光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放出氧的过程。光合作用完成了自然界规模巨大的物资转变和能量转变过程,从根本上改变了地面上的上生活环境,在整个生物界以至整个自然界重都具有及其重要的意义。
蒸腾作用是指水分以气体状态从体内通过生活植物体的表面(主要是叶),散失到大气中的过程。蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的主要动力,也是促进了矿质元素在植物体内运输的动力,同时蒸腾作用能够降低植物体和叶片的温度,防止叶片被灼伤。植物光合作用和蒸腾作用的强弱可分别用光合速率和蒸腾速率来表示。光合速率大小一般表示为单位叶面积在单位时间内吸收的CO2的毫摩尔或微摩尔数,蒸腾速率表示为单位叶面积在单位时间内放出的O2的毫摩尔或微摩尔数。光合速率和蒸腾速率的大小反映了植物体生命活力的强弱,是植物生理学研究的重要内容。
本实验利用LCi型便携式光合仪同步测定植物叶片的光合速率和蒸腾速率的原理与步骤。
一、仪器结构与方法原理
LCi便携式光合仪主要由主机、叶柄、连接线缆和空气供给系统组成。主机包括微处理器、数据存储卡、5键键盘、空气滤清装置等部件;叶柄由上下部两部件组成的叶室和一个手柄,稳定光源也可安装在叶柄上。叶室用适用于宽叶、窄叶和针叶的型号可供选择。手柄上由电缆跟气管与主机相连。
该仪器采用气体交换法,利用红外CO2分析器和湿度传感器对参考气和流经叶室后的测量气进行测量,根据CO2浓度差和湿度差以及流量等参数,利用气体通量公式,分别计算净光合速率和蒸腾速率。仪器同步测量叶面温度、光合有效辐照度(PAR)等参数,利用气体传导等公式,可计算出叶片的气孔导度、胞间CO2浓度和叶片的光饱和点、补偿点、光合量子效率、水分效率等,并将结果直接显示出来。
二、操作步骤
1. 检查仪器:检查用以去除进气中二氧化碳、水汽及灰尘的化学药品是否为绿色(若为褐色应更换新的碱石灰)。
2. 连接仪器:将叶柄通过一个15针的插头和三个透明软管(每个管子相配有三个彩色的套)分别连接到主机右侧对应的插孔上,将主机上另一插孔连接到ADC空气探管上(探管上的探针伸到它的最大长度)。
3. 开机、预热:轻按面板最右的带有红竖杠标记的开关键(也做翻页键),显示器显示版本的型号和序列号,系统开始预热(此过程大概要5分钟)。按最左键,显示器显示环境参数如 CO2和水的参考值、大气压、辐射水平等;再按一下翻页键,显示蒸腾速率等一些计算值、电池的状态;再按一次翻页键,进入设定页。
4. 叶室选择:按下“CONFIG”(配置)键,进入配置页。选择“SELECT”键切换到需要设定的参数。cfg:选择使用叶室的类型(“narrow”(窄室),“conifer”(松果室),“broad”(宽室),“use1”(用户自定义))。
5. 日期时间设定:选择“config/diagnose/time/data”,“select”选择参数,“+、-”更改数字。按翻页键退出。
6. 新建文件:按翻页键,选择“output”,再按“ logging”,选择“set file”,再选择“logging”即可,在这里也可以看到存储卡的余量。用“Select”和“+、—”键来更改文件名。
7. 开始测量:将叶片展平放入叶室,放开叶柄上的弹簧夹子,系统开始调节内部环境,并开始测量。
8. 观察“ci”的数值,待其值稳定时,便可记录数据:按“Record”键,或按手柄上弹簧附近的小按钮,开始记录数据,听到嘀的两声响,数值便存入存储卡。
9. 查看和编辑记录:按翻页键,选择“output”,再按“logging”,选择“set file”,用上下箭头来选择需要查看的记录所在的文件。按option上的按钮,在出现的页面里,可以更改和删除;选择“review”查看文件。“Ist-last”为首记录和末记录,“prev”为上一条记录,“next”下一条记录,“more”查看其它的数值。
三、注意事项
1. 当碱石灰用完时颜色将由绿色变成褐色,此时要及时更换新的碱石灰。
2. 平时叶室要敞开,即用弹簧上的夹子夹起封闭口。如果叶室的封闭口要关闭几个小时或更多时间,那么其垫圈将需要重新休息回复形状,在使用前至少半小时将口打开。
3. 关闭叶柄头后,要检查叶柄风扇是否旋转(靠近叶室能够听到风扇的声音),叶室垫圈是否密闭(松类叶室的更要确保插销是插上的)。
4. 在测量叶片之前,叶室传感器以下各项需要检查。关闭叶柄,几秒之后在LCi上显示稳定的CO2参考值应该和给定的CO2水平是相似的。H2O水平也应该用类似的检查,叶室温度(Tch)的读数应该和外界环境相一致。
5. 测量时,保持叶片尽量平展,光线垂直照射。但应避免光线直接照射光合仪主机,以防止光合仪内部温度过高。
6. 当“电池不足”的警告消息会出现在屏幕上时,表示电池还有5分左右的能源供给使用。应该有足够来的时间连接充电器或结束当前的记录。
7. 但屏幕显示“CO2 signal failure”等警示语句时,应及时通知仪器管理人员进行调整。