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实验 3-4 植物光合和呼吸作用、气孔导度和蒸腾速率的测定

实验 3-4 植物光合和呼吸作用、气孔导度和蒸腾速率的测定. 一、实验目的和要求 : 了解改良半叶法、氧电极法测定光合作用和呼吸作用的基本原理，掌握红外线 CO 2 分析仪法测定光合作用和呼吸作用，蒸腾速率和气孔导度测定的基本原理 ; 掌握用 LI-6400 测定光合作用、呼吸作用、蒸腾速率和气孔导度的方法，测定光 - 光合响应曲线的方法. 二、实验内容和原理： （一）熟悉仪器基本结构，及按装调试。

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实验 3-4 植物光合和呼吸作用、气孔导度和蒸腾速率的测定

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  1. 实验3-4 植物光合和呼吸作用、气孔导度和蒸腾速率的测定 • 一、实验目的和要求: • 了解改良半叶法、氧电极法测定光合作用和呼吸作用的基本原理，掌握红外线CO2分析仪法测定光合作用和呼吸作用，蒸腾速率和气孔导度测定的基本原理; • 掌握用LI-6400测定光合作用、呼吸作用、蒸腾速率和气孔导度的方法，测定光-光合响应曲线的方法.

  2. 二、实验内容和原理： （一）熟悉仪器基本结构，及按装调试。 （二）以玉米和蚕豆为材料，用LI-6400portable photosynthesis system测定它们的光合作用、呼吸作用、蒸腾速率和气孔导度及光-光合响应曲线，根据所得的曲线和相关文献分析其属于什么光合类型。

  3. 6CO2+6H2O 6(CH2O)+6O2 （三）实验原理 Principles for measuring photosynthesis and respiration

  4. 1、测干重——改良半叶法：同面积光暗叶片重量差。1、测干重——改良半叶法：同面积光暗叶片重量差。 三氯乙酸TCA 暗中

  5. 2、测放O2 ——氧电极法。气相和液相 图2 氧电极装置示意图 1、光源 2、反应杯 3、电极 4、超级恒温水浴 5、触点式温度计 6、泵 7、控制器 8、记录仪

  6. 1.氧电极 氧电极是由嵌在有机玻璃上的铂和银所构成，以0.5mol/L KCl为电解质，电极头外覆盖一层聚乙烯或聚四氟乙烯薄膜，其厚度在15～25μm之间，用“〇”形套膜环固定，使电极与被测溶液隔离，而溶解在溶液中的氧仍能透过薄膜，进入电极内。较薄的膜易透过氧，因而对氧浓度变化的响应时间短。 • 图3氧电级的构造 • 1.Pt极 2.Ag-AgCl极 3.填充物(环氧树脂) 4.电极柄 5.电极头 6.薄膜 7.套膜环 8.KCl溶液

  7. 叶室 分析器 3、红外线CO2分析仪法：CO2吸收4260nm红外线 封闭式： 单位时间内CO2下降量 叶室 分析器 开放式： CO2入口 气体出口 参比室 参比室和叶室CO2差值

  8. Principles for measuring transpiration,stomatal conductance and Ci : • Transpiration→H2O → RH↑in leaf chamber → Humidity sensor → computer → transpiration rate →stomatal conductance. • There is a linear relationship between H2O diffusing in and CO2 diffusing out stomata. Intercellular CO2(Ci) concentration can be calculated in the basis of transpiration rate, stomatal conductance, atmosphere CO2(Ca) concentration.

  9. 三、主要仪器设备： LI-6400 portable photosynthesis system

  10. 红兰光源叶室和CO2红外分析器

  11. 连接光源和控制器的地缆

  12. LI-6400控制系统

  13. 四、操作方法与实验步骤： • (一)仪器安装： • 1、选择叶室。根据测定对象选择不同叶室进行安装,本实验选用仪器自备的红兰光源（一般测定选择红兰光源或自然光源不透明叶室，荧光测定选择荧光叶室，详见说明书）。

  14. 2、连接仪器各部件 电源连线与控制器正确匹配（管道和线路切不可接错）， 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）。

  15. LI-6400控制系统接线侧

  16. LI-6400控制系统干燥管和碱石灰管侧

  17. LI-6400控制系统侧电缆连接

  18. LI-6400控制系统侧气管连接

  19. LI-6400分析器电缆连接

  20. LI-6400分析器气管连接

  21. LI-6400分析器分析电缆连接

  22. (二)开机与校正： • 3、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、光源相匹配的内容（如“red blue source”表示用红兰光源不透明底叶室） • <enter>，仪器显示： Is the chamber/IRGA connected?

