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光合作用特点精选(九篇)

光合作用特点

第1篇:光合作用特点范文

1材料和方法

1.1采样点分布和水样采集根据太湖水体的富营养化水平和生态系统类型差异,在全湖设置14个采样点(见图1).其中T6、T7、T13和T14采样点位于太湖西北部湖区,该湖区是太湖富营养化最严重的水体,部分湖区属于超富营养水平;T8、T9和T11采样点位于太湖西南湖区,该湖区营养水平也较高;T1和T2采样点位于太湖湖心区,营养水平较低;T3、T4、T5、T10和T12采样点位于太湖东部湖区,营养水平最低.其中T3、T4、T5、T10、T11和T12采样点属于草型湖区,其他采样点属于藻型湖区.水样采集分别于2012年春季(5月初)和秋季(10月中旬)进行.采用GPS对采样点进行精确定位,采用有机玻璃采水器采集表层0.5m水样,混合均匀,取1000mL装入干净玻璃瓶中,避光带回实验室进行分析.

1.2理化因子测定采用多功能水质参数仪(6600V2,YellowSpringInstruments,USA)原位测定水温、ρ(DO)和pH;水体SD(透明度)采用赛氏盘测定;ρ(TN)采用碱性过硫酸钾消解-紫外分光光光度法测定;ρ(TP)采用钼酸铵分光光度法测定;水样经过GFC滤膜过滤,用90%的丙酮萃取,分光光度法测定ρ(Chla)[13].

1.3浮游植物光合作用活性测定浮游植物的光合作用活性采用Phyto-PAM荧光仪测定.取3.0mL水样,暗适应15min;首先打开测量光(measuringlight,ML),检测到最小荧光强度(F0),然后打开饱和脉冲(saturationpulse,SP),得到最大荧光强度(Fm).设定仪器每隔20s加以强度逐渐增大的光化光(actiniclight,AL),同时记录光量子产量,得到快速光响应曲线;样品不经过暗适应,测定最大荧光强度。1.4数据的处理和分析采用Excel2003和SPSS16.0软件对数据进行统计分析,显著性分析采用T-test,采用Origin8.0软件作图.

2结果与讨论

2.1水体的理化因子采样点水体的理化参数如图2所示.由图2可见见,太湖水体的理化因子具有时空差异性.从ρ(TN)和ρ(TP)来看,大多采样点水体达到富营养化水平〔ρ(TN)>0.2mgL、ρ(TP)>0.02mgL〕.春季ρ(TN)和ρ(TP)分别在0.87~4.36mgL和0.016~0.316mgL之间,秋季ρ(TN)和ρ(TP)在0.41~3.90mgL和0.012~0.235mgL之间;水体ρ(TN)和ρ(TP)呈春季大于秋季,西北部湖区>西南湖区>东部湖区,并且西部湖区ρ(TN)和ρ(TP)明显高于其他湖区,这与太湖入湖河流分布、湖区周边经济发展状况等因素有关[14-15].太湖ρ(Chla)的分布时空差异显著.秋季ρ(Chla)极显著高于春季(P<0.01),这是由于秋季太湖大多湖区出现高强度蓝藻水华,浮游植物生物量,尤其是微囊藻的生物量较高所致.ρ(Chla)的空间分布与水体的营养盐质量浓度分布趋势基本一致,草型湖区采样点ρ(Chla)显著低于藻型湖区(P<0.01).草型湖区采样点水体SD较高,并且季节差异显著(P<0.05);富营养化水平高的采样点SD较低.春、秋季太湖水体平均温度分别为23.1和22.0℃,差异不显著(P>0.05).太湖水质偏碱性(pH为7.21~9.56),秋季水体的pH大于春季(P<0.05),但pH的空间差异不显著(P>0.05).太湖水体的ρ(DO)在7.18~9.51mgL之间,季节差异不显著(P>0.05),草型湖区ρ(DO)高于藻型湖区(P<0.05).

2.2FvFm的时空分布太湖浮游植物FvFm的时空分布如图3所示.由图3可见,春季T4、T5、T9和T10采样点没有检测到蓝藻的光合作用活性,其他采样点蓝藻的FvFm在0.35~0.49之间;T1、T2、T5、T6、T9、T12和T13采样点没有检测到绿藻的光合作用活性,其他采样点绿藻的FvFm在0.34~0.68之间;所有采样点均检测到硅甲藻的光合作用活性,其FvFm在0.09~0.56之间.秋季蓝藻的FvFm在0.34~0.53之间;T3、T4、T5、T7和T11采样点没有检测到绿藻的光合作用活性,其他采样点绿藻的FvFm在0.55~0.68之间;硅甲藻的FvFm在0.28~0.61之间.FvFm是评价植物光合作用活性最常用的指标之一,反映植物最大光合作用效率.研究表明,浮游植物类群间的FvFm有较大波动(0.4~0.8),这与藻类自身的光合作用系统结构和功能有关[18-19].如绿藻的FvFm在0.8左右,硅藻的FvFm在0.6~0.7之间波动[22-23],蓝藻的FvFm波动较大[24].从图3可见,太湖蓝藻、绿藻和硅甲藻群落间的FvFm有明显差异,并且具有显著的季节和空间差异。研究表明,湖泊中浮游植物群落的FvFm具有日变化和季节变化特征,并且受多种环境因子(如温度、光照、营养盐和气象条件等)的影响.另外,浮游植物群落的种类组成和群体大小也能影响FvFm.该研究结果表明,太湖不同浮游植物群落间FvFm具有差异性,并且随季节而发生变化.总体来看,绿藻的FvFm最大,硅甲藻次之,蓝藻最小;从季节变化来看,秋季蓝藻、绿藻和硅甲藻的FvFm高于春季,表明秋季蓝藻、绿藻和硅甲藻的光合作用能力高于春季.这与浮游植物种群丰度有关.春季太湖浮游植物群落细胞密度较低,ρ(Chla)较低;秋季浮游植物种群丰度较高,几乎所有采样点水体都发生了高强度蓝藻水华,蓝藻在浮游植物群落中占绝对优势,ρ(Chla)最高达70.7μgL(T7采样点).研究表明,FvFm与浮游植物种群丰度密切相关,FvFm随种群丰度的增加而升高.从空间分布看,采样点间蓝藻、绿藻和硅甲藻的FvFm差异显著.蓝藻的FvFm与富营养化水平密切相关,FvFm随富营养化程度的升高而增加.这表明湖泊富营养化水平的升高有利于提高蓝藻的光合作用活性.与藻型湖区相比,草型湖区采样点蓝藻的FvFm较低,结合ρ(Chla)的空间分布(见图2),表明水草能抑制蓝藻的光合作用活性和生长.研究表明,水草能够分泌化感物质破坏蓝藻的光合作用系统导致其光合作用活性降低.因此,降低太湖营养盐质量浓度,恢复太湖水生植物,能有效抑制蓝藻的光合作用活性,进而降低蓝藻水华强度.而绿藻和硅甲藻的FvFm对富营养化水平和生态系统类型的响应具有多样性,说明蓝藻、绿藻和硅甲藻的FvFm对环境因子的响应存在差异.

2.3NPQ的时空变化太湖浮游植物群落NPQ的时空分布如图4所示.春季太湖蓝藻、绿藻和硅甲藻的NPQ分别在0.012~0.165、0.085~0.201和0.104~0.281之间,秋季则分别在0.035~0.263、0.052~0.118和0.048~0.301之间.蓝藻、绿藻和硅甲藻的NPQ具有季节和空间差异性,统计结果表明,秋季蓝藻的NPQ显著高于春季(P<0.05),草型湖区蓝藻的NPQ极显著低于藻型湖区(P<0.01).NPQ反映了浮游植物光保护能力的大小,它将过多的光能以热的形式耗散掉,防止对光合作用系统造成损伤.NPQ的变化与浮游植物的色素组成有关[32],也受温度、光照、风浪扰动等因子的影响.ZHANG等[11]研究了夏季太湖浮游植物群落的NPQ日变化规律,结果表明,蓝藻、绿藻和硅甲藻的NPQ在中午最高,并且蓝藻的NPQ高于绿藻和硅甲藻;早晨和下午较低,与光强的日变化规律一致.该研究结果表明,太湖浮游植物群落的NPQ具有季节和空间变化,秋季蓝藻的NPQ高于春季,表明秋季蓝藻的光保护能力高于春季,这样可以有效保护秋季位于水体表面的蓝藻光合作用系统不受损伤,有利于蓝藻水华的形成和维持;富营养化水平高的湖区,蓝藻的NPQ也较高,这说明营养盐质量浓度的升高有利于蓝藻提高其光保护能力.草型湖区蓝藻的NPQ较低,这可能与水草的克藻效应有关.绿藻NPQ呈春季高于秋季,表明春季绿藻的光保护能力高于秋季,可能是由于浮游植物群落间的相互作用导致,秋季蓝藻水华能抑制绿藻光合作用活性,破坏光合作用系统.硅藻的NPQ对季节和空间的响应有多样性,由此可以看出,蓝藻、绿藻和硅甲藻的光保护能力具有特异性.

