Кривая PI (или фотосинтез-облученность ) является графическим представлением эмпирической связи между солнечной облученностью и фотосинтезом . Вывод кривой Михаэлиса-Ментен , она показывает в целом положительную корреляцию между интенсивностью света и скоростью фотосинтеза. Это график скорости фотосинтеза как функции интенсивности света (облученности) .
Кривая PI может применяться к наземным и морским реакциям, но чаще всего используется для объяснения фотосинтетической реакции фитопланктона, обитающего в океане, на изменения интенсивности света. Использование этого инструмента для аппроксимации биологической продуктивности важно, поскольку фитопланктон вносит ~50% [1] в общую глобальную фиксацию углерода и является важным поставщиком морской пищевой сети.
В научном сообществе эта кривая может называться PI, PE или Light Response Curve. Хотя у отдельных исследователей могут быть свои собственные предпочтения, все они легко приемлемы для использования в литературе. Независимо от номенклатуры, рассматриваемая скорость фотосинтеза может быть описана в терминах углерода (C), фиксированного на единицу за время. Поскольку особи различаются по размеру, также полезно нормализовать концентрацию C по хлорофиллу a (важному фотосинтетическому пигменту) для учета удельной биомассы.
Еще в 1905 году исследователи океана попытались разработать уравнение, которое можно было бы использовать в качестве стандарта при установлении связи между солнечным излучением и фотосинтетическим производством. Несколько групп добились относительного успеха, но в 1976 году сравнительное исследование, проведенное Аланом Джассби и Тревором Платтом, исследователями из Бедфордского института океанографии в Дартмуте, Новая Шотландия, пришло к выводу, который закрепил способ разработки кривой PI. Оценив восемь наиболее используемых уравнений, Джассби и Платт пришли к выводу, что кривая PI может быть наилучшим образом аппроксимирована гиперболической тангенциальной функцией, по крайней мере, до тех пор, пока не будет достигнуто фотоингибирование .
Существует два простых вывода уравнения, которые обычно используются для создания гиперболической кривой. Первый предполагает, что скорость фотосинтеза увеличивается с увеличением интенсивности света до тех пор, пока не будет достигнута Pmax, и после этого фотосинтез продолжается с максимальной скоростью.
Как Pmax, так и начальный наклон кривой, ΔP/ΔI, являются видоспецифичными и зависят от множества факторов, таких как концентрация питательных веществ, температура и физиологические возможности особи. Интенсивность света зависит от широтного положения и претерпевает суточные и сезонные потоки, которые также влияют на общую фотосинтетическую способность особи. Эти три параметра предсказуемы и могут использоваться для предопределения общей кривой PI, которой должна следовать популяция.
Как видно на графике, два вида могут по-разному реагировать на одни и те же постепенные изменения интенсивности света. Популяция A (синяя) имеет начальную скорость выше, чем популяция B (красная), а также демонстрирует более сильное изменение скорости при увеличении интенсивности света при более низкой освещенности. Поэтому популяция A будет доминировать в среде с более низкой доступностью света. Хотя популяция B имеет более медленную фотосинтетическую реакцию на увеличение интенсивности света, ее Pmax выше, чем у популяции A. Это допускает возможное доминирование популяции при большей интенсивности света. Существует много определяющих факторов, влияющих на успех популяции; использование кривой PI для получения прогнозов скорости потока при изменениях окружающей среды полезно для мониторинга динамики цветения фитопланктона и стабильности экосистемы.
Второе уравнение учитывает явление фотоингибирования . В верхних нескольких метрах океана фитопланктон может подвергаться уровням облучения, которые повреждают пигмент хлорофилл-а внутри клетки, что впоследствии снижает скорость фотосинтеза. Кривая отклика изображает фотоингибирование как снижение скорости фотосинтеза при интенсивности света, превышающей необходимую для достижения Pmax.
Термины, не включенные в приведенное выше уравнение:
Гиперболическая зависимость между фотосинтезом и освещенностью, отображаемая кривой PI, важна для оценки динамики популяции фитопланктона, которая влияет на многие аспекты морской среды.
