LI6400植物光合、呼吸、蒸腾速率及气孔导度和内部CO2浓度的测定

LI-6400便携式光合作用测定系统 一、植物光合、呼吸、蒸腾速率及气孔导度和内部CO浓度的测定 2 (一)目的 掌握LI-6400便携式光合作用测定系统测定光合作用的基本原理及测定方法，植物光合作用的因外影响因素。 (二)原理 CO大量吸收4260nm红外线，进入分析器的浓度高，吸收的能量多，吸收的能量与CO浓度在一定范围22内成正比。LI-6400采用开放式CO分析系统,根据参比室和叶室CO差值计算光合速率。蒸腾产生水气，使叶22 室中湿度提高，安装在叶室中的湿度感应器可测出湿度的变化，经主机电脑计算出蒸腾速率。由于HO和CO22之间的扩散存在着线性关系，从而根据蒸腾速率和其他环境参数、计算气孔导度(或阻力)。根据光合速率、气孔导度和外部CO (Ca)浓度等，求得内部CO (Ci)浓度。 22 (三)设备和试剂 LI-6400P(或R)型便携式光合作用测定系统、碱石灰、专用干燥剂、手提或台式电脑、软盘。叶片大于2×3cm2的植物材料。 (四)方法 (仪器安装 1 (1)选择叶室。根据测定对象叶片形状及大小，选择不同叶室进行安装,一般实验多选用仪器自备的红兰光源叶室(也可选自然光源不透明底叶室等，详见说明书)。 (2)连接仪器各部件(管道和线路切不可接错)。电源连线与控制器正确匹配，多孔插线和分析器对准(红点)插入;硬塑料管带黑圈套的端与分析器相接并使另一端与控制器“sample”相接。接上带“buffer”的进气管，接上电源(切记，除“Sleep”状态外，在电源开情况下，不可接或卸管道和线路，否则会烧毁仪器)。 2(开机与校正 (1)插上电池，打开电源开关后。 (仪器自动进行状态检测，并进入 Dir:/user/configs/Userprefs菜单)。在该菜单下，选择一与叶室、光源相匹配的程序(如用红兰光源不透明底叶室选择red blue source)，，仪器显示“Is the chamber/IRGA connected?”，如已连接，按(Y)，CO分析仪有“噗”声，仪器进入开机状态。没有连接，按“NO”。关机或在“Sleep”2 状态下连接。 (2)校正。把碱石灰管和干燥剂管旋至(Scrub),按F3(Calibration)，关闭叶室，选择(IRGA zero), 按(enter),(Y)。校正到|CO|<1μmol, |HO|<0.1 mmol, (约20分)，(CO,每天应较正，HO可以1周一次)。如2222 参比室和叶室不一，可以用AUTOALL调节，按F5(Quit)和(escape)返回测定界面。 3(参数设置及测定 (1)参数设置:按F4(New MSMNTS),按2，按F2(FLOW)设置所要的理想值(一般可设定为500)，(enter)，按F5(Lamp off)，选Quantum flux，再, 输入测定植物所需的饱和光强(如1000， 。碱石灰管到“by pass”， 干燥剂管往“by pass”方向旋至控制到所要的RH(如50%)。按3，调节叶面积，按F1(Area),输入面积。按1返回。 (2)采样:夹好叶片，关紧叶室，立即按F5(Match)，等待后，再按F1(exit)。再按F1“Open Logfile”，命名“如Zhan”及做好标记。待ΔCO(或Photo)稳定时，按采样键(F1或测定器黑钮)采样。按一次2 即为一个测定值。 4(数据存取 (1)保存:采样完后按(escape)返回到主菜单，按Close file,按F5，(end)进入SLEEP。(同一次测定只需一个file，不同的组可以用区分。) (2)数据取出:在SLEEP状态下，与电脑连接，根据仪器提示，解除SLEEP，上下选择到File exchange mode,(enter)。打开电脑winPX for 6400(要专门安装),在LI-6400/User下(测定的数据自动存在这个文件夹)，把自己的测定文件拖入专设

