植物叶片光合速率测定技术应用

1、植物叶片光合速率测定技术应用光合作用是唯一能把太阳能转化为稳定的化光合作用是唯一能把太阳能转化为稳定的化学能贮藏在有机物中的一个化学过程，是农学能贮藏在有机物中的一个化学过程，是农作物产量形成的决定性因素。作物产量形成的决定性因素。植物生理学、生态学、作物栽培学、作物育植物生理学、生态学、作物栽培学、作物育种学、林学、植物营养、病理等研究工作中，种学、林学、植物营养、病理等研究工作中，经常需要测定光合速率，根据实验材料选择经常需要测定光合速率，根据实验材料选择一种快速、准确而又简便的光合速率测定方一种快速、准确而又简便的光合速率测定方法，以满足科学研究的需要。法，以满足科学研究的需要。CO2

2、+ 2H2O* + 4.69kJ (CH2O) + O*2 + H2O 原则上可以测定任一反应物的消耗速原则上可以测定任一反应物的消耗速率或产物的生成速率来表示光合速率。率或产物的生成速率来表示光合速率。 测定方法：测定方法：CO2的吸收的吸收 O2的释放的释放 有机物的积累有机物的积累光合作用的总反应式：光合作用的总反应式：(一一) 氧气的释放氧气的释放 氧电极（实验20） 离体测定(二二) 干物质的积累干物质的积累 半叶法（实验21） 离体测定 群体光合能力 离体测定 （三）（三）CO2的吸收测定光合速率的吸收测定光合速率 1. 化学滴定法化学滴定法 主要测定呼吸（实验主要测定呼吸（实验2

3、2） 2. pH法（已经淘汰）法（已经淘汰） 3. 红外线气体分析仪红外线气体分析仪(IRGA)法法 联体测定联体测定 具有灵敏度高、反应迅速，抗干扰性强，操作方具有灵敏度高、反应迅速，抗干扰性强，操作方便，可以进行活体的、连续的测定等突出优点，因便，可以进行活体的、连续的测定等突出优点，因而被广泛应用于农业测定和科学研究中。而被广泛应用于农业测定和科学研究中。1 红外线气体分析仪工作原理红外线气体分析仪工作原理 红外线经过红外线经过CO2气体分子时被气体分子吸收，气体分子时被气体分子吸收，透过的红外线能量减少，被吸收的红外光能量的透过的红外线能量减少，被吸收的红外光能量的多少与该气体的吸收系

4、数（多少与该气体的吸收系数（K），气体浓度（），气体浓度（C）和气层的厚度（和气层的厚度（L）有关，并服从朗伯）有关，并服从朗伯-比尔定律，比尔定律，可用下式表示：可用下式表示：E=E0eKCL E0为入射红外光的能量，为入射红外光的能量，E为透过的红外光的为透过的红外光的能量能量CDSRA350R CO2对红外线的最大吸收峰：对红外线的最大吸收峰： H2O吸收红外线，同理应用红外线技术测吸收红外线，同理应用红外线技术测量气体中水分的含量。量气体中水分的含量。 H2O对红外线的最大吸收峰：对红外线的最大吸收峰： 红外线气体分析仪只能进行红外线气体分析仪只能进行CO2浓度和浓度和H2O浓度的测定

5、，要测定光合速率必须与气路系统相浓度的测定，要测定光合速率必须与气路系统相结合。结合。 常用的气路系统主要有：常用的气路系统主要有： （1）开放式气路系统）开放式气路系统 （2）密闭式气路系统）密闭式气路系统2 2 光合作用测定的气路系统光合作用测定的气路系统 公式：公式：Pn=FC/SCO2 2稳定稳定CO2 2气体气体（1）开放式气路系统）开放式气路系统1. 长时间动态监测长时间动态监测2. 恒态测定；维持恒态测定；维持CO2稳定值稳定值3. 测定光光合曲线：测定同一个叶片测定光光合曲线：测定同一个叶片 不同光强下的光合速率不同光强下的光合速率4. 测定测定CO2光合曲线；测定同一个叶片光

