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光合作用测定仪的原理、发展历史和特点
点击次数:515 发布时间:2018-12-24

光合作用测定仪又叫光合仪,是测定气体CO2浓度、空气温湿度,植物叶片温度,光强,气体流量等要素,并计算出植物的光合(呼吸)速率、蒸腾速率、细胞间CO2浓度和气孔导度四大光合作用指标的仪器。
光合作用的重要性
1、把无机物转变成有机物
绿色植物合成的有机物质,可直接或间接作为人类或全部动物界的食物(如粮、油、糖等和牧草饲料、鱼饵等),也可以作为某些工业的原料(如棉、麻、橡胶、糖等)。换句话说,今天人类所吃的食物和某些工业原料,都是直接或间接地来自光合作用。
2、蓄积太阳能
光合作用形成的有机物所贮藏的化学能,除了供植物本身和全部异养生物之用外,更重要的可供人类营养和活动的能量来源。人类所利用的能源,如煤炭、天然气、木材等等,都是现在或过去的植物通过光合作用形成的。因此,光合作用是今天能量的主要来源。
3、环境保护
从清除空气中过多的CO2和补充消耗掉O2的角度来衡量,绿色植物被认为是一个自动的空气净化器。
光合作用的研究在理论上和实践上都具有重要的意义。光合作用是地球上普遍存在而又特有的一个过程,是其它生物生存的基础。光合作用测定仪有助于加深对光合作用的研究。
光合作用测定仪的原理
测定光合速率的方法很多,但应用多是根据CO2的吸收测定光合速率。光合作用测定仪利用红外线

CO2气体分析仪法测定光合速率。
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zui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: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•mol-1(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。
光合作用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,还测定相应的光合有效辐射、温度,并根据这些测定参数自动计算出相应的光合速率(Pn),水分利用率,气孔导度。
2、温度测定原理
温度传感器应用高精度传感器,测温电路应用三线制经典恒流源测温电路。
3、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。一般光谱范围多采用400~760nm,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区之间形成光生电动势,把PN结连接起,电路中就有电流流过,电流大小与光照强度成相关性。
光合作用测定仪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。
光合作用测定仪的发展历史
简单配置阶段:
光合作用测定仪在20世纪50年代初开始应用,其配置相对简单,只有叶室(或同化箱)及相应气路和气泵等配置,采取人工直接读数和计算。
复杂配置阶段:
为了增加测定速度,实现多点测定,光合作用测定仪配置了多路转换和相应的记录装置,以达到一机多点多通道测定。此外,为了提高测定精度和能控制测定条件,有的光合作用测定仪配置了叶室的环境控制系统。
便携式多功能智能化阶段:
这一阶段的产生是由于单片机、集成电路和传感技术发展的结果,在20世纪80年代中期投放市场。单片机将光合测定过程中涉及的CO2、温度、湿度、光照强度和流量等参数进行各种运算,大大提高了测定效率。
同时,光合作用测定仪安装了数据贮存卡,可贮存大量的测试数据。通过附加叶室、温度、相对湿度、光照强度、CO2浓度控制系统,来调控环境因素;光合作用测定仪的制作特点为体积小、重量轻、测速快、功能多、操作方便,特别适合野外测定。

光合作用测定仪的特点
1、光合仪利用数据采集仪和二氧化碳分析仪及叶室之间进行通信,接收各传感器采集的实时数据,数据采样周期快,计算准确。可测定植物的光合(呼吸)速率、蒸腾速率、气孔导度。
2、光合仪软件界面友好,对各种传感器进行实时曲线显示,操作简便。
3、光合仪交直流两用,使用时间长。而且可以配备太阳能电池板,便于野外充电。
4、光合仪功能多,可以根据自己的需要进行闭路光合,闭路呼吸,开路呼吸及环境因子联系采集记录。
5、光合仪叶室设计小巧,具有适合各种叶片的叶室配件。
6、光合仪使用方便。体积小、重量轻,可随身携带。气路和电路连接明确,操作方式及测定、计算结果可以明确地显示出来。

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