全 文 ：_广 西 植 物 G u ih a ia 4 ( 3 ) : 2 6 5一 2 6 8. 1 0 5 4 2 6 5
国 外 光 合 作 用 测 定 装 置 介 绍
林 植 芳
(中国科学院华南植物研究所 )
! N T RO DU C T 10N O F A F O RE IG N A P PA RA T U S F O R
PHO TO SYN T H E S IS M EA SU REM EN T
L i n Z h i
一
f a n g
(S o u t il C h in
a I n s t i tu t e o f B o t a n y
,
A 。 a d e m i a S i n i e a
目前国内各地所用的光合作用测定装置一般只能作短期的实验 , 月 _所表示的光温条件只
代表叶室的气温及叶室外的光照强度 , 也难以调控进出叶室的气体中水蒸汽 压 及 C O : 浓度
的恒定 。 为此 , ·本文介绍作者在美国犹他大学生物系 D r . E hl er in g e r 实验室工作时 所 用的
可对连体叶片作精密的光合 、 呼吸及蒸腾强度等动态测定的装置 。 这种装置可以调控叶温 、
一叶片的光照强度 、 水蒸气压亏缺及叶室中的 C O : 浓度 、 并测定 C O : 及水分交换情况 。 实验
结果给出所用实验条件及光合 、 蒸腾 、 细胞间 C O : 浓度及气孔对水蒸气及 C O : 的导度等数
据 。
整个装置包括两台红外线 C O : 分析仪 、 两台双笔记录仪 、 一个叶室 , 一台带打 印机的
电子计算机 、 有关的气路 、 温度湿度调控系统及一定浓度的 C O : 供应装置 等 ( 图 1 ) 。 整
个流程是将空气通入饱和的氢氧化钾溶液 , 再经干燥剂 , 成为干燥的没有 C O : 的零气 , 用于
配制不同浓度的 C O : 气源 。 零气与一定比例的 1 % 的 C O : 混合后 ,进入一个大缓冲瓶 ,然后
从支路上将一小部分气体连接到一个绝对测定的红外线 C O : 分析仪上 , 测定空气中的 C O : 浓
度 , 另一小部分干燥空气继续经气阀控制通入叶室或放空 , 大部分气体则通入一个热套加湿
器 ( 可调控加湿器的温度 ) 和冷凝管 ( 连到一个露点温度水浴 ) 以加湿和除去 多 余 的 水蒸
汽 。 将已加湿且含所需 C O : 浓度的空气部分通入红外线 C O : 分析仪 , 其他通入叶室 。
具体的方法分述如下 :
( 一 ) 实验条件的控制
1
。
C O
: 浓度 由无 C O : 的空气加入适量的 1 %的 C O : ( 钢瓶压缩气体 ) 混合而成 。 可
用流量计控制两者的体积比或者最好利用一个气体混合泵 ( H . w 6S ht of f Boe c h u m , G e r -
m a n y ) 来配制 。 为了防止光合作用过程中叶片周 围气体中 C O : 的亏缺或由于 C O : 浓 度 减
少而响影实验准确性 , 所供给的 C O : 浓度是指从叶室出来的气流中的浓度而不 是 进入叶室
气流的浓度 。 为此 , 在获得有效的数据之前 , 通常控制进入叶室中 的 空 气 C O : 浓 度 略 高
于 3 30P p m , 对试验叶片的光合强度作预测 , 通过电子计算机算出从叶室出来气流的 C O : 浓
6 26广 西 植 物 4 卷
度 , 然后适当提高进入叶室气源的 C O : 浓度 , 使叶室出气 口的 C O : 保持恒定的数据 ( 标准
条件为 3 3 0 m P P ) 。
2
。 叶片的水蒸气压亏缺 这是指在一定的叶温下的饱和蒸汽压与叶片蒸气压 之差 ,简称 -
V P D (V a p
o r P r e s s u r e D e f i e i t )
。 已证明 V P D 的大小对气孔的导度 ( C o n d u e t a n e e ) 及光
合速率有明显的影响 , 因此 , 控制恒定的 V P D很重要 。 在一般的实验中 V P D 应为 10 一 15 m ba r
( 压力单 位 , l m bar 二 0 . 75 m m H g ) , 这可用干湿空气的比例加以控制 。 增大热套加 湿器的
温度 , 减少或不加干空气 , 降低露点水浴的温度都可提高空气中的水蒸气含 量 。 用 两 个 相
对湿度计 ( H M P 1 4 V R e l a t i v e H u !n id i t y I n d i e a t o r , W e a t h e r m e a s u r e C r o p , S a e r a 「m 一
e n t 。 , C al if
.
