大豆叶绿素分子光能吸收特性

Investigation on the light energy absorption characteristics of chlorophyll molecules for soybean

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摘要明确叶绿素分子有效光能吸收截面对深入了解植物光合过程具有重要意义.为定量且全面探讨光合色素分子有效光能吸收截面对光强的响应,以大豆(Glycine max)为例,设置全日照和遮荫两种光强处理,首先测量CO2浓度分别为300、400、500μmol/mol和600 μmol/mol时叶片电子传递速率对光强的响应曲线(J/I曲线);测量大豆叶片的叶绿素含量;然后结合光合机理模型计算本征光能吸收截面(σik)、有效光能吸收截面(σ'ik)和捕光色素分子处于激发态的最小平均寿命(τmin)等光合参数.结果表明,光合机理模型可很好地拟合两种光强条件下不同CO2浓度下大豆叶片的J/I曲线,其决定系数均大于0.99;不同CO2浓度下,遮荫和全日照下最大电子传递速率(Jmax)范围分别为126.03-164.34 μmol m-2 s-1和273.33-326.92 μmol m-2 s-1,τmin值范围分别为16.15-22.93 ms和3.65-4.64 ms.与全日照相比,遮荫条件下大豆叶片捕光色素分子的光能吸收能力明显较低,而处于最低激发态的叶绿素分子数则明显较大.相同光照处理下,不同CO2浓度对大豆叶片的σik和τmm值无显著影响,而σik值随着CO2浓度增加而整体呈减小趋势.以400 μmol/mol CO2浓度时的相关光合参数为例,结合电子传递速率计算公式,首次从叶绿素分子光能吸收特性角度定量解释了全日照条件下大豆叶片具较高Jmax的原因.这为定量研究叶绿素分子有效光能吸收截面提供了新的研究手段.