植物叶片光合速率测定技术 - 山东农业大学实验教学中心
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农业生物学实验教学中心
光合作用的总反应式：
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
农业生物学实验教学中心
(一) 氧气的释放
氧电极（实验20） 离体测定
X
结果 E 02.01 G 0120 T 25. A +18.3 CI 0098
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：
玉米叶片 （C4植物）
杂交酸模叶片（C3植物）
农业生物学实验教学中心
1、不同叶 CO2浓度 C 光强度 温度 Q T 衰老1 衰老2 幼叶3 幼叶4 功能5 功能６
（1）开放式气路系统
（2）密闭式气路系统
农业生物学实验教学中心
（1）开放式气路系统
公式：Pn=F×△C/S
稳定CO2气体 △CO2
农业生物学实验教学中心
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
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（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
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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。
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：
农业生物学实验教学中心
SET PLC 1:BROAD 2:UNIVERSAL
WARM UP DELAY TEMP.= 40
农业生物学实验教学中心
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。
蒸腾速率 E 气孔导度 G 叶片温度 TL 光合速率 A 细胞间隙CO2 浓度 CI 呼吸速率：
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2、呼吸速率的测定
如何测定？ 测定3-5个叶片
农业生物学实验教学中心
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。
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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
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(2) 密闭式气路系统
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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。
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（三）TPS-1光合系统操作步骤
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1 红外线气体分析仪工作原理
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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
N
1: LIGHT = SUN (or LAMP) 2: LEAF AREA = 05.0 1 Y Y 2 Y N
Þ ± Î ê × » CO 2 H 2O,² º Ä Ü ¼ ÷ Ð · Ã ² ¼ Ö è ² Ø × ÷ C nnnn -nnn Qnnnn 7 Enn.n Gnnnn T nn
H nn.n +nn.n T nn.n A+nn.n CInnn
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”。
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3.吸收管
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
空气进气口
碱石灰管
干燥剂管
碱石灰管 水分平衡器
1 P:01 R:01 nnn FREE RECORDS nnn Y 3 Y N
7 7 Ô Ê ½ Ï Â Ò º · ö ¼ á ¸ ø PLOT 01 REC 01 YÏ 2 Y 09/03 12:19 N· µ º × Ö ÷² Ë µ ¥ 1 2 1: SCREEN DISPLAY ´ Ê ä 2: DATA DUMP 1/2? PC« 3 1REC 2CAL 3DMP 4CLR 5CLK 6DIAG 4 5 Ç ³ å ù Ä Ù æ ´ ±Ö Ê Ó Ð £ ù Õ 6 Õ ¶ ï Ï Ò Ç Æ ÷ Ô Ä Ð Ü N ¼ Ð ³ ÷ õ Ê » º ¯ â Ê ² Ô ´ ú Â ë 0462
按“1”键选择M
按“Y”键，然后显示：
农业生物学实验教学中心
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：
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
农业生物学实验教学中心
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。
公式：Pn=△C/△t×V/S
C
A
P
R
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（一）TPS-1光合仪的基本配置
主机
叶室 红外仪与供气系统
农业生物学实验教学中心
连接叶室
电源开关
显示屏亮 度调节孔
显示屏
连接叶室 连接叶室 连接数据 参比气管B 分析气管A 传输线
连接 充电器
操作 键盘
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光源和遮光片
农业生物学实验教学中心
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。
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不同类型叶室夹叶片的方法：
PAR
4.5cm2
5.4cm2
PAR
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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:
农业生物学实验教学中心
C nnnn +/-nnn Q nnnn H nn.n +/-nn.n T nn.n X Enn.nn Gnnnn Tnn A+/-nn.n CInnn Y Y
1: CO 2 CONTROL 2: H2O CONTROL. Y 1 2
Y
1:SEE DATA INPUT 2 2:INITIALISE 1 农业生物学实验教学中心 DISPLAY 1 CR: nnnnn A:nnnnn
农业生物学实验教学中心
1 REC:A/M 2 INT:001 FLO:300
Y
1/2
SET PLC 1:BROAD 2:UNIVERSAL 1 CO 2 CAL 2 H 2O CAL 1 N
CO2 CONC = nnnn KEY0 WHEN STEADY ä È ë ± ê × » CO2 Å ¨¶ È 1 Ê
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农业生物学实验教学中心
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
农业生物学实验教学中心
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：
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
农业生物学实验教学中心
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。
（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 C 0385 -035 Q 0600 H 09.2 05.8 T 26.6
(二) 干物质的积累
