CN104165889B - Co2动态密闭循环吸收法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种CO₂动态密闭循环吸收法，是将植物在不同生境、不含有机质的基质栽培条件下，针对植物地下部分构建一个密闭式循环系统，该密闭式循环系统模拟自然状态来测定植物根系的呼吸，之后利用碱液吸收法，在一定时段内收集根系释放的二氧化碳气体，以酚酞为指示剂，用标准盐酸溶液滴定氢氧化钠吸收液，通过计算可得出该段时间内植物根系呼吸产生的二氧化碳的量或呼吸速率。本发明的测定过程更接近自然条件下的环境，可保证植物正常生长和测定的准确性，另外，本发明采用的材料易得，成本廉价。

Description

CO2动态密闭循环吸收法及其装置

技术领域

本发明涉及一种植物根系呼吸的测定实验方法技术领域，具体涉及一种CO₂动态密闭循环吸收法及其装置。

背景技术

根系不仅是吸收养分和水分的器官，而且是多种物质同化、转化或合成的重要器官，其生长发育状况和活力强弱对植物的生长和代谢至关重要。而根系呼吸是根系为了维持新陈代谢、生长以及进行营养活动而获得能量的真实的呼吸，适宜条件下，植物根系呼吸越强，其生理活动就越强，植物获得的能量也就越大，但如何对植物的根系呼吸进行测定，一直是相关研究人员试图解决的问题。截至目前，国内外测定根系呼吸的方法主要有三种，第一种为氧电极法，此法是植物在水培条件下，测定溶液中溶解的氧气则认为是植物吸收的氧气，根据光合作用植物吸收多少氧气就会释放多少二氧化碳；第二种方法是稳定同位素¹³C法，是将C₃植物种植在C₄土壤中或将C₄植物种植在C₃土壤中，然后收集根系释放的CO₂量，最后测定¹³δ的值，根据公式：C₃=C_t（d_t-d₄）/（d₃-d₄），C₄=C_t（d_t-d₃）/（d₄-d₃）进而得出植物根系呼吸释放的CO₂，C_t是指系统的全碳，d_t是指全碳的¹³δ的值，d₃是指来自于C₃植物根系的¹³δ的值，d₄是指来自于C₄植物根系的¹³δ的值；第三种方法是¹⁴C标记法，是在有机玻璃室中对植物地上部分进行¹⁴C标记，标记一定时间后，收集有机玻璃室中剩余的¹⁴CO₂，此时有的学者认为总的CO₂减去剩余的就是植物同化吸收的，而另外一些学者则对植物根系呼吸释放的CO₂进行了收集，然后测定全碳、¹⁴C的活性等，进而得出植物根系呼吸释放的CO₂。上述方法的不足之处在于，假设有一定的局限性，标记过程中由于密封等问题会损失一些CO₂，导致结果可能偏低，另外，上述方法涉及到红外气体分析仪和氧电极等一些昂贵的仪器，导致试验成本增加。该CO₂动态循环吸收法操作简单，容易控制，成本廉价，可模拟不同土壤环境对根系呼吸进行测定，目前国内外尚未发现此种方法。

发明内容

本发明的目的是研制一种模拟自然状态来测定植物根系呼吸的方法及采用的装置，解决了前人研究方法准确度不高且操作复杂，成本昂贵等问题。

为此，所采用的技术方案为：

一种CO₂动态密闭循环吸收法，是将植物在不同生境、不含有机质的基质栽培条件下，针对植物地下部分构建一个密闭式循环系统，该密闭式循环系统模拟自然状态来测定植物根系的呼吸，之后利用碱液吸收法，在一定时段内收集根系释放的二氧化碳气体，以酚酞为指示剂，用标准盐酸溶液滴定氢氧化钠吸收液，通过计算可得出该段时间内植物根系呼吸产生的二氧化碳的量或呼吸速率。

一种CO₂动态密闭循环吸收法所采用的装置，该装置主要包括密封植物根系的密闭装置，缓冲装置、碱液收集装置、供氧装置、真空泵和调速器；所述密闭装置，缓冲装置、碱液收集装置中均设有长、短连通管，所有长连通管延伸至其所处装置的底部，而所有的短连通管远离其所处装置的底部；密闭装置中的长连通管的另一端通过软管和第一缓冲装置中的长连通管密封连通，而第一缓冲装置中的短连通管通过软管和碱液收集装置中的长连通管密封连通，而碱液收集装置中的短连通管通过软管和第二缓冲装置中的长连通管密封连通，第二缓冲装置中的短连通管通过软管和所述真空泵密封连通，真空泵的另一端通过软管密封连通供氧装置，而供氧装置的另一端通过软管密封连通所述密闭装置中的短连通管；同时所述真空泵和调速器连接。

