PI křivka - PI curve

P v I křivka

PI (nebo fotosyntéza-záření ) křivka je grafické znázornění empirického vztahu mezi slunečního záření a fotosyntéze . Odvození křivky Michaelis – Menten ukazuje obecně pozitivní korelaci mezi intenzitou světla a rychlostí fotosyntézy. Jedná se o graf rychlosti fotosyntézy jako funkce intenzity světla (ozáření).

Úvod

Křivku PI lze použít na pozemské a mořské reakce, ale nejčastěji se používá k vysvětlení fotosyntetické reakce fytoplanktonu žijícího v oceánu na změny intenzity světla. Použití tohoto nástroje k přiblížení biologické produktivity je důležité, protože fytoplankton přispívá ~ 50% k celkové globální fixaci uhlíku a je důležitým dodavatelem pro síť mořských potravin.

Ve vědecké komunitě lze křivku označovat jako křivku PI, PE nebo Light Response Curve. I když jednotliví vědci mohou mít své vlastní preference, všichni jsou snadno přijatelní pro použití v literatuře. Bez ohledu na nomenklaturu lze dotyčnou rychlost fotosyntézy popsat pomocí uhlíku (C) fixovaného na jednotku za čas. Vzhledem k tomu, že se jednotlivci liší velikostí, je také užitečné normalizovat koncentraci C na chlorofyl a (důležitý fotosyntetický pigment), aby se zohlednila specifická biomasa.

Dějiny

Již v roce 1905 se mořští vědci pokusili vyvinout rovnici, která by měla být použita jako standard při vytváření vztahu mezi slunečním zářením a fotosyntetickou produkcí. Několik skupin mělo relativní úspěch, ale v roce 1976 srovnávací studie, kterou provedli Alan Jassby a Trevor Platt, vědci z Bedfordského institutu oceánografie v Dartmouthu ve státě Nova Scotia, dospěla k závěru, který zpevnil způsob, jakým je vyvinuta křivka PI. Po vyhodnocení osmi nejpoužívanějších rovnic Jassby a Platt tvrdili, že křivku PI lze nejlépe aproximovat hyperbolickou tangensovou funkcí, alespoň dokud nebude dosaženo fotoinhibice .

Rovnice

Existují dvě jednoduché derivace rovnice, které se běžně používají ke generování hyperbolické křivky. První předpokládá, že se fotosyntetická rychlost zvyšuje se zvyšující se intenzitou světla, dokud není dosaženo Pmax, a poté pokračuje ve fotosyntéze maximální rychlostí.

P = P _max [ I ] / ( KI + [ I ])

• P = rychlost fotosyntézy při dané intenzitě světla
  • Běžně se označuje v jednotkách jako (mg C m-3 h-1) nebo (µg C µg Chl-a-1 h-1)
• Pmax = maximální potenciální rychlost fotosyntézy na jednotlivce
• [I] = daná intenzita světla
  • Běžně se označuje v jednotkách jako (µMol fotony m-2 s-1 nebo (Wattů m-2 h-1)
• KI = konstanta poloviční nasycení; intenzita světla, při které rychlost fotosyntézy probíhá při ½ Pmax
  • Jednotky odrážejí jednotky použité pro [I]

Jak Pmax, tak počáteční sklon křivky, ΔP / ΔI, jsou druhově specifické a jsou ovlivněny řadou faktorů, jako je koncentrace živin, teplota a fyziologické schopnosti jedince. Intenzita světla je ovlivněna zeměpisnou šířkou a podléhá denním a sezónním tokům, které také ovlivní celkovou fotosyntetickou kapacitu jedince. Tyto tři parametry jsou předvídatelné a lze je použít k předurčení obecné křivky PI, kterou by populace měla sledovat.

Jak je vidět na grafu, dva druhy mohou mít různé reakce na stejné přírůstkové změny intenzity světla. Populace A (modře) má počáteční rychlost vyšší než populace B (červeně) a také vykazuje silnější změnu rychlosti ke zvýšení intenzity světla při nižší intenzitě záření. Populace A proto bude dominovat v prostředí s nižší dostupností světla. Ačkoli populace B má pomalejší fotosyntetickou reakci na zvýšení intenzity světla, je její Pmax vyšší než u populace A. To umožňuje případnou dominanci populace při vyšších intenzitách světla. Existuje mnoho rozhodujících faktorů ovlivňujících populační úspěch; použití křivky PI k vyvolání předpovědi rychlostního toku na změny prostředí je užitečné pro monitorování dynamiky květu fytoplanktonu a stability ekosystému.

Druhá rovnice vysvětluje fenomén fotoinhibice . V horních několika metrech oceánu může být fytoplankton vystaven úrovním ozáření, které poškozují chlorofyl - pigment uvnitř buňky, což následně snižuje rychlost fotosyntézy. Křivka odezvy zobrazuje fotoinhibici jako snížení rychlosti fotosyntézy při intenzitách světla silnějších, než jaké jsou nezbytné pro dosažení Pmax.

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

Výrazy nezahrnuté ve výše uvedené rovnici jsou:

• βI = intenzita světla na začátku fotoinhibice
• αI = daná intenzita světla

Datové soubory ukazující mezidruhové rozdíly a populační dynamiku.

Příklady

Hyperbolická odezva mezi fotosyntézou a ozářením, znázorněná křivkou PI, je důležitá pro hodnocení dynamiky populace fytoplanktonu, která ovlivňuje mnoho aspektů mořského prostředí.

Poznámky

Reference

• Chalker BE, Dunlap WC a Oliver JK, 1983. Batymetrické úpravy korálových útesů v Davies Reef, Velký bariérový útes, Austrálie. II. Křivky sytosti světla pro fotosyntézu a dýchání . J Exp Mar Biol Ecol 73: 37–87.
• Lalli CM a Parsons TR, 1997. Biologická oceánografie: Úvod , 2. vydání. Butterworth – Heinemann, Oxford.
• Marra J., Heinemann K. a Landriau G. Jr., 1985. Pozorovaná a předpovězená měření fotosyntézy v kultuře fytoplanktonu vystavené přirozenému ozáření . Mar. Ecol. 24: 43–50.
• Miller CB, 2004. Biological Oceanography , Blackwell.
• Jasby AD a Platt T., 1976. Matematická formulace vztahu mezi fotosyntézou a světlem pro fytoplankton . Limnol. Oceanogr. 21: 540–547.
• Platt T. a Jasby, AD, 1976. Vztah mezi fotosyntézou a světlem pro přirozená seskupení pobřežního mořského fytoplanktonu . J. Phycol. 12: 421–430.

externí odkazy

• google kniha