) 分别测定进出叶室的气流中水蒸汽含量 。为了在相对稳定的温度下测定以及防
止较低温度下水蒸汽的冷凝 , 相对湿度计的探头及三个流量计皆置于一个50 ℃的热室中。 这
个控制热室可用一个控温仪连接几个电阻来增高温度 , 热室内并装有小风扇以保持温度的均
匀分布 。
3
。 叶温 用两个精细的热电偶探针插入叶片下表面直接测定 。 叶温可由叶室水 套 温度 丁
及露点气体温度加以调控 。 带有冷却装置的恒 温水 浴 ( 一 10 一 + 15 。℃ , W 3 2 37 , L au da ,
B r in m a l n ) 适于作不同温度对光合作影响的测定 。 叶室内加小风扇 , 有利于气流的流 动 及
降低叶温 。
4
。 光照加度 以一个 1 0 0 0 W 的 W H I D 钠灯作为光源 ( 波长 40 一 70 五m ) 。 叶 片受光 -
的强度由加上不同孔径的无色金属网于叶室上面或移动叶室与光源的距离而调节 。 叶室 内在
叶片附近装有一个硅光 电池作为光强探测器 。 此硅光电池先用量子计进行校正 。 光照强度以
入射的量子通量表示 ( m m ol e iE ns et in . m 一 ’ , 一 ` ) 。
( 二 ) 叶蜜 应采用对 C O : 有最小吸收特性的材料 , 常用镀镍的黄铜为侧面及 底 面 的
材料 , 叶室顶面采用聚醋薄膜以便于光的透过 ( 图 2 ) 。 叶室中有小风扇及一些热交换板 ,
以保持气流均匀 , 使叶片具有良好的边界层传导性 。 叶室的顶面和底面或底面有 夹 层 水 套
( 图 2 一B ) 。 为便于作连体叶片的测定 , 叶室侧板上嵌上孔径不同的活动小板 , 以 适 于不
同大小的叶柄或局部叶片的固定 。 叶室顶盖与主体之间用螺丝加固以 防止漏气 。 叶片由上下
两层尼龙丝网夹住 。 叶室 的形状依所用叶片材料而定 。 叶面积由一个 L 3 10 0的叶 面 积 仪 测
定 。 为 了不损伤叶片 , 可用照相感光纸或晒图纸放于叶片下 曝光 , 剪下相应叶 面 积 再 作测
定 。
( 三 ) 红外线 C 0 2 分析仪 英国的 M a r k 五 I R G A (A n a ly t i e a l D e v e l o p m e n t C r o p ,
H od de
s d o m
,
E n g la n d) 对湿度反应不敏感 , 可用于绝对或参比测量 , 仪器性能较好 。 本装
置采用两台 I R G A , 一 台监测外界 C O : 的变化 , 一 台监测光合作用速率 。 所有气路 管道皆
用黄铜或者 T y g o n , 以减少其对 C O : 的吸收 。
( 四 ) 显示及数据处理 各项所得参数皆以 m v 显示 。 为此必 需 将 光 、 温 、 C O : 浓度
及流量 等的变化转化为 m v 数的变化 , 作出各条相关的 曲线 , 求出斜率 , 放入计算程序中 。
实验过程中应随时应用计算机预算结果 , 据此调整实验条件达到所需的要求 ,才取正式数据 。
当记录仪上的湿度及 C O Z 变化达稳定状态 , 转动可变开关 , 从数字毫伏计上读取有关数字 ,
通过计算机演算并显示所得结果 , 打印或加以储存 。 从我们的程序中可得出下列数据 ( 见附
表 1 ) 。 对各项结果的计算公式见以前的报道 ( 林植芳 , 阿勒林格 : 植物 生 理 学 报 , 8 ,
,…’……
3期 林植芳 : 国外光合作用测定装置介绍 26 7
3 6 3一 3 7 2 , 19 8 2 )
表 1 实 验 结 果 的 打 印 模 式
光强度
(m m
o l m
一 艺 s 一 ’
C O
: 一
I
( P Pm )
F l o w
(
c m ” s 一 ` )
V P o u t
(m b
a r
)
叶温℃ 0 2%
G H
:
O
(m m
s 一 `
)
C O
:
( i
n
)
( P P m )
V P i n
( m b
a r
)
G C O
Z
(m m
s 一 `
)
D e o
Z
( i n
一 o u t )
( p p m )
V p i n ( t
o t a l )
(m b a r )
C O
: 一
A
( p P m )
T r
( u g C m
一 “ s 一 `
)
P n
(
u m o l m
一 2 5 一 `
V P D
(m b a r )
。
C O
: ,
A 为外界 C O : 浓度 , 即叶室出气中 CO : 浓度 , 通常控制在 3 3o p p m , C O : 一 I为细胞内部空间 的 C O : 浓 度 ,
心 H : O 及 G C O : 分别为叶片对水蒸汽及 C O : 传导性 , T r 为蒸腾率 , lF o w 代表流量 , D C O : 代表进 出叶室气流中 C O :
旅度差 , P。 为净光合率 , V P 为水蒸气压 , V P D 为水蒸气压亏缺 。
r 一一 一 一 一 一 一 一 一一 一 ,
相对涅度探 头
双笔记录仗 红外线
C O
: 分析 f义
(们1对侧员 ,
叶室红:外 线
C 0
2 分析了义
`绝讨侧员
石
!门〔 〔
叶室外套
·水浴
, l
图 1 气路系统
268 广 西 植 _物 4卷
一
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{/ \ 门 / 活动塞板 {几口
}
前侧板
光浪探头艘线。 睡
气体出入接头 后侧板 底面水层
图 2 一 A 叶室正视图 图 2 一 B 叶室侧面图