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1、植物叶片光合与呼吸速率及叶绿素荧光参数的测定 2010年5月,一、光合与呼吸速率的测定：,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。,(一）概述,光合作用的总反应式：CO2+2H2O*+4.69kJ(CH2O)+O*2+H2O,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:CO2的吸收 O2的释放 有机物的积累,1.氧气的释放 氧电极（实
2、验20）离体测定2.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,（二）CO2的吸收测定光合速率,联体测定,1、化学滴定法,主要测定呼吸（实验22）2、pH法（已经淘汰）3.红外线气体分析仪(IRGA)法,3.1 红外线气体分析仪工作原理,异原子组成的气体分子吸收红外光。红外光经过CO2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多少与该气体的吸收系数（K），气体浓度（C）和气层的厚度（L）有关，并服从朗伯-比尔定律，可用下式表示：E=E0eKCL E0为入射红外光的能量 E为透过的红外光的能量,CO2气体的吸收峰有：2.67m 吸收率为0.54%2
3、.77m 0.31%4.26m 23.2%14.98m 3.1%,CO2 峰值为4.26m的吸收带最强 H2O对红外线的最大吸收峰：2.59m。,3.2 光合作用测定的气路系统 红外线气体分析仪只能进行CO2浓度和H2O浓度的测定，常用的气路系统主要有：,（1）开放式气路系统（2）密闭式气路系统,（1）开放式气路系统 公式：Pn=FCO2/S,CO2,稳定CO2气体,F值已知,(2)密闭式气路系统 公式：Pn=C/tV/S,开放式气路系统的优点：1.长时间动态监测2.恒态测定；维持CO2稳定值3.测定光光合曲线：测定同一个叶片 不同光强下的光合速率4.测定CO2光合曲线；测定同一个叶片 不同C
4、O2下的光合速率,5.测定光呼吸 6.控制温度下光合速率的测定 7.测定不同湿度下的光合作用曲线：控制进入叶室中气体的湿度,8.群体光合速率的测定 9.测定土壤呼吸,密闭式气路系统的优点：（1）对红外仪的精度要求不高，一般用 单气室红外仪即可（2）测定光合速率一个指标时，不用精 确测定流量（3）测定群体光合速率（4）测定CO2光合曲线,密闭式气路系统的缺点：（1）非恒态测定；CO2浓度不断下降（2）不能长时间连续监测（3）需要精确测量同化室的容积 很困难（管路、植物组织体积），加大测量误差（4）难以进行光光合曲线的测定（5）气路系统容易漏气，环境CO2干扰测定（6）强光下，同化室的温度升高过快
5、,（三）TPS-2光合作用测定系 统操作方法（开放式气路系统）,1.TPS-2光合仪的基本配置,PLC4叶室（同化室）,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,LED光源,LED光源与安装,光强选择按钮 0-9档,干燥剂管,碱石灰管,碱石灰管,空气进气口,TPS-2,碱石灰管吸收CO2，调零和控制CO2干燥剂管吸收水分，调零和控制水分,吸收管,2.TPS-2光合测定系统的特点与连接：开放式气路系统,CO2,稳定CO2气体,H2O,稳定H2O气体,3.键盘功能,09为正常的数字输入键。Y=Yes
6、，接受一个数值，或进入下一菜单。N=No，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。X=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。,1REC：测定与记录2CAL：校正 3DMP：数据输出 4CLR：清除内存 5CLK：时钟校正 6DIAG：诊断按“1”进入测定模式显示以下菜单：,1REC 2CAL 3DMP 4CLR 5CLK 6DIAG,4.TPS-2光合系统操作步骤,开机，显示主菜单：,SET PLC 1:BROAD 2:UNIVERSAL,SET PLC：选择叶室 1:BROAD：标准叶室 2:UNIVERSAL：通用型叶室 按“1”选择标准叶室
7、,1 REC:M 2 INT:0 FLO:300,选择叶室后显示设置菜单1：,1REC：记录类型；A:自动记录;M:手动记录 按“1”键在“A”和“M”间转换2INT：自动记录的时间间隔；M记录时为“0”FLO：气体流量，固定值，不需要设定。按“1”键选择M 按“Y”键，然后显示：,1 LIGHT=LED(SUN)2 LEAF AREA=02.5,1LIGHT：设置光源类型；SUN为自然光，LED：人工光源。2LEAF AREA：夹入叶室内的实际叶面 积：2.5cm2 按“1”键选择光源类型；选择LED,设置菜单2：,同化室夹入叶片的方法：,同化室窗口直径1.8cm,按“2”键输入叶面积=2.