所述植物根系的密闭装置中的长、短连通管下端均安装气石；碱液收集装置中长连通管下端安装气石。

一种CO₂动态密闭循环吸收法所采用的装置，在该装置中测定植物根系呼吸产生的二氧化碳的量或呼吸速率的具体操作步骤为：

1. 前期准备和培养过程：

（1）选取均一的种子进行消毒和萌发；

（2）将蛭石和提前洗干净的砂子在105°C条件下灭菌40 min，灭菌完毕后将砂子和蛭石以2:1的比例混合均匀备用；

（3）将（2）中所述的蛭石和砂子的混合物装入密闭装置中，同时安装好带有发泡石的长、短连通管；并将萌发的种子播种到密闭装置中，然后浇灌营养液进行培育；培养一段时间后进行收集，收集时将密闭装置顶部密封，并浸入水中检验是否漏气；

2. 收集和滴定过程：

（1）用真空泵和软管将种植植物的密闭装置及缓冲装置、碱液收集装置、供氧装置连接成一个密闭的循环系统；

（2）将装有碱石灰的碱液收集装置先安装在循环系统中，以除去供氧装置以及整个循环系统CO₂，除10—15 min，CO₂除完后将真空泵暂停，整个循环停30 min；

（3）将准备装NaOH的碱液收集装置先抽真空，之后加入100 ml 0.2 mol·L^-1的NaOH备用；

（4）CO₂除完后，将装有碱石灰的碱液收集装置取下，连接装有NaOH的碱液收集装置进行根系呼吸CO₂的收集，然后用酚酞做指示剂，用0.02 mol·L^-1的HCl滴定；

（5）计算根系呼吸的CO₂量或速率。

本发明和现有的植物根系呼吸方法相比，具有的优点和改进如下：

第一 本发明根据根系呼吸特性，地下部是一个密闭的循环系统，在收集CO₂期间有氧气通入，可保证植物正常生长，更接近自然条件下的环境，可使测定结果更准确。另外，此方法材料易得，成本廉价。

第二 本试验中气石（发泡石）的应用使O₂和CO₂与植物和碱液的接触比较充分，减小了实验误差，并且调速器以最佳的速度（2500r/min）来控制O₂和CO₂的流速，尽可能保证了试验条件的一致性。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及操作过程对本发明作进一步详细说明。

参照图1，一种CO₂动态密闭循环吸收法所采用的装置，该装置主要包括密封植物根系的密闭装置1，第一、第二缓冲装置5、碱液收集装置6、供氧装置9、真空泵7和调速器8；所述密闭装置1，第一、第二缓冲装置5、碱液收集装置6中均设有长、短连通管，所有长连通管延伸至其所处装置的底部，而所有的短连通管远离其所处装置的底部；密闭装置1中的长连通管的另一端通过软管和第一缓冲装置中的长连通管密封连通，而第一缓冲装置中的短连通管通过软管和碱液收集装置中的长连通管密封连通，该碱液收集装置中的短连通管通过软管和第二缓冲装置中的长连通管密封连通，第二缓冲装置中的短连通管通过软管和所述真空泵密封连通，真空泵的另一端通过软管密封连通供氧装置，而供氧装置的另一端通过软管密封连通所述密闭装置中的短连通管；同时所述真空泵和调速器连接。其中密闭装置1采用PVC管制作，长、短连通管为玻璃管；第一、第二缓冲装置5、碱液收集装置6为同样规格的试剂瓶；所述植物根系的密闭装置中的长、短连通管下端和碱液收集装置中长连通管下端安装由石英砂制成的气石或发泡石4，确保CO₂充分溶解在碱液中；供氧装置9可采用气球，内装无CO₂的空气；连通整个循环系统的软管10采用硅胶管；密闭装置1采用硅胶2密封。而缓冲装置中的长、短连通管下端和碱液收集装置中短连通管下端不安装气石。

结合上述装置及具体操作过程对本发明试验原理做进一步说明，主要操作步骤如下：

1. 前期准备和培养过程：

（1）选取均一的种子进行消毒和萌发；

（2）将准备好的PVC管和橡胶塞冲洗干净备用；

（3）将蛭石和提前洗干净的砂子（直径2—5 mm）在105°C条件下灭菌40 min，灭菌完毕后将砂子和蛭石以2:1的比例混合均匀备用；

（4）种子萌发2天后，将蛭石和砂子的混合物装入备好的PVC管中，同时装入连接好气石或发泡石的两根长短玻璃管，长玻璃管一端安装气石或发泡石后置于PVC管下部，短玻璃管一端安装气石或发泡石后置于PVC管内的远离下部处，两者的安装高度差约为10 mm；长短玻璃管的另一端或是上端处于PVC管的外部且高度保持一致，是为了装置连接稳定且美观。播种的位置距离表面2 cm处，每个PVC管中播种4粒，然后浇灌营养液，第一次浇50—70 ml，之后每2天浇30 ml，根据实验目的，培养一段时间后进行收集，收集时将PVC管顶部用硅胶密封，并浸入水中检验是否漏气。

2. 收集和滴定过程：

（1）将准备好的试剂瓶和橡胶塞冲洗干净，每套呼吸装置需要3个试剂瓶和3个橡胶塞，其中一个为碱液收集装置6，另两个为第一、第二缓冲装置5；每个橡胶塞上连接一长一短两根玻璃管，长玻璃管均伸入试剂瓶底部，短玻璃管均远离试剂瓶底部；置于碱液收集装置6中的长玻璃管端安装气石或发泡石。

