光合荧光测系统使用说明

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动势,把PN结连接起来,电路中就有电流流过,电流大小与光照强度成相关性。其优点是稳定性好和重现性好,动态范围宽,温湿度特性优良和几乎没有疲劳特性。
硅光电二极管的短路电流与光照强度有较好的线性关系,当选择适当的滤光片对光谱进行选择,则硅光电二极管输出电流即和所选光谱的光强呈线性关系。具体电路为:
Q1
D1V0
图3 光合有效辐射测定电路示意图
D1为硅光电二极管,Q1为电流电压转换电路,将O-2742uEm-2.s-1微爱因斯坦的光强转换为0-5V输出电压,送到AD电路进行模数转换。
二、ECA光合测定仪结构原理
1、工作原理
ECA光合测定仪是利用先进的单片机技术对相应的CO2浓度、湿度、温度和光合有效辐射传感器信号进行采集,经数据处理计算出光合速率,蒸腾速率,水分利用效率,气孔导度和胞间CO2浓度,同时可显示,数据存储并能与计算机通讯(见图4)。
b)性能优良:所用的传感器为最新研制的产品,AD转换精度高,测量的稳定性、精度、重视性和时间响应同于和优于国外同类先进仪器;
c)适用广泛:配有不同类型的叶室、能广泛用于大田作物、果树、蔬菜、森木、牧草等多种植物不同形状叶片的测定。配有标准化免维护电池,可进行交、直流两种方式供电,野外、室内均可使用。还可以根据用户的需要,设计和制做特用的同化箱和呼吸反应器,测定群体光合作用和土壤、种子、昆虫等呼吸作用。
1、CO2测定
红外线气体分析根据由异原子组成的具有偶极矩的气体分子如CO2,CO,H2O,SO2,CH3,NH4,NO等在2.5~25um的红外光区都有特异的吸收带,CO2在中段红外区的吸收带有4处,其中4.26um的吸收带最强,而且不与H2O相互干扰。红外线CO2分析就是通过检测CO2对4.26um光谱的吸收来测定光合作用过程中CO2的变化量。因为CO2吸收的4.26um红外光能与其吸收系数(K)、气体的浓度(C)和测定的气室长度(L)有关,并服从比尔一兰伯特定律:
饱和脉冲法叶绿素荧光:
饱和脉冲(Saturation Pulse, SP)可被看作是光化光的一个特例。光化光越强,PS II释放的电子越多,PQ处累积的电子越多,光合电子传递被阻越多,荧光产量越高。当光化光达到使光合电子传递完全被阻(不能进行光合作用)的强度时,就称之为饱和脉冲。所谓饱和脉冲技术,就是打开一个持续时间很短(一般小于1 s)的强光关闭所有的电子门(光合作用被暂时抑制),从而使叶绿素荧光达到最大。
一、光合测定基本原理
地球上的植物均是以光合作用为基本物质生产过程,人类
和大多数的动物都是以植物这种基本生产过程所产生的一定形式物质,如果实、种子为生存条件的。特别是人类赖以生存的粮食生产过程95%以上的物质均是通过作物将空气中CO2和根部吸收的水分,在太阳光所提供的能量和叶片的叶绿体中合成的有机物质,这种植物将CO2和水合成有机物质并放出氧气的过程称为光合作用。如何测出光合作用的速率,对广大农业科技者和从事植物类研究人员是十分重要的。
光合过程感器信号感测数据采集与处理
4 ECA光合测定仪工作原理示意图
2、系统结构(见图5)
系统主要由二个部分构成,①叶室(或同化箱),其功能将被测叶片(或群体)夹(封)住,形成固定被测空间和取样,同时内装有叶片温度传感器(TL)和叶室温度传感器(TC),在叶室柄内装有湿度传感器(RH),在叶室柄上方有光合有效辐射传感器(PAR)。在测定光合作用和蒸腾作用过程中,叶室内的相对湿度变化量(0-100%),光合有效辐射的变化量(0-2700uEem-2s-1)和叶室、叶片温度变化量(0-50℃),各传感器相对应的均是标准电压(0-5V)供处理中心,叶室通过叶室信号电缆和气路管与主机相连,进行相应的开路或闭路测定;②主机,机箱内装有二氧化碳分析系统和处理中心,前者主要测定光合作用过程中CO2的浓度变化,并将CO2浓度变化量(O-1500ppm)转化为AD电路所需的标准电压讯号(0-5V);处理中心将输入的5种模拟量(CO2、RH、PAR、TC、TL)进行多路选择、模数(A/D)转换、数据采集与滤波,计算并将测定结果显示和存贮并与计算机通讯。
