植物叶片为了优化对光能的吸收，其光合作用可以迅速适应波动的环境，从而促进植物生长。截获的PPFR转化为光化学能(Ɛe)和生物量(Ɛc)的效率是描述植物生产力随时间变化的关键参数。然而，它们掩盖了特定条件下瞬时光化学能量吸收的联系，即光系统II的运行效率(Fq'/Fm')和生物量积累。本文在温室和田间条件下，利用自动叶绿素荧光和光谱扫描仪在冠层水平上对21个大豆和玉米的基因型进行了长期监测。根据不同环境变量和基因型的相互作用，对整个生长季的Fq'/Fm'进行建模。这样可以累积光化学能量吸收，从而估算出Ɛe。Ɛe的范围为48%至62%，主要取决于基因型，在最有效的C4玉米基因型中，高达9%的光化学能被转化为生物量。最值得注意的是，在7个不同条件下的独立实验中，Ɛe与地上部生物量相关，r=0.68。因此，本研究通过整合生长季节对环境胁迫的光合反应来估算生物量。整个生长季累积的光化学能量吸收揭示了光合性能、呼吸损失和生物量生产效率的基因型差异。这对于改进作物生长模型和使用自动测量系统估计育种系或整个生态系统在任何时间点的生产力拥有巨大应用前景。

　　图1利用高通量测量方法估算了波动条件下太阳能转换成生物量的效率

　　A：太阳能经过多次转换，直到积累成生物量。在波动条件下发生的能量损失是高度动态的。B：自动光诱导荧光瞬态(LIFT)系统以高时空分辨率扫描温室内外以及田间的植物冠层。另外，使用内置光谱仪测量反射率。C：分别使用升力传感器和环境传感器测量波动的Fq'/Fm'和PPFR。灰色误差条显示所有测量(大豆基因型的PPFR和Fq'/Fm')每15分钟平均值的标准偏差。

　　来源：Beat K., Lars Z., Uwe R., et al. Towards predicting photosynthetic efficiency and biomass gain in crop genotypes over a field season, Plant Physiology, 2021, kiab483, https://doi.org/10.1093/plphys/kiab483

　　编辑：张玉