阅读说明：本技术 一种测定植物茎光合作用速率的方法及仪器 (Method and instrument for measuring plant stem photosynthesis rate ) 是由 张泰劼 田兴山 郭文磊 张纯 于 2021-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种测定植物茎光合作用速率的方法,包括以下步骤：改进叶室：在便携式光合测量仪的叶室底部加装两面平面反光镜,构成“V”字形,镜面与叶室底部平面的夹角为30°；确认植物茎的测定部位,测量直径,将其放入叶室内；计算位于叶室部分茎的表面积,输入便携式光合作用测量仪；选择从植物顶部往下数的第3节或第4节的茎作为测定部位；设定所需要参数,等待3-5分钟,光合作用参数达稳态后,每隔2-4秒钟记录一次光合速率测量值,连续记录至少90秒钟,计算平均值作为最终测定结果。本发明通过具有改进叶室的便携式光合测量仪测定植物茎的光合速率,其测定数据的准确,操作简便,且不会对植物造成损伤。(The invention discloses a method for measuring the photosynthesis rate of plant stems, which comprises the following steps: the improved leaf chamber: two planar reflectors are additionally arranged at the bottom of a leaf chamber of the portable photosynthetic measuring instrument to form a V shape, and the included angle between a mirror surface and the plane at the bottom of the leaf chamber is 30 degrees; confirming the measured part of the plant stem, measuring the diameter, and putting the measured part into a leaf chamber; calculating the surface area of partial stem in the leaf chamber, and inputting the surface area into a portable photosynthesis measuring instrument; selecting the stem of node 3 or 4 from the top of the plant as the measurement site; setting needed parameters, waiting for 3-5 minutes, recording the photosynthetic rate measurement value every 2-4 seconds after the photosynthetic parameters reach a steady state, continuously recording for at least 90 seconds, and calculating the average value as the final measurement result. The photosynthetic rate of the plant stem is measured by the portable photosynthetic measuring instrument with the improved leaf chamber, the measured data is accurate, the operation is simple and convenient, and the plant is not damaged.)

一种测定植物茎光合作用速率的方法及仪器

技术领域

本发明涉及测定植物光合作用速率的方法，具体涉及一种测定植物茎光合作用速率的方法及仪器。

背景技术

光合作用是指绿色植物利用光能，同化二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)制造有机物质并释放氧气的过程。叶片是植物进行光合作用的主要器官，但是除了叶片以外，植物其他绿色部位也可以进行光合作用，如茎、树皮和果皮等。事实上，植物茎光合作用在维持植物正常生长和碳平衡方面充当重要的角色，尤其是在植物叶片受到害虫啃食、真菌等病原体侵染失去正常功能的时候，或者是在环境胁迫下，叶片光合作用因气孔关闭而受到限制的时候显得尤为重要。研究表明，茎光合作用能重吸收60％-90％周边细胞呼吸释放的CO₂，贡献了10％-30％茎生长所需的物质和能量。茎光合作用产生的碳水化合物在维持木质部导管传导水分功能方面也发挥了重要作用，在植物枝条失水后，可参与木质部栓塞的修复。茎光合作用释放出的氧气可有效防止茎内代谢活跃部位的细胞缺氧。另外，茎光合作用还与植物抗旱性相关。

现时最简单、快速的测定光合作用速率的方法是使用便携式光合作用测量仪进行测量。便携式光合作用测量仪的原理是利用红外线测定植物光合作用过程中消耗的CO₂量来计算植物的净光合速率。而现有便携式光合作用测量仪的叶室都是针对植物叶片开发的，不适用于植物茎等样品的测定。首先，植物的茎与叶片的形态不同，茎通常为圆柱形，放入叶室内不能完全覆盖叶室，造成测量出现较大误差。其次，由于茎的叶绿素含量较低，光合能力弱，现有的便携式光合作用测量系统及其测定方法无法准确测定茎的光合作用。

而目前测定茎光合作用的方法主要是同位素标记法，但该方法测定过程复杂、成本高，需要较高的操作技能，且会对植物造成破坏性的损伤。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种测定植物茎光合作用速率的方法，通过便携式光合测量仪，能够准确、简便地测定植物茎的光合速率。

第二目的是提供一种测定植物茎光合作用速率的便携式光合测量仪。

为了实现上述第一目的，本发明采用以下技术方案：

一种测定植物茎光合作用速率的方法，包括以下步骤：

(1)改进叶室：在便携式光合测量仪的叶室底部加装两面平面反光镜，构成“V”字形，镜面与叶室底部平面的夹角为30°；

(2)确认植物茎的测定部位，测量测定部位的直径，将其放入叶室内；计算位于叶室部分茎的表面积，输入便携式光合作用测量仪，修正测量仪的面积值；优先选择从植物顶部往下数的第3节或第4节的茎作为测定部位；

(3)设定所需要的光合作用参数，包括CO₂浓度、光强和湿度；等待3-5分钟，光合作用参数达稳态后，每隔2-4秒钟记录一次光合速率测量值，连续记录至少90秒钟，计算平均值作为最终测定结果。

