植物葉片光合速率測定技術應用

1、植物葉片光合速率測定技術應用光合作用是唯一能把太陽能轉化為穩(wěn)定的化光合作用是唯一能把太陽能轉化為穩(wěn)定的化學能貯藏在有機物中的一個化學過程，是農學能貯藏在有機物中的一個化學過程，是農作物產量形成的決定性因素。作物產量形成的決定性因素。植物生理學、生態(tài)學、作物栽培學、作物育植物生理學、生態(tài)學、作物栽培學、作物育種學、林學、植物營養(yǎng)、病理等研究工作中，種學、林學、植物營養(yǎng)、病理等研究工作中，經常需要測定光合速率，根據(jù)實驗材料選擇經常需要測定光合速率，根據(jù)實驗材料選擇一種快速、準確而又簡便的光合速率測定方一種快速、準確而又簡便的光合速率測定方法，以滿足科學研究的需要。法，以滿足科學研究的需要。CO2

2、+ 2H2O* + 4.69kJ (CH2O) + O*2 + H2O 原則上可以測定任一反應物的消耗速原則上可以測定任一反應物的消耗速率或產物的生成速率來表示光合速率。率或產物的生成速率來表示光合速率。 測定方法：測定方法：CO2的吸收的吸收 O2的釋放的釋放 有機物的積累有機物的積累光合作用的總反應式：光合作用的總反應式：(一一) 氧氣的釋放氧氣的釋放 氧電極（實驗20） 離體測定(二二) 干物質的積累干物質的積累 半葉法（實驗21） 離體測定 群體光合能力 離體測定 （三）（三）CO2的吸收測定光合速率的吸收測定光合速率 1. 化學滴定法化學滴定法 主要測定呼吸（實驗主要測定呼吸（實驗2

3、2） 2. pH法（已經淘汰）法（已經淘汰） 3. 紅外線氣體分析儀紅外線氣體分析儀(IRGA)法法 聯(lián)體測定聯(lián)體測定 具有靈敏度高、反應迅速，抗干擾性強，操作方具有靈敏度高、反應迅速，抗干擾性強，操作方便，可以進行活體的、連續(xù)的測定等突出優(yōu)點，因便，可以進行活體的、連續(xù)的測定等突出優(yōu)點，因而被廣泛應用于農業(yè)測定和科學研究中。而被廣泛應用于農業(yè)測定和科學研究中。1 紅外線氣體分析儀工作原理紅外線氣體分析儀工作原理 紅外線經過紅外線經過CO2氣體分子時被氣體分子吸收，氣體分子時被氣體分子吸收，透過的紅外線能量減少，被吸收的紅外光能量的透過的紅外線能量減少，被吸收的紅外光能量的多少與該氣體的吸收系

4、數(shù)（多少與該氣體的吸收系數(shù)（K），氣體濃度（），氣體濃度（C）和氣層的厚度（和氣層的厚度（L）有關，并服從朗伯）有關，并服從朗伯-比爾定律，比爾定律，可用下式表示：可用下式表示：E=E0eKCL E0為入射紅外光的能量，為入射紅外光的能量，E為透過的紅外光的為透過的紅外光的能量能量CDSRA350R CO2對紅外線的最大吸收峰：對紅外線的最大吸收峰： H2O吸收紅外線，同理應用紅外線技術測吸收紅外線，同理應用紅外線技術測量氣體中水分的含量。量氣體中水分的含量。 H2O對紅外線的最大吸收峰：對紅外線的最大吸收峰： 紅外線氣體分析儀只能進行紅外線氣體分析儀只能進行CO2濃度和濃度和H2O濃度的測定

5、，要測定光合速率必須與氣路系統(tǒng)相濃度的測定，要測定光合速率必須與氣路系統(tǒng)相結合。結合。 常用的氣路系統(tǒng)主要有：常用的氣路系統(tǒng)主要有： （1）開放式氣路系統(tǒng)）開放式氣路系統(tǒng) （2）密閉式氣路系統(tǒng)）密閉式氣路系統(tǒng)2 2 光合作用測定的氣路系統(tǒng)光合作用測定的氣路系統(tǒng) 公式：公式：Pn=FC/SCO2 2穩(wěn)定穩(wěn)定CO2 2氣體氣體（1）開放式氣路系統(tǒng)）開放式氣路系統(tǒng)1. 長時間動態(tài)監(jiān)測長時間動態(tài)監(jiān)測2. 恒態(tài)測定；維持恒態(tài)測定；維持CO2穩(wěn)定值穩(wěn)定值3. 測定光光合曲線：測定同一個葉片測定光光合曲線：測定同一個葉片 不同光強下的光合速率不同光強下的光合速率4. 測定測定CO2光合曲線；測定同一個葉片光

