CN103499508B

CN103499508B - 植物叶水分传导测定仪

Info

Publication number: CN103499508B
Application number: CN201310418425.XA
Authority: CN
Inventors: 方向文; 陈富裕
Original assignee: Lanzhou University
Current assignee: Lanzhou University
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2033-09-16
Also published as: CN103499508A

Abstract

本发明涉及一种植物叶水分传导测定仪，其结构特征是不锈钢架顶层正上方置有光源，架子上放置盛水容器，支架中层置有温度计和湿度计和帽卡套式接头，叶通过帽卡套式接头与透明塑料导管连接，不锈钢架下层支架顶部固定风扇，底部置有供电装置，连接叶的透明塑料导管穿出不锈钢架，通过导管在电子天平上的固定装置，浸入电子天平玻璃罩内量筒中的ＫＣＬ溶液，盛有ＫＣＬ溶液的量筒放置电子天平上，电子天平与电源相接，并通过数据线将称量的数据传输到电脑上。本发明使用方便，满足测定植物叶水分传导的要求，将为植物中间水分传导的差异，干旱适应能力，干旱适应机制的研究奠定基础和提供有力手段。

Description

植物叶水分传导测定仪

技术领域

本发明涉及一种新型实验设备，具体是指一种植物叶水分传导测定仪。

背景技术

绿色植物的叶表皮上下都有气孔，是叶进行气体交换和蒸腾耗水的门户。适宜条件下，植物叶运输水分的能力越强，其光合能力越强，固定的同化产物越多；逆境胁迫下植物叶维持水力传导的能力越强，干旱适应性就越好。但如何对叶的水分传导能力进行测定，一直是相关研究人员试图解决的问题。截至目前，一种测定的方法为真空泵法，原理是将植物叶柄与充满KCL溶液的导管相接，之后将叶放入密封、透明的容器中，人工光源对透明容器照射，真空泵对容器抽压产生压力，植物叶面蒸腾耗水。导管将叶柄和电子天平上的KCL溶液相接，耗水量通过KCL溶液的消耗量进行计算，求得单位压力下单位叶面积单位时间内的耗水量，即叶水分传导速率。另一方法为半复水原理法，首先测定植物叶的当前水势(ψ₀)，之后通过叶柄对植物叶进行一定时间（秒）的复水，之后测定复水后的水势(ψ_f)，然后按公式K_leaf=C ln (ψ₀/ψ_f)/t计算叶水分传导速率。其中C为叶容，计算公式为C =⊿RWC/⊿ψ×（DM/LA）×（WM/DM）/M， RWC为叶相对含水量，DM为叶生物量，LA为叶面积，WM为100%RWC时叶含水量，M为水的摩尔质量。上述两种方法的局限性为：真空泵下所测定的叶水分传导速率普遍偏高，半复水法下测定水分传导过程过于复杂。能否根据植物蒸腾耗水原理，模拟自然状态对植物叶水分传导进行便捷测定，该仪器国内外尚未研制出成品。

发明内容

针对真空泵法所测值偏高，半复水法操作过于复杂的问题，本发明的目的在于研制一种植物叶水分传导测定仪，模拟自然状态来测定植物叶水分传导。

本发明的目的是这样实现的：

一种植物叶水分传导测定仪，主要由不锈钢架、光源、盛水容器、温湿计、帽卡套式接头、透明塑料导管、风扇、供电装置、电子天平、导管在电子天平上的固定装置、量筒、 KCL溶液、数据线、笔记本电脑构成。不锈钢架顶层正上方置有光源，架子上放置盛水容器，支架中层置有温湿计和帽卡套式接头，叶柄通过帽卡套式接头与透明塑料导管连接，不锈钢架下层支架顶部固定风扇，底部置有供电装置，连接叶柄的透明塑料导管穿出不锈钢架，通过导管在电子天平玻璃罩上的固定装置，透明塑料导管浸入电子天平玻璃罩内量筒中的ＫＣＬ溶液中，盛有ＫＣＬ溶液的量筒放置在电子天平上，电子天平与电源相接，电源通过数据线与电脑连接。

上述帽卡套式接头分两种：一种用来连接具叶柄的叶，是由1＃不锈钢帽卡套式接头螺栓、1＃不锈钢帽卡套式接头螺帽、1＃橡胶构成。1＃橡胶内嵌1＃不锈钢帽卡套式接头螺栓，1＃不锈钢帽卡套式接头螺帽内螺纹旋入1＃不锈钢帽卡套式接头螺栓的外螺纹中，呈一体；另一种用来连接不具叶柄的叶，是由2＃不锈钢帽卡套式接头螺栓、2＃不锈钢帽卡套式接头螺帽，硬质塑料和2＃橡胶构成，硬质塑料嵌入2＃橡胶中，2＃橡胶再嵌入2＃不锈钢帽卡套式接头螺栓的卡槽中，2＃不锈钢帽卡套式接头螺帽内螺纹旋入不锈钢帽卡套式接头螺栓凹槽的外螺纹中，呈一体。