植物茎放入经改进的叶室中，如图3所示，除了茎的上面能受到叶室顶部光源面板发射光的照射，由于平面镜的反射作用，其左下侧和右下侧也能受到反射光的照射，直射光和反射光的之间的夹角为120°，即茎由一个面受到光照变为三个面受到均匀的光照，增加光合作用的有效面积，提高测定光合速率的准确性。

所述便携式光合测量仪为Li-6800光合作用测量系统。

所述叶室为3cm长×3cm宽的带光源叶室。

所述测定部位的直径不超过4mm，确保了叶室的气密性。

所述植物是茎为圆形的植物，包括薇甘菊、鸡屎藤、圆叶千金藤和勒杜鹃。

所述表面积为测定部位的直径、叶室长度与圆周率三者的乘积。

所述光合作用参数为：CO₂浓度400μmol mol^-1，光合有效辐射800μmol m^-2s^-1，相对湿度70％。

为了实现上述第二目的，本发明采用以下技术方案：

一种测定植物茎光合作用速率的便携式光合测量仪，包括叶室；所述的叶室底部加装两面平面反光镜，构成“V”字形，镜面与叶室底部平面的夹角为30°。

所述叶室为3cm长×3cm宽的带光源叶室。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过改进便携式光合作用测量系统的叶室，使得茎正面和背面都获得均匀光照，并采用连续测量、多次取值的最佳采集方案，减少随机误差，提高测定数据的准确性，为研究植物茎的光合生理状态提供一种可靠的检测方法。本发明方法通过便携式光合测量仪测定植物茎的光合速率，其操作简便、测量成本低，且不会对植物造成损伤。

附图说明

图1为用不同数据采集频率测定薇甘菊茎的净光合速率的变化图；

图2为用不同数据记录时长测定薇甘菊茎的净光合速率变化图；

图3为本发明的叶室剖面图。

附图标记：1-叶室；2-光源面板；3-反光镜；4-植物茎。

具体实施方式

以下实施例仅用于阐述本发明，而本发明的保护范围并非仅仅局限于以下实施例。所述技术领域的普通技术人员依据以上本发明公开的内容和各参数所取范围，均可实现本发明的目的。

一种测定植物茎光合作用速率的方法，包括以下步骤：

(1)采用Li-6800光合作用测量系统，在其叶室底部加装两面高效反光镜，构成“V”字形，镜面与叶室底部平面的夹角为30°，如图3所示。

(2)选择直径不超过4mm的茎作为测定部位，用游标卡尺测量其测定部位的直径后，将其放入叶室内；由直径、叶室长度和π三者相乘计算出位于叶室部分茎的表面积，输入便携式光合作用测量仪，修正叶面积数据。测定过程选择在晴天上午的9点到12点进行；测定部位为从植物顶部往下数的第3节或第4节的茎，其光合能力比较强，大小也比较合适。

(3)设定所需要条件：CO₂浓度设定为400μmol mol^-1、光合有效辐射设定为800μmolm^-2s^-1、相对湿度设定为70％。等待3-5分钟，光合作用参数达稳态后，每隔2-4秒钟记录一次光合速率测量值，连续记录150秒，计算平均值。

采用本发明方法测定薇甘菊、鸡屎藤、圆叶千金藤和勒杜鹃4种植物茎的净光合速率，以平均值±标准差方式呈现，具体结果见下表：

采用未改进叶室测定薇甘菊、鸡屎藤、圆叶千金藤和勒杜鹃4种植物茎的净光合速率，投影面积为测量部位直径、叶室长度与π，三者乘积的一半，其他步骤按照上述具体实施方式的方法，以平均值±标准差方式呈现，具体结果见下表：

通过对比以上2个表格的数据可以看出，本发明通过改进叶室，使茎的受光面增加，测定出薇甘菊、鸡屎藤、圆叶千金藤和勒杜鹃4种植物茎的净光合速率均大于由未改进叶室测定出的结果，并且由本发明方法测定得到数据的标准差比由未改进叶室测定得到的标准差小1倍以上，测量结果更准确、可靠。

实施例5

由于茎的叶绿素含量少，光合能力弱，在测定光合速率时数据波动较大，通过重复测定计算平均值的方法可减少随机误差。为了确认以何种方式采集数据的测量结果最可靠，对测定过程中的数据采集频率和数据记录时长进行测试。

①采用上述具体实施方式的方法，连续测定薇甘菊茎的净光合速率90秒，其中数据采集频率分别设定2秒/次、4秒/次、6秒/次和8秒/次的采集频率，其净光合速率的均值变化情况见图1。

②采用上述具体实施方式的方法，在固定2秒/次的采样频率下，分别连续测定薇甘菊茎的净光合速率30秒、60秒、90秒、120秒和150秒，其净光合速率的均值变化情况见图2。

在不同的数据采集频率下，薇甘菊茎的净光合速率均值变化如图1所示，以2秒/次和4秒/次采集得到两组数据的差异很小，以6秒/次采集得到的数据开始出现较大的浮动，说明数据采集最佳频率为2-4秒。在固定2秒/次的采样频率下，薇甘菊茎的净光合速率均值随着采集时间长度变化而变化的情况如图2所示，30秒到60秒的均值变化幅较大，90秒后的均值趋于稳定，说明采集数据最佳时长至少需要90秒。

本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。本发明的上述实施例都只能认为是对本发明的说明而不是限制。因此凡是依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。