6、合曲线；测定同一个叶片 不同不同CO2下的光合速率下的光合速率开放式气路系统的优点：开放式气路系统的优点： 5. 测定光呼吸：测定光呼吸：R=Pn2-Pn21 低氧气体（低氧气体（23O2，360ppmCO2） 与正常空气（与正常空气（21O2，360ppmCO2） 测定不同气体下的光合速率之差即为光呼吸。测定不同气体下的光合速率之差即为光呼吸。 6. 控制温度下光合速率的测定控制温度下光合速率的测定 7. 湿度曲线：湿度曲线： 控制进入叶室中气体的湿度控制进入叶室中气体的湿度公式：公式：Pn=C/tV/SCPAR(2) (2) 密闭式气路系统密闭式气路系统一）一）TPS-1TPS-1光合仪的

7、基本配置光合仪的基本配置主机主机叶室叶室红外仪与供气系统红外仪与供气系统连接叶室分析气管A连接叶室参比气管B操作键盘连接充电器电源开关显示屏连接叶室连接数据传输线显示屏亮度调节孔光源和遮光片光源和遮光片TPS-1光合测定系统测定原理与气路连接光合测定系统测定原理与气路连接 1. 1. 气路系统（开放式）气路系统（开放式）CO2H2O稳定稳定CO2气体气体稳定稳定H2O气体气体测定的参数：测定的参数：光合速率：光合速率：A；蒸腾速率：；蒸腾速率：E；气孔导度：；气孔导度：G细胞间隙细胞间隙CO2浓度：浓度：CI；呼吸速率：；呼吸速率： -A 开放式气路对气路的连接要求非常严格，开放式气路对气路的

8、连接要求非常严格，参比气和分析气口不能反接。参比气和分析气口不能反接。 PLC A：分析气路的出气口，叶室管子上分析气路的出气口，叶室管子上标有标有“A”，连接主机上的，连接主机上的“A”； PLC R：叶室参比气供应进气口，叶室管叶室参比气供应进气口，叶室管子上标有子上标有“R”，连接主机上的，连接主机上的“R”。2.2.气路连接气路连接干燥剂管碱石灰管碱石灰管水分平衡器空气进气口吸收吸收 碱石灰管吸收碱石灰管吸收CO2，调零和控制，调零和控制CO2干燥剂管吸收水分，调零和控制水分干燥剂管吸收水分，调零和控制水分4. 4. 键盘功能键盘功能 09为正常的数字输入键。为正常的数字输入键。 Y=

9、Yes，接受一个数值，接受一个数值， 或进入下一菜单。或进入下一菜单。 N=No，结束一个操作时按此键。，结束一个操作时按此键。 R=在测量状态下，按此键记录测定结果。在测量状态下，按此键记录测定结果。 X=转换，在测量状态时，按此键在测定参数和转换，在测量状态时，按此键在测定参数和 计算结果的数据之间交替显示。计算结果的数据之间交替显示。1REC：测定：测定2CAL：校正：校正 3DMP：数据输出：数据输出 4CLR：清除内存：清除内存 5CLK：时钟校正：时钟校正 6DIAG：诊断：诊断按按“1”进入测定模式显示以下菜单：进入测定模式显示以下菜单： 1REC 2CAL 3DMP 4CLR

10、5CLK 6DIAG（三）（三）TPS-1光合系统操作步骤光合系统操作步骤开机，显示主菜单：开机，显示主菜单：SET PLC 1:BROAD 2:UNIVERSAL SET PLC：选择叶室选择叶室 1:BROAD：标准叶室标准叶室 2:UNIVERSAL：通用型叶室通用型叶室 按按“2” 选择通用型叶室选择通用型叶室1 REC:M/A 2 INT:001 FLO:300选择叶室后显示选择叶室后显示设置菜单设置菜单1：1REC：记录类型；：记录类型；A:自动记录自动记录; M:手动记录手动记录 按按“1”键在键在“A”和和“M”间转换间转换2INT：自动记录的时间间隔；：自动记录的时间间隔；M

