CN103926198A - 一种研究植物光抑制的实验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种研究植物光抑制的实验装置及方法，包括四根立柱，四根立柱组成一个方形框架，顶部内悬挂有微波硫灯，微波硫灯下方设有第一循环风扇，第一循环风扇下方设有隔热水槽，隔热水槽上设有出水管和进水管，隔热水槽下方设有水槽，水槽上设有出水龙头，水槽内放置有广口容器，广口容器高度高于水槽高度，广口容器内放置有光量子探头，光量子探头通过数据线连接外部仪器，隔热水槽与水槽之间还设有第二循环风扇，立柱组成的长方形框架的四个面的其中三个面用金属板密封。本发明的有益效果是提供了合适的统一的研究植物光抑制的实验装置，提高了研究结果的准确性。

Description

一种研究植物光抑制的实验装置和方法

技术领域

本发明属于植物光抑制技术领域，涉及一种研究植物光抑制的实验装置和方法。

背景技术

光是绿色植物进行光合作用的重要能源,植物的生命活动离不开充足的光照；当叶片吸收光能过多而不能及时有效地加以利用或耗散时，植物就会遭受强光胁迫，光合作用下降，这种现象被称为光抑制。在光照经常变化的自然条件下，植物光合机构总面临着既需要光能又要避免强光胁迫的矛盾。强光会损伤光合机构的活性，尤其会对光系统Ⅱ(PS Ⅱ)产生光抑制，甚至光破坏。植物耐光抑制机理的研究具有重要意义，也是近年国内外光环境研究的热点之一；然而，现有研究植物的光抑制并没有合适的实验装置，导致研究结果不准确。

研究发现，现有技术中研究植物的光抑制时，存在以下问题：

第一，采用卤钨灯作为光源，该灯发射光谱大部分是波长较长的红橙光及红外线，生理辐射量较少，能被植物吸收进行光合作用的光能更少，发热量巨大，易对离体叶片造成高温胁迫。

第二，有的研究者虽然也采用加隔热层来减少热量对离体叶片的影响，但没有采用循环风扇，使得研究结果可靠性降低；

第三，离体叶片多采用打孔器从植株上获取，因创伤断面大，且强光下叶片蒸腾加快，故失水速度快，光抑制处理多需照光30min以上，过去的方法多没有强调对离体叶片水分的保护。

第四，简易组合的光抑制研究装置，光照强度的测量多采用简易的照度计，单位为勒克斯（lx），然后根据光源类型换算为光量子通量密度的单位(μmol·m^-2·s^-1)，换算过程有一定误差。

有鉴于此，需要一种研究植物光抑制的实验装置，以克服现有技术中研究植物的光抑制光源多样、无统一装置、无统一方法流程等问题，提高研究结果的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种研究植物光抑制的实验装置，解决了现有研究植物的光抑制并没有合适的统一的实验装置，导致研究结果不准确的问题。

本发明的另一个目的是提供了应用此装置的一种试验方法。

本发明所采用的技术方案是四根立柱，四根立柱组成一个方形框架，立柱最上端设有封闭的顶部，顶部内悬挂有微波硫灯，微波硫灯下方设有第一循环风扇，第一循环风扇下方设有隔热水槽，隔热水槽安装在立柱构成的框架中部，隔热水槽上设有出水管和进水管，隔热水槽下方设有水槽，水槽安装在立柱构成的框架下部，水槽上设有出水龙头，水槽内放置有广口容器，广口容器高度高于水槽高度，广口容器内放置有光量子探头，光量子探头通过数据线连接外部仪器，隔热水槽与水槽之间还设有第二循环风扇，立柱组成的长方形框架的四个面的其中三个面用金属板密封。

本发明的特点还在于立柱高150cm，隔热水槽与水槽之间距离为60cm，隔热水槽距顶部60cm，水槽距实验装置放置面30cm。隔热水槽高度为7cm，出水管设置在距离隔热水槽底部5cm高度；广口容器高度在10cm以上。隔热水槽材料为有机玻璃，规格为60cm×60cm×7cm。