  23. 4、已连接，按“Y”，CO2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”状态下再连接。4、已连接，按“Y”，CO2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”状态下再连接。 5、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|CO2|< 1μmol, |H2O|<0.1 m mol, (约20分)，（CO2,每天应较正，H2O可以1周一次）。按F5(Quit)和escape返回测定界面，校正完成后碱石灰管到“by pass”， 。

  24. (三)测定参数设置及测量： 6、按F4（New MSMNTS）,按2，按F2（FLOW）设置100-500能合适控制叶室内相对湿度的值，<enter>，按F5（Lamp off）选Quantum flux<enter><enter>, 根据植物类型选择饱和光强（500-2500）， <enter>, 按1。 7、夹好叶片，关紧叶室，必要时控制湿度（干燥剂管旋至控制到所要的RH和温度（通过2，F4 temp off），立即按F5（Match)和 IAGR Match，F1（exit）。

  25. 8、按F1“Open Logfile”，命名（植物，处理，组号等），及附加标记<enter>。 9、调节叶面积，按3，按F1（Area）,输入面积。按1返回。 10、采样。ΔCO2 (或photo)稳定时，按采样键（F1或测定器黑钮）3-5次。一般同一叶片应测3-5次值。

  26. 学生简单光合等指标测定指南： • 打开叶室夹好叶片，关紧叶室，按１，F5（Match)→ F5(IAGR Match)，F1(exit)→开灯，按2,F5（Lamp off）选Quantum flux<enter>, 输入光强值（500-2500 ）<enter> →按1，F1（Open Logfile），命名文件名ＸＸＸ及附加标记（植物，处理，组号等） <enter>→观察Photo稳定时，按采样键F1（ＬＯＧ）或测定器黑钮5次（一般同一叶片应测5次值）。

  27. （四）光合作用对光强的响应（Pn-light curve) （在仪器自动测定模式下测定） 11、在完成采样（LOG）后，按５，按F1（AUTOPROG）,找Light curve, 名命及做标记<enter>,按Y(使测量数据紧随上述数据后)。设置光强（从高到低，光强间用1空格隔开。高光强下点间隔大，低光强下点间隔小,常用2000 1500 1000 600 300 200 100 50 30 10 0，光强为0时为呼吸速率），设置测定时间间隔的最小值和最大值，设置叶室和参比室间应进行自动匹配的CO2浓度，按Y开始自动测量。

  28. （五）数据存取： 12、数据保存和取出。采样完后按１，Close file,按F5，end进入SLEEP（同一班只需一个file，不同的组可以用<add mark>区分)。与电脑连接，解除SLEEP，进入F5(Utility Manu)选择File exchange mode。打开电脑winPX for 6400,在LI-6400/User下把自己要的测定文件拖入专设目录。在EXCEL下选择所有文件在文本导向下，选择“，”打开。

  29. 光合速率 蒸腾速率 （六）本次实验测定内容： 1、每组（１－２人）测一叶（5次）光合速率,气孔导度和蒸腾速率。计算水分利用效率。 2、每大组（２－４人）测一条光-合曲线。 水分利用效率= （μ mol/mmol)

  30. 数据所代表的中文意义。 Ftime——持续时间(s) Photo——光合速率（μmol.m-2s-1） Cond——气孔导度（mol H2Om-2s-1） Ci——胞间CO2浓度（μl.L-1） Trmmol——蒸腾速率（mmol.m-2s-1） VpdL——水气压差（mg/L） Area——叶面积（cm2） StmRat——气孔比率 BLCond——界面层导度 Tair——气温（℃） Tleaf——叶温（℃） TBlk——参比室（℃） CO2R——参比室CO2（μl.L-1） CO2S——叶室CO2（μl.L-1） H2OR——参比室水含量 H2OS——叶室水含量 RH_R——参比室相对湿度（%） RH_S——叶室相对湿度（%） Flow——流量（ml/s） PARi——叶室内光强（μmol.m-2s-1） PARo——叶室外光强（μmol.m-2s-1） Press——大气压（Mpa） CsMch ——CO2S匹配 HsMch——H2OS匹配

  31. 五、实验数据记录和处理： • 表1、饱和光下不同植物光合、呼吸和蒸腾速率、气孔导度及水分利用效率(平均值±标准差) • Table 1 The rates of photosynthesis(Pn), respiration(R) and transpiration(Tr)， stomatal conductance(SC)，and water utilization efficiency(WUE) of different plants under the saturated PDF（Means ± SE）

  32. 六、实验结果与分析： • （1）比较不同植物光——光合响应曲线，确定呼吸率,确定光补偿点、饱和点，计算量子效率。 • （2）比较分析光对蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率的影响。 • （3）查阅有关资料，分析它们所属的光合碳同化类型。 七、讨论、心得：

  33. Tea 01-2 Biotec 01-2 Photosynthetic rate (μmol.m-2s-1) Hotcul01-1 AgroS01-2 PFD (μmol.m-2s-1) Fig 1. Response curves of photosynthesis to PFD

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