2.4RLC特征参数的时空变化RLC有3个特征参数:α(线性区段斜率,反映光能的利用效率)、rETRmax(最大电子传递速率,表示浮游植物潜在最大光合速率)和Ik(饱和光照强度点,表示浮游植物耐受强光的能力).太湖浮游植物群落RLC的特征参数如表1所示.从表1可见,蓝藻、绿藻和硅甲藻RLC的特征参数存在差异,并且具有季节和空间变化.通常情况下,RLC与光合放氧量之间存在很好的线性关系,也可以反映浮游植物的光合作用活性[3,33].但在环境胁迫条件下,电子传递速率和光合放氧量之间表现出非线性特征.Masojídek等[5]以池塘淡水蓝藻水华为研究对象,测定其电子传递速率和光合放氧量的日变化,结果表明,在光强低于800μmol(m2•s)条件下,二者呈线性关系;当光强高于800μmol(m2•s)时,二者呈非线性关系,因此,用电子传递速率评价光合放氧量需要小心.从表1可见,太湖蓝藻、绿藻和硅甲藻的RLC的特征参数差异显著,并且具有季节和空间变化,表明太湖浮植物群落光合作用活性的差异性和多样性.从季节看,春季蓝藻RLC的特征参数大于秋季;春季绿藻和硅甲藻RLC的特征参数低于秋季.这表明春季蓝藻的光能利用效率和光合作用速率小于秋季,春季绿藻和硅甲藻RLC的光能利用效率和光合作用速率小于秋季.这与浮游植物群落的生理特征和太湖浮游植物群落的周年演替相一致[34-35].从空间看,不同采样点浮游植物群落的RLC特征参数差异显著.蓝藻的RLC特征参数与富营养化水平趋势具有一致性,藻型湖区采样点蓝藻RLC特征参数大于草型湖区,这表明湖泊富营养化水平对蓝藻光响应曲线具有重要影响;而绿藻和硅甲藻RLC特征参数的空间分布具有多态性,这是多种环境因子协同作用的结果.研究[36-37]表明,环境因子对浮游植物光响应曲线具有复合效应,因此,需要深入研究环境因子对浮游植物群落光响应曲线的影响.

2.5相关分析蓝藻、绿藻和硅甲藻的光合作用活性参数与环境因子的相关分析结果见表2.从表2可见,蓝藻的FvFm、α和rETRmax呈显著正相关,表明蓝藻的最大光量子产量与光响应曲线有密切关系;蓝藻的FvFm与ρ(Chla)呈显著正相关,与SD呈极显著负相关.绿藻的FvFm与α和rETRmax呈正相关,但不显著;绿藻的FvFm与环境因子没有显著相关性.硅甲藻的FvFm与α呈极显著正相关,与环境因子没有显著相关性.该研究结果表明,蓝藻、绿藻和硅甲藻的光合作用活性对环境因子的响应差异显著.这与不同藻类群落自身的光合作用系统结构和功能有关,也可能受到环境因子协同效应的影响.蓝藻的FvFm与ρ(Chla)呈显著正相关,与SD呈极显著负相关,表明蓝藻的rETRmax与湖泊富营养化水平密切相关,随富营养化水平升高,蓝藻的最大光合作用能力提高,有利于提高蓝藻竞争力,在浮游植物群落中占有优势.绿藻和硅甲藻的FvFm与单一环境因子没有显著相关性,光合作用活性具有时间和空间异质性,可能是环境因子复合效应的结果,需要进一步深入研究.

3结论

第2篇:光合作用特点范文

关键词:卫星激光测距;最小二乘法;圆拟合;光路调整

DOIDOI:10.11907/rjdk.151344

中图分类号:TP301

文献标识码:A 文章编号:16727800(2015)006003303

基金项目基金项目:

作者简介作者简介:邵永谦(1988-),男,湖北武汉人,中国地震局地震研究所硕士研究生,研究方向为地震观测技术。

0 引言

卫星激光测距(Satellite Laser Ranging)技术是一项应用广泛的空间大地测量技术[1]。进行卫星激光测距时,计算机根据星历预报软件生成跟踪文件,此文件包含预测出的卫星在当前时刻的高度角和方位角,以及卫星和测量台站之间的距离,由此生成卫星在当前时刻位置的期望值;控制系统将生成的期望值发送给伺服跟踪系统,伺服系统驱动动力矩电机跟踪卫星轨道,使发射镜和接收镜始终对准卫星。然后向配备了后向反射棱镜的卫星发射激光脉冲信号。发射镜和接收镜在观测期间持续跟踪卫星,如果发射光的光轴与转台系统的机械轴不重合,就会造成发射的激光脉冲光束逐渐偏移,导致脱靶率提高,从而对观测数据的质量造成影响。传统的调整方式通过人工观察CCD屏幕中激光脉冲光束是否随着望远镜移动而发生偏移,如果发生偏移就通过观测人员反复调整,改变反射光轴指向,直到光轴与机械轴重合为止。利用此方法需不断进行调整,增加了人工劳动强度。本文设计了一个自动判定光轴与机械轴是否重合并调整的系统,能有效提高调整效率及实现自动化调整。

1 系统构成及工作流程

自动判定光轴与机械轴是否重合并调整的系统(见图1)主要由CCD/CMOS摄像机、数据处理模块和调整反射镜姿态电机组成。经反射镜反射的激光脉冲光束在CCD/CMOS传感器图像平面上成像,当光轴与机械轴不重合时,激光脉冲光束会随望远镜的移动而逐渐偏移,在CCD/CMOS传感器图像平面上成像的光斑就会发生移动,系统就自动判定光路需要调整。通过对光斑轨迹进行计算处理得到调整后光斑的位置,最后将调整前后的位置差值回馈给电机移动反射镜使光轴和机械轴重合。此外,判定光轴与机械轴是否重合需要调整两个点,因此在反射镜前需添加一台CCD/CMOS摄像机,其工作流程同上。本设计中光斑中心点和光斑移动轨迹圆心的求取分别用重心法和最小二乘法。

2 基于重心法的光斑中心拟合

本设计要求取光斑移动轨迹的中心(即机械轴在图像平面上成像的点)在图像平面上的坐标,需要在此之前找到光斑的中心点。常用的方法有Hough变换法、最小二乘圆拟合法和文献[2\]~[4\]中所使用的重心法。重心法相对前两种方法计算精度更高,并且只需遍历一幅图像的轮廓后,就可以计算出光斑的中心,满足设计的需要,故采用重心法对光斑移动轨迹进行圆拟合。常用的重心法有二值化重心法和阈值灰度重心法。其中,二值化重心法中设光斑大小为(M*N),经过阈值T判断后得到二值图像,定义为:当f(i,j)≤T时,f(i,j)=0;当f(i,j)>T时,f(i,j)=1。

虽然灰度平方加权重心法的计算速度比二值化重心法稍慢,但计算精度比后者更高,即使光斑形态不近似于高斯分布,使用该方法也能准确计算出光斑的重心。

3 由最小二乘圆法定位光斑移动轨迹圆心实验仿真及精度分析

算出光斑中心点后,还需要对光斑移动轨迹取点进行圆拟合求出圆心坐标。拟合方法除了最小二乘圆拟合法外,还有文献[5]、[6]中采用的以圆心或半径为约束条件的最小二乘圆拟合法。在本文设计中,圆心是待求量而半径是未知且不可测量的,有约束条件的最小二乘圆拟合法并不适用,因此设计采用最小二乘圆拟合法。

3.1 仿真实验设计

受光斑中心拟合精度以及图像特征提取中不确定度等因素的影响,提取圆弧上的特征点数据必然存在噪声。对于本方法来说,在光斑中心拟合精度较高的情况下,圆拟合精度与选取的特征点数量有很大的关系。本文通过使用MATLAB编程模拟激光束光轴偏移时光斑的移动轨迹来对拟合精度情况进行分析。由于激光束位置发生偏移,不与转台系统的机械轴重合时,激光束投影在与机械轴垂直的平面上的点是以机械轴为圆心作圆周运动的,并且其圆心位置及圆的半径都是未知的。此外,在某些情况下,光斑的移动轨迹无法形成一个圆而仅仅是一段圆弧,因此对这两种情况分别进行仿真实验。

当光斑的移动轨迹为一个圆时,先作一个圆心为(20,20),半径R=20的圆,均匀在圆上取点并加入高斯噪声作为选取的特征点。用最小二乘法对这些特征点进行圆拟合,将求出的圆心与已知圆圆心进行拟合精度分析。

3.2 拟合精度分析

因为在光斑中心拟合精度较高的情况下,圆拟合精度与选取的特征点数量有很大的关系。因此通过保持所加随机噪声参数不变,仅改变所选取的特征点的数量,最后求取圆心位置拟合残差比来分析拟合精度,结果如图2和表1所示。