6、合曲線；測定同一個葉片 不同不同CO2下的光合速率下的光合速率開放式氣路系統(tǒng)的優(yōu)點：開放式氣路系統(tǒng)的優(yōu)點： 5. 測定光呼吸：測定光呼吸：R=Pn2-Pn21 低氧氣體（低氧氣體（23O2，360ppmCO2） 與正常空氣（與正?？諝猓?1O2，360ppmCO2） 測定不同氣體下的光合速率之差即為光呼吸。測定不同氣體下的光合速率之差即為光呼吸。 6. 控制溫度下光合速率的測定控制溫度下光合速率的測定 7. 濕度曲線：濕度曲線： 控制進入葉室中氣體的濕度控制進入葉室中氣體的濕度公式：公式：Pn=C/tV/SCPAR(2) (2) 密閉式氣路系統(tǒng)密閉式氣路系統(tǒng)一）一）TPS-1TPS-1光合儀的

7、基本配置光合儀的基本配置主機主機葉室葉室紅外儀與供氣系統(tǒng)紅外儀與供氣系統(tǒng)連接葉室分析氣管A連接葉室參比氣管B操作鍵盤連接充電器電源開關顯示屏連接葉室連接數(shù)據(jù)傳輸線顯示屏亮度調節(jié)孔光源和遮光片光源和遮光片TPS-1光合測定系統(tǒng)測定原理與氣路連接光合測定系統(tǒng)測定原理與氣路連接 1. 1. 氣路系統(tǒng)（開放式）氣路系統(tǒng)（開放式）CO2H2O穩(wěn)定穩(wěn)定CO2氣體氣體穩(wěn)定穩(wěn)定H2O氣體氣體測定的參數(shù)：測定的參數(shù)：光合速率：光合速率：A；蒸騰速率：；蒸騰速率：E；氣孔導度：；氣孔導度：G細胞間隙細胞間隙CO2濃度：濃度：CI；呼吸速率：；呼吸速率： -A 開放式氣路對氣路的連接要求非常嚴格，開放式氣路對氣路的

8、連接要求非常嚴格，參比氣和分析氣口不能反接。參比氣和分析氣口不能反接。 PLC A：分析氣路的出氣口，葉室管子上分析氣路的出氣口，葉室管子上標有標有“A”，連接主機上的，連接主機上的“A”； PLC R：葉室參比氣供應進氣口，葉室管葉室參比氣供應進氣口，葉室管子上標有子上標有“R”，連接主機上的，連接主機上的“R”。2.2.氣路連接氣路連接干燥劑管堿石灰管堿石灰管水分平衡器空氣進氣口吸收吸收 堿石灰管吸收堿石灰管吸收CO2，調零和控制，調零和控制CO2干燥劑管吸收水分，調零和控制水分干燥劑管吸收水分，調零和控制水分4. 4. 鍵盤功能鍵盤功能 09為正常的數(shù)字輸入鍵。為正常的數(shù)字輸入鍵。 Y=

9、Yes，接受一個數(shù)值，接受一個數(shù)值， 或進入下一菜單?；蜻M入下一菜單。 N=No，結束一個操作時按此鍵。，結束一個操作時按此鍵。 R=在測量狀態(tài)下，按此鍵記錄測定結果。在測量狀態(tài)下，按此鍵記錄測定結果。 X=轉換，在測量狀態(tài)時，按此鍵在測定參數(shù)和轉換，在測量狀態(tài)時，按此鍵在測定參數(shù)和 計算結果的數(shù)據(jù)之間交替顯示。計算結果的數(shù)據(jù)之間交替顯示。1REC：測定：測定2CAL：校正：校正 3DMP：數(shù)據(jù)輸出：數(shù)據(jù)輸出 4CLR：清除內存：清除內存 5CLK：時鐘校正：時鐘校正 6DIAG：診斷：診斷按按“1”進入測定模式顯示以下菜單：進入測定模式顯示以下菜單： 1REC 2CAL 3DMP 4CLR

10、5CLK 6DIAG（三）（三）TPS-1光合系統(tǒng)操作步驟光合系統(tǒng)操作步驟開機，顯示主菜單：開機，顯示主菜單：SET PLC 1:BROAD 2:UNIVERSAL SET PLC：選擇葉室選擇葉室 1:BROAD：標準葉室標準葉室 2:UNIVERSAL：通用型葉室通用型葉室 按按“2” 選擇通用型葉室選擇通用型葉室1 REC:M/A 2 INT:001 FLO:300選擇葉室后顯示選擇葉室后顯示設置菜單設置菜單1：1REC：記錄類型；：記錄類型；A:自動記錄自動記錄; M:手動記錄手動記錄 按按“1”鍵在鍵在“A”和和“M”間轉換間轉換2INT：自動記錄的時間間隔；：自動記錄的時間間隔；M

11、記錄時為記錄時為“0”FLO ：氣體流量，固定值，不需要設定。：氣體流量，固定值，不需要設定。 按按“1”鍵選擇鍵選擇M 按按“Y”鍵，然后顯示：鍵，然后顯示：1 LIGHT=SUN(or LAMP)1LIGHT：設置光源類型；：設置光源類型； SUN為自然光，為自然光，LAMP為人工光源。為人工光源。2LEAF AREA：夾入葉室內的實際葉面積：夾入葉室內的實際葉面積2 按按“1” 鍵選擇光源類型；鍵選擇光源類型；按按“2” 鍵輸入葉面積；鍵輸入葉面積；按按“Y”鍵，然后顯示：鍵，然后顯示：設置菜單設置菜單2 ：不同類型葉室夾葉片的方法：不同類型葉室夾葉片的方法：PARPAR 1 P:01