应用上述实验装置的一种试验方法，其特征在于按照以下步骤进行：

步骤1：将置有光量子探头的广口容器放置在白色的水槽中心，开启光照强度测量模式；

步骤2：准备好植物叶片样品，在白色水槽中加水至预定高度，放入待处理的离体叶片样品；

步骤3：开启隔热水槽的水循环系统和第一循环风扇和第二循环风扇；

步骤4：打开光源；

步骤5：光抑制按预定时间与光强进行实验处理，结束后关闭光源，取出样品；

步骤6：取出光量子探头，排出叶片漂浮层的水，排出隔热水槽的水；

步骤7：关闭两部循环风扇。

本发明的有益效果是提供了合适的统一的研究植物光抑制的实验装置，提高了研究结果的准确性。

附图说明

图1为本发明研究植物光抑制装置的结构示意图；

图2为本发明研究植物光合作用的方法流程示意图。

图中，101.微波硫灯，102.循环风扇，103.隔热水槽，104.出水管，105.进水管，106.广口容器，107.光量子探头，108.数据线，109.水槽，110.出水龙头，111.立柱，112.第二循环风扇。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

如图1所示，本发明的实验装置，包括四根立柱111，四根立柱111组成一个方形框架，立柱111最上端设有封闭的顶部，顶部内悬挂有微波硫灯101，微波硫灯101下方设有第一循环风扇102，第一循环风扇102下方设有隔热水槽103，隔热水槽103安装在立柱111构成的框架中部，隔热水槽103上设有出水管104和进水管105，隔热水槽103下方设有水槽109，水槽109安装在立柱111构成的框架下部，水槽109上设有出水龙头110，水槽109内放置有广口容器106，广口容器106高度高于水槽109高度，广口容器106内放置有光量子探头107，光量子探头107通过数据线108连接外部仪器，隔热水槽103与水槽109之间还设有第二循环风扇112，立柱111组成的长方形框架的四个面的其中三个面用金属板密封。其中，优选尺寸为立柱111高150cm，隔热水槽103与水槽109之间距离为60cm，隔热水槽103距顶部60cm，水槽109距放置面30cm。隔热水槽103高度为7cm，出水管设置在距离隔热水槽103底部5cm高度；广口容器106高度在10cm以上。隔热水槽103材料为有机玻璃，规格为60cm×60cm×7cm。

设置在装置顶部的光照系统，包括一盏水平安装、上有灯罩的微波硫灯101，光源功率800W，电压220V，其垂直高度可通过带卡口的伸缩杆调节，进而实现光照强度的微调节；光照时间可通过定时开关控制；

植物叶片漂浮装置，所述的植物叶片漂浮装置包括：水槽109，可以盛放5cm高的水，通过叶片漂浮在水面上，使离体叶片能在同一水平面接受光照；

光照强度测量装置，采用美国Li-Cor公司生产的光量子探头107，安装在与漂浮装置的水槽109水面同一水平面，从而获知植物叶片所接受的光照强度；

隔热装置：位于灯管与植物叶片漂浮的水平面中间的隔热水槽103，采用无色透明有机玻璃水槽，规格为60cm×60cm×7cm，隔热水槽103两端设有进水管105和出水管104，保证槽中的水处于流动状态，以尽快将截获的来自微波硫灯101的热量输送出去；