由表1可以看出,当光斑中心拟合的精度不变时,随着选取的特征点数量的增加,圆拟合的精度也在不断提高。但是增加到一定数量后,所求圆心坐标与给定圆心坐标的拟合残差比保持在一定范围(0.2%左右)内,而且选取的特征点数增多也会造成计算量的增加,给系统增加负担。因此综合考虑,特征点的选取在210左右为宜。

在实际的操作中,光斑的移动轨迹可能无法形成一个圆而仅仅是一段圆弧,常见的圆弧对应的圆心角范围为π2,7π4,以下分别选取圆心角为π2、3π4和π的圆弧进行试验,结果如图3和表2所示。

由表2可以看出,在光斑移动轨迹为一段圆弧的情况下,能选取的特征值数量相比光斑移动轨迹为整圆时大幅减少,造成精度下降。由于光斑中心拟合精度较高,虽然圆拟合的精度随着弧段的减小而逐渐的降低,但拟合精度总体上来说还是令人满意的。

4 结语

为了能对激光光束位置进行更有效调整,减少调整次

数和降低人工劳动强度,设计了一个基于最小二乘法圆拟合定位圆心的自动判定光轴与机械轴是否重合并调整的系统。通过仿真实验,得到了较为理想的结果。该自动判定光轴与机械轴是否重合并调整的方法是可行的,为激光卫星测距系统自动调整提出了新的方法。

参考文献:

[1]郭唐永,李欣,谭业春,李翠霞. 中国新一代流动卫星激光测距系统研究[J\]. 武汉大学学报:信息科学版,2006(1):3134,81.

[2]王志干,刘兆蓉,赵雁,李建荣,刘畅. 变形测量系统中激光光斑中心精确定位算法[J\]. 电子测量与仪器学报,2011(6):485489.

[3]黄富瑜,李刚,何永强,应家驹. 全向激光探测系统中光斑精确定位方法研究[J\]. 激光与红外,2010(11):12241228.

[4]周中亮,周冰,何永强,等. 成像型激光探测系统中光斑精确定位方法研究[J\]. 激光技术,2008(3):248251.

[5]朱嘉,李醒飞,谭文斌,等. 基于圆心约束最小二乘圆拟合的短圆弧测量[J\]. 光学精密工程,2009(10):24862492.

[6]刘珂,周富强,张广军. 半径约束最小二乘圆拟合方法及其误差分析[J\]. 光电子・激光,2006(5):604607.

第3篇:光合作用特点范文

[关键词]激光焊接;工艺;质量

前言

激光是辐射的受激发射光放大的简称,由于其独有的高亮度、高方向性、高单色性、高相干性,自诞生以来,其在工业加工中的应用十分广泛,成为未来制造系统共同的加工手段。用激光焊接加工是利用高辐射强度的激光束,激光束经过光学系统聚焦后,其激光焦点的功率密度为104-107W/cm2,加工工件置于激光焦点附近进行加热熔化,熔化现象能否产生和产生的强弱程度主要取决于激光作用材料表面的时间、功率密度和峰值功率。控制上述各参数就可利用激光进行各种不同的焊接加工,这种焊接工艺在未来工业事业中将会得到广泛的应用与研究。激光焊接与传统的焊接方法相比,激光焊接尚存在设备昂贵,一次性投资大,技术要求高的问题,使得激光焊接在我国的工业应用还相当有限,但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线和柔性制造。其中,激光焊接在汽车制造领域中的许多成功应用已经凸现出激光焊接不同于传统焊接方法的特点和优势,也为许多大功率激光器制造商和激光焊接设备制造商提供了更为诱人的经济效益前景。

1.激光焊接的一般特点

激光焊接是利用激光束作为热源的一种热加工工艺,它与电子束等离子束和一般机械加工相比较,具有许多优点:激光束的激光焦点光斑小,功率密度高,能焊接一些高熔点、高强度的合金材料;激光焊接是无接触加工,没有工具损耗和工具调换等问题。激光束能量可调,移动速度可调,可以多种焊接加工;激光焊接自动化程度高,可以用计算机进行控制,焊接速度快,功效高,可方便的进行任何复杂形状的焊接;激光焊接热影响区小,材料变形小,无需后续工序处理;激光可通过玻璃焊接处于真空容器内的工件及处于复杂结构内部位置的工件;激光束易于导向、聚焦,实现各方向变换;激光焊接与电子束加工相比较,不需要严格的真空设备系统,操作方便;激光焊接生产效率高,加工质量稳定可靠,经济效益和社会效益好。

2.激光焊接工艺与方法

2,1双/多光束焊接。双/多光束焊接的提出最初是为了获得更大的熔深和更稳定的焊接过程和更好的焊缝成形质量,其基本方法是同时将两台或两台以上的激光器输出的光束聚焦在同一位置,以提高总的激光能量。后来,随着激光焊接技术应用范围的扩大,为减小在厚板焊接,特别是铝合金焊接时容易出现气孔倾向,采用以前后排列或平行排列的两束激光实施焊接,这样可以适当提高焊接小孔的稳定性,减少焊接缺陷的产生几率。

2.2激光-电弧复合焊。激光-电弧复合焊是近年激光焊接领域的研究热点之一。该方法的提出是由于随着工业生产对激光焊接的要求,激光焊接本身存在的间隙适应性差,即极小的激光聚焦光斑对焊前工件的加工装配要求过高,此外,激光焊接作为一种以自熔性焊接为主的焊接方法,一般不采用填充金属,因此在焊接一些高性能材料时对焊缝的成分和组织控制困难。而激光一电弧复合焊集合了激光焊接大熔深、高速度、小变形的优点,又具有间隙敏感性低、焊接适应性好的特点,是一种优质高效焊接方法。其特点在于:可降低工件装配要求,间隙适应性好;有利于减小气孔倾向;可以实现在较低激光功率下获得更大的熔深和焊接速度,有利于降低成本;电弧对等离子体有稀释作用,可减小对激光的屏蔽效应,同时激光对电弧有引导和聚焦作用,使焊接过程稳定性提高;利用电弧焊的填丝可改善焊缝成分和性能,对焊接特种材料或异种材料有重要意义:激光与电弧复合焊的方法包括两种,即旁轴复合焊和同轴复合焊。旁轴激光电弧复合焊方法实现较为简单,但最大缺点是热源为非对称性,焊接质量受焊接方向影响很大,难以用于曲线或三维焊接。而激光和电弧同轴的焊接方法则可以形成一种同轴对称的复合热源,大大提高焊接过程稳定性,并可方便地实现二维和三维焊接。

3.激光焊接过程监测与质量控制

激光焊接过程监测与质量控制一直是激光焊接领域研究和发展的一个重要内容,利用电感、电容、声波、光电、视觉等各种传感器,通过人工智能和计算机处理方法,针对不同的激光焊接过程和要求,实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝成形质量监测等,并通过反馈控制调节焊接工艺参数,从而实现高质量的自动化激光焊接过程。

3.1激光焊接过程监测。利用各种传感器对激光焊接过程中产生的等离子体进行检测是常用和有效的方法,如图1所示。根据检测信号的不同,激光焊接质量检测主要包括以下几种方式:光信号检测,检测对象为激光焊接过程中的等离子体(包括工件上方和小孔内部)光辐射和熔池光辐射等。从检测装置的安装来看,主要包括与激光束同轴的直视检测、侧面检测和背面检测。使用的传感器主要有光电二极管、光电池、CCD和高速摄像机,以及光谱分析仪等。声音信号检测,检测对象主要为焊接过程中等离子体的声振荡和声发射。等离子体电荷信号,检测对象为焊接喷嘴和工件表面等离子体的电荷。利用光电传感器检测激光焊接过程中等离子体光辐射强度的变化是激光焊接过程监测与控制的重要方法之一。国内外研究工作表明,利用光电传感器可以自动检测出焊接过程中因激光功率、焊接速度、焦点位置、喷嘴至工件表面距离、对接间隙等工艺条件的波动引起的焊缝熔深和成形质量的变化,不仅可以诊断出诸如咬边、烧穿、驼峰等焊缝成形缺陷,而且在一定工艺条件下还可以检测焊缝内部质量,例如,气孔倾向的严重程度。

3.2激光焊接过程控制。激光焊接过程控制的主要内容就是对焊接工艺参数的控制。在激光焊接时,光束焦点位置是影响激光深熔焊质量最关键而又最难监测和控制的工艺参数之一。在一定激光功率和焊接速度下,只有焦点处于最佳焦点位置范围时,才可获得最大熔深和良好的焊缝成形。偏离这个范围,熔深则下降,甚至破坏稳定的深熔焊过程,变为模式不稳定焊接或热导焊。但实际激光焊接时,存在多种因素影响焦点位置的稳定性,包括因非平面工件和焊接变形引起的焊接喷嘴一工件距离变化,激光器窗口、聚焦镜等元件热透镜效应引起焦点位置的变化,以及光束在飞行光路中不同位置引起焦点位置的变化等。如何迅速确定激光焦点位置并将其控制在合适的范围,一直是激光焊接迫切要求解决而又难度很大的课题。

