光合仪讲义

2020/4/23CIDxuyong美国CID(BeiJing)植物生理生态仪器徐勇上海泽泉科技有限公司地址:北京海淀西三环北路72号世纪经贸大厦A座2600室电话:0106298388288824558E-mail:[e-mail]植物生理生态学概念植物生理生态学(PlantPhysioecology)是研究生态因子与植物生理现象之间的关系的科学,它从生理机制上探讨植物与环境的关系、物质代谢和能量流动规律以及植物在不同环境条件下的适应性(Larcher,1995)。由于它能够给许多生态环境问题以生理机制上的解释,因而得到日益广泛的重视。当前植物生理生态学研究主要围绕上述问题展开,包括植物在全球变化中的生理生态响应,植物适应和进化的机理,对有限资源的合理利用,光、温、水、气、营养等多种环境因子的相互作用对植物行为的影响,植物的抗逆性潜能和植物生长过程的动态模拟与模型、特殊生境下植物的生态适应机制等等。2020/4/23CIDxuyong历史•在早期，人们都是根据各自的研究需要自行设计所需的植物生理和生态实验设备•大约在上世纪50年代，开始有小规模的商业性产品问世，如光合仪，水势仪•大约在30年前，世界上才开始有厂家成规模，有系统地进行商品化的研制、生产和销售•“植物生理生态仪器”的提法是在上世纪90年代末由CID公司开始的。2020/4/23CIDxuyong植物生理生态仪器的特点由于生理生态仪器是为生态学研究所用，其研究场所大多在室外（田间、沙漠、水地、森林）自然条件下使而非实验室内。因此它必须具有以下特点：•仪器轻便•配件搭配灵活•观测快速、电池持续时间长•操作、维护简单•数据储存量大•性能经济、精确度适当2020/4/23CIDxuyong植物生理生态仪器的种类种类：•光合作用：光合仪、叶绿素仪、叶绿素荧光仪•水份方面：气孔计、蒸腾仪、水势仪•物质运输：茎流仪•生长观测：叶面积仪、植物冠层仪、活体根系生长监测仪•其他：光谱仪、叶面温度仪、多点温度仪、热电偶测温仪（组织冰点仪）•土壤水分、水势、养分等•连续监测植物生理生态仪器、气象站2020/4/23CIDxuyong光合作用研究方法仪器•CO2：红外线气体交换法、滴定法、同位素法、•KJ：荧光法•CH2O：半叶法、生物量法•O2：氧电极法•根据不同试验目的材料选择最合适的方法及仪器OHOO)(CHKJOHCO2224692222020/4/23CIDxuyong国产教学型光合蒸腾测定仪2020/4/23CIDxuyong国产便携式光合仪2020/4/23CIDxuyongCI-301PS光合仪CID第一代2020/4/23CIDxuyongCI-310光合仪CID第二代2020/4/23CIDxuyongCI-340光合仪CID第四代2020/4/23CIDxuyongCI-340光合测量一位女同志很容易操作2020/4/23CIDxuyongCI-340光合仪连续测量光合周期变化示意图2020/4/23CIDxuyongCI-340光合仪环境控制附件－控温、光、CO2/H2O、叶绿素荧光测量2020/4/23CIDxuyong各种更换叶室等部件2020/4/23CIDxuyong群体光合的测量(CI-340)通过对叶室部分的改装并结合闭路测量功能，可以极大地扩展仪器的使用途径：•昆虫、微生物的呼吸•种子、果实•苔藓的光合•土壤呼吸•群体光合2020/4/23CIDxuyong红外气体交换法的正确认识“叶片光合速率的测定，比用离体的细胞、叶绿体或类囊体进行的研究手段简便，对植物的破坏和干扰较少，更能反映自然条件下植物体内光合机构的实际状况，便于连续观测光合机构对植物体内外因素变化响应与适应的动态过程。……,特别是连体叶片，是一个比离体细胞、叶绿体或类囊体复杂的多的体系，不仅测定是植物体内外条件常常变化而难于控制，而且对所测结果的解释也复杂的多，困难的多。