植物光合和呼吸作用、气孔导度和蒸腾速率的测定

三、主要仪器设备
1、实验仪器 LI-6400 portable photosynthesis system 3、实验材料 玉米和蚕豆植物
四、操作方法和实验步骤
1. 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
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
装订线
1、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。
2、 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。
进行环境条件控制下光合速率的测定以及响应曲线的测定。4.叶室小，
结构简单，操作方便。5.通过配气可以精确测定光呼吸速率。用N2、O2
和CO2配制低氧气体（2～3％O2，360ppm CO2），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。
开放式气路的缺点：
1.不能进行群体光合速率的测定；较大的气流难以实现控制和精确测
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±标准误差) 蚕豆：
Pn (μmol.m- R (μmol.m- Tr(mmol.m-2s-1) SC(molH2Om-2s-1) WUE
2s-1)
2s-1)
10.8
0.829
1.33
0.125
8.1203
6CO2+6H2O
6(CH2O)+6O2
1 测干重——改良半叶法：同面积光暗叶片重量差。使用三氯乙酸 （TCA）涂抹在叶片叶柄处，阻断叶片在进行光合作用的时候向外
输出营养物质。测定的为总光合作用量。
2 测放O2 ——氧电极法。气相和液相。氧电极的原理：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
开放式气路的优点：
1.可对光合速率作长时间动态监测，例如，固定一片叶片，可以进行此
叶片光合作用的日变化测定。2.开放式气路系统恒态测定，它所反应的
是在某种条件下，特别是某一CO2浓度下CO2交换速率达到平衡时的光合
速率，排出了气孔对环境条件变化反应的滞后现象带来的干扰。3.容易
进行环境条件（CO2浓度、光强度、温度、空气湿度）的控制，方便地
七、讨论、心得
1、红外线CO2分析仪法：开放式气路系统与密闭式气路系统。
开放式气路系统的原理：开放式气路系统是以气泵为动力，空气流经同
化室后排出，由于叶片光合气体中的CO2被部分吸收，用IRGA测量进入
同化室和流出同化室的空气中CO2浓度差，并按下式计算出光合速率：
Pn=F×△C/S 式中：Pn-光合速率；F-气体流量；△C-同化室进气口与
值
本实验将采用开放式测得。
4 测量蒸腾速率和气孔导度——蒸腾速率上升，产生更多的水，相 对湿度的改变被湿度感受器感知，变化被输入计算机从而输出蒸
腾气孔导度。
水分的扩散和二氧化碳扩散存在线性关系，胞间二氧化碳浓度可以
通过，蒸腾速率、气孔导度和大气间的二氧化碳浓度计算 定样品室内空气的露点温度而得知其蒸气压。
3、 如要使这两种植物各自生长良好，你认为应如何种植或设置光 照条件。
答：玉米：适宜在足够大的光强下生长，充分提高玉米的光合速率。 要充分光照，由于玉米杆比较高，叶片大，所以要控制种植的密度，增 加光和面积。也可以改善株型，增加种植密度，增大光合面积，耐肥不 倒伏，充分利用光能，提高光能利用率。适当的补充水分，条件允许的 话可以增加二氧化碳的浓度，补充人工光照。 蚕豆：蚕豆只需要适当的光照，在适当的条件下，合理施肥灌溉。也可 以在条件允许的情况下改善二氧化碳、水分、光照的条件。
从图中的光合饱和点和光合补充点得出：玉米是C4植物，而蚕豆是 C3植物；由于C4植物的PEP羧激酶活性比C3强，C4植物能更好的利用二 氧化碳，因此，C4植物的光合速率比C3快许多，尤其是在二氧化碳浓度 低时，C4能更有效地应用二氧化碳， 所以C4的光合补偿点低于C3植 物。所以：玉米适于在充足的光强下种植，而蚕豆增强光强却不增长光 合速率，可以在适宜的光强下种植，两种都是阳生植物，但是所需最大 光强不同。
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。
注意事项： 1、所取材料在植株上的部位要一致，打取叶圆片要避开主脉和伤口， 取材以及打取叶圆片的过程操作要迅速，以免失水。 2、压力室法要严格密封，防止漏气。
植 2348 1999 1499 1001 600 300 99 50 30 11
0
物
光
强
玉 16.3 15.8 14.6 12.7 10.7 7.6 3.6 1.49 0.706 -0.136 -0.817 米
六、实验结果与分析 1、比较两种植物光光合响应曲线的差异，求出它们的光补偿点、饱和 点和量子效率，根据上述差异分两种植物光适应种类。
出气口CO2浓度差；S-叶片面积。
在开放式系统中，
气体流量是影响光合速率的重要因素，必须精确控制。流量的调节依据
是测定过程中的CO2浓度差，CO2浓度差以控制在5～25ppm的浓度范围内
较好。气体流量须根据被测叶片面积的大小及叶片的光合速率高低适当
调节。叶片面积大、光合作用强的，流速应适当大些，反之则应小些。
2s-1)
2s-1)
蚕豆 10.8 0.09894±0.000114 1.33
0.125
8.1203
玉米 16.1
0.797±0.0051
1.38 0.256±0.000707 11.67
