Modèle de photosynthèse-couplage de la conductance stomatique pour les feuilles des plantes C4

Les modèles basés sur les feuilles de photosynthèse nette (An) et de conductance stomatique (g) sont souvent des composants des modèles de productivité primaire nette et de bilan énergétique de surface à l'échelle de la plante entière, du couvert végétal et des régions. Étant donné que le métabolisme C4 présente des réponses uniques aux conditions environnementales et que les espèces C4 sont importantes sur le plan agricole et écologique, un modèle de feuille réaliste et précis spécifique aux plantes C4 est nécessaire. Dans cet article, nous développons un modèle simple pour prédire An et g à partir des feuilles de plantes C4 qui est facilement paramétrable et qui prédit de nombreuses réponses environnementales importantes. Nous dérivons le modèle de feuille d'un simple modèle de transport biochimique-intercellulaire de photosynthèse C4 qui inclut la fixation du carbone inorganique par la PEP carboxylase, la génération dépendante de la lumière de PEP et de RuBP, la cinétique de réaction de la rubisco, et la diffusion du carbone inorganique et de l'O2 entre le faisceau de gaines et le mésophylle. Nous soutenons que, dans la plupart des conditions, ces processus peuvent être décrits simplement comme trois étapes potentiellement limitantes. Le modèle de photosynthèse foliaire traite An comme d'ordre un par rapport à la lumière, au CO2 ou à la quantité de rubisco présente et produit une transition continue entre les limitations. Les variables indépendantes du modèle de photosynthèse foliaire sont la température de la feuille (TI), les niveaux de CO2 intercellulaire et le flux quantique absorbé. Un modèle linéaire simple de g en termes de An et de niveau de CO2 de surface foliaire (ps) et d'humidité relative (hs) est combiné avec le modèle de photosynthèse pour donner la photosynthèse foliaire comme fonction du flux quantique absorbé, des niveaux T1 et de ps et hs. Des mesures d'échange gazeux des feuilles de maïs exposées à divers niveaux de lumière, de CO2 et de température sont utilisées pour paramétrer et tester les modèles. Les paramètres du modèle sont déterminés en ajustant les modèles à un ensemble de 21 mesures. Le comportement des modèles est comparé à un ensemble indépendant de 71 mesures, et les prédictions montrent une forte corrélation avec les données. Dans la plupart des conditions, le modèle de feuille peut être paramétré simplement en déterminant le niveau de rubisco dans les feuilles. Les effets de l'environnement lumineux, du statut nutritionnel et des niveaux de stress hydrique sur An et g peuvent être pris en compte par un ajustement approprié de la capacité de rubisco à fixer le CO2. Nous estimons la capacité de rubisco à partir de la photosynthèse saturée en CO2 et en lumière, bien que la teneur en azote des feuilles ou des essais de rubisco à partir d'extraits de feuilles puissent également être utilisés à cette fin.