Математическая модель фотосинтеза параметрический анализ

Гимаев Наиль Дамирович

Научный руководитель: Закирьянов Фарит Кабирович, старший преподаватель кафедры Теоретической физики физфака БашГУ

Башкирский Государственный Университет, г.Уфа, Россия

Одним из методов оценки эффективности функционирования фотосинтезирующего аппарата (ФСА) высших растений является исследование световых и углекислотных кривых фотосинтеза (ФС). Эти кривые представляют собой зависимости скорости ФС в стационарном режиме при различных параметрах окружающей среды – интенсивность света I и газового состава (концентрации CO2 и O2). Обычно эти кривые имеют вид кривых с насыщением. Однако детальный механизм зависимости той или иной кривой от различных внешних воздействий не достаточно ясен. В частности, при определённых условиях система может работать с большей эффективностью, чем обычно. Для выяснения механизма регуляции ФС процессов и объяснения экспериментальных данных необходимо построение теоретической модели, количественно описывающей процессы в исследуемой системе. К настоящему времени известно достаточно большое количество моделей различного уровня сложности, так или иначе описывающих световые и углекислотные кривые. Общим недостатком большинства этих моделей является неудовлетворительное описание индукционных явлений в ФС. Поэтому достаточно актуальным является построение математической модели ФС, которая, с одной стороны, соответствовало бы современным данным о фотофизических и биохимических процессах ФС, а с другой, содержала бы содержала бы все определяемые в эксперименте ФСА. Наиболее удачной из известных работ нам моделей является модель [1]. Однако авторами этой работы не исследовались стационарные характеристики ФС при различных внешних воздействиях.

В данной работе исследуется изменение стационарных характеристик ФС при изменении СО2. Математическая модель рассматриваемых процессов представляет собой дальнейшее развитие модели [1]. Она учитывает:

    1. возбуждение и дезактивации молекул светособирающих пигментов в обоих фотосистемах (ФС1 и ФС2)
    2. миграции нейтральных возбуждений между молекулами светособирающих комплексов для каждой фотосистемы
    3. миграции энергии возбуждения на реакционный центр (РЦ) и обратно в каждой фотосистеме
    4. электронный перенос от возбуждённых РЦ к первичным акцепторам и обратно
    5. перенос электронов от системы разложения воды к окисленному РЦ в ФС2 (предполагается что доноры электронов присутствуют в избытке)
    6. электронный перенос между первичными акцепторами ФС2 и окислёнными РЦ ФС1
    7. циклический электронный перенос в ФС1
    8. окисление компонентов электрон-транспортной цепи кислородом (кислород предполагается в избытке)
    9. фотофосфорилирование, сопровождающее электроный транспорт

Кроме того учитывается перенос электронов между ФС1 и ФС2, посредством пулапластахинонов, а так же циклический транспорт электронов вокруг ФС2. Темновые реакции моделирование также как и в работе [1]. Результаты моделирования представлены на рис. 1.

Рис. 1. Зависимости выделения кислорода B1 от интенсивности I при различных значениях концентрации кислорода в воздухе.

Как видно из рисунка наличие кислорода в воздухе значительно влияет на процесс фотосинтеза. При отсутствии кислорода выход фотосинтеза не достигает больших величин, но при небольшом увеличении концентрации кислорода выход фотосинтеза сильно увеличивается.

Литература:

1.Караваев В.А., Кукушкин А.К. Теоретическая модель световых и темновых процессов фотосинтеза: проблемы регуляции. БФ т.38 стр. 958-973. 1993г.

e-mail: asf@asf.e-burg.ru