Кинетика биологических процессов - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Существует много экспериментальных данных об изменении интенсивности фотосинтетических электрон-транспортных потоков в зависимости от условий эксперимента: температуры, освещения, наличия трансмембранного потенциала, окислительно-восстановительного потенциала среды. В модели это соответствует изменению констант скоростей переноса электрона на отдельных участках цепи.
В частности, для хроматофоров пурпурных бактерий Chroma-tium minutissimum и Rhodospirillum rubrum был установлен факт увеличения констант скоростей циклического транспорта и выноса за пределы комплекса РЦ в акцепторной части цепи при понижении окислительно-восстановительного потенциала среды. Это свидетельствует о существовании в фотосинтетическом аппарате бактерий регуляторного механизма, обеспечивающего интенсификацию электронного транспорта в акцепторной части цепи и на участке циклического транспорта при увеличении концентрации экзогенного донора (понижении редокс-потенциала среды). Регуляция электронных потоков в акцепторной части цепи и на участке циклического транспорта может происходить путем электростатического влияния зарядов компонентов комплекс? реакционного центра и его ближайшего донорно-акцепторного окружения на величины констант скоростей переноса электрона на входе и выходе из комплекса. С ростом потока электронов от экзогенного донора растет общая восстановлекность ЭТЦ, а также относительное число элементарных электрон-транспортных цепей, в которых отдельные переносчики находятся в восстановленной форме. Кулоновское влияние зарядов этих переносчиков вызывает значительное изменение констант скоростей туннельного переноса на регулируемых участках, что в свою очередь проявляется в изменении кинетических характеристик оксидоредукций фотоактивного пигмента, наблюдаемых в эксперименте.
В модели, учитывающей эти предположения, константа скорости переноса электрона на регулируемых участках предполагалась различной в зависимости от того, окислен или восстановлен сторонний переносчик. Расчеты, проведенные с использованием представлений о туннельном переносе (Чернавская, Чернав-ский, 1977), показали, что в случае слабого электрон-колебатель-ного взаимодействия электростатическое влияние зарядов компонентов комплекса способно обусловить изменение констант скоростей регулируемых реакций в нужных пределах.
§ 7. МОДЕЛИ ПРОДУКЦИОННОГО ПРОЦЕССА РАСТЕНИЙ
Агробиоценоз — это сложная система, функционирование которой представляет собой совокупность процессов биотического и абиотического характера. При выборе методов моделирования агробиоценоза и степени сложности модели определяющая роль должна отводиться цели моделирования. Обычно такой целью является выбор оптимальной стратегии проведения сельскохозяйственных мероприятий; орошения, полива, внесения удобрений, наилучших сроков посева или посадки растений с целью получения максимальных урожаев.
Определение оптимальных стратегий управления процессом с применением методов теории управления возможно только при наличии математической модели, описывающей процессы, которыми
предполагается управлять. Поскольку агробиоценоз нуждается в оперативном управлении, для его описания следует использовать динамические модели, позволяющие вычислять значения характеристик процесса в любой момент времени от начала до конца вегетации.
Сложность агробиоценоэа не позволяет подойти к описанию его функционирования как к единому процессу. Поэтому целесообразно представлять всю систему происходящих в агробИоцено-зе процессов в виде блочной иерархической структуры. Обычно проводится деление модели на биотический к абиотический блоки. Среди биотических процессов выделяют блоки: роста и развития посева сельскохозяйственных культур, функционирования почвенной микрофлоры, функционирования почвенной фауны, развития энтамофауны, развития болезней сельскохозяйственных культур, взаимодействия сельскохозяйственной культуры с сорняками и др.
Абиотические блоки включают в себя модели, описывающие ряд геофизических процессов, характеристики которых важны для функционирования биотических процессов: формирования теплового, водного режима почвы и приземных слоев воздуха, концентрации и передвижения биогенных и токсических солей, различных остатков распада пестицидов, ростовых веществ и метаболитов в почве, концентрации СОг в посеве и проч.
Блочная структура моделей дает большие преимущества для моделирования, позволяя изучать, изменять и детализировать одни блоки, не меняя других. Как правило, число параметров, которые входят внутрь блоков, существенно больше числа параметров, которыми блоки соединяются друг с другом.
Работы в области математического моделирования агробиоценозов ведутся по двум направлениям. Строятся модели отдельных блоков. В частности, детализируется описание фотосинтеза на уровне листа (Лайск, 1977). Синтезируются целостные динамические модели, способные прогнозировать изменение во времени ряда характерных параметров растений, начиная от всходов (иногда от момента посева) до завершения вегетации (созревания). В настоящее время модели второго типа строятся для конкретных культур в конкретных условиях выращивания и называются моделями формирования урожая. Подобные модели имеются для пшеницы, трав (люцерны), картофеля, кукурузы, хлопчатника (Бондаренко и др., 1982).