因此，把叶片光合速率的测定与离体研究结合起来，可以深刻而又恰当地说明问题。”——许大全2020/4/23CIDxuyong气体交换测定光合原理该仪器采用气体交换法来测量植物光合作用，通过测量流经叶室的空气中的CO2浓度的变化来计算叶室内植物叶片光合速率。测定方式有开路和闭路两种。2020/4/23CIDxuyong气体交换法测量原理目前，光合研究中所采用的测量方法多是红外CO2气体法，其原理是利用CO2对于红外线在4.26μm处的吸收特性来直接测得气体CO2浓度。然后，利用不同的气路设计手段来获取由于植物叶片生命活动所造成的CO2气体浓度差并通过计算得出光合（呼吸）速率。2020/4/23CIDxuyong光合测量系统电路系统设计2020/4/23CIDxuyong光合测量系统气路系统设计•闭路系统2020/4/23CIDxuyong开路气路系统设计•开路双气室流量计叶室分析器1泵参比室分析器22020/4/23CIDxuyongCID开路单气室气路设计2020/4/23CIDxuyong2020/4/23CIDxuyong稳定气源的制备方法！！!•进气怎样才算稳定？一般掌握CO2进气（CO2in)稳定在+0－2ppm,根据不同实验误差要求掌握这个稳定数字精度•使用已知浓度标准气源•使用缓冲瓶装置，其体积大小最好在5升以上•在室内测量，最好把缓冲瓶置于室外人员活动少的地方或置于室内高处；测量前最好瓶口倒置一段时间使瓶内气体充分与环境融合•测量地最好远离人员活动场所•测量地不要在有冒烟烟筒的下风处2020/4/23CIDxuyong缓冲瓶（大于3L）瓶盖上钻孔2020/4/23CIDxuyong插入气管(塑料管）2020/4/23CIDxuyong插好气管热熔胶枪封口2020/4/23CIDxuyong不能漏气2020/4/23CIDxuyong接上仪器进气口2020/4/23CIDxuyong缓冲瓶做好用前打开瓶盖，倒立瓶，甩动10下！2020/4/23CIDxuyong开路系统的净光合速率Pμmol·m-2·s-1)(CiCowPnAPTVwa1000041.221013.115.27360W：空气的质量流量P：大气压力Ci：进气口CO2浓度V：气体流量A：叶面积T：空气温度Co：出气口CO2浓度2020/4/23CIDxuyong闭路系统的净光合速率Pnμmol·m-2·s-1)(CiCowPnAPTtVwa1000041.221013.115.2732020/4/23CIDxuyong蒸腾速率E（mmol·m-2·s-1）310wepeeEoiosooeRHesiieRHe)57.25557.254564.18exp(1013753.63aaasTTTe2020/4/23CIDxuyong气孔导度(mmol／m2·s)：1000WRPPWboiooleafleafeeeeeC是叶面边界层阻抗s/mol,m3.0106.13753257.2554.254564.183bTTTleafReeleafleafleaf2020/4/23CIDxuyong胞间CO2浓度(ppm或μmol／mol)：)(6.1int2leafbniRRpcCOleafleafcR1其中为叶片气孔阻抗(m2·s／mol)leafR2020/4/23CIDxuyong光合仪测量的参数：光合仪本身不能直接测量出光合/蒸腾速率，气孔导度和胞间CO2浓度，而是通过测定一系列环境参数后通过公式计算来得出上述指标。这些参数包括：•CO2浓度（ppm)•空气温度(。C)•空气湿度(%)•空气流量(L/min)•叶片温度(。C)•大气压力(bar)•光合有效辐射（PAR,μmol·m-2·s-1）•需要我们帮助一定要把这些参数传给我们2020/4/23CIDxuyong光照强度的几个数值•光合有效辐射(PAR)：指波长在400~700nm范围内的太阳总辐射。