12、R:01 FREE RECORDS nnn1 P：小區(qū)號，用戶輸入，用于識別不同處理；：小區(qū)號，用戶輸入，用于識別不同處理；R： 記錄號，如改變小區(qū)號，記錄號重新設置為記錄號，如改變小區(qū)號，記錄號重新設置為01；FREE RECORDS nnn：存儲器剩余存儲數(shù)量。：存儲器剩余存儲數(shù)量。按按“1”鍵可以改變小區(qū)號，輸入?yún)^(qū)號范圍鍵可以改變小區(qū)號，輸入?yún)^(qū)號范圍01-89。按按“Y”鍵，然后儀器進入預熱狀態(tài)，屏幕顯示鍵，然后儀器進入預熱狀態(tài)，屏幕顯示: WARM UP DELAY TEMP.= 40設置菜單設置菜單3 3： C nnnn +/-nnn Q nnnnC：參比：參比CO2濃度，以濃度，以

13、ppm為單位；為單位；+/-nnn：分析氣與參比氣：分析氣與參比氣CO2濃度差值，單位濃度差值，單位ppmQ：光量子通量密度，單位：光量子通量密度，單位molm-2s-1；H：參比水蒸氣壓，以毫巴為單位（）；：參比水蒸氣壓，以毫巴為單位（）；+nn.n ：分析：分析氣與參比氣水蒸氣壓之間的差值，氣與參比氣水蒸氣壓之間的差值， 以毫巴為單位；以毫巴為單位；T：葉室溫度，以：葉室溫度，以為單位。為單位。當完成預熱后（當完成預熱后（55），顯示測定菜單：），顯示測定菜單：按轉換鍵（按轉換鍵（X）可以交替顯示測定數(shù)據(jù)和計算結果：）可以交替顯示測定數(shù)據(jù)和計算結果： E nn.nn G nnnn T nn

14、A +/-nn.n CI nnnnE：蒸騰速率，以：蒸騰速率，以mmolm-2s-1為單位；為單位；G：氣孔導度，以：氣孔導度，以mmolm-2s-1為單位；為單位；T：葉片溫度，以：葉片溫度，以為單位；為單位；A：光合：光合/呼吸速率，單位：呼吸速率，單位：molm-2s-1； 正正 值為光合速率，負值為呼吸速率。值為光合速率，負值為呼吸速率。CI：細胞間隙：細胞間隙CO2濃度，以濃度，以ppm為單位。為單位。 1REC 2CAL 3DMP4CLR 5CLK 6DIAG1 REC:A/M 2 INT:001 FLO:3001Y1: LIGHT = SUN (or LAMP) 2: LEAF

15、AREA = 05.0 1 P:01 R:01 nnnFREE RECORDS nnnYNC nnnn +/-nnn Q nnnnH nn.n +/-nn.n T nn.nEnn.nn Gnnnn TnnA+/-nn.n CInnn XY Y1: CO CONTROL2: H O CONTROL.CO2 STEP n (MAX=6)N=CHANGE Y=OKH2O STEP n (MAX=4)N=CHANGE Y=OK12YYY3YY12YNNCO2 CONC = nnnnKEY0 WHEN STEADYY21: SCREEN DISPLAY2: DATA DUMP 1/2?PLOT 01 R

16、EC 0109/03 12:193N12清除內存1:SEE DATA INPUT2:INITIALISE654CR: nnnnn A:nnnnn Z:nnnnnDISPLAY 11HUMIDITY REF: nnn ANALYSIS: nnnYDISPLAY 2N MenuN MenuLCT nnn PAR nnnnDISPLAY 3DISPLAY 4YRHT nnn ANT nnnATP nnnn AUX nnnYN MenuN Menu進行初始化測試代碼0 4 6 22輸入標準C O 濃度2無標準C O H O,不 能 進 行該步驟操作2Y顯示下一個結果N返回主菜單PC傳輸診斷儀器性能時鐘

17、校正22TPS-1 光合作用測定系統(tǒng)操作步驟圖NSET PLC 1:BROAD2:UNIVERSAL1/211 CO CAL2 H O CAL222C nnnn -nnn QnnnnH nn.n +nn.n Tnn.nEnn.n Gnnnn TnnA+nn.n CInnn777 選擇待測葉片夾入同化室，給以適當?shù)墓庹?，觀選擇待測葉片夾入同化室，給以適當?shù)墓庹眨^察察CO2值和水分差值變化，待值和水分差值變化，待CO2值穩(wěn)定后值穩(wěn)定后(40秒秒1min)按按“X”轉換鍵觀察結果，記錄測定結果。轉換鍵觀察結果，記錄測定結果。 一個葉片的測定結束，進行另一葉片的測定一個葉片的測定結束，進行另一葉片的測定。 （四）（四） 光合速率的測定光合速率的測定E 02.01 G 0120 T 25.A +18.3 CI 0098C 0385 -035 Q 0600X測