农业生物学实验教学中心植物叶片光合速率植物叶片光合速率与呼吸速率的测定与呼吸速率的测定红外线红外线CO2气体分析法气体分析法制作人：赵世杰制作人：赵世杰农业生物学实验教学中心光光合合作作用用是是唯唯一一能能把把太太阳阳能能转转化化为为稳稳定定的的化化学学能能贮贮藏藏在在有有机机物物中中的的一一个个化化学学过过程程，是是农农作作物物产量形成的决定性因素。产量形成的决定性因素。植植物物生生理理学学、生生态态学学、作作物物栽栽培培学学、作作物物育育种种学学、林林学学、植植物物营营养养、病病理理等等研研究究工工作作中中，经经常常需需要要测测定定光光合合速速率率，根根据据实实验验材材料料选选择择一一种种快快速速、准准确确而而又又简简便便的的光光合合速速率率测测定定方方法法，以以满足科学研究的需要。满足科学研究的需要。 概述概述农业生物学实验教学中心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。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：农业生物学实验教学中心(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 离体测定农业生物学实验教学中心 （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22） 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，因而便，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。被广泛应用于农业测定和科学研究中。农业生物学实验教学中心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 农业生物学实验教学中心 红红外外线线经经过过CO2气气体体分分子子时时被被气气体体分分子子吸吸收收，透透过过的的红红外外线线能能量量减减少少，被被吸吸收收的的红红外外光光能能量量的的多多少少与与该该气气体体的的吸吸收收系系数数（K），气气体体浓浓度度（C）和和气气层层的的厚厚度度（L）有有关关，并并服服从从朗朗伯伯-比比尔尔定定律律，可用下式表示：可用下式表示：E=E0eKCL E0为为入入射射红红外外光光的的能能量量，E为为透透过过的的红红外外光光的的能量能量农业生物学实验教学中心农业生物学实验教学中心 CO2对红外线的最大吸收峰：对红外线的最大吸收峰：4.26m H2O吸吸收收红红外外线线，同同理理应应用用红红外外线线技技术术测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：2.19m农业生物学实验教学中心 红红外外线线气气体体分分析析仪仪只只能能进进行行CO2浓浓度度和和H2O浓浓度度的的测测定定，要要测测定定光光合合速速率率必必须须与与气气路路系系统统相相结合。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 农业生物学实验教学中心 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）开放式气路系统农业生物学实验教学中心1. 长时间动态监测2. 恒恒态测定；定；维持持CO2稳定定值3. 测定光光合曲定光光合曲线：测定同一个叶片定同一个叶片 不同光不同光强强下的光合速率下的光合速率4. 测定定CO2光合曲光合曲线；测定同一个叶片定同一个叶片 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：农业生物学实验教学中心 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农业生物学实验教学中心公式：公式：Pn=C/tV/S(2) (2) 密闭式气路系统密闭式气路系统农业生物学实验教学中心（一）一）TPS-1TPS-1光合仪的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农业生物学实验教学中心连接叶室分析气管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农业生物学实验教学中心光源和遮光片光源和遮光片农业生物学实验教学中心（二）（二）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农业生物学实验教学中心 开开放放式式气气路路对对气气路路的的连连接接要要求求非非常常严严格格，参比气和分析气口不能反接。参比气和分析气口不能反接。 PLCA：分分析析气气路路的的出出气气口口，叶叶室室管管子子上上标有标有“A”，连接主机上的连接主机上的“A”； PLCR：叶叶室室参参比比气气供供应应进进气气口口，叶叶室室管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.气路连接气路连接农业生物学实验教学中心干燥剂管碱石灰管碱石灰管水分平衡器空气进气口3.3.3.3.吸收吸收管管管管 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，调零和控制水分农业生物学实验教学中心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=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。农业生物学实验教学中心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 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：农业生物学实验教学中心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农业生物学实验教学中心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：农业生物学实验教学中心1 LIGHT=SUN(or LAMP)2 LEAF AREA=05.01LIGHT：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5.4cm2 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 ：农业生物学实验教学中心不同类型叶室夹叶片的方法：不同类型叶室夹叶片的方法：PAR5.4cm5.4cm2 2PAR4.5cm4.5cm2 2农业生物学实验教学中心 1 P:01 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：农业生物学实验教学中心 C nnnn +/-nnn Q nnnn H nn.n +/-nn.n T nn.nC：参比参比CO2浓度，以浓度，以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（0.075.0）；）；+nn.n ：分析气与参比气水蒸气压之间的差值，分析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：农业生物学实验教学中心按转换键（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 nnA +/-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。 农业生物学实验教学中心农业生物学实验教学中心 选选择择待待测测叶叶片片夹夹入入同同化化室室，给给以以适适当当的的光光照照，观观察察CO2值值和和水水分分差差值值变变化化，待待CO2值值稳稳定定后后(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 0600H 09.2 05.8 T 26.6X测定菜单测定菜单结果结果农业生物学实验教学中心农业生物学实验教学中心农业生物学实验教学中心 实验材料：实验材料：玉米叶片玉米叶片 （C4植物）植物）杂交酸模叶片（杂交酸模叶片（C3植物）植物）农业生物学实验教学中心1、不同叶片的光合速率：、不同叶片的光合速率：试验材料试验材料衰老衰老1 衰老衰老2幼叶幼叶3幼叶幼叶4功能功能5功能功能CO2浓度浓度 C光强度光强度 Q温度温度 T蒸腾速率蒸腾速率 E气孔导度气孔导度 G叶片温度叶片温度 TL光合速率光合速率 A细胞间隙细胞间隙CO2浓度浓度 CI植物材料名称：植物材料名称：呼吸速率：呼吸速率： 农业生物学实验教学中心如何测定？如何测定？测定测定3-5个叶片个叶片2 2、呼吸速率的测定、呼吸速率的测定农业生物学实验教学中心当当TPS处处于于测测量量状状态态时时，按按“N”键键返返回到主菜单，然后再关机。回到主菜单，然后再关机。 光光合合速速率率的的测测定定都都采采用用成成套套的的光光合合作作用用测测定定系系统统，测测定定速速度度很很快快。但但是是，环环境境中中的的光光、温温度度、CO2浓浓度度、空空气气湿湿度度对对测测定定结结果果都有影响。都有影响。注注 意意