（2）用真空泵和硅胶管将种植植物的PVC管和试剂瓶连接成一个循环系统，认为可能漏气的地方用玻璃胶再密封一下，将装有NaOH试剂瓶的位置6处先连接装有碱石灰的试剂瓶以除去供氧装置内以及整个循环系统空气中的CO₂，开启调速器带动真空泵启动，抽出循环系统中的CO₂达10—15 min，CO₂除完后将泵暂停，整个循环停约30 min；

（3）在除CO₂期间将准备装NaOH的试剂瓶先抽真空，根据泵的声音判断是否抽完，抽完后加入100 ml 0.2 mol·L^-1的NaOH后密封备用；

（4）系统CO₂除完后将装有碱石灰的试剂瓶取下，连接装有NaOH的试剂瓶进行根系呼吸CO₂的收集，同样开启调速器带动真空泵启动，抽出循环系统中植物根系呼吸产生的CO₂，整个测定过程中供氧装置一直向植物根系供养，此过程中调速器的转速为2450—2550r/min，最佳控制为2500 r/min ，控制O₂和CO₂的流速，尽可能保证试验条件的一致性。收集时间根据需要而定，然后用酚酞做指示剂，用0.02 mol·L^-1的HCl滴定；

（5）通过下面公式计算根系呼吸的CO₂量或速率：

CO₂（mg^-1*h^-1*株^-1）=C×（v1-v2）×44×ts/收集时间*株数

v1：收集之前NaOH（吸收液）所消耗的HCl体积；

v2：收集之后吸收液中剩余NaOH所消耗的HCl体积；

C： HCl浓度；

ts：分取倍数（收集CO₂所用的NaOH体积与滴定时吸取的NaOH体积比值）；

h：时间，小时。

Claims (3)

1.一种CO₂动态密闭循环吸收法，是将植物在不同生境、不含有机质的基质栽培条件下，针对植物地下部分构建一个密闭式循环系统，该密闭式循环系统模拟自然状态来测定植物根系的呼吸，之后利用碱液吸收法，在一定时段内收集根系释放的二氧化碳气体，以酚酞为指示剂，用标准盐酸溶液滴定氢氧化钠吸收液，通过计算可得出该段时间内植物根系呼吸产生的二氧化碳的量或呼吸速率；所述密闭式循环系统主要包括密封植物根系的密闭装置，第一缓冲装置、第二缓冲装置、碱液收集装置、供氧装置、真空泵和调速器；所述密闭装置，第一缓冲装置、第二缓冲装置、碱液收集装置中均设有长、短连通管，所有长连通管延伸至其所处装置的底部，而所有的短连通管远离其所处装置的底部；密闭装置中的长连通管的另一端通过软管和第一缓冲装置中的长连通管密封连通，而第一缓冲装置中的短连通管通过软管和碱液收集装置中的长连通管密封连通，而碱液收集装置中的短连通管通过软管和第二缓冲装置中的长连通管密封连通，第二缓冲装置中的短连通管通过软管和所述真空泵密封连通，真空泵的另一端通过软管密封连通供氧装置，而供氧装置的另一端通过软管密封连通所述密闭装置中的短连通管；同时所述真空泵和调速器连接。

2.根据权利要求1所述的一种CO₂动态密闭循环吸收法，其特征在于：所述植物根系的密闭装置中的长、短连通管下端均安装气石；碱液收集装置中长连通管下端安装气石。

3.根据权利要求1所述的一种CO₂动态密闭循环吸收法所采用的装置，其特征在于：在该装置中测定植物根系呼吸产生的二氧化碳的量或呼吸速率的具体操作步骤为：

前期准备和培养过程：

（1）选取均一的种子进行消毒和萌发；

（2）将蛭石和提前洗干净的砂子在105°C条件下灭菌40 min，灭菌完毕后将砂子和蛭石以2:1的重量比例混合均匀备用；

（3）将（2）中所述的蛭石和砂子的混合物装入密闭装置中，同时安装好带有发泡石的长、短连通管；并将萌发的种子播种到密闭装置中，然后浇灌营养液进行培育；培养一段时间后进行收集，收集时将密闭装置顶部密封，并浸入水中检验是否漏气；

收集和滴定过程：

（1）用真空泵和软管将种植植物的密闭装置及第一缓冲装置、第二缓冲装置、碱液收集装置、供氧装置连接成一个密闭的循环系统；

（2）将装有碱石灰的碱液收集装置先安装在循环系统中，以除去供氧装置以及整个循环系统CO₂，除10—15 min，CO₂除完后将真空泵暂停，整个循环停30 min；

（3）将准备装NaOH的碱液收集装置先抽真空，之后加入100 ml 0.2 mol·L^-1的NaOH备用；

（4）CO₂除完后，将装有碱石灰的碱液收集装置取下，连接装有NaOH的碱液收集装置进行根系呼吸CO₂的收集，然后用酚酞做指示剂，用0.02 mol·L^-1的HCl滴定；

（5）计算根系呼吸的CO₂量或速率。