植物生理学实验-光合、呼吸速率、荧光参数测定.ppt

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1、实验五.植物叶片光合、蒸腾与呼吸速率的测定实验六.植物叶片叶绿素荧光参数的测定,实验五.植物叶片光合、蒸腾与呼吸速率的测定,一、概述二、红外线气体分析仪（IRGA）工作原理三、TPS-2光合作用测定系统操作方法,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。,一、概 述,（一）意义,光合作用的总反应式：CO2+2H2O*+4.69kJ(CH2O)+O*2+H2O

2、 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,（二）光合速率测定的发展,1、氧气的释放 氧电极（实验20）离体测定2、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,3、CO2的吸收测定光合速率 化学滴定法,主要测定呼吸（实验22）pH法（已经淘汰）红外线气体分析仪(IRGA)法,联体测定,二、红外线气体分析仪(IRGA)工作原理,1、原理 由异原子组成的气体分子吸收红外光。红外光经过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

3、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,2、CO2气体的吸收峰有：2.67m 吸收率为0.54%2.77m 0.31%4.26m 23.2%14.98m 3.1%峰值为4.26m的吸收带最强,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：2.59m,3、IRGA法测定光合速率的气路系统 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。,气路系统主要有,开放式气路系统密闭式气路系统,（1）开放式气路系统 公式：Pn=FCO2/S,CO

4、2,稳定CO2气体,F值已知,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：同一叶片不同光强下的光合速率4.测定CO2光合曲线：同一叶片不同CO2下的光合速率5.测定光呼吸：不同气体下光合速率之差：R=Pn2-Pn21 低氧气体（23O2，360ppmCO2）与正常空气（21O2，360ppmCO2）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8.群体光合速率的测定,(2)密闭式气路系统 公式：Pn=C/tV/S,密闭式气路系统的优点：1.对红外仪的精度要求不高，一般用单气室红外仪即可2.测定光合速率一个指标时，不用精确测定流量

5、3.测定群体光合速率4.测定CO2光合曲线（气孔开度滞后）,密闭式气路系统的缺点：1.非恒态测定，CO2浓度不断下降；不能长时间连续监测2.需精确测量同化室容积（很困难管路、植物体积影响），加大测量误差3.难以进行光光合曲线的测定4.气路系统容易漏气，环境CO2干扰测定5.强光下，同化室的温度升高过快,三、TPS-2光合作用测定系统操作方法,TPS-2光合测定系统的特点：开放式气路系统,CO2,稳定CO2气体,H2O,稳定H2O气体,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,进行控制条件下的测定：控制光强度、控制参比气体中的CO2、水蒸气浓度。,（一

6、）TPS-2光合仪的基本配置,PLC4叶室（同化室）,红外仪与供气系统,连接叶室分析气管A,连接叶室参比气管B,操作键盘,连接充电器,电源开关,显示屏,连接叶室,连接数据传输线,显示屏亮度调节孔,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。,LED光源,LED光源与安装,光强选择按钮 0-9档,PLC同化室、叶室,干燥剂管,碱石灰管,碱石灰管,空气进气口,TPS-2,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,吸收管,键盘功能,09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

7、，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。,1REC：测定与记录2CAL：校正 3DMP：数据输出 4CLR：清除内存 5CLK：时钟校正 6DIAG：诊断,1REC 2CAL 3DMP 4CLR 5CLK 6DIAG,（二）TPS-2光合系统操作步骤,开机显示主菜单,按“1”进入测定模式,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“1”选择标准叶室,1 LIGHT=LED(SUN)2 LEAF AREA=02.5,1LIGHT：设置光源类型；

8、SUN自然光，LED人工光源。按“1”键转换；选择LED 2LEAF AREA：叶室内叶面积。按2键输入叶面积=2.5cm2；(如正确不修改),按“Y”键显示,1 P:01 R:01FREE RECORDS nnn,1P：小区号，用户输入；按“1”键可改变，输入范围01-89R：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“Y”键仪器进入预热状态，屏幕显示:,1 REC:M 2 INT:0 FLO:300,按“Y”键显示,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。按“1”键选择M。2INT：自动记录时间间隔；

9、M记录时为“0”FLO：气体流量,固定值不需设定,设置菜单1,设置菜单2,设置菜单3,C nnnn+/-nnn Q nnnn H nn.n+/-nn.n T nn.n,C:参比CO2浓度，单位ppm;+/-nnn分析气与参比气CO2浓度差;Q:光量子通量密度，单位molm-2s-1H:参比水蒸气压，单位毫巴(0.075.0)+nn.n分析气与参比气水蒸气压差值;T:叶室温度()。,完成预热后(55)，显示“测定菜单”,WARM UP DELAY TPS TEMP.=40,按转换键X可交替显示测定数据和计算结果,E nn.nn G nnnn T nnA+/-nn.n CI nnnn,E:蒸腾速率