空气流动装置：在光照系统与隔热装置之间，以及隔热装置与植物叶片漂浮装置之间，各安装一个循环风扇，风扇向系统外排风，采用负压通风。

本发明的另一个目的是提供应用上述实验装置一种研究植物光抑制的方法，如图2所示的方法步骤如下：

步骤1：将置有光量子探头107的广口容器106放置在白色的水槽109中心，开启光照强度测量模式；

步骤2：准备好植物叶片样品，在白色水槽109中加水至预定高度，放入待处理的离体叶片样品；

步骤3：开启隔热水槽103的水循环系统和第一循环风扇102和第二循环风扇112；

步骤4：打开光源；

步骤5：光抑制按预定时间与光强进行实验处理，结束后关闭光源，取出样品；

步骤6：取出光量子探头107，排出叶片漂浮层的水，排出隔热水槽103的水；

步骤7：关闭两部循环风扇。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明实施例所提供的技术方案中，光源采用微波硫灯101，完整覆盖可见光谱,是现有人工光源中光谱与太阳光最为接近的光源，是模拟自然阳光下植物光抑制的最优光源，可满足不同植物光抑制的研究；研究装置采用固定装置，层间距固定，不同批次实验具有可比性；针对光源发热可能对离体叶片引起高温伤害，除了将离体叶片漂浮在水面上之外，还在叶片与光源之间设流动水层隔热，并采用循环风扇排热，解决了现有技术方案中，光源发热对离体叶片引起的热伤害，比较彻底地排除了实验的干扰因素。而且，根据不同植物对光照强度耐受性的不同，光源设为可调模式，使装置可用于多种植物离体叶片的光抑制研究，为分析植物离体叶片在光抑制状态下的研究，提供了可靠的装置与方法。

下面列举具体实施例对本发明进行说明。

实施例1：装置由4根立柱111支撑，包括隔热水槽103、水槽109及上方的微波硫灯101，立柱111高150cm，上下层空间均高60cm，下层水槽109距装置放置面30cm；设置在装置顶部的微波硫灯101，其光照强度可调；双层空间的左边、右边和后边采用刷有白色油漆的金属板材密封，可增加光照均匀度并有利于负压通风，前方为操作面；上下两层各安装第一循环风扇102和第二循环风扇112，采用负压通风，风扇向系统外排风；配备进水管105、出水管104的隔热水槽103采用有机玻璃水槽，槽高7cm，出水管口离上沿2cm，可保持槽内有5cm高的循环水流；下层为放置植物叶片的水槽109，内部刷白色油漆，可增加下部光的反射，水面高度与光量子探头107上表面水平，光量子探头107置于透明广口容器106中，以免探头进水，广口容器106上沿要高于水槽109内水面3cm以上，水槽109高10cm；光量子探头107采用美国Li-Cor公司产品，通过数据线108与与外接的显示屏相连。微波硫灯101包含一个大约30mm左右石英球泡，球泡中含有几毫克的硫粉末和氩气，球泡置于一个金属网的微波谐振腔中，一个磁控管发射2.45GHz的微波，通过波导轰击球泡，微波能量激发气体达到5个标准大气压，使硫被加热到极高温度形成等离子发光。由于微波硫灯101工作时温度极高，需要足够的散热措施以防止球泡融化，所以，微波硫灯101的使用如果在室内，应该有良好的散热措施；而为放置光源发热对研究光抑制造成干扰，要在光源和离体叶片之间设置隔热层；为实现隔热层水体循环，装备要靠近水源开关处，并要求有水槽以供排水；使用时，门窗应打开通风，实验装置的循环风扇应处于下风向。

需要说明的是，为保证离体叶片接受光照的稳定性，水槽109内不能采用循环水流，水面需保持水平无波，叶片放置后需等水面平静后再打开光源；试验结束后可打开出水龙头110排出水槽109内的水；隔热水槽103的进水管105可兼作排水管，待光源关闭、实验结束后可排出水槽103中的水。水槽109中的水体有三个作用：保证植物叶片位于同一水平面；利用水的比热比较大缓解叶片接受到的热量；防止离体叶片水分的流失。该槽中的水需要手动添加至与光量子探头107上表面同一高度，实验结束后拧开出水龙头110排出水。

由于所述植物叶片研究装置的隔热层103为透光材料，因此，所述植物叶片研究装置为一个透光隔热的层架。在具体应用时，因为离体叶片多采用打孔获得，面积较小，因此盛放叶片的水槽优先选用60cm×60cm的规格，既保证能够容纳多个处理的叶片，也保证在照射面积上各处的光照基本一致，不同处理叶片的隔离可灵活选用透光的隔板。建议将置有光量子探头107的广口透明容器106放置于水槽109中心，不同处理呈辐射状放置，本发明对此并不做限定，视具体的研究需求而定。