植 2346 2100 1499 1000 600 300 100 50 30 11
0
物
光
强
蚕 11.2 11.3 11.3 10.9 10.1 7.62 3.16 1.47 0.605 -0.375 -0.795 豆
3. 水分利用效率是光合速率与蒸腾速率的比值，所以水分利用率 随着光合速率的升高而升高，随蒸腾速率的升高而降低，在一 定的光强范围内，光合速率随着光强的增加而增加，但蒸腾速 率也在增加，但总体是水分利用效率增加。当到达光合饱和点 时，随着光强的再上升，光合速率不变，但是蒸腾却将达到最 大，直到植物缺少水分而关闭气孔。
10.8
0.837
1.33
0.125
8.1203
10.8
0.847
1.33
0.125
8.1203
10.8
0.847
1.33
0.125
8.1203
10.8
0.857
1.33
0.125
8.1203
平 10.8 均 值
0.8434
1.33
0.125
8.1203
标 0.0 准 误 差
0.000114 0.00
2、分析光对蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率的影响。 答：
1. 光是影响蒸腾作用的主要外界条件，它不仅可以提高大气的温 度，同时也可以提高叶温，大气温度的升高增强水分蒸发速 率，叶面温度大于大气温度，使叶外的蒸汽压差增大，蒸腾速 率更快。此外，光照促进气孔的开放，减少内部阻力，从而增 强蒸腾作用。
2. 光照是调节气孔运动的主要信号。保卫细胞叶绿体在光下形成 的蔗糖，累积在液泡中，渗透势降低，于是吸收水膨胀，气孔 张开。光也可促进保卫细胞内苹果酸的形成和K+、Cl-的积累。 一般情况下,光可促进水势降低，气孔张开。通常认为，红光是 通过间接效应，而蓝光也会刺激气孔张开。蓝光可是保卫细胞 膜上的质子泵ATP酶活化，质子泵排出质子到膜外，使得质膜 内侧的电势更负，于是通过各种途径吸收各种离子和积累有机 质于液泡，气孔就张开。
答：从前两幅图显示：在任何光强（300除外）下玉米的光合速率都大 于蚕豆。在无光照下蚕豆的呼吸速率大于玉米。并且从图中可以得出： 玉米光补偿点=15.921μmol CO2 m-2 s-1； 光饱和点= 2000以上μmol CO2 m-2 s-1；量子效率= 0.0454
蚕豆光补偿点=17.906μmol CO2 m-2 s-1； 光饱和点=1500μmol CO2 m-2 s1； 量子效率= 0.0461
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
3 红外线CO2分析仪法：CO2吸收4260nm红外线
有封闭式：单位时间内CO2下降量 和开放式：参比室和叶室CO2差
flux<enter>, 输入光强值（500-1500 ）<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）。
2. 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)。
二、实验内容和原理
1、熟悉仪器基本结构，及按装调试。
2、以玉米和蚕豆植物为材料，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，分析其属于玉米或蚕豆阴叶或阳叶。
3、Principles for measuring photosynthesis and respiration
量。 2.不能测定土壤呼吸。
2、在进行该实验时，对植物不宜移动，一旦移动了，植物的光合速率
就不会稳定，在测定时饱和光下植物的光合速率时，当数值上下波动
时，便可测定。
3、光补偿点的特点： 一般来说，阳生植物的光补偿点在全光照3～5， 而阴生植物的光补偿点则在全光照的1以下。其主要原因有二：1、一般 来说阴生植物呼吸速率较阳生植物低。2、就叶绿体而言，阴生植物与 阳生植物相比，前者有较大的基粒，基粒片层数目多得多，叶绿体含量 又较高，这样阴生植物在较低的光照强度下，就能保证光合作用速率等 于呼吸作用速率，因此阴生植物光补偿点较低．
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。
3. 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
4、光补偿点的实际意义：植物在光补偿点时有机物的形成与消耗相 等，不能积累有机物，而且晚上还要消耗有机物，因此从全天来看，植 物所需的最低光照强度必须高于光补偿点，才能使植物正常生长，这 在实践上有很大意义，间作和套种使作物种类的搭配，冬季温室栽培蔬 菜等等都与光补偿点有关。
0.000
0.0000
表2 玉米：
Pn (μmol.m- R (μmol.m- Tr(mmol.m-2s-1) SC(molH2Om-2s-1) WUE
2s-1)
2s-1)
16.1
0.79
1.38
0.255
11.67
16.1
0.796
1.38
0.256
11.67
16.1
0.796
1.38
0.256
11.67
16.1
0.804
1.38
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0.256
11.67
16.1
0.799
1.38
0.257
11.67
平 16.1 均 值
0.797
1.38
0.256
11.67
标 0.0 准 误 差
表3
0.0051
0.00
0.000707
0.00
Plants Pn (μmol.m- R (μmol.m-2s-1) Tr (mmol.m- SC(molH2Om-2s-1) WUE