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 .

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。

6CO2+6H2O 6(CH2O)+6O2

（三）实验原理

Principles for measuring photosynthesis and respiration

1 、测干重——改良半叶法：同面积光暗叶片重量差。

暗中

三氯乙酸TCA

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

2 、测放 O2 —— 氧电极法。气相和液相

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

3 、红外线 CO2 分析仪法：CO2 吸收 4260nm 红外线

封闭式：

开放式：

分析器叶室

单位时间内 CO2 下降量

分析器

叶室

参比室CO2

入口气体出口

参比室和叶室 CO2 差值

• 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.

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

红兰光源叶室和 CO2 红外分析器

连接光源和控制器的地缆

LI-6400 控制系统

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）。

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）。

LI-6400 控制系统接线侧

LI-6400 控制系统干燥管和碱石灰管侧

LI-6400 控制系统侧电缆连接

LI-6400 控制系统侧气管连接

LI-6400 分析器电缆连接

LI-6400 分析器气管连接

LI-6400 分析器分析电缆连接

( 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?

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” ， 。

( 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 ）。

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。

• 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）。

（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。

（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。

（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)

光合速率

蒸腾速率

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

• 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 ）

Plants Pn (μmol.m-2s-1) R (μmol.m-2s-1) Tr (mmol.m-2s-1) SC(molH2Om-2s-1) WUE

玉米

蚕豆

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：

-5

0

5

10

15

20

25

30

0 500 1000 1500 2000 2500

123

Tea 01-2

-2

0

2

4

6

8

10

12

0 500 1000 1500 2000 2500

78910

Biotec 01-2

-2

0

2

4

6

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10

12

0 500 1000 1500 2000 2500

567

AgroS01-2

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0

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3

4

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6

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0 500 1000 1500 2000 2500

12 Hotcul

01-1Pho

tosy

nthe

tic

rate

(μm

ol.m

-2s-1

)

PFD (μmol.m-2s-1)

Fig 1. Response curves of photosynthesis to PFD