11、记录时为记录时为“0”FLO ：气体流量，固定值，不需要设定。：气体流量，固定值，不需要设定。 按按“1”键选择键选择M 按按“Y”键，然后显示：键，然后显示：1 LIGHT=SUN(or LAMP)1LIGHT：设置光源类型；：设置光源类型； SUN为自然光，为自然光，LAMP为人工光源。为人工光源。2LEAF AREA：夹入叶室内的实际叶面积：夹入叶室内的实际叶面积2 按按“1” 键选择光源类型；键选择光源类型；按按“2” 键输入叶面积；键输入叶面积；按按“Y”键，然后显示：键，然后显示：设置菜单设置菜单2 ：不同类型叶室夹叶片的方法：不同类型叶室夹叶片的方法：PARPAR 1 P:01

12、R:01 FREE RECORDS nnn1 P：小区号，用户输入，用于识别不同处理；：小区号，用户输入，用于识别不同处理；R： 记录号，如改变小区号，记录号重新设置为记录号，如改变小区号，记录号重新设置为01；FREE RECORDS nnn：存储器剩余存储数量。：存储器剩余存储数量。按按“1”键可以改变小区号，输入区号范围键可以改变小区号，输入区号范围01-89。按按“Y”键，然后仪器进入预热状态，屏幕显示键，然后仪器进入预热状态，屏幕显示: WARM UP DELAY TEMP.= 40设置菜单设置菜单3 3： C nnnn +/-nnn Q nnnnC：参比：参比CO2浓度，以浓度，以

13、ppm为单位；为单位；+/-nnn：分析气与参比气：分析气与参比气CO2浓度差值，单位浓度差值，单位ppmQ：光量子通量密度，单位：光量子通量密度，单位molm-2s-1；H：参比水蒸气压，以毫巴为单位（）；：参比水蒸气压，以毫巴为单位（）；+nn.n ：分析：分析气与参比气水蒸气压之间的差值，气与参比气水蒸气压之间的差值， 以毫巴为单位；以毫巴为单位；T：叶室温度，以：叶室温度，以为单位。为单位。当完成预热后（当完成预热后（55），显示测定菜单：），显示测定菜单：按转换键（按转换键（X）可以交替显示测定数据和计算结果：）可以交替显示测定数据和计算结果： E nn.nn G nnnn T nn

14、A +/-nn.n CI nnnnE：蒸腾速率，以：蒸腾速率，以mmolm-2s-1为单位；为单位；G：气孔导度，以：气孔导度，以mmolm-2s-1为单位；为单位；T：叶片温度，以：叶片温度，以为单位；为单位；A：光合：光合/呼吸速率，单位：呼吸速率，单位：molm-2s-1； 正正 值为光合速率，负值为呼吸速率。值为光合速率，负值为呼吸速率。CI：细胞间隙：细胞间隙CO2浓度，以浓度，以ppm为单位。为单位。 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清除内存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进行初始化测试代码0 4 6 22输入标准C O 浓度2无标准C O H O,不 能 进 行该步骤操作2Y显示下一个结果N返回主菜单PC传输诊断仪器性能时钟

17、校正22TPS-1 光合作用测定系统操作步骤图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 选择待测叶片夹入同化室，给以适当的光照，观选择待测叶片夹入同化室，给以适当的光照，观察察CO2值和水分差值变化，待值和水分差值变化，待CO2值稳定后值稳定后(40秒秒1min)按按“X”转换键观察结果，记录测定结果。转换键观察结果，记录测定结果。 一个叶片的测定结束，进行另一叶片的测定一个叶片的测定结束，进行另一叶片的测定。 （四）（四） 光合速率的测定光合速率的测定E 02.01 G 0120 T 25.A +18.3 CI 0098C 0385 -035 Q 0600X测