控制所述微波硫灯101光源的光照强度的方式是采用以高压变压器为主要部件的笨重电源，解决途径是替换为轻便的开关电源；在照射距离固定的情况下，通过调节照射距离控制光照强度，根据光量子探头107所测的光强，将离体叶片表面的光强设定为预定值，从而开展科学研究。

综上所述，本发明实施例所提供的研究植物光抑制的实验装置中，所述研究装置包括调节光照和热量的设备，从而满足不同植物光抑制研究的的需求，通过调整灯具高度来控制到达离体叶片表面的光照强度；热量的调节采用了透明的隔热水槽103和水槽109，利用水比热大的特点交换捕获的热量，还采用循环风机加速空气流动和水分蒸发以带走叶片周围的热量，从而保证研究离体叶片光抑制时将其它干扰因素降到最低，为分析植物在强光下光合作用受抑制时，提供了可靠的条件保障，从而获得可靠的结论。

本发明实施例所提供的研究植物叶片光抑制的方法中，根据光抑制对光照强度的需求，采用光源升降装置；使用微波硫灯光源，减少光源发热对植物叶片的影响，提高了研究结果的准确性和可靠性。而且，本发明实施例所提供的技术方案中，设置在叶片漂浮面的光量子探头107，可以对叶面接受的光强实时监控；光源散发的热量被最大限度排走，大大减少了实验处理时的干扰因素，为分析植物离体叶片在光抑制处理时，提供了可靠的研究装置和手段。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种研究植物光抑制的实验装置，其特征在于：包括四根立柱（111），四根立柱（111）组成一个方形框架，立柱（111）最上端设有封闭的顶部，顶部内悬挂有微波硫灯（101），微波硫灯（101）下方设有第一循环风扇（102），第一循环风扇（102）下方设有隔热水槽（103），隔热水槽（103）安装在立柱（111）构成的框架中部，隔热水槽（103）上设有出水管（104）和进水管（105），隔热水槽（103）下方设有水槽（109），水槽（109）安装在立柱（111）构成的框架下部，水槽（109）上设有出水龙头（110），水槽（109）内放置有广口容器（106），广口容器（106）高度高于水槽（109）高度，广口容器（106）内放置有光量子探头（107），光量子探头（107）通过数据线（108）连接外部仪器，隔热水槽（103）与水槽（109）之间还设有第二循环风扇（112），立柱（111）组成的长方形框架的四个面的其中三个面用金属板密封。

2.按照权利要求1所述一种研究植物光抑制的实验装置，其特征在于：所述立柱（111）高150cm，所述隔热水槽（103）与水槽（109）之间距离为60cm，隔热水槽（103）距顶部60cm，水槽（109）距放置面30cm。

3.按照权利要求1所述一种研究植物光抑制的实验装置，其特征在于：所述隔热水槽（103）高度为7cm，所述出水管设置在距离隔热水槽（103）底部5cm高度；所述广口容器（106）高度在10cm以上。

4.按照权利要求1所述一种研究植物光抑制的实验装置，其特征在于：所述隔热水槽（103）材料为有机玻璃，规格为60cm×60cm×7cm。

5.应用权利要求1中实验装置的一种试验方法，其特征在于按照以下步骤进行：

步骤1：将置有光量子探头（107）的广口容器（106）放置在白色的水槽（109）中心，开启光照强度测量模式；

步骤2：准备好植物叶片样品，在白色水槽（109）中加水至预定高度，放入待处理的离体叶片样品；

步骤3：开启隔热水槽（103）的水循环系统和第一循环风扇（102）和第二循环风扇（112）；

步骤4：打开光源；

步骤5：光抑制按预定时间与光强进行实验处理，结束后关闭光源，取出样品；

步骤6：取出光量子探头（107），排出叶片漂浮层的水，排出隔热水槽（103）的水；

步骤7：关闭两部循环风扇。