Симулятор фотосинтеза и лимитирующих факторов
Уравнения этой модели
| O₂ | кислород | газ в пузырьках; свет расщепляет воду, высвобождая его, а углекислый газ встраивается в сахар |
|---|
| I | интенсивность света у растения (мкмоль фотонов на м² в секунду) | закон обратных квадратов: вдвое дальше — вчетверо меньше света | |
|---|---|---|---|
| I₁₀ | интенсивность на 10 см | 800 мкмоль м⁻² с⁻¹ для этой лампы; полный солнечный свет — около 2000 | |
| d | Расстояние до лампы d (см) |
При текущих значениях:
| J | скорость, которую мог бы обеспечить один свет (пузырьков в минуту) | ||
|---|---|---|---|
| α | пузырьков в минуту на единицу света, когда ограничивает только свет | 0.1 | |
| e | насколько хорошо растение использует этот цвет | красный 1, белый 0,75, синий 0,75, зелёный 0,3: хлорофилл поглощает красный и синий и отражает зелёный |
При текущих значениях:
| P_max | скорость, которой могли бы достичь ферменты при неограниченном свете (пузырьков в минуту) | ||
|---|---|---|---|
| C | растворённые углекислый газ и гидрокарбонат (мМ) | 0,5 мМ из водопроводной воды плюс то, что даёт «Добавлено гидрокарбоната натрия (граммов на литр)», при 84 г на моль | |
| f(T) | температурный множитель | удваивается каждые 10 °C (Q₁₀ = 2), пока выше примерно 35 °C ферменты не начинают повреждаться |
При текущих значениях:
| P | валовая скорость фотосинтеза | меньшая из J и P_max, с плавным переходом между ними (θ = 0,9) | |
|---|---|---|---|
| R | дыхание | растение всё время потребляет кислород: 3 пузырька в минуту при 25 °C, вдвое больше каждые 10 °C | |
| net | выделяемых пузырьков в минуту | ноль ниже точки компенсации, где фотосинтез едва покрывает дыхание |
При текущих значениях:
Как пользоваться симулятором фотосинтеза
- Задайте расстояние до лампы, цвет света, количество гидрокарбоната натрия в воде и температуру воды. Элодея выделяет пузырьки кислорода из среза стебля, тем быстрее, чем быстрее идёт фотосинтез. Результаты дают число пузырьков в минуту, свет, доходящий до растения, и фактор, ограничивающий скорость сейчас.
- Выберите, относительно чего строить скорость, и нажмите «Считать пузырьки в течение минуты»: минута ускорена до шести секунд, а подсчёт ложится на график жёлтой меткой, немного выше или ниже модельной кривой, как и настоящие подсчёты. Меняйте переменную шаг за шагом и считайте снова, чтобы построить кривую, затем найдите, где она выходит на плато.
- Следите, как меняется лимитирующий фактор: вдали скорость ограничивает свет, вблизи — углекислый газ или температура, а выше примерно 35 °C начинают повреждаться ферменты. Зелёный свет почти не работает. Калькулятор молярности переводит граммы гидрокарбоната натрия в концентрацию, а Симулятор ферментативной кинетики показывает, почему важна температура.
Частые вопросы
Какие факторы ограничивают фотосинтез?
Освещённость, концентрация углекислого газа и температура. В каждый момент скорость сдерживает в основном тот, которого меньше всего: больше света ничего не даёт, если растению не хватает углекислого газа. Поднимите лимитирующий фактор — и скорость растёт, пока его роль не возьмёт другой фактор, поэтому кривые скорости сначала растут, а потом выходят на плато.
Почему перемещение лампы так сильно меняет освещённость?
Свет небольшой лампы расходится по сфере, поэтому его интенсивность падает с квадратом расстояния: вдвое дальше — четверть света, втрое дальше — девятая часть. Поэтому скорость часто строят относительно 1 ÷ d², что пропорционально освещённости.
Почему при тусклом свете растение не выделяет пузырьков?
Растения всё время дышат, потребляя кислород. При тусклом свете фотосинтез даёт столько же кислорода, сколько расходует дыхание, или меньше, поэтому на пузырьки ничего не остаётся. Уровень освещённости, при котором они уравновешены, — точка компенсации.
Точен ли подсчёт пузырьков как мера фотосинтеза?
Он быстрый, но грубый. Пузырьки разного размера, часть кислорода растворяется в воде, а газ — не чистый кислород. Сбор газа в перевёрнутый мерный цилиндр или шприц либо измерение растворённого кислорода датчиком дают более точные числа.
Пишет, что WebGL выключен.
Для 3D-вида нужен WebGL, который есть во всех современных браузерах. Он может быть выключен, если в настройках браузера отключено аппаратное ускорение или графический драйвер очень старый. Включите аппаратное ускорение или попробуйте другой браузер.
Загружается ли что-нибудь?
Нет. Симуляцию рисует ваш собственный браузер с помощью WebGL; ничего никуда не отправляется, и после загрузки страницы она работает и офлайн.