第4篇:光合作用特点范文

关键词:电力系统;通信;光纤长距离;通信技术;要点

随着电力系统规模的日益扩大,人们对电力系统的安全性、稳定性、可靠性提出了更高的要求。因此,电力企业将通信与电力有效结合,形成电力通信系统、电力安全稳定控制系统、电力调度自动化系统,对电力系统的运行予以控制,一旦电力系统存在故障,通信系统会将故障信号传输到控制中心,以便工作人员对电力系统故障予以处理,提高电力系统应用性。但以往所构建的电力通信系统存在一些缺陷,使得系统应用效果不佳。对此,应当采用光纤长距离通信技术来弥补以往电力通信系统存在的不足,提高电力通信系统的应用效果。

一、光纤长距离通信技术

所谓光纤长距离通信技术是指运用光导纤维作为传播媒介,来对信号进行传输,进而实现信息传递的通信方式。光纤是由玻璃材料组成的,其具有串绕小、保密性佳、稳定性好等特点,这使得光纤长距离通信技术应用的过程中,不会出现信号泄漏、形成回路等情况。由此可以说明,光纤长距离通信技术具有以下特点。

其一,信息传播速度快。相对以往所应用的通信技术来说,光纤长距离通信技术具有信息传播速度快的特点。因为此项技术采用光导纤维作为传播媒介,其大大优于传统电缆,巨大的宽带,使得光纤可以有效的传播信息,良好的严密性,使得光纤传播信号不会出现泄漏的情况。这使得光纤长距离技术满足当今电力通信对信息传播的要求,促使其应用日益广泛。

其二,优异的抗干扰性。光纤长距离通信技术具有优异的抗干扰性也是传统通信技术所无法比拟的。光纤长距离通信技术之所以具有优异的抗干扰性,原因就在于其具有自我调节能力,也就是在自然环境变化的情况下,自我调节,避免受到温度、湿度的影响,使得信号传播效果不佳。

其三,数据低错误码率与更长的传输距离。在我国城镇化进程不断加快的情况下,农村地区通信水平日益提高。此种情况下就需要进行长距离的信号传输。而长距离的信号传播对通信技术设备有较高的要求,传统的通信技术难以满足要求。但光纤长距离通信技术刚好适用,能够在长距离的情况下快速、高质的进行信号传播。所以,光纤长距离通信技术具有数据低错误码率与更长的传输距离特点。其四,更加可靠的安全性。随着我国通信需求的加大,通信的危险性也逐步增大。但光纤长距离通信技术的应用,可以改变此种局面,其结构得到优化,能够长时间的、安全的、可靠的进行信号传播。

二、电力系统通信中的光纤长距离通信技术要点分析

综合以上对光纤长距离通信技术的概述,可以充分说明光纤长距离通信技术可以弥补传统通信技术的不足,明确其技术要点,合理的应用到电力系统通信中,可以大大提高电力系统的通信质量、通信效率、通信安全性。

1.电力特种光缆技术分析。在电力通信系统中,使用光缆主要是进行电力系统设计。而电力特种光缆则是电力系统有的线路杆资源架设所构成的电力通信光缆。它的有效应用可以使电力通信系统更加优质的使用。当然,要想实现电力特种光缆的有效应用,应当对其技术予以了解,进而结合电力系统实际情况,合理选用。电力特种光缆技术有:

1.1ADSS技术。ADSS技术的全称为全介质自承光缆,其自身性质为完全绝缘的自承式架空光缆,不含有可导材料,并使用纺纶材料,使得其具有承受力大、受温度影响小等特点。因此,ADSS技术比较适用于110KV及以下线路,高效、稳定、可靠的传输信号。但在此需要说明的是ADSS技术的使用寿命较短,一般不高于25年。原因在于ADSS技术容易受电磁腐蚀,降低其性能,进而使得其使用寿命降低。因此,如若在电力通信系统中应用此项技术,工作人员应当详细了解线路电场情况,精准计算塔杆上电场分布,进而合理规划设计ADSS技术的应用,必要的时候需要使用AT外护套加以保护。

1.2OPGW技术。OPGW技术全称为光纤复合架空地线,它是利用传统意义上的线路与光纤相结合而形成的,这使其具有良好的机械性、导电性、传播速度、保密性等特点。另外,此项技术还弥补了ADSS技术的一些不足,如其可以应用在110KV或更高电压的输电线路中;其具有防范雷击等意外方面的性能等。当然,OPGW技术也不是非常完美的,其也存在一些缺陷,如其对线路和杆塔强度要求较高,在利用OPGW技术时线路或杆塔强度方面不能满足技术应用要求,那么此项技术的应用将会存在一些缺陷,表现在电力系统通信传播中,使得电力系统通信效果不佳;在明确利用OPGW技术的前提下进行线缆架设,需要进行停电处理,否则将影响光纤复合架空地线的应用,还会威胁工作人员的人身安全。所以,在电力通信系统中应用OPGW技术,应当详细了解此项技术的优缺点,分析其是否满足电力通信系统建立和实施的目的,进而合理应用此项技术,促使其可以在电力通信系统中切实有效的应用。

1.3MASS技术。这种光缆与OPGW光纤在结构上有着相同之处,同样为不锈钢光纤校合了一层镀锌钢丝。因此MASS技术具有多种特点,即信号传播稳定、应用强度大、防电腐蚀性能佳、传播速度快、结构紧凑等。基于此点,可以说明MASS技术的某些特点与OPGW技术相似,也有一些特点与ADSS技术相似,说MASS技术是ADSS技术与OPGW技术的结合产物一点也不为过。所以,在电力通信系统中,需要从MASS技术特点出发,合理运用此项技术。

1.4OPPC技术。OPPC技术全称为光纤符合架空相线。它是将光纤单元符合在相线中,使其具有通信能力、电力架空相线能力。因此,在OPPC技术具体应用的过程中,会表现出良好的传输能力、良好的热稳定性、良好的耐腐蚀性等特点,促使其在电力系统系统中具有较高的应用性。所以,电力系统通信中,掌握OPPC技术特点,可以合理运用此项技术。

2.电力特种光缆中的选型。在电力系统中运用光纤长距离通信技术,除了需要注意电力特种光缆技术的应用之外,还要合理的进行电力特种光缆的选型。在电力系统通信中应用光纤,主要是进行光信号的传输。光纤的特性不同,光纤传播系统的宽带和传输距离容易受到影响。因此,在对电力特种光缆进行选型的过程中,应当对光纤传输的波段及光纤的种类予以了解,选择适合的光纤类型,将其应当到电力系统通信中,再加之电力特种光缆技术的正确选用,可以大大提高电力系统通信的效率和质量。目前,光纤类型有七种,各种类型光纤的速率、容量、传播波段、成本、色散情况等方面都存在一定差异,在选择光纤类型时工作人员需要结合相关规范性要求,对光纤的速率、容量、传播波段等因素予以了解,进而选择最为适合的一种类型。

三、结语

在我国科学技术水平不断提高的情况下,电力系统中所应用的通信技术也不再不断创新和优化。目前所推出的光纤长距离通信技术具有多种优点,可以弥补传统通信技术的不足,使电力系统通信质量、效率、安全性大大提高。但要想使其切实有效的应用,需要明确电力特种光缆技术选用、光纤类型选用等技术要点,合理运用光纤长距离通信技术,才能使我国电力系统通信水平提高。总之,光纤长距离通信技术科学合理的应用在电力系统通信中是非常有意义的。

参考文献:

[1]张华琛.电力系统通信中的光纤长距离通信技术分析[J].信息通信,2013(8):177-177.

[2]郑媛媛.电力系统通信中的光纤长距离通信技术分析[J].河南科技,2014(20):29-30.

第5篇:光合作用特点范文

关键词:桑树;光合作用;光能利用率;影响因子

中图分类号:S888.2;Q945.11 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2011)24-5028-04

Research Progress on the Photosynthesis Characteristics of Mulberry

HUANG Shu-jun1,2,YU Cui2,XIONG Chao2,DENG Wen2,YE Chu-hua2,HU Xing-ming2

(1. College of Life Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, China;

2. Industrial Crops Institute, Hubei Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430064, China)

Abstract: The research progress on the photosynthesis characteristics of mulberry over the last ten years was summarized from the aspects of photosynthesis rate and its variation regularity, factors influencing photosynthesis stand on rising solar energy use efficiency and economic value of mulberry plant. Advisement on subjects that should be focused on in mulberry photosynthesis research was pointed out.