本发明与现有的叶水分传导技术方案和叶水分测定仪器的技术相比，具有的优点是：

1、本装置根据自然界中植物叶对水分运输和蒸腾特性，配置可调控光照强度的光源以提供不同生境下植物需要的光照强度，安置风扇促进空气流动，从而测定单位时间内单位面积植物叶对水分的耗散蒸腾量。实现对植物不同水分胁迫条件下叶的水分传导能力进行测定，避免了真空法所测定的数值偏高的问题；

2、本设备对植物叶水分传导直接进行测定，避免了半复水测定时需要对众多指标的测定，简化了这一复杂过程；

3．植物叶水分传导测定仪与电子秤连接，电子秤每隔一定时间将蒸腾耗水数据实时传导给笔记本电脑进行保存，提高了数据的准确性，减轻人工劳动量，操作更人性化和合理化。

附图说明

图1 为本发明结构示意图。

图2为图1连接具叶柄的叶帽卡套式接头结构示意图。

图3为图1连接不具叶柄的叶帽卡套式接头结构示意图。

图4 为注射器结构示意图。

图5为压力室结构示意图。

图中部件标号说明：

1-不锈钢架 2-光源 3-盛水容器 4-温度计和湿度计 5-帽卡套式接头 6-透明塑料导管 7-风扇 8-供电装置 9-电子天平 10-导管在电子天平上的固定装置 11-量筒 12-KCL溶液 13-数据线 14-笔记本电脑 15-1＃不锈钢帽卡套式接头螺栓 16-1＃不锈钢帽卡套式接头螺帽 17-1＃橡胶 18-2＃不锈钢帽卡套式接头螺栓 19-2＃不锈钢帽卡套式接头螺帽 20-硬质塑料 21-2＃橡胶 22-注射器 23-压力室水势仪。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案再作进一步的说明：

实施例1：

如图1所示，一种植物叶水分传导测定仪，主要由不锈钢架 1、光源 2、盛水容器 3、温湿计4、帽卡套式接头5、透明塑料导管 6、风扇 7、供电装置 8、电子天平9、导管在电子天平上的固定装置10、量筒11、KCL溶液 12、数据线13、笔记本电脑14组成。不锈钢架1分为三层。顶层正上方置有光源 2，底部的架子上放置盛水容器3，支架中层置有温湿计4及帽卡套式接头5。帽卡套式接头5分为分两种，一种用来连接具叶柄的叶，是由1＃不锈钢帽卡套式接头螺栓15、1＃不锈钢帽卡套式接头螺帽16和1＃橡胶17构成（见图2）。1＃橡胶17内嵌1＃不锈钢帽卡套式接头螺栓15，1＃不锈钢帽卡套式接头螺帽16内螺纹旋入1＃不锈钢帽卡套式接头螺栓15的外螺纹中，呈一体；另一种用来连接不具叶柄的叶，是由2＃不锈钢帽卡套式接头螺栓18、2＃不锈钢帽卡套式接头螺帽19，硬质塑料20和2＃橡胶21构成（见图3）。硬质塑料 20嵌入2＃橡胶21中，2＃橡胶21再嵌入2＃不锈钢帽卡套式接头螺栓18的卡槽中，2＃不锈钢帽卡套式接头螺帽19内螺纹旋入2＃不锈钢帽卡套式接头螺栓18凹槽的外螺纹中，呈一体。叶通过帽卡套式接头5与透明塑料导管6连接，不锈钢架1下层支架顶部固定风扇7，底部置有供电装置8，连接叶柄的透明塑料导管6穿出不锈钢架1，通过导管在电子天平玻璃罩上的固定装置 10，浸入电子天平玻璃罩内量筒11中的ＫＣＬ溶液12，盛有ＫＣＬ溶液12的量筒11放置电子天平9上，电子天平9与电源相接，并通过数据线13将称量的数据传输到电脑14上。

上述装置组装完成后，对植物材料进行测定。植物材料包括：植物不再浇水持续干旱，选取不同干旱胁迫程度下的植物叶进行水分传导测定，或为剪取植物枝条，使其在室内自然状态下持续失水，选取不同失水程度（即不同干旱胁迫程度）下的植物叶采样进行水分传导测定。

测定过程如下：

1、将植物或植物枝条用黑色塑料袋包裹密封，防止叶面蒸发，使得不同位置的叶水势达到平衡，用压力室水势仪 23 （Model 1000, PMS Instrument Company, Albany, OR, USA）测定植物叶初始水势(ψ_leaf-0)；

2、量筒11中盛足量的、经抽滤、去空气的KCL溶液12；

3、供电装置8连接电源，指示灯亮起，打开供电装置8的电源开关，光源2开始补光，风扇7开始转动；

4、照度计检测叶水分传导位置处的光强，通过光照调节旋钮调节光照；温湿计4对叶放置位置温度进行监测，叶温度保持在23℃~28℃之间；

5、将注射器22与连接具叶柄的叶帽卡套式接头5相接，抽取透明塑料导管6和具叶柄的叶帽卡套式接头5中的空气，使得量筒11中的ＫＣＬ溶液12充满整个透明塑料导管6，直至帽卡套式接头5的顶端；

