生物生长过程中呈现多种多尺度现象。然而在生物生长过程中,光照对其多长度尺度生长形态的形成及其发展的调制作用尚未得到深入的解释。本文将高分子凝胶与具有光敏性的钌催化Belousov-Zhabotinsky(BZ)化学反应体系耦合,构建了一个一维反应-扩散体系,研究其反应-扩散动力学及受到外部光刺激下的变化规律。实验发现一维凝胶体系化学波的传播距离在时间上的演化形成了不同的多长度尺度时空斑图。当对体系施加一个不同强度或者不同方式的光照刺激进行调制时,多长度尺度的斑图结构会发一系列规律性的变化。其中BZ反应的振荡频率是形成斑图结构以及影响化学波传播的关键因素。首先研究了在钌催化BZ均相反应体系中,光强对振荡频率的影响,发现光作为一个强有力的外部刺激,对体系具有诱导与抑制双重作用;体系振荡频率随光强增加具有非单调性变化关系,先升高后降低。随着反应物溴酸钠(Na Br O3)或者硝酸(HNO3)浓度的增加,使得振荡频率上升的光强区间减小,光照的抑制作用增加;随着丙二酸(MA)浓度的增加,振荡频率上升的光强区间增大,光诱导作用增加。接下来,在一维BZ凝胶封闭体系中,研究了光强对化学波传播的时空斑图的影响,发现体系的振荡频率随光强增加发生与均相体系趋势一致的非单调性变化。化学波传播的时空斑图呈多长度尺度结构,且随着光强的增加,该多长度尺度的复杂性也呈非单调性变化,时空斑图多长度尺度周期变化为:P4(周期4)→P8→P16→P8→P4→P2→P1。另外,研究了三种BZ反应物浓度对光致多长度尺度斑图的影响,得到各组分浓度、光强与斑图多长度尺度的周期之间的关系相图。结果表明,对于Na Br O3和HNO3组分,在低浓度区间,多长度尺度时空斑图周期呈单调下降变化:P16→P8→P4→P2→P1。在高浓度区间,体系振荡频率快,低光强诱导作用使其振荡频率缓慢上升,多长度尺度时空斑图的复杂性增加,由P4增加到P8,体系达最大振荡频率时,增加到P16,继续增加光强,光抑制振荡,体系振荡频率缓慢下降,时空斑图由复杂变简单,多长度尺度时空斑图周期呈非单调变化:P4→P8→P16→P8→P4→P2→P1。MA浓度对体系振荡频率的影响具有双向作用,随着其浓度增加,振荡频率先升高后降低。在其较低浓度及较高浓度区间,体系振荡频率低,多长度尺度时空斑图周期单调性下降:P16→P8→P4→P2→P1;在中间浓度区间,多长度尺度时空斑图周期呈非单调变化:P4→P8→P16→P8→P4→P2→P1。然后,用周期性的光照对一维BZ凝胶开放体系中的化学波进行调制,发现光强的周期性变化能够与凝胶中化学波传播相互耦合,形成间歇型的波群结构以及波浪状起伏的准周期结构。随着光照变化周期的增加,化学波传播先发生间歇波群结构变化:I2(间歇2型)→I3→I4→I5→I6→I7→I8→I9,然后出现准周期结构。改变最大光照强度以及光照变化的周期时间,实验结果得到最大光强、周期时间以及化学波传播时空斑图结构的相图,相图分为五个区域:(1)不同步区;(2)弱扰动区;(3)锁频区;(4)非锁频区;(5)稳态区域。最后,根据实验结果,提出了光敏性BZ振荡反应的机理,利用修正的Oregonator模型对实验结果进行了定量模拟,得到了和实验现象基本一致的模拟结果,对实验结果的机理解释提供了合理的依据。本论文受生物光合作用生长特性的启发,将高分子凝胶与BZ化学反应耦合建立一个仿生的反应扩散体系,利用外部光照刺激,研究体系多长度尺度时空斑图动力学变化规律。通过化学实验和模拟来更好的认识生物复杂的生长结构与演化规律,探究生物生长形态的形成机理。