентрацию C до хлорофилла а (важный фотосинтетический пигмент), чтобы учесть конкретную биомассу.

История

Еще в 1905 году морские исследователи попытались разработать уравнение, которое будет использоваться в качестве стандарта при установлении взаимосвязи между солнечным излучением и фотосинтетическим производством. Несколько групп добились относительного успеха, но в 1976 году сравнительное исследование, проведенное Аланом Джассби и Тревором Платтом, исследователями из Бедфордского института океанографии в Дартмуте, Новая Шотландия, пришло к выводу, который упрочил способ построения кривой PI. После оценки восьми наиболее часто используемых уравнений Джассби и Платт утверждали, что кривую PI можно лучше всего аппроксимировать функцией гиперболического тангенса, по крайней мере, до тех пор, пока не будет достигнуто фотоингибирование .

Уравнения

Есть два простых вывода уравнения, которые обычно используются для построения гиперболической кривой. Первый предполагает, что скорость фотосинтеза увеличивается с увеличением интенсивности света до тех пор, пока не будет достигнуто Pmax, и после этого фотосинтез продолжается с максимальной скоростью.

P = P _макс [ I ] / ( KI + [ I ])

P = скорость фотосинтеза при данной интенсивности света
- Обычно обозначается в таких единицах, как (мг C м-3 ч-1) или (мкг C мкг Chl-a-1 ч-1)
Pmax = максимальная потенциальная скорость фотосинтеза на человека
[I] = заданная интенсивность света
- Обычно обозначается в таких единицах, как (мкмоль фотонов м-2 с-1 или (Вт м-2 ч-1)
KI = константа полунасыщения; интенсивность света, при которой происходит фотосинтез при ½ Pmax
- Единицы отражают те, которые используются для [I]

И Pmax, и начальный наклон кривой ΔP / ΔI зависят от вида и зависят от множества факторов, таких как концентрация питательных веществ, температура и физиологические возможности человека. Интенсивность света зависит от широты и подвергается дневным и сезонным потокам, которые также влияют на общую фотосинтетическую способность человека. Эти три параметра предсказуемы и могут использоваться для предварительного определения общей кривой PI, которой должна следовать популяция.

Как видно на графике, два вида могут по-разному реагировать на одни и те же дополнительные изменения интенсивности света. Популяция A (синим цветом) имеет начальную скорость выше, чем популяция B (красная), а также демонстрирует более сильное изменение скорости в сторону увеличения интенсивности света при более низкой освещенности. Следовательно, популяция A будет преобладать в среде с более низкой доступностью света. Хотя популяция B имеет более медленную фотосинтетическую реакцию на увеличение интенсивности света, ее Pmax выше, чем у популяции A. Это позволяет в конечном итоге доминировать в популяции при большей интенсивности света. Есть много определяющих факторов, влияющих на популяционный успех; Использование кривой PI для получения прогнозов изменения скорости изменения окружающей среды полезно для мониторинга динамики цветения фитопланктона и стабильности экосистемы.

Второе уравнение объясняет явление фотоингибирования . В верхних слоях океана на несколько метров фитопланктон может подвергаться воздействию таких уровней излучения, которые повреждают хлорофилл-пигмент внутри клетки, что впоследствии снижает скорость фотосинтеза. Кривая отклика изображает фотоингибирование как снижение скорости фотосинтеза при интенсивностях света, более сильных, чем те, которые необходимы для достижения Pmax.

{\ displaystyle P = P _ {\ max} (1-e ^ {- \ alpha I / P _ {\ max}}) e ^ {- \ beta I / P _ {\ max}} \,}

Термины, не включенные в приведенное выше уравнение:

βI = интенсивность света в начале фотоингибирования
αI = заданная интенсивность света

Наборы данных, показывающие межвидовые различия и популяционную динамику.

Примеры

Гиперболический ответ между фотосинтезом и освещенностью, изображенный кривой PI, важен для оценки динамики популяции фитопланктона, которая влияет на многие аспекты морской среды.

Заметки

Внешние ссылки

гугл книга

Languages

In other projects