文档介绍：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。
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。
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)。
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,~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,,而且不与H2O相互干扰。。(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,、-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。
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:
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。
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
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
D1 V0
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--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。
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)。
光合过程感器信号感测数据采集与处理
CO2
H2O