植物叶片光合速率与呼吸速率的测定 — 红外线 CO 2 气体分析法

植物叶片光合速率与呼吸速率的测定—红外线CO2气体分析法植物叶片光合速率与呼吸速率的测定—红外线CO2气体分析法制作人：赵世杰

概述 ●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。

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。测定方法：CO2的吸收O2的释放有机物的积累光合作用的总反应式：

(一) 氧气的释放氧电极（实验20） 离体测定(二) 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

（三）CO2的吸收测定光合速率 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)法联体测定具有灵敏度高、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，因而被广泛应用于农业测定和科学研究中。

1 红外线气体分析仪工作原理

红外线经过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：红外线经过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对红外线的最大吸收峰：4.26μm H2O吸收红外线，同理应用红外线技术测量气体中水分的含量。 H2O对红外线的最大吸收峰：2.19μm

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，要测定光合速率必须与气路系统相结合。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=F×△C/S 稳定CO2气体 △CO2

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CO2下的光合速率

5. 测定光呼吸：R=Pn2-Pn21 低氧气体（2～3％O2，360ppmCO2）与正常空气（21％O2，360ppmCO2）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 7. 湿度曲线：控制进入叶室中气体的湿度

(2) 密闭式气路系统 公式：Pn=△C/△t×V/S

（一）TPS-1光合仪的基本配置 主机叶室红外仪与供气系统

显示屏亮度调节孔 连接叶室电源开关显示屏连接数据传输线连接叶室参比气管B 连接叶室分析气管A 连接充电器操作键盘

光源和遮光片

（二）TPS-1光合测定系统测定原理与气路连接 1. 气路系统（开放式）稳定CO2气体稳定H2O气体 △CO2 △H2O 测定的参数：光合速率：A；蒸腾速率：E；气孔导度：G 细胞间隙CO2浓度：CI；呼吸速率： -A

2.气路连接 开放式气路对气路的连接要求非常严格，参比气和分析气口不能反接。 PLC A：分析气路的出气口，叶室管子上标有“A”，连接主机上的“A”； PLC R：叶室参比气供应进气口，叶室管子上标有“R”，连接主机上的“R”。

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 3.吸收管空气进气口碱石灰管碱石灰管干燥剂管水分平衡器

4. 键盘功能 0~9为正常的数字输入键。 Y=Yes，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。

（三）TPS-1光合系统操作步骤 开机，显示主菜单： 1REC 2CAL 3DMP 4CLR 5CLK 6DIAG 1REC：测定 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：

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“2” 选择通用型叶室

选择叶室后显示设置菜单1： 1 REC:M/A 2 INT:001 FLO:300 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：

设置菜单2 ： 1 LIGHT=SUN(or LAMP) 2 LEAF AREA=05.0 1LIGHT：设置光源类型； SUN为自然光，LAMP为人工光源。 2LEAF AREA：夹入叶室内的实际叶面积5.4cm2 按“1” 键选择光源类型；按“2” 键输入叶面积；按“Y”键，然后显示：

PAR 5.4cm2 4.5cm2 PAR 不同类型叶室夹叶片的方法：

设置菜单3： 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 TEMP.= 40

当完成预热后（55），显示测定菜单： 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ppm Q：光量子通量密度，单位μmol·m-2·s-1； H：参比水蒸气压，以毫巴为单位（0.0~75.0）；+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。

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 nn A +/-nn.n CI nnnn E：蒸腾速率，以mmol·m-2·s-1为单位； G：气孔导度，以mmol·m-2·s-1为单位； T：叶片温度，以℃为单位； A：光合/呼吸速率，单位：μmol·m-2·s-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。

（四）光合速率的测定 选择待测叶片夹入同化室，给以适当的光照，观察△CO2值和水分差值变化，待△CO2值稳定后(40秒~1min)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。测定菜单结果 X C 0385 -035 Q 0600 H 09.2 05.8 T 26.6 E 02.01 G 0120 T 25. A +18.3 CI 0098

实验材料： 　　玉米叶片（C4植物）　　杂交酸模叶片（C3植物）

1、不同叶片的光合速率： 植物材料名称：呼吸速率：

2、呼吸速率的测定 如何测定？　测定3-5个叶片

注意 当TPS处于测量状态时，按“N”键返回到主菜单，然后再关机。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，环境中的光、温度、CO2浓度、空气湿度对测定结果都有影响。

植物叶片光合速率 与呼吸速率的测定 — 红外线 CO 2 气体分析法