Key words: mulberry; photosynthesis; solar energy use efficiency; influncing factor

光合作用是植物生长发育的基础,提高光合作用、实现作物增产和品质改良一直是国内外光合作用研究和作物遗传育种等领域关注的热点。桑树是落叶性乔木或灌木植物,也是多年生经济作物,桑叶作为家蚕(Bombyx mori L.)传统的饲料,是养蚕业的重要物质基础。近十年来,科技工作者们围绕光能高效转化的机理,对桑树展开了大量的光合生理生态研究,包括桑树光合作用的基本特性以及光合速率对光强、温度、CO2浓度等微气象因子的响应,各种逆境胁迫和人工栽培技术的实施对桑树光合特性的影响等等[1-6]。桑树90%以上的干物质来源于桑叶的光合作用[7],研究桑树光合特性,对提高和延长有效光合作用、增加养分的制造与积累、提高桑叶质量意义重大,而且可为桑树选择优良品种、优质高效高产栽培技术构建等提供理论依据。现将近几年有关桑树光合特性的研究动态进行概述,旨在为桑树科研和生产提供参考。

1 桑树光合作用的基本特性

自然条件下植物光合作用的日变化曲线大体上有两种类型,一种是单峰型;另一种是双峰型[8]。光合作用的“午休”现象是自然界普遍存在的现象,引起植物光合作用出现“午休”现象的因素有很多,一般认为导致光合作用降低的因子包括气孔限制和非气孔限制。而最主要的影响因素,一是午间气温升高,羧化效率下降;二是由于缺水而引起的气孔导度降低或造成叶片局部产生水分胁迫。桑树的光合作用日变化规律研究表明[1],桑树净光合速率的日变化多数为双峰曲线。杜伟等[9]在研究云南省不同海拔地区桑树光合作用的特性时发现,海拔1 280 m处(蒙自县草坝镇蚕蜂所)、海拔1 640 m处(蒙自县冷泉镇竹木孔村)桑树的净光合速率日变化表现为单峰型,峰值出现在12∶00;而海拔2 200 m 处(鹤庆县金墩乡邑头村)桑树的净光合速率的日变化具有明显的“午休”现象,呈现双峰曲线变化,峰值分别出现在10∶00和16∶00。李贤忠等[10]在云南省草坝农场果桑试验示范园对果桑的光合作用进行了测定,结果净光合速率日变化呈双峰曲线,其在上午8∶00~11∶00快速上升,于11∶00达到最大值,净光合速率为3.81 μmol/(m2・s),此时出现第一次高峰,以后开始下降,13∶00为低谷,此时净光合速率为0.89 μmol/(m2・s),而后又开始回升,14∶00出现第二次高峰,净光合速率为2.26 μmol/(m2・s),14∶00~19∶00逐步下降至最低值。桑树光合作用的变化规律,不仅存在着日变化规律,还存在季节变化规律。孙磊等[11]对桑树品种育71-1进行春季光合作用特性的研究后发现,桑树光合速率在每年的3~5月逐渐上升,至6月份趋于平稳,此时是桑树光合作用的旺盛期,也是桑树积累营养、增强树势、提高产叶量的有利时期。

2 影响桑树光合作用的因素

与光合作用密切相关的内在因素(如品种、叶片位置)或者环境因素(如光照强度、温度、干旱、CO2浓度、矿质营养元素等)发生变化时,光合速率将会随之改变。

2.1 品种

不同桑树品种的光合速率、光补偿点和光饱和点、光响应曲线均存在差异。蒋文伟等[12]研究了湖桑32号、农桑l4号和丰田2号3个桑树品种的光合特征,结果表明3个品种的光补偿点为湖桑32号>农桑l4号>丰田2号;光饱和点为丰田2号>农桑l4号>湖桑32号。从而说明了光补偿点低的丰田2号、农桑14号比湖桑32号较耐阴,而对光强利用范围大的丰田2号、农桑14号比湖桑32号更喜光。这与傅亚萍等[13]的研究结果基本一致。王茜龄等[14]对选育的3个三倍体桑树新品系光合速率进行了比较分析,发现新培育的人工三倍体桑树嘉陵31号、32号、33号的产量高,光合速率极显著地高于二倍体对照品种湖桑32号,这可能是受叶片的结构包括叶片厚度、栅栏组织与海绵组织的比例、叶绿体和类囊体的数目等的影响。通过桑树多倍体诱导获得的果叶兼用新品种嘉陵30号(四倍体)的光合速率日变化曲线高于其二倍体亲本中桑5801号的光合速率日变化曲线,说明多倍体的光合速率比无性系亲本二倍体的光合速率要高[15],这与在水稻、高粱、甜菜等作物上的研究结果一致[16-18]。杜伟等[9]研究云南省3个不同海拔地区桑树的光合作用时,发现只有1个试验区的桑树各品种净光合速率差异不显著。

2.2 叶片位置

桑树不同叶位的净光合速率存在着一定的差异,其中第八至第十叶位叶片的净光合速率较高[1,10]。林强等[19]以构建的桑树幼叶cDNA文库为基础,根据文库中EST的同源序列设计特异性引物,克隆了桑树光合系统IpsaE基因,该基因mRNA在桑树不同组织及部位的转录水平有明显的差异,在幼叶和中部叶片的转录水平最高,其次为上部叶片、顶芽和下部叶片。扈东青等[20]采取同样的方法克隆了光合系统ⅡMPsbR基因,其在幼叶及顶芽的表达量最高,其次为上部叶、中部叶和下部叶。二者可能只是显示出了某些光合生理反应的亚基,随着受光位置的不同,基因的表达量也有所不同,这与前人的研究结果相符[1]。

2.3 光照强度

光照强度对桑树的生长发育影响很大,在一定光照强度范围内,随着光照强度的增加,光合速率也相应增加。当光照强度增加到某一位点时,光合速率不再增加,若光强再增加,光合速率则呈下降趋势。同一品种在不同生长时期叶片的光合速率并不相同[10,11]。谌晓芳等[21,22]研究川桑、鸡桑光合速率影响因素时发现,光照强度较低时,光合速率增加不多;在光照强度达到1 100 lx以上时,光合速率与光照强度之间几乎呈直线关系,并预测随着光强增加,桑树的光合速率增大的潜力很大。李贤忠等[10]研究果桑的光合特性时发现,光合有效辐射的日变化呈单峰曲线变化,而净光合速率的日变化呈双峰曲线,但光合有效辐射的最大值出现在13∶00,为1 151.12 μmol/(m2・s),正好是净光合速率日变化“午休”的时间。这说明由于强光导致了高温,从而造成水分亏缺、气孔关闭和CO2供应不足,进而引起净光合速率的下降。

2.4 温度

对经济作物中棉花、辣椒、烟草等的光合作用研究认为,植物的光合作用有其适宜的温度范围。温度影响光合作用催化反应过程中的酶活性和膜透性[23],因此温度是影响桑树光合作用的关键因素之一。许楠等[24]将桑树幼苗进行低温锻炼后,其净光合速率在冷胁迫下比未经低温锻炼的可保持较高的数值,常温2 d后可恢复至正常水平,而未经低温锻炼的没有得到恢复,经过低温锻炼的桑树幼苗叶片最大净光合速率明显高于未经低温锻炼的正常幼苗。这说明经过一定低温锻炼的幼苗能有效避免叶细胞受冷胁迫的伤害。

2.5 干旱

干旱间接影响光合速率,缺水一方面会导致气孔关闭以减少蒸腾作用,阻止CO2进入叶内[25];另一方面使叶片淀粉水解加强、糖类堆积、光合产物输出缓慢,导致光合速率下降[26]。任迎虹[27]对四川省攀西优良桑品种干旱胁迫的研究表明,随干旱的加强,桑树净光合速率降低并在严重胁迫时出现负值。在干旱胁迫过程中,抗旱性较强的南叶1号和云桑1号的净光合速率大于抗旱性较弱的湖桑32号和新一之濑。因此在干旱胁迫条件下,桑树的净光合速率大小与桑树的抗旱性能强弱具有一定的相关性。聚乙二醇诱导的干旱胁迫对桑树的光合作用影响明显大于构树,这种影响不仅体现在净光合速率上,而且还体现在原初光能转化效率和实际光合效率以及电子传递能力上[28]。

2.6 CO2浓度

目前的研究热点是对于特定的植物和环境条件而言,CO2浓度升高能在多大程度上促进植物的光合作用;另一方面,植物是否通过改变自身光合器官的生物化学组分来适应高CO2浓度环境,从而使得其在未来CO2浓度倍增条件下的光合速率下降至目前的对照水平。研究发现,胞内CO2浓度与大气CO2浓度有同步变化的趋势,大气CO2浓度在早晚有较大幅度的升高,其余时段则较为平稳,而中午的胞内CO2浓度降低与气孔活动状态密切相关[29]。由于净光合速率的升高,使CO2的同化作用加快,从而导致胞间CO2减少;而净光合速率降低时,细胞呼吸作用所释放的CO2积聚在细胞间隙中,使胞间CO2增加[30]。孙磊等[11]对国家种质资源镇江桑树圃桑树光合作用月变化及主成分分析后得出,光合速率与胞间CO2浓度呈负相关,这其中是叶温、蒸腾速率起主导作用,而胞间CO2含量、气孔导度处于次要地位。