8、5cm2；（正确不修改）按“Y”键，然后显示：,1 P:01 R:01 FREE RECORDS nnn,1 P：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01；FREE RECORDS nnn：存储器剩余存储数量。按“1”键可以改变小区号，输入区号范围01-89。按“Y”键，然后仪器进入预热状态，屏幕显示:,WARM UP DELAY TPS TEMP.=40,设置菜单3：,C nnnn+/-nnn Q nnnn H nn.n+/-nn.n T nn.n,C：参比CO2浓度，以ppm为单位；+/-nnn：分析气与参比气CO2浓度差值，单位ppmQ：光量子通
9、量密度，单位molm-2s-1；H：参比水蒸气压，以毫巴为单位（0.075.0）；+nn.n：分析气与参比气水蒸气压之间的差值，以毫巴为单位；T：叶室温度，以为单位。,当完成预热后，显示“测定菜单”：,按转换键（X）可以交替显示测定数据和计算结果：,E nn.nn G nnnn T nnA+/-nn.n CI nnnn,E：蒸腾速率，以mmolm-2s-1为单位；G：气孔导度，以mmolm-2s-1为单位；T：叶片温度，以为单位；A：光合/呼吸速率，单位：molm-2s-1；正 值为光合速率，负值为呼吸速率。CI：细胞间隙CO2浓度，以ppm为单位。,（1）选择待测叶片夹入同化室（2）适当的光
10、照：光-饱和点之上（Q值多少？）（3）观察CO2值变化，待CO2值稳定后(40秒)按“X”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。,5.光合速率的测定,E 02.01 G 0120 T 25.A+18.3 CI 0098,C 0385-035 Q 0600 H 09.2 05.8 T 26.6,X,测定菜单,结果,6.实验材料：玉米 烟草或杂交酸模叶片,7.本次实验测定内容（1）不同叶片的光合与蒸腾速率、气孔导度测定：,植物材料名称：,呼吸速率：,（2）呼吸速率的测定 如何测定？测定1-2个叶片,当TPS处于测量状态时，按“N”键返回到主菜单，然后再关机。,注 意
11、,光合速率的测定都采用成套的光合作用测定系统，测定速度很快。但是，环境条件对测定结果都有很大影响。为什么？影响光合参数测定的因素光、温度、湿度、CO2,（光系统II光化学效率的测定）,二、叶绿素荧光参数的测定,（光系统II光化学效率的测定）,叶绿素荧光参数的测定,图1 叶绿素分子的光激发,激发态2,激发态1,（一）叶绿素荧光诱导动力学,经过充分暗适应的叶片从黑暗中转入光下后，叶片的荧光产额会随时间发生规律性的变化，典型荧光诱导动力学曲线上几个特征性的点分别被命名为O、I、D、P、S、M和T（图2）。,图2 叶绿素荧光诱导动力学曲线,Fo：最小荧光也称初始荧光 是PS反应中心完全开放时的荧光产量
12、。Fm：最大荧光 它是PS反应中心完全关闭时的荧光产量。Fv：可变荧光 Fv=FmFo，暗适应最大可变荧光，反映QA的还原情况。,（二）基本荧光参数,Fv/Fm：PS最大光化学效率 反映PS反应中心最大光能转换效率。PI：光合性能指数 与光合机构对光能的吸收、转化以及电子传递等过程有关，是一个综合反映光合机构活性的参数,PI=RC/ABSPo/(1-Po)o/(1-o)Po原初光化学反应的最大量子产额 o捕获光能用于QA-以后的电子传递的能量比例,1、Pocket PEA便携式植物效率仪 2、暗适应夹若干 3、传输线 4、计算机 5、Pocket PEA专用数据传输和处理软件。,（三）仪器设备
13、,水培养的小麦幼苗，干旱胁迫处理。对照；20PEG；30PEG,（四)实验材料,1.将暗适应夹安放到被测叶片上，合上不锈钢遮光滑片；2.叶片充分暗适应20min；,（五)、快速叶绿素荧光曲线的测定步骤,3.打开PPEA植物效率仪电源开关，把PPEA植物效率仪的光学测定窗口安放到暗适应叶夹上。4.拉出暗适应叶夹上的不锈钢遮光滑片，使叶片暴露在测定窗口中。,不锈钢遮光滑片,光学测定窗口,5.按“Measure”键进行测定。6.测定完成，显示：Fv/Fm PI7.记录测定结果。8.将所有经过暗适应的样品重复以上测定过程。,叶绿素荧光参数测定数据记载表,清除内存数据,1.在PPEA主机上直接清除内存中的数据 将PPEA关闭，按住Measure键，然后按On/Off键打开PPEA主机，屏幕显示“Measure to Erase All”，然后按Measure键，即可删除内存中的所有数据。2.通过PEA Plus软件删除数据 当PPEA与计算机建立蓝牙通讯后，在“Pocket pea”下拉菜单中的“Erase All Rcordings”选项中删除PPEA内存中的所有数据。注意：从PPEA中删除所有数据之前，要确保所有需要的数据已经下载并保存到PEA Plus软件中。数据一旦被删除将无法恢复。,