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。在EXCEL下选择所有文件，在文本导向下，选择把“逗号”“?”，根据提示打开文件即为EXCEL文本(如要永久保存，可选另存为EXCEL格式)。 1 5(光强(,,)光合作用曲线测定(自动) , 在上述测量菜单下按,，按F1(AUTOPROG),找Light curve(CO curve), 名命及做标记,根据提示2 设置相应参数，如为默认值，按(Y), …,(Y),开始自动测量(默认时约20分钟完成一条曲线测定)。按4法提取数据。 (五)结果 从取出的数据可以获得下列值。 -2-1-2-1Ftime——持续时间(s) Photo——光合速率(μmol.ms) Cond——气孔导度(mol HOms) 2-1-2-1Ci——胞间CO浓度(μl.L) Trmmol——蒸腾速率(mmol.ms) VpdL——水气压差(mg/L) Area22——叶面积(cm) StmRat——气孔比率 BLCond——界面层导度 Tair——气温(?) Tleaf——叶温(?) -1-1TBlk——参比室(?) CO2R——参比室CO(μl.L) CO2S——叶室CO(μl.L) H2OR——参22 比室水含量 H2OS——叶室水含量 RH_R——参比室相对湿度(%) RH_S——叶室相对湿度(%) -2-1-2-1Flow——流量(ml/s) PARi——叶室内光强(μmol.ms) PARo——叶室外光强(μmol.ms) Press——大气压(Mpa) CsMch ——COS匹配 HsMch——HOS匹配 22 (六)分析讨论 、测一条光-合曲线。求出光饱和点、补偿点和呼吸速率。分析光对蒸腾和气孔导度的影响。 1 2、根据光-合曲线，在饱和光强下测光合速率气孔导度和蒸腾速率，10-15次，计算水分利用效率。分析光合速率与气孔导度、Ca、Ci的关系，蒸腾和气孔导度的关系。 二、植物叶片荧光测定 (一)目的 掌握LI-6400R便携式光合作用测定系统测定植物活体荧光的基本原理及测定方法。 (二)原理 植物的PSII作用中心叶绿素分子受光激发，把电子传给原初电子受体后，如次级电子传递体Q处于还原A状态时，电子重新返回到PSII作用中心叶绿素分子，这种激发态电子可以发出荧光的形成发散能量，使作用中心叶绿素回到基态。在特定激发调制光作用下，PSII会发出特定波长的荧光。荧光的强弱常是恒量植物作用中心活性和光合作用是否正常的指标。当作用中心吸收光能后，其能量的分配可以有以下途径散失: ?能量用于推动光合电子传电，?能量用于热耗散，?能量用于荧光的发射。 设植物叶片总吸收光能等于1，因此， F+H+P=1 (1) F为荧光发射所占能量，H为热耗散所占能量、P为用于光合电子流(光化学)的能量。在饱和光强下，光合达最大，光合光化学增加等于0;F和H增加均达最大，所以， Fm+Hm+0=1 (2)， ,m=1–Fm。 (3) 假定热和荧光的退激发比值不变，即 H/F=Hm/Fm (4) 那么， H=F(1-Fm)/Fm (5) 通过对F的两次测定，一次非饱和光下，另一次饱和光下(Fm)，就可以根据方程(5)和(1)解出H和P。P=1-F-H=1-F-[F(1-Fm)/Fm]=(Fm-F)/Fm (6) 假定非饱和光下是完全黑暗，叶片完全暗适应，方程(6)变为: Pdark=(F-F)/F=F/F m0mvm 2 hυ hυ LHCII LHCI 热 11热 Chla*II Chla*I 荧光 荧光 H2O?Z?P680?Q?Q?PQ?Cytb/f?PC?P700?Fd?NADPH?C途径 AB3 热 热 (7) F是最小荧光，或暗适应后的荧光值(又名基态荧光)，P是暗适应后叶片吸收光量子用于光化学的比0dark 率，通常写作Fv/Fm, Fv又名可变荧光，Fm为最大荧光。对大多数植物来说，比值约为0.8。相反，如果非饱和光不是零，叶片也完全适应这个光强(光合稳态)，方程(6)变为:P(F’-F’)/F’=F’/F’=Φ msmvmlight=PSII ’(8)F’是光适应后的稳态荧光，F是饱和闪光下的最大荧光，P是光适应叶片吸收光量子用于光化学的比smlight 率，通常写作Φ。推动PSII的实际量子流量可以通过叶绿素荧光计算，这叫做电子传递速率(ETR)，表示PSII