10、，单位mmolm-2s-1;G:气孔导度，单位mmolm-2s-1;T:叶片温度()；A:光合/呼吸速率，单位molm-2s-1 正值为光合速率，负值呼吸速率。CI:细胞间隙CO2浓度，单位ppm。,光源电源的连接,使用LED光源，先进行光照强度的选择：,CONTROL SETTINGS1CO2 2H2O 3LED,按3显示：,LED LEVEL 0=0000 PRESS 0-9 OR Y,按7显示：,LED LEVEL 7=0938 PRESS 0-9 OR Y,按Y返回测定菜单:,在“测定菜单”下,按Y显示：,C0385-035 Q 0938H 09.2 05.8 T 26.6,将光源上的

11、“光强选择按钮”调到7,Q值就是叶片的实际光照强度。,光强选择按钮 0-9档,LED光源,光合速率的测定,C nnnn+/-nnn Q nnnn H nn.n+/-nn.n T nn.n,不夹叶片，合上叶室，观察参比CO2浓度C，待 CO2(+/-nnn)稳定在0(1)时，夹上叶片进行测定：,同化室夹上待测叶片(注意防漏气),观察CO2值和水分差值变化，待CO2值稳定后(40秒1min)，按转换键X观察结果，记录测定结果。,同化室窗口直径1.8cm叶面积=2.5cm2,同化室夹入叶片方法：,在测定菜单时:,光合速率的测定：选择待测叶片夹入同化室，给以适当光照，观察待CO2值稳定后(40秒1mi

12、n)，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。,E 02.1 G 0120 T25.A+18.3 CI 0098,C 0385-035 Q 0600 H 09.2 05.8 T 26.6,X,测定菜单,结果,按“N”键返回主菜单,在测定状态下：按1键返回到设置菜单1，用于改变记录方式；修改完毕按“Y”键返回测定状态。按2键返回到设置菜单2，用于改变光源类型或叶面积；修改完毕按“Y”键返回测定状态。按3键返回到设置菜单3，用于改变小区号。修改完毕按“Y”键返回到测定状态。,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。,实验材料：玉米叶片烟草叶片

13、 小麦叶片 大叶黄杨幼叶,本次实验测定内容不同叶片的光合速率：,植物材料名称：,呼吸速率：,呼吸速率如何测定？测定1-2个叶片,光光合曲线、表观量子效率的测定 测定同一叶片不同光强下的光合速可绘制光光合曲线CO2光合曲线的测定：测定同一叶片不同CO2下的光合速率，绘制曲线光呼吸的测定,测定的项目：,实验六.植物叶片叶绿素荧光参数的测定,一、目的意义二、叶绿素荧光的产生及与光合作用的关系三、基本荧光参数四、PPEA植物效率仪操作,一、目的意义,叶绿素荧光参数反映PSII对光能吸收、激发能传递和光化学反应等光合作用的原初反应过程。叶绿素荧光技术是诊断植物体内光合机构运转状况、分析植物对逆境响应机理

14、的重要方法。在植物抗性生理、植物生态学、作物生理学、藻类学的研究以及检测环境污染等广泛应用。该方法具有灵敏、简便，快速和对植物无破坏损伤的特点。,二、叶绿素荧光的产生及与光合作用的关系 光合机构吸收的光能有三个可能的去向：1、光化学反应,引起反应中心的电荷分离及后来的电子传递和光合磷酸化,形成用于固定、还原二氧化碳的同化力(ATP和NADPH),氮素还原，光呼吸等。2、转变成热散失；3、以荧光的形式发射出来。由于这三者之间存在此消彼长的相互竞争关系,所以可以通过荧光的变化探测光合作用的变化(图1)。,图1 叶绿素分子的光激发与退激,激发态2,激发态1,退激,实际上,以荧光形式发射出来的光能在数

15、量上是很少的,还不到吸收的总光能的3%。在很弱的光下,光合机构吸收的光能大约97%被用于光化学反应,2.5%被转变成热散失,0.5%被变成荧光发射出来；在很强的光下，当全部PSII反应中心关闭时，吸收的光能95%97%被变成热，而2.5%5.0%被变成荧光发射。,当逆境影响到叶片光能的捕获和转化、CO2固定和还原等过程时，叶绿素荧光的发射强度就会改变。通过测量叶绿素荧光的变化就可推知光能用于光化学反应以及用于热耗散等过程的高低，进而计算出植物的光化学效率等参数。,叶绿素荧光诱导动力学,当一片经过充分暗适应的叶片从黑暗中转入光下后，叶片的荧光产额会随时间发生规律性的变化，典型荧光诱导动力学曲线上