2.7 矿质营养元素

矿质营养元素对植物光合作用的影响,主要是通过调节叶绿素的合成与降解来起作用。盐胁迫下细胞的膜透性随盐处理浓度的升高而增大,结果可使叶绿素分解加速、根系活力下降和净光合速率下降。盐胁迫能显著增大桑树幼苗叶片的质膜透性和含量,破坏膜系统结构功能的完整性与稳定性,致使细胞内的物质外渗、某些代谢酶功能降低、叶绿素降解、蛋白质发生变性甚至细胞死亡[31]。柯裕州等[32]通过设置5个盐分梯度,研究NaC1胁迫对桑树幼苗光合作用的影响,结果表明,随光照强度增大,处理之间净光合速率的差异逐渐显著,适当的低盐浓度能促进桑树幼苗的光合作用,而高盐浓度则抑制其光合作用。

此外,一些学者还分析了SO2胁迫[33]、杀虫剂[34]、种植模式[35,36]、栽培管理模式[37]等因素对桑叶光合作用的影响,这为桑树抗逆育种、栽培管理技术的制定、合理区划及减少桑叶生产风险提供了试验依据。

3 展望

桑树光合特性研究虽然取得了较多成果,但是在生产上仍存在不少难题亟待解决。因此,加强开展以下领域的研究就显得尤为重要。①在研究广度上与生产实际相结合,进行环境因子、植物内在因子以及多因素互作的分析;结合桑园生态条件,加强主栽品种的单株树体和单位群体的光合作用研究,为生产上调整栽培密度、优化群体结构、提高单位面积群体的光合利用率,从而为实现高产优质打下理论基础。②植物光合产物分配格局影响因子的研究国外已经很多,但国内关于桑树的此类研究鲜见报到[38]。未来的研究需要整合最优理论、源库关系假说和相关生长关系假说,对桑树光合产物分配机制做进一步的探讨。③加强桑树光合作用机理研究,譬如与光合作用关系密切的光合酶体系、光合电子传递体系等研究深度要加大;借助现代分子生物技术,逐步完善桑树光合系统遗传转化体系,应用基因抑制或敲除等基因工程技术来阐明基因功能,从分子水平上探索桑树高效光合作用的机理,使桑树成为高效的、将太阳能转变为生物能量的作物。

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第6篇:光合作用特点范文

关键词: 光合作用 细胞呼吸 曲线 表格

光合作用与细胞呼吸是高中生物的主干知识和历年高考命题的热点,特别是影响光合作用和细胞呼吸的因素及在农业生产中的应用更是高考命题的重中之重,并常综合图表考查学生对信息的分析和处理能力。本文结合典型例题就光合作用与细胞呼吸中曲线表格题的解题思路和方法进行分析。

一、曲线题解题策略

坐标曲线题能将大量的信息隐藏在图像之中,较全面地考查学生获取、处理和用运信息的能力。解题的关键是做到以下几点:一是明确纵横坐标的含义;二看曲线的特殊点(起点、顶点、转折点、交叉点、终点)所示的含义;三看曲线的变化趋势,如上升、平衡、转折等。

例题:图中甲表示A、B两种植物光合效率随光照强度的变化曲线,乙表示将A植物放在不同浓度CO环境条件下,A植物光合效率受光照强度影响的变化曲线,请分析回答:

(1)在较长时间连续阴雨的环境中,生长受到显著影响的植物是 。

(2)图甲中的“b”点表示 。

(3)在c点时,叶绿体中ADP的移动方向是 。

(4)e点与d点相比较,e点时叶肉细胞中C的含量 ;e点与f点相比较,e点时叶肉细胞C中的含量 。(填“高”“低”或“基本一致”)

解析:本题以曲线形式考查光合作用的影响因素和学生的识图、分析推理能力。从图甲中可以看出a点时完全没有光照,此时光合作用强度为零,此点对应的值为呼吸速率;b点时光合作用强度与呼吸作用强度相等,该点对应的光照强度为光补偿点;c点光合作用强度达到最大,即c点对应的光照强度为光饱和点。曲线a到c段,光合速率随着光照强度的增强而增大,这时光照强度通过影响光反应限制光合速率;c点以后光合速率不在随着光照强度的增强而增加,此时限制光合作用的因素将是CO等。

(1)A和B两条曲线相比较,B植物适宜在弱光下生长,长时间连续阴雨A植物生长受影响。

(2)b点对应的光照强度为光补偿点。

(3)考查叶绿体中ATP的合成与水解,即光反应与暗反应的场所。ADP由叶绿体基质移向类囊体膜合成ATP。

(4)分析图乙可知,d点与e点比较,CO浓度相同,而光照强度d点低于e点,影响光反应,产生的ATP和NADPH不足,C的还原受阻,因此叶肉细胞中C的含量d点高于e点;e点与f点相比,光照强度相同,是CO浓度对光合速率的影响,f点CO的浓度低,暗反应中CO的固定受限制,而e点不受影响,因此叶肉细胞中C的含量e点较高。

二、表格题及解题策略

表格数据题以表格的形式呈现数据,通过数据的变化及关系反映生物学现象及规律之间的联系,具有文字量小、信息量大、直观明了的特点,有利于考查学生分析和处理信息的能力。

例题:为了探究植物体呼吸强度的变化规律,研究人员在不同的温度和不同的氧含量下,测定了一定大小新鲜菠菜叶的CO释放量(表中为相对值),请据表分析回答:

(1)为了能使实验数据真实地反映呼吸强度的变化,在实验环境条件上应特别注意的是什么?为什么? 。

(2)表中数据反映出当氧含量从0.1%上升到3.0%时,CO释放量下降,其原因是O含量上升,抑制了 呼吸的 阶段;当氧含量从20%上升到40%时,植物呼吸强度的变化是 。其原因 。

(3)就图中数据分析,蔬菜长期贮藏的最佳环境控制条件是 。此条件下植物细胞内CO的产生场所是 。

解析:解答表格题首先要完整提取表中的信息,读表的方法有:一看(看第一横行和第一纵列所示的统计内容和指标),二比(纵横比较找出数据间的关系和变化规律),三找(找出表格中的特殊数据,如最大、最小、关键数据或某数据处出现拐点的独特数据等)。做到这三点,表中信息就不会有遗漏,然后挖掘表中的隐含信息,联系相关知识点,将表中数据的进行处理和转换。

第7篇:光合作用特点范文

《激光雷达技术原理》以测量学和数据处理理论和方法为基础,讲授激光雷达技术的基本原理和数据后处理方法,同时结合实际案例讲解激光雷达技术在测绘、地质和工程等领域的应用前景和亟待解决的问题。由于激光雷达是一项测绘新技术,国内还没有成熟的教材,因此结合国际上较为权威的专著《AirborneandTerrestrialLaserScanning》[5]以及国内外相关的研究和应用成果自编了教程,对学生采取了“了解—新型传感器原理”“熟悉—激光扫描仪操作”和“掌握—激光点云数据后处理方法”的教学模式,以达到从理论到实践的教学效果。

1.1了解新型传感器原理

首先,以学生熟悉的全站仪为对照,让学生了解激光雷达是一种集成了多种高新技术的新型测绘仪器,具有非接触式、精度高(毫米级/亚毫米级)、速度快(可达120万点/秒)、密度大(点间距可达毫米级)的优势,且数据采集方式灵活,对环境光线、温度都要求较低。其次,让学生理解LiDAR的测量原理主要分极坐标法和三角测量法两种。其中,对于极坐标法测量,使学生了解测距的关键在于时间差的测定,引出两种常用的测时方法:脉冲法和相位法;让学生理解直接测时和间接测时的区别以及各自的优缺点,从而进一步了解脉冲式和相位式激光扫描设备的优势、局限性以及应用领域。最后,通过介绍激光雷达采集数据的扫描方式,让学生了解不同平台上的激光雷达传感器的工作特点,如固定式激光扫描仪适合窗口式和全景式扫描,车载、机载以及星载平台适合移动式扫描等。

1.2熟悉激光扫描仪操作

考虑到各类平台激光雷达的作业特点以及现有设备的情况,《激光雷达技术原理》课程以地基三维激光扫描仪为重点,让学生熟悉仪器的外业操作。尽管激光扫描仪数据采集的自动化程度较高,外业采集仍然需要解决扫描设站方案设计和不同扫描站间连接点选择等问题,要求学生在熟悉激光扫描仪软硬件操作的同时,还要掌握激光扫描仪外业采集方案的设计:踏勘工作区,分析研究最优化的扫描设站方案和坐标转换控制点选择,画出相关的设计草图,并设置主要扫描设站的标志。要求设站位置既要保证与相邻站的重叠,又要覆盖尽量大范围的被扫描对象,以减少设站数,从而提高外业数据采集效率。

1.3掌握激光点云数据后处理方法

利用点云数据可视化与点云原始存储格式之间的明显反差,让学生了解激光点云数据后处理的重要性和难点,及其已成为制约激光雷达技术应用瓶颈的现状。根据学生的理解程度,选取了点云的拼接/配准、点云的滤波和分类、点云的分割和拟合等后处理方法,要求学生掌握相关的算法并编程实现。

