Биолог РУДН разработал новую модель для анализа фотосинтеза in vivo

Измерения эффективности фотосинтеза в живых системах необходимы, так как они позволяют оценить круговорот углерода, а, следовательно, влияние на климат. Для изучения фотосинтеза in vivo используют коэффициент поглощения растительности – величину, которая показывает, насколько глубоко падающее излучение проникает в растительный покров. Он зависит от биохимических, структурных и внешних факторов, поэтому его оценка очень сложна. Сотрудник РУДН Алексей Соловченко и его коллеги из США и Израиля нашли новый способ оценки этого показателя.

Сперва биологи вычислили отношение коэффициентов поглощения и пропускания для единичных листьев и лиственного покрова в целом. Измерить эти коэффициенты для покрова «в сумме» сложно, а для единичного листа просто, поэтому зная соотношение между ними, можно рассчитать поглощение и пропускание лиственного покрова, зная коэффициенты для отдельного листа. Затем исследователи РУДН получили уравнение, которое связывает коэффициент поглощения растительного покрова с коэффициентом поглощения пигментов – в первую очередь, хлорофилла – в листьях. Выяснилось, что покров, в отличие от единичного листа, способен поглощать свет в инфракрасном диапазоне, а кроме того, коэффициенты поглощения пигментов для растений с разной плотностью лиственного покрова, могут отличаться. Поэтому биологам пришлось внести соответствующие поправки в финальную модель.

Эту математическую модель, описывающую коэффициент поглощения лиственного покрова, исследователи протестировали на культурах растений с разными типами фотосинтеза – кукурузы (С4 фотосинтез), сои и риса (С3 фотосинтез), измерив так же спектры поглощенного и отраженного солнечного излучения

Модель показала, что в синей спектральной области лиственный покров риса отражает больше, чем лиственные покровы других культур, что, по мнению учёных, связано с тем, что рис растет в воде. Помимо этого, полученные с помощью модели кривые поглощения для растений с С3 типом фотосинтеза (соя и рис) отличались от таковых у растений с С4 типом фотосинтеза (кукуруза), что объясняется биохимическими различиями.

Таким образом, созданная биологами модель способна «предсказывать» поглощение света разными типами растений с разными типами фотосинтеза, разными архитектурами листового покрова и разным содержанием пигментов в листе. 

Статья в журнале Remote Sensing of Environment.