常规充电:先接电池后接通220V电源,电源指示灯亮,电池指示灯闪烁,常亮充满。
电池维护:电池使用前或长时间不用时都需要充电,仪器使用完毕后电池应及时充电,带电保存,长时间不使用时一个月充电一次,每三个月电池放电到无电、再充满一次。
3.主机操作
五、仪器的维护和故障修理
3-3时间设定操作同上,本仪器为24小时制;
测定光合速率的方法很多,如根据有机物的积累有半叶法,群体净同化率测定,根据O2的释放有气相O2释放法,吉尔森呼吸仪法,液相O2释放的化学滴定,氧电极法,但应用最多是根据CO2的吸收测定光合速率。根据CO2的吸收测定光合速率有化学滴定法、PH法、同位素法,最常用的而且快速准确的方法是红外线CO2气体分析仪法。
菜单,其它操作同闭路测量;
荧光测量原理
调制法叶绿素荧光
调制叶绿素荧光全称脉冲-振幅-调制(Pulse-Amplitude-Modulation,PAM)叶绿素荧光,我们国内一般简称调制叶绿素荧光。调制叶绿素荧光仪的工作原理:
植物吸收的光能只有3条去路:光合作用、叶绿素荧光和热。根据能量守恒:1=光合作用+叶绿素荧光+热。可以得出:叶绿素荧光=1-光合作用-热。也就是说,叶绿素荧光产量的下降(淬灭)有可能是由光合作用的增加或热耗散的增加引起的。由光合作用的引起的荧光淬灭称之为光化学淬灭(photochemical quenching, qP);由热耗散引起的荧光淬灭称之为非光化学淬灭(non-photochemical quenching, qN或NPQ)。光化学淬灭反映了植物光合活性的高低;非光化学淬灭反映了植物耗散过剩光能为热的能力,也就是光保护能力。 用于激发荧光的测量光具有一定的调制频率,检测器只记录与测量光同频的荧光,因此调制荧光仪允许测量所有生理状态下的荧光,包括背景光很强时。正是由于调制技术的出现,才使得叶绿素荧光由传统的“黑匣子”(避免环境光)测量走向了野外环境光下测量,由生理学走向了生态学。
☆数据存储:2G
☆显示:240×128点阵,中英文界面;
☆数据传输:SD卡;
四、面板示意图
9
9光量子插头,叶室上光量子传感器的连接插头;
10气路接口,与主机的气路连接口,有两个,左面为进气口,右面为出气口;
11连接轴,叶室上盖与下部的连接件;
12扳机,往后扳动可开启叶室;
13手柄,叶室的手持部位;
14压柄,往下压可关闭叶室;
4-3进入测量模式后,按△▽键选
择“◆单叶”“◆群体”,按
ENT键确认选择;
4-4系统容积为测量系统的空气容积,包括叶室、气管及内部测量系统的容积,在使用本机
配置的标准叶室时,系统容积为
0.12L,为本机默认值;当群体测
量时需改变此值;
5-4调零操作,调零之前先打开气泵,再将侧面板上六通阀逆时针旋转到底进入调零状态,当CO2的值逐渐降到(1-10)之间,调零完毕(若CO2的值降到0或大于10时,再用旁边的调零旋钮调整)。随后将六通阀顺时针旋转到底进入监测状态(测量三个小时以上请再次调零);
d)技术参数:
测定项目
测定量程
精度
CO2
0-1500PPm
<3PPm
RH
0-10ห้องสมุดไป่ตู้%
<1.8%
T
0-50℃
<0.2%
PAR
0-2700umolm-2·S-1
<5umolm-2·S-1
☆主机外形体积为:290×130×120(mm);
☆复合叶室面积:
A(无挡片):长:5cm、宽2cm(面积为:10.00cm²);
2、水分测定
植物在进行光合作用同时伴随着蒸腾过程发生。水分通过气孔向周围空气环境释放水分。通过监测湿度的变化计算出蒸腾速率。湿度测定是采用进口传感器。
3、温度测定
温度是光合作用和蒸腾作用过程中的重要条件,同时是计算光合速率和蒸腾速率的参数之一,也是在计算气孔阻抗中叶片温度(TL)和周围空气温度(TC)是重要能数。温度测定原理为:
1-2将连接线的航空插头分别插到主机和叶室的信号线接口;
1-3将连接线的气路管分别安在主机和叶室的进气口和出气口;闭路测量和开路测量安装方法如图,
2电源启动
2-1接通电源
2-1-1将随机配套的电池装入电池盒内,(一般新仪器电池已安在仪器内)