16、几个特征性的点分别被命名为O、I、D、P、S、M和T（图）,在照光的第1秒钟内，荧光水平从O上升到P,这一段被称为快相；快相与PSII的原初过程有关。,从P下降到T，这一段被称为慢相。慢相主要与类囊体膜上和间质中的一些反应过程包括碳代谢之间的相互作用有关。,Fo：最小荧光也称初始荧光 是PS反应中心完全开放时的荧光产量。Fm：最大荧光 它是PS反应中心完全关闭时的荧光产量。Fv：可变荧光 Fv=FmFo，暗适应最大可变荧光，反映QA的还原情况。,三、基本荧光参数,Fv/Fm：PS最大光化学效率 反映PS反应中心最大光能转换效率。,PI：光合性能指数 以光合吸收为基础，是一个综合反映光合机构活性

17、的参数。与光合机构对光能的吸收、转化以及电子传递等过程有关。PI是快速荧光动力曲线参数中对环境变化最敏感的参数之一，可较准确反应植物光合机构的状态，常用来估计整个光化学反应对环境的响应。,PI=RC/ABS Po/(1-Po)o/(1-o)Po原初光化学反应的最大量子产额 o捕获光能用于QA-以后的电子传递的能量比例,四、Pocket PEA植物效率仪及操作,PPEA主机,光学测定装配器,液晶显示屏,测定键,电源开关键,充电指示灯,充电器插口,PPEA配件,暗适应叶夹,软件,充电器,不锈钢滑片,(传输线、计算机、Pocket PEA专用数据传输和处理软件),（一）仪器操作步骤,1.按On/Of

18、f键，PPEA屏幕将显示：,产品序列号,蓝牙通讯密码,系统状态,时间,内存中的文件数,电池电量,当仪器显示“Ready”信息，可以进行测定。,暗适应夹夹住被测叶片合上遮光滑片，充分暗适应20min打开PPEA植物效率仪电源开关，把PPEA光学测定窗口安放到暗适应叶夹上拉出暗适应夹上的遮光滑片，使叶片暴露在测定窗口中,（二）测定步骤,按“Measure”键进行测定，显示：Fv/Fm；PI测定完成，记录测定结果,不锈钢遮光滑片,光学测定窗口,注意！测定时，确保PPEA植物效率仪探头与暗适应夹 紧密相扣,避免环境光线进入测定窗口。测定时如没拉出遮光滑片，则出现错误信息提示。,测定结束，如需要快速荧光

19、动力学曲线，将测定数据传输到计算机中。,大叶黄杨叶片 对照；室温脱水1hr,实验材料,叶绿素荧光参数测定数据记载表,五、数据传输处理,1.安装软件 将厂家提供的软件光盘放入光驱中，安装软件之前，请认真阅读安装说明。然后根据需要安装相应的软件。2.建立蓝牙通讯 PPEA的测定数据需要通过蓝牙无线通讯传输到计算机上。带有蓝牙的笔记本电脑或台式计算机安装了厂家提供的通讯软件后，即可直接与PPEA建立蓝牙通讯，进行数据传输。没有蓝牙的计算机，需要一个外部的USB插口蓝牙适配器。（1）安装蓝牙驱动软件。（2）将蓝牙适配器连接到计算机上。（3）打开蓝牙设备PPEA的电源开关。,双击桌面的蓝牙图标,打开如图

20、界面,双击图标.,双击图标,单击,在弹出的对话框中输入通行密钥注,通行密钥为开机时出现的PIN码.,输入通行密钥后,图标就变为如图中的样式.这时就可以打开仪器的软件传输数据.,3.传输数据,双击桌面上的PEA Plus软件图标，弹出此窗口。在“Pocket PEA”的下拉菜单中点击“Select Bluetooth Port”选择蓝牙通讯COM端口。,选择正确的通讯端口后点击“OK”。然后点击“Pocke PEA”下拉菜单中的“Download All Recordings”或者直接点击 传输数据。,点击OK,传输出来的测定数据,清除内存数据,1.在PPEA主机上直接清除内存中的数据 将PPEA关闭，按住Measure键，然后按On/Off键打开PPEA主机，屏幕显示“Measure to Erase All”，然后按Measure键，即可删除内存中的所有数据。2.通过PEA Plus软件删除数据 当PPEA与计算机建立蓝牙通讯后，在“Pocket pea”下拉菜单中的“Erase All Rcordings”选项中删除PPEA内存中的所有数据。注意：从PPEA中删除所有数据之前，要确保所有需要的数据已经下载并保存到PEA Plus软件中。数据一旦被删除将无法恢复。,