半叶法（实验21） 群体光合能力 离体测定 离体测定
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（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。
光合作用的总反应式：
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
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(一) 氧气的释放
氧电极（实验20） 离体测定
X
结果 E 02.01 G 0120 T 25. A +18.3 CI 0098
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：
玉米叶片 （C4植物）
杂交酸模叶片（C3植物）
农业生物学实验教学中心
1、不同叶 CO2浓度 C 光强度 温度 Q T 衰老1 衰老2 幼叶3 幼叶4 功能5 功能６
（1）开放式气路系统
（2）密闭式气路系统
农业生物学实验教学中心
（1）开放式气路系统
公式：Pn=F×△C/S
稳定CO2气体 △CO2
农业生物学实验教学中心
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
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（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
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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。
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：
农业生物学实验教学中心
SET PLC 1:BROAD 2:UNIVERSAL
WARM UP DELAY TEMP.= 40
农业生物学实验教学中心
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。
蒸腾速率 E 气孔导度 G 叶片温度 TL 光合速率 A 细胞间隙CO2 浓度 CI 呼吸速率：
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2、呼吸速率的测定
如何测定？ 测定3-5个叶片
农业生物学实验教学中心
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。
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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
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(2) 密闭式气路系统
农业生物学实验教学中心
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。
农业生物学实验教学中心
（三）TPS-1光合系统操作步骤
农业生物学实验教学中心
1 红外线气体分析仪工作原理
农业生物学实验教学中心
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
N
1: LIGHT = SUN (or LAMP) 2: LEAF AREA = 05.0 1 Y Y 2 Y N
Þ ± Î ê × » CO 2 H 2O,² º Ä Ü ¼ ÷ Ð · Ã ² ¼ Ö è ² Ø × ÷ C nnnn -nnn Qnnnn 7 Enn.n Gnnnn T nn
H nn.n +nn.n T nn.n A+nn.n CInnn
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”。
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3.吸收管
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
空气进气口
碱石灰管
干燥剂管
碱石灰管 水分平衡器
1 P:01 R:01 nnn FREE RECORDS nnn Y 3 Y N
7 7 Ô Ê ½ Ï Â Ò º · ö ¼ á ¸ ø PLOT 01 REC 01 YÏ 2 Y 09/03 12:19 N· µ º × Ö ÷² Ë µ ¥ 1 2 1: SCREEN DISPLAY ´ Ê ä 2: DATA DUMP 1/2? PC« 3 1REC 2CAL 3DMP 4CLR 5CLK 6DIAG 4 5 Ç ³ å ù Ä Ù æ ´ ±Ö Ê Ó Ð £ ù Õ 6 Õ ¶ ï Ï Ò Ç Æ ÷ Ô Ä Ð Ü N ¼ Ð ³ ÷ õ Ê » º ¯ â Ê ² Ô ´ ú Â ë 0462
按“1”键选择M
按“Y”键，然后显示：
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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：
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
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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。
公式：Pn=△C/△t×V/S
C
A
P
R
农业生物学实验教学中心
（一）TPS-1光合仪的基本配置
主机
叶室 红外仪与供气系统
农业生物学实验教学中心
连接叶室
电源开关
显示屏亮 度调节孔
显示屏
连接叶室 连接叶室 连接数据 参比气管B 分析气管A 传输线
连接 充电器
操作 键盘
农业生物学实验教学中心
光源和遮光片
农业生物学实验教学中心
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。
农业生物学实验教学中心
不同类型叶室夹叶片的方法：
PAR
4.5cm2
5.4cm2
PAR
农业生物学实验教学中心
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:
农业生物学实验教学中心
C nnnn +/-nnn Q nnnn H nn.n +/-nn.n T nn.n X Enn.nn Gnnnn Tnn A+/-nn.n CInnn Y Y
1: CO 2 CONTROL 2: H2O CONTROL. Y 1 2
Y
1:SEE DATA INPUT 2 2:INITIALISE 1 农业生物学实验教学中心 DISPLAY 1 CR: nnnnn A:nnnnn
农业生物学实验教学中心
1 REC:A/M 2 INT:001 FLO:300
Y
1/2
SET PLC 1:BROAD 2:UNIVERSAL 1 CO 2 CAL 2 H 2O CAL 1 N
CO2 CONC = nnnn KEY0 WHEN STEADY ä È ë ± ê × » CO2 Å ¨¶ È 1 Ê
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：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
农业生物学实验教学中心
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：
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
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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。
（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 C 0385 -035 Q 0600 H 09.2 05.8 T 26.6
(二) 干物质的积累
半叶法（实验21） 群体光合能力 离体测定 离体测定
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（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。