2-1-2充电每节电池可以连续工作8小时左右。当电压不足时,需及时充电。ECA光合测定仪主机所配备电源是由GP0108充电器经对其结构和功能改进后作为ECA主机充电电源。
15光量子,测量光合有效辐射;
16连接螺丝,旋转螺母可以调节叶室的松紧程度,顺时针方向紧,逆时针方向松,打开叶室时顺时针方向旋转可拆卸上盖;
17透光窗,叶室的透光口,本机标配叶室的面积为11平方厘米;
18叶片温度,热点偶传感器,用于叶片温度的测量;
五、ECA光合测定系统操作说明
1.仪器连接,
1-1随机所配的连接线是信号线与气路管一体线;
空气温度测量利用进口传感器,叶片温度测量利用热电偶元件,热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路时,如果两连接端温度不同,则会在回路内产生热电流的物理现象。热电偶由两根不同导线(热电极)组成,它们的一端是互相焊接的,形成热电偶的测量端,(也称工作端)。将它插入待测温度的介质中;而热电偶的另一端(参比端或自由端)则与显示仪表相连。如果热电偶的测量端与参比端存在温度差,则显示仪表将指出热电偶产生的热电动势。
E=Eoe-KCL
因为测定仪在设计过程中将确定了Eo(初级始发能量)和L(气室长度),-K,e为常数,而E(测定未端的能量)就有了与C(被测气体浓度)的对应关系,通过测定E就可测定出CO2浓度。
红外线CO2分析的优点:①灵敏度高,可以测定到1.0、0.5甚至0.1uml.mlo-l(即ppm)的CO2浓度;②反应快速,响应时间短,可测定出光合速率瞬时变化;③易实现自动化,智能化的测定。
5-5测量:
5-5-1关闭叶室,手柄轻轻摆动,检测CO2值稳定后准备下一步操作。
5-7面积修改操作,此界面在屏上■
出输入本次测量叶片面积数,按EN
T键进入测量结果菜单
5-12如果选择了开路测量方式,
先不夹叶片,打开叶室测量大
气的各项参数,按ENT键采集
,而后夹紧叶片,按ENT键采
集叶室内各参数,进入面积修改
三、ECA光合荧光系统的性能及用途
ECA光合测定主要用于作物、果蔬、牧草等植物以光合为主的多种生理指标和生态因子的测定,该仪器具有以下特点:
a)特殊配置:选用先进的单片机对测定过程中各路变化的信号进行自动采集和处理,配置全点阵液晶宽屏显示器,中英文菜单,可实现多信息的菜单式显示和光标引导下的简便操作,结果数据存储并与计算机通讯。使用方便:体积小,重量轻,可随身携带,单人操作,任意移动,自动弹启和锁紧方式,测定时装卸叶片十分方便。
4、光合有效辐射测定
光合有效辐射(PAR)是指植物吸收并参与光化学反应的太阳辐射光谱成份。一般光谱范围欧美多采用400~760nm,俄、日等用380~710nm,ECA光合测定仪的PAR是前者范围。该技术原理为:PAR测定采用多层叠加滤光和光敏半导技术,即采用硅光电二极管,利用光生伏特效应将光能转化为电能,在光照照射下能在P区和N区之间形成光生电
3-4用户名称为使用者数据存储文件夹名,用户自己定义,同时按△▽键可切换数字输入和字母输入,使用时用户名必须输入;
3-5起始样品号为当前用户名下的下一个测量样品号,如为1时,该用户没有已测量的样品,为30时,该用户名下已保存了29个测量结果,下一个样品为30号。
3-6设置完成后按ESC键回到主菜单 。
B(圆形挡片):r:0.5cm(面积为:0.79cm²);
C(椭圆挡片):长4.3cm、短0.5cm(面积:6.75cm²);
☆荧光探头尺寸:直径:6.5cm 高:5.5cm
☆工作环境:温度0—50℃,相对湿度:0-100%(没有水汽凝结);
☆电源: DC6V9AH可存电锂电池,可连续工作7—9小时;
ECA光合测定仪采用单片机的智能管理技术,除了监测光合作用过程中的CO2变化外,还同时监测蒸腾作用过程中的水分变化(RH)以及测定相应的光合有效辐射(PAR),温度(包括叶室温度(TC)和叶片温度(TL),并根据这些测定参数自动计算出相应的光合速率(Pn),蒸腾速率(Tr)水分利用效率(WE)、气孔导度(Cleaf)、胞间CO2浓度(CO2in)。
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