1.3.1点云的拼接/配准点云拼接是将2个或2个以上坐标系中的大容量三维空间数据点集转换到统一坐标系统中的数学计算过程。要求学生掌握如何解决点云拼接的两个关键问题:同名特征的配准以及旋转矩阵的构造。对于同名特征的配准,使学生了解常用配准方法的特点和适用范围,如ICP方法适合用于精拼接,而基于特征面的方法对场景特征分布要求较高等。着重让学生掌握最常用的人工标靶识别,以及特征面匹配,后者有别于学生所熟知的点特征匹配;对于旋转矩阵的构造,拓展学生在《摄影测量学》[6]中学习的基于欧拉角的旋转矩阵构造,掌握角-轴转角系和单位四元数方法。

1.3.2点云的滤波和分类要求学生了解滤波和分类的目的是解决激光脚点在三维空间的分布形态呈现随机离散的问题。掌握基于高程突变和空间形态学的点云滤波和分类方法。让学生理解单一的信息量会导致算法不稳健,从而引出多源数据融合的思路。目前,已经有很多激光扫描仪生产厂商推出的新产品中实现了多传感器平台的集成,如激光扫描仪会搭载小像幅的数码相机,甚至有些系统还提供由集成传感器生成的红外影像。每种数据源都有其自身的优点和局限性,将多源数据融合能够弥补各个单数据源的局限性,增大信息量,从而提高滤波和分类方法的稳健性。

1.3.3点云的分割和拟合要求学生掌握实现点云分割的相似性原则:平面性、曲面平滑度和邻域法向,以及常用的点云分割方法表面生长法。考虑到点云拟合是由离散激光点坐标计算特征模型参数的过程,要求学生掌握点云拟合中两个主要问题的解决方法:粗差剔除及最优解获取。

2实践教学法

实践教学是卓越工程师培养体系中一个重要的组成部分。作为技术性的测绘工程学科,除应用测量仪器采集数据、应用计算机处理数据的基本能力外,还需要构建实践教学体系以培养学生在实践中选用适当的理论、技术、仪器设备和作业方法解决测绘工程与地理空间信息产品生产实际问题的能力,从而使学生接受测绘工程与地理空间信息产品生产方案设计、实施以及实际应用中测绘工程解决方案确定等系统化训练。《激光雷达技术原理》课程实习要求学生全面应用所学知识,利用实习场地,依据实习目的和要求在老师的指导下分组独立完成全部实习内容。实习仪器为中国地质大学(北京)遥感地理信息工程教研室使用教育部采购专项购买的RIEGLLMSZ620三维激光扫描仪。《激光雷达技术原理》课程实习的目的主要是使学生通过三维激光扫描仪的使用,进一步巩固和加深理解相关理论知识和技术方法。要求熟悉三维激光扫描仪数据采集与处理(包括DEM、等高线和剖面图生成以及三维建模等)的全过程。通过实践性教学,不仅能够让学生掌握基本的软、硬件使用操作方法和LiDAR测量项目的作业流程,而且能够加深学生对所学专业理论知识的理解。培养学生的应用能力、创新能力以及严肃认真、实事求是、吃苦耐劳、团结协作的精神。要求学生必须参加每一个实习环节,协作完成实习任务,独立完成实习报告。实习内容主要包括以下部分。

2.1三维激光扫描

数据的外业采集要求学生分组完成测区划分和踏勘,确定测站位置,根据测区地形,设计外业数据采集方案,完成外业设站、反射标靶布设和数据采集工作。学生需要完成校园内建筑物点云数据和奥林匹克森林公园地形点云数据的采集。

2.2点云数据预处理

要求学生分别利用随机软件RiSCANPRO和上机C语言编程对外业采集的三维点云数据进行预处理,包括点云数据的滤波和拼接。

2.2.1点云滤波1)手动滤波要求学生利用RiSCANPRO对点云数据进行滤波。RiSCANPROv1.7.0有两种模式,即Filterdata和Terrainfilter。前者针对一般数据,后者对于提取地形的数据有明显效果。2)自动滤波要求学生上机应用C语言编程实现数学形态学方法、移动窗口滤波法、迭代线性最小二乘内插法、基于可靠最小值的滤波方法等常用的地形滤波算法,对外业采集的数据进行滤波,并对各算法的结果进行比较和分析。图1为学生基于虹湾地区嫦娥一号激光测高数据,利用五种滤波方法滤波后的数据点残差值分布图[7]。

2.2.2点云拼接1)基于反射标靶的点云拼接要求学生利用RiSCANPRO软件,结合外业数据采集时布设的标靶连接点,对地形和建筑物点云数据进行拼接。激光点云数据的拼接有两种方式:公共反射体的方式和采用使所有的反射体处于同一坐标系统的方式。在实际操作过程中,要求学生对两者结合使用,以期达到更好的拼接效果。2)基于特征面的点云拼接要求学生在对点云进行拟合的基础上,选取至少三对相互正交的特征面,利用C语言上机编程,实现基于特征面的点云拼接,并与单纯基于点的拼接结果进行对比,分析不同方法的优缺点。

2.2.3地形数据处理对地形数据的处理主要包括三角化、平滑、生成等高线和剖面。三角化参数的设置可参考量测工具量测出的点云中两点之间的距离初步设定,这个值可适当调整,目的在于使图中的点云数据彼此之间能尽量大面积地构成三角网;要求学生对已经完成三角化的数据进行平滑处理;针对已经完成平滑的数据,利用RiSCANPRO软件生成等高线。剖面图的显示既可以针对三角化之前的数据,也可以针对三角化之后(包括完成平滑的数据)来操作。

2.2.4建筑物几何模型重建针对《激光雷达技术原理》数据处理方法的教学内容,指导教师结合自身的研究成果组织研究生开发了点云分割和拟合以及三维建模等软件模块,考虑到学生的掌握程度和实用性,要求学生在利用软件模块实现点云数据分割和拟合的基础上,利用AutoCAD软件手工建立建筑物的几何三维模型,基于3DSMAX软件建立建筑物纹理模型。图2为暑期教学实习中指导学生利用商业软件和自主开发的软件模块重建的地大校园主要建筑物的三维模型。

3结束语

第8篇:光合作用特点范文

关键词:平接口电路;光电耦合器

中图分类号:TP39 文献识别码:A 文章编号:1001-828X(2017)007-0-01

一、引言

接口电路是计算机系统的重要组成部分,程序、原始数据和各种现场采集到的温度、流量、压力、速度、电流、电压等不断变化的物理信息,需要通过接口电路送入计算机.程序运行结果、结算结果或各种控制信号需要通过接口电路送到显示器、打印机、压力表、传感器等其它设备,以便显示、打印及实现各种控制动作。计算机能直接处理的信号是一定范围内的数字量、开关量和脉冲量,与外部的其它设备所使用的信号可能完全不同。因此,需要通过接口电路将这些信号转变成适合对方的形式,如将电平信号变为电流信号、将弱电信号变为强电信号、将数字信号变为模拟信号、将并行数据格式变为串行稻莞袷降[1]。

光电耦合器作为近年发展起来的新型器件,利用采集到的电信号使内部发光二极管发光、光感器件感应到光后产生相应电信号,完成不同形式信号之间的转换,因其具有的输入、输出信号相互电隔离的独特优点,在计算机接口电路的设计中应用比较广泛。

二、光电耦合器

1.光电耦合器定义

将发光器件和光电接收器组合成一体,制成的具有信号传输功能的器件,称为光电耦合器[2]。光电耦合器件可分为两类:一类为光电隔离器,其功能是在电路之间传送信息,以实现电路之间的电气隔离和噪声消除;一类为光传感器,用于检测物体的位置或者检测物体有无的状态。

2.光电耦合器特点

光电耦合器具有下列特点:

(1)电隔离功能。它的输入、输出信号间完全没有电路的联系,所以输入和输出回路的电平零位可以任意选择。

(2)信号传输是单向性的,不论脉冲、直流都可以使用,适用于模拟信号和数字信号。

(3)抗干扰和噪声能力。在作为继电器和变压器使用时,可以使线路上看不到磁性元件,它不受外界电磁干扰、电源干扰和杂光影响。

(4)响应速度快。一般可达微秒数量级,甚至纳秒数量级。

(5)使用方便。具有一般固体器件的可靠性,体积小、质量轻、抗震、密封防水。性能稳定,耗电省,成本低工作温度范围广。

(6)即具有耦合特性又具有隔离特性。

三、光电耦合器应用设计

某接口电路板在设计时需要完成信号隔离、电平转换及驱动功能,采用光电耦合器作为主器件进行电路设计,以实现所需功能,主要功能框图如下:

按照接口电路板的功能需求,采用光电耦合器TIP621-4将外部模拟量、离散量转换成数字量后送入计算机系统总线;采用光电耦合器TIP621-4将计算机系统总线上的数字量转换成外部设备需要的离散量和模拟量,进行驱动后送出。由于光电耦合器具有隔离功能,输入的模拟量、离散量后计算机总线上的数字量之间以及计算机总线上的数字量和输出的模拟量、离散量之间没有任何的电流信号的接通,即输入、输出的信号之间没有相互的干扰。接口电路板主要原理图如图2所示。