6、在超纯水中剪取植物叶，叶柄部分缠适量的自封袋，之后将具叶柄的帽卡套式接头5的顶端和量筒11中ＫＣＬ液面保持平齐，移去注射器22，连接叶柄，缓慢拧紧帽卡套式接头5的螺帽，直至帽卡套式接头5无溶液渗出为止；

７、擦干帽卡套式接头5，检查装置是否漏液，若漏液，重新对叶进行固定；之后将叶固定在不锈钢架1搁板上，要求叶的高度要略高于量筒11ＫＣＬ的液面的高度，保证水的消耗是由蒸腾产生；

8、打开电脑中的电子天平连接软件（电子天平自带软件），隔30~60秒对叶耗水数据进行传输和记录一次，并显示在Ｅxcel文档中，每个样测定时间为30 min，结束时对文档进行保存；

9、将测定完水分传导的叶及时放入自封袋，封口，平衡20分钟后测定最终叶水势（ψ_leaf-fin）；

10、水势测定后对叶面积进行扫描，计算单位时间内单位叶面积单位水势下的叶水分传导速率，Ｋ_leaf＝FAT / ψ_leaf-fin (kg s^-1 m^-2 MPa^-1)，FAT=E/T/A_leaf，其中E为KCL溶液的蒸腾量，T为时间，A_leaf为叶面积，ψ_leaeaf-fin为最终叶水势；

11、比较ψ_leaf-fin和ψ_leaf-0，选择水势值较低者，以水势为横坐标，以Ｋ_leaf为纵坐标，绘制水分传导脆弱性曲线，并通过方程Sigmoidal（K_leaf=a/(1+exp(-b(ψ_leaf-c))拟合，其中a为叶最大水分传导速率，b为线性回归斜率，c为叶丧失50%水分传导时所对应的水势（见图6），对叶水势和Ｋ_leaf进行拟合，方程为K_leaf=12.46/(1+exp(1.43(ψ_leaf-2.89)，叶丧失50%水分传导时所对应的水势c为2.89。

12、比较不同植物叶水分传导脆弱性曲线和丧失50%水分传导时所对应的水势，植物c值越大者，抗旱能力越强，干旱适应性越好。

实施例2：

将不具叶柄的植物叶基部敷2-3层自封膜，连接到不具叶柄的叶帽卡套式接头5上，其操作步骤与实施例1的6~12相同，得到不具叶柄叶的水分传导速率。

Claims

1.一种植物叶水分传导测定仪，主要由不锈钢架（1）、光源（2）、盛水容器（3）、温湿计（4）、帽卡套式接头（5）、透明塑料导管（6）、风扇（7）、供电装置（8）、电子天平（9）、导管在电子天平上的固定装置（10）、量筒（11）、KCL溶液（12）、数据线（13）、笔记本电脑（14）构成，其特征是不锈钢架（1）顶层正上方置有光源（2），架子上放置盛水容器（3），支架中层置有温湿计（4）和帽卡套式接头（5），叶柄通过帽卡套式接头（5）与透明塑料导管（6）连接，不锈钢架（1）下层支架顶部固定风扇（7），底部置有供电装置（8），连接叶柄的透明塑料导管（6）穿出不锈钢架（1），通过导管在电子天平上的固定装置（10），浸入电子天平玻璃罩内量筒（11）中的ＫＣＬ溶液（12），盛有ＫＣＬ溶液（12）的量筒放置电子天平（9）上，电子天平（9）与电源相接，再通过数据线（13）与电脑（14）连接。

2.根据权利要求1所述一种植物叶水分传导测定仪，其特征是：帽卡套式接头（5）分两种：一种用来连接具叶柄的叶，是由1＃不锈钢帽卡套式接头螺栓（15）、1＃不锈钢帽卡套式接头螺帽（16）、1＃橡胶（17）构成，其特征是1＃橡胶（17）内嵌1＃不锈钢帽卡套式接头螺栓（15），1＃不锈钢帽卡套式接头螺帽（16）内螺纹旋入1＃不锈钢帽卡套式接头螺栓（15）的外螺纹中，呈一体；另一种用来连接不具叶柄的叶，是由2＃不锈钢帽卡套式接头螺栓（18）、2＃不锈钢帽卡套式接头螺帽（19），硬质塑料（20）和2＃橡胶（21）构成，硬质塑料（20）嵌入2＃橡胶（21）中，2＃橡胶（21）再嵌入2＃不锈钢帽卡套式接头螺栓（18）的卡槽中，2＃不锈钢帽卡套式接头螺帽（19）内螺纹旋入2＃不锈钢帽卡套式接头螺栓（18）凹槽的外螺纹中，呈一体。