《植物生理学报》 2016, 52(11): 1663-1670

叶绿素荧光及碳氧同位素信号在光合作用研究中的应用

肖怡^1,2, 朱新广^1,*

¹中国科学院-马普学会计算生物学伙伴研究所, 上海200031; ²中国科学院大学, 北京100049

通信作者：朱新广；E-mail: zhuxinguang@picb.ac.cn

摘　要：

叶绿素a荧光和碳氧稳定同位素信号常用于研究光合作用的光能及水分利用效率。本文综述了叶片光合作用过程中的叶绿素荧光和碳氧稳定同位素信号的机理和研究进展, 并阐述了叶片内部光环境和二氧化碳浓度的不均一性对这两种信号的影响, 最后我们在展望中建议建立基于叶片三维结构及光合机理的模型, 以支持对叶绿素荧光及稳定同位素信号的物理解释, 促进其在光合作用研究中的应用。

关键词：光合作用; 叶绿素荧光; 稳定同位素; 光能利用效率; 水分利用效率; 二氧化碳利用效率; 叶片结构; 三维叶片模型

收稿：2016-06-22   修定：2016-08-29

资助：比尔及梅琳达•盖茨基金会项目(OPP51586和OPP1060461)、欧盟第七框架计划项目(EU289582)、国家自然科学基金(C020401)、国家高技术研究发展计划(“863”计划)项目(2014AA101601)、国家重点基础研究发展计划(“973”计划)项目(2015CB150104)和中国科学院与澳大利亚联邦科学与工业研究组织合作研究项目(GJHZ1501)。

Chlorophyll fluorescence and stable isotope signals in photosynthesis research

XIAO Yi^1,2, ZHU Xin-Guang^1,*

¹CAS-MPG Partner Institute for Computational Biology, Shanghai 200031, China; ²University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Corresponding author: ZHU Xin-Guang; E-mail: zhuxinguang@picb.ac.cn

Abstract:

Chlorophyll fluorescence and stable isotope signals are two major categories of signals used extensively in the study of light and water use efficiencies of photosynthesis. This review summarizes current progress and major theories for these signals. We further discussed the heterogeneity of light and CO₂ inside a leaf and how these heterogeneities influence these signals. To cope with this challenge of accurate interpretation of these signals from a leaf, we propose to establish a 3-D highly mechanistic model of leaf reaction diffusion models to help interpreting these signals and further promoting their application in photosynthesis research.

Key words: photosynthesis; chlorophyll fluorescence; stable isotope; light use efficiency; water use efficiency; CO₂ use efficiency; leaf structure; 3-D leaf model