四、结语

利用光电耦合器设计的接口电路,不但实现了不同电平之间的转换,且有效隔离了前后级之间的相互影响;输入、输出信号独有的光信号传输方式,防止外部设备产生的电磁、噪声、尖峰浪涌等干扰信号传入到计算内。光电耦合器组成的接口电路板功能既满足了计算机与外部设备的正常信号交换,又提高了计算机工作的可靠性,具有良好的市场前景。

参考文献:

第9篇:光合作用特点范文

这类题型,以简洁的方式表达大量的信息,能考查学生的综合能力。特别是能有效地考查学生对生物概念的理解和对某些生理过程的认识。另外,理科综合生物部分,高考中还未出现过画图作答的题型,因此,不但要加强图形分析能力的培养,还要加强画图作答能力的训练。

一、关于坐标曲线题的解题思路

1、单一变量问题

坐标曲线图中,常见的是二维坐标,X轴表示自变量,Y轴表示因变量,如果图形中没有其它的变量出现,我们把这类图形归纳为单一变量问题,通常只有一条曲线。如图一,研究的是其它条件(温度等)不变的情况下,植物CO2吸收量与光照强度的关系。这类曲线的解答常分三步:

①读图:

识标:读懂坐标X、Y所表示的生物学含义(定量时注意数值和单位),理解两者之间的相关性。如图,CO2吸收量是随光照强度的改变而改变的。

找点:读懂曲线中的特殊点(起点,终点,顶点,低点,交点等)的含义。如图一, A点体现了一定条件下植物的呼吸强度; B点为光补偿点;C点为光饱和点。

走线:读懂曲线的走势及线形,即从全局上把握曲线的趋势是上升,下降,波动或者稳定,线形是“S”形、“J”形或者其它。

②.析图:

分析图中为什么会出现这些特殊点,为什么曲线有这样的趋势?分析过程中,要分点、分段地研究,要把图中曲线体现出来的知识与课本内的有关生物学概念、原理、规律等建立起联系。

如图一,CO2的吸收量体现了净光合速率,考查的内容是影响光合作用的外界因素(光照强度)、光合作用与呼吸作用的关系等。图中A点时光照强度为0,植物只有呼吸作用,CO2放出量(吸收量为负值)就是呼吸量;AB段表明随着光照强度的增强,光合作用逐渐加强,CO2放出量逐渐减少(部分用于光合作用),但光合作用呼吸作用强度,植物需要吸收更多的CO2。C点以后,由于CO2浓度、温度等的制约,影响了暗反应的强度,从而制约了整个光合作用的强度,所以C点以后光合作用不再加强。

③作答:

理解题意的基础上,结合以上的分析,用曲线帮助思考,理清头绪,挖掘信息,抓住曲线的本质,确定解题思路。

总之,解题时,基础是读图,关键是分析,目的是将图中信息与课本知识建立起联系,强调的是收集图中的信息。如果出现画曲线图的试题,在解题思路上,首先要对材料和题意进行分析,确定X轴和Y轴,建立坐标系,标上数值和单位。关键找出因果关系:X轴是原因,Y轴是结果。第二,确定一些特殊点的位置,包括起点、终点、最高点、最低点、交点、拐点等。第三,将这些特殊的点连起来后,确定曲线的变化趋势和整体形状是否正确。

2、多变量问题

如图二,共有三个变量:光照强度、CO2浓度、光合速率。该图是反映光照强度和CO2浓度对光合速率的影响。我们把图中有三个或更多个变量的题型归纳为多变量问题。图中常出现多条曲线。解决问题的关键是先确定其中一个自变量对因变量的影响,逐一进行分析。

(1)造成A、B两点光合速率不同的主要因素是什么?由于A、B两点位于同一曲线上,即同一CO2浓度下,因此就转化成了单一变量的问题了,答案是:光照强度。(2)造成B、C两点光合速率不同的主要因素是什么?由于B、C两点所处的光照强度相同,同样也转化成了单一变量的问题,答案是:CO2浓度。(3)几个因素综合,这类曲线图的分析有这样的规律:P点以前,影响纵坐标(光合速率)的因素是横坐标所示的变量(光照强度);Q点以后,横坐标所示的变量,不再是影响纵坐标的因素,要改变光合速率,就要适当改变图中其他的变量(CO2浓度);而在PQ之间,光照强度和CO2浓度共同影响到光合速率。

二、坐标曲线图与其他形式的转换

曲线图与其他图形之间,与表格数据之间,都可以进行转换,这是命题的热点,复习的重点。现在以曲线图与直方图的转换为例进行讨论。直方图的特点是在坐标中,使数据更加直观化。解题的关键不仅要理解横、纵坐标的含义,而且更强调所示数据的本质。

如图三表示某植物的非绿色器官在不同氧浓度下CO2释放量与O2吸收量的变化。根据以葡萄糖为底物的有氧呼吸的反应式可知, O2的吸收量等于有氧呼吸中CO2的释放量。因此,P点以前,CO2的释放量大于O2的吸收量,说明该器官无氧呼吸与有氧呼吸同时进行,且阴影部分就是无氧呼吸释放的CO2量。P点以后,两线重合,说明该器官只进行有氧呼吸。P点是无氧呼吸的消失点。

图三也可转换成图四所示的直方图形式。对照两图,a点就是氧浓度为0时的情况; c点就是CO2总释放量为最低时的情况;d点就是图三中P点的情况。

三、典型例题

例1.如图可代表的生物学含义是

A.如X表示蔗糖溶液浓度,Y可表示溶液中萝卜块质量的变化。

B.如X表示光照强度,Y可表示光合作用强度。

C.如X表示环境温度,Y可表示变温动物的耗氧量。

D.如X表示氧浓度,Y可表示酵母菌产生酒精的量。

【解析】当蔗糖溶液浓度增加,萝卜细胞渗透作用失去水分增多,溶液中萝卜块质量减小。一定范围内,随光照强度增强,植物光合作用增强。一定范围内温度增强,变温动物体温增高,耗氧量增加。随氧浓度增加,酵母菌无氧呼吸减弱,酒精量减少,直至完全停止。

这是一种下降趋势曲线,其它还有上升趋势、上升后下降、下降后上升等等。建议复习中,将一些动态的生理过程按趋势归纳到对应的曲线中。

答案是A。

例2.某植物种子在适宜条件下,鲜重的变化情况如图所示,A表示萌发的种子,B表示休眠或死亡的种子。据图判断,种子萌发时干重发生的变化是

A.在第Ⅰ阶段显著增加,第Ⅱ阶段相对不变。

B.在第Ⅰ阶段显著减少,第Ⅲ阶段显著增加。

C.在第Ⅰ、Ⅱ阶段变化很小,第Ⅲ阶段显著减少。

D.在第Ⅰ、Ⅲ阶段显著增加,第Ⅱ阶段变化很小。

【解析】除了对图中两条曲线分析外,还要从图中提取有用的信息,特别要注意萌发种子形态变化,第Ⅲ阶段是胚根突破种皮长成根,并非长出幼叶。第Ⅰ阶段通过吸胀吸水、第Ⅲ阶段主要通过渗透吸水,鲜重显著增加。整个过程中,并没有光合作用,反而在第Ⅰ、Ⅱ阶段通过无氧呼吸,消耗一定量的有机物。进入第Ⅲ阶段,有氧呼吸增加,有机物大量消耗。

答案是C

例3.细胞增殖过程中,测定一定数量细胞的DNA含量,根据细胞DNA含量不同,将某种连续增殖的细胞分为三组,每组的细胞数如图例3-1所示。据图分析其细胞周期,不正确的是

A.乙组细胞正在进行DNA复制

B.细胞分裂间期的时间比分裂期长

C.丙组中只有部分细胞的染色体数目加倍

D.将周期阻断在DNA复制前会导致甲组细胞数减少

【解析】根据横坐标上DNA分子数的变化,可知本题考查的是细胞有丝分裂。解题的关键是要明确三组细胞分别对应细胞周期的哪个时期,比较直观的方法就是对照图例3-2。甲组包含间期末复制的细胞(包括子细胞,因为子细胞进入了下一细胞周期的间期),如果细胞周期阻断在复制前,甲组细胞会增多;乙组指的是间期正在复制的细胞;丙组包括了复制完成后,一直到子细胞形成前的各个时期的细胞,其中只有在后期细胞着丝点分裂以后,才出现染色体加倍。

答案是D。

例4.如图表示大豆种子萌发成幼苗的过程中,其鲜重和有机物含量的变化曲线。请据图回答问题。

(1)曲线②表示______的变化?为什么会有这样的走势?

(2)能否确定幼苗的光合作用是从时间B开始的?

(3)综合图中信息,设计和绘出植物在此过程中CO2吸入量变化的曲线。