報告書番号

U95021

タイトル（和文）

遷移確率に基づく光合成速度モデルの開発－光・温度－光合成速度モデルの誘導と藻類を用いた検証－

タイトル（英文）

DEVELOPMENT OF MATHEMATICAL PHOTOSYNTHESIS MODEL BASED ON TRANSITION PROBABILITIES -COMPLEX EFFECT OF LIGHT AND TEMPERATURE ON ALGAL PHOTOSYNTHESIS-

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

生態系の動態解析には，無機物から有機物を合成する光合成速度の計算が不可欠であるが，光合成は複数の環境因子に影響を受けるため，それら複数因子との関係を関数化する必要がある。本報告では，遷移確率に基づく光合成速度基本モデルを構築し，光・温度因子を考慮できるモデルへの具体化とカジメを用いた検証を行った。その概要を以下に記す。（１）本モデルは，光合成の光化学系の遷移確率から光合成速度を表し，遷移確率を環境因子の関数として表すことにより，複数の因子を取り込むことができる。（２）反応中心の励起を表す遷移確率を光の関数として，光－光合成速度モデルを誘導した。（３）温度因子に影響される化学反応過程を表す遷移確率を，反応の臨界エネルギーを有する確率と酸化還元酵素の熱変性確率に基づく温度の関数として，光・温度－光合成速度モデルを誘導した。カジメの実測データとの比較から本モデルの高い適合性が示された。

概要 （英文）

TO ANALYZE THE DYNAMICS OF A MARINE ECOSYSTEM,ESTIMATION OF THE PRIMARY PRODUCTION AND BIOMASSES OF ALGAE IS VERY IMPORTANT.IN THE ESTIMATION,CALCULATION OF PHOTOSYNTHETIC RATE IS MOST IMPORTANT.THIS REPORT PROPOSES A MATHEMATICAL MODEL OF THE PHOTOSYNTHETIC RATE OF ALGAE. THE RESULTS ARE AS FOLLOWS: (1)THE NEW MODEL CONSISTS OF TRANSITION PROBABILITIES OF PHOTOSYSTEMS I AND II.PHOTOSYNTHETIC RATE IS CHANGED BY ENVIRONMENTAL FACTORS(LIGHT,TEMPERATURE,ETC)AFFECTING TRANSITION PROBABILITIES.IN THE MODEL THE COMPLEX EFFECT OF ENVIRONMENTAL FACTORS IS EXPRESSED AS PROBABILITY. (2)LIGHT IS THE MOST IMPORTANT ENVIRONMENTAL FACTOR IN PHOTOSYNTHESIS.EXCITATION OF THE REACTION CENTEROF CHLOROPHYLL IS CAUSED BY ABSORPTION OF A PHOTON.IN THE MODEL,TWO TRANSITION PROBABILITIES ARE FUNCTIONS OF LIGHT INTENSITY,THE MODEL WAS EXPANDED TO A PHOTOSYNTHESIS-LIGHT RESPONSE MODEL. (3)ONE TRANSITION PROBABILITY CAN BE EXPRESSED AS PRODUCT OF THE PROBABILITIES OF AN ELECTRON WITH HIGHER ENERGY THAN ACTIVATION ENERGY,AND THERMAL DENATURATION OFTHE ELECTRON ACCEPTER IN THE PHOTOSYNTHETIC ELECTRON TRANSFER.THESE PROBABILITIES ARE FUNCTIONS OF TEMPERATURE.IN ECKLONIA CAVA,THE EXPERIMENTAL VALUES OF THE THERMAL EFFECT AN PHOTOSYNTHETIC RATE AGREED WITH THETHEORETICAL RESULTS FROM 7DEGREE TO 28DEGREE.THE TRANSITION PROBABILITY IS AN EXPONENTIAL FUNCTION OF TEMPERATURE AT LOWER TEMPERATURES(<16DEGREE);THE FUNCTION IS DEFINED BY ARRHENIUS THEORY.THE ACTIVATION ENERGYIS ESTIMATED AT 56.5 KJ-MOL**-1.AT HIGHER TEMPERATURES(>20DEGREE),THE TRANSITION PROBABILITY AFFECTEDBY THERMAL DENATURATION.THE ESTIMATED STANDARD ENTHALPY AND STANDARD ENTROPY ARE 204 KJ-MOL**-1AND 678J-MOL**-1-K**-1.

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