它既可用光量子来表示，也可用辐射能量来表示μE·m-2·s-1。指得是一秒内照射到一平方米叶片上的光子能量（μE）•光量子通量密度－光合光子流密度(PPFD)：指光合有效辐射中的光通量密度。它表示单位时间单位面积上在400~700nm波长范围内入射的光量子数。单位为。umolm-2s-1PAR用PPFD来测量，也就是爱因斯坦/平方米/秒或者微摩尔/平方米/秒。1爱因斯坦＝1摩尔光子＝6.022×1023光子，因此1微爱因斯坦＝6.022×1017光子。•光照度，是单位面积上的光通量。以人眼对亮度的响应特征为基础的。它以勒克斯（流明/平方米）或者英尺烛光（流明/平方尺）测定。灯发出的光用来照亮物体，并且一定数量的光（以流明计算）照射到物体的单位面积（通常为1平方米）上，称为勒克斯。当用平方英尺来测量该区域时其单位为英尺烛光。•在标准太阳光下，大约10万左右Lux，而PAR约为2000umolm-2s-1那只能说1PAR≈50-100Lux2020/4/23CIDxuyong参数的测量方式：•CO2浓度：非扩散式红外CO2分析器（0-2500ppm)•空气温度:热电偶、红外法•空气湿度：红外法，湿敏电容•光合有效辐射（PAR）：硅光电池•空气流量：电子流量计、转子流量计•叶片温度：热电偶、红外法•大气压力：压力传感器2020/4/23CIDxuyong使用中的注意事项•一定要预热20－30分钟后校准零点，其它感应器没有特殊需要，不要轻易调校•避免仪器进水、灰尘•无论使用与否，定期检查电池的电压。一旦发现电压不足，及时充电•经常性的校准（必要时送回厂家）•叶室长时间不用时，要处于开起状态•响应时间的设置方法•稳定气源的制备方法•叶面积的测量，计算方法•附件的使用注意事项•数字稳定性的探讨2020/4/23CIDxuyong仪器结构（1）系统组成2020/4/23CIDxuyong系统气路图2020/4/23CIDxuyong基本功能及操作测量参数直接测量参数（可显示）：CO2：二氧化碳浓度H2O：相对湿度FLOW：体积流量T(air)：叶室内空气的温度T(leaf)：叶面温度InternalT：分析器内的温度ATM：大气压强PAR：光合有效辐射2020/4/23CIDxuyong间接测量参数（可显示）：CO2(dif)：进出气口CO2浓度差H2O(dif)：相对湿度差Massflowrate：质量流量Pn：净光合速率E：蒸腾速率C：叶片气孔导度InTCO2：细胞间CO2浓度2020/4/23CIDxuyong功能特点光合的二氧化碳响应曲线光合的光照响应曲线测量光合的温度响应曲线单通道光合测量连续测量闭路开路附件图形模式2020/4/23CIDxuyong技术参数叶室空气温度传感器：类型：热电偶测量范围：-15～50℃精确度：±0.1℃叶面温度传感器：类型：红外测量范围：-10～50℃精确度：±0.3℃其它：电源：7.2V，可连续使用8小时的充电电池，或是用交流适配器，6～12伏直流输入贮存：2MB内存数据传输：PC计算机数据线，RS232接口体积：452×53×48mm重量：1.5㎏(含电池和叶室)流量：100～1000㎝3/min显示：LCD40×6字符或320×60像素点CO2分析器：类型：非扩散性红外分析器测量范围：0～2000ppm传感器：固定探头，对震动不敏感分辨率：0.1ppm预热时间：约1分钟H2O分析器：测量范围：0～100%RH传感器：湿敏电容，在10%RH时，精确度在±2%，在90%时精确度为±3.5%,适应时间15秒光量子传感器：类型：带滤光片的硒光电池测量范围：0～2500μmol·m-2·s-1精确度：5μmol·m-2·s-1响应波长：400～700nm2020/4/23CIDxuyong叶