公式

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如下: F’m-F’s ƒ是PSII利用的吸收量子的份额，典型的假定是C3植物为0.5，C4植物为0.4。 荧光的光化学碎灭(q 包括光合作用和光呼吸，它在低光强下趋向于最大，叶片利用光能最有效，q可p)P用下式表示:q=(F’-Fs)/(F’-F’) (12) Pmm0 荧光的光化学碎灭(q包括热耗散和叶黄素循环等，用下式计算: )N q=(F- F’)/(F-F’) (13) mmm0N 荧光的光化学碎灭(NPQ)也可用下式计算:NPQ=(F- F’)/ F’。 mmm 700F m 600 500 F’m400 300 200F F s0 Flluorescence 100 0 0123 (三)设备和试剂 LI-6400R型便携式光合作用测定系统、碱石灰、专用干燥剂、手提或台式电脑、软盘。叶片大于2×3cm2的植物材料。 (四)步骤与方法 1、更换荧光叶室: 拆下所有连线。利用3/32六边螺杆拆下叶室上半部，用钝尖嘴镊子拨开叶室电源连接线(切记尖嘴镊子不要夹到电线)，卸下下半部叶室(注意6个橡皮垫装荧光叶室时用)。 2、仪器连接:与连接普通叶室一样连接好全部线路和管道。 3 3、开机:打开电源开关，在仪器Dir/user config下选择Default Flulrometer, ,进入主菜单。4、仪器校正: 按F3(Calibration),选择light source calibration menu ,actinic control calibration, 仪器自动校正。,„Implement this calibration, . 直到测定光合一样界面。按F4(New MSMNTS)。 5、测定: (1)测定暗适应的F和 F(测定基态荧光和最大荧光) 0m 按〈,〉，F2(Flredit)输入相应的参数如下: •<,ens> Intensity 1 (使| df/dt | < 5) • modulation 0.25 • filter 1 • gain 10 •F5(OK) Duration 0.8 Intensity 8 Blue Nonchange Modulation 20 filter 50 F5(OK) 按<,>，按F1 (,pen Logfile )，删除旧名，加上新名，夹叶，等|df/dt|<5, 按，按F1(,o F0Fm)或F2 (Do Fv/Fm)，均可测定，以仪器发出 “哔”为完成取样。不同叶片可用标记。如只测暗适应荧光，测完后按，按数据取出方法另存或打印数据。(2) 测定光下荧光F’、 F’、Fs(测定Φ)并获得0mPSIIqP、qN、NPQ、ETR 设置参数如下: <,ens> Intensity 1 (使| df/dt | < 5) modulation 0.25 filter 1 gain 10 F5(OK) Duration 0.8 Intensity 8 Blue Nochange Modulation 20khz filter 50 在测定界面按F4(New MSMNTS),按F5(Lamp off)，选Quantum flux，(enter)再, 输入测定植物所处的光强打开光源，一般为一天中的最大值1800-2000。F5(OK)按,，按F1(,pen Logfile )，夹叶，等|df/dt|<5,按 ，(Do ΔF/Fm’)，采样,不同叶片可用,测完后按(五)结果计算: 分别按公式或从仪器贮存数据中获得: 暗下荧光产额:Pdark=(F-F)/F m0m 光下荧光产额:Plight=(F’-F)/F’=Φ光化学碎灭:q=(F’-F)/(F’-F’) 非化学碎灭:q=(F msms-PSIIPmm0NmF’)/(F-F’) NPQ=(F- F’)/ F’ mmmmm0 PSII的实际量子流量: F’-F’ msETR=(———)ƒIα leaf F’ m (六)分析讨论 比较不同生境条件下植物荧光参数的变化。 4