CN114646621B - 一种用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置及方法，包括外盒和内盒，该装置的外盒与内盒四周设有交错布置的通风孔；外盒两侧设计可推拉活动门，门中心处设有可使植物叶茎通过的圆孔，外盒底部通过换气筒与内盒相连，换气筒内设有抽气风扇，空气从外盒四周气孔进入内盒从风扇抽出形成装置内空气循环。内盒也设有可拆卸式推拉门及温度模块和湿度模块，通过设置支架高度和角度调节装置位置来适应植株叶片的生长角度。装置内、外盒滑门通过内设凹槽相连，安装拆卸方便，在不破坏植株正常生命活动情况下便于叶片放入取出、容易拆卸清理。该装置可对任何高度和角度植株叶片进行原位暗处理，便于原位获取叶片叶绿素荧光参数。

Description

一种用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置及方法

技术领域

本发明涉及监测技术领域，尤其涉及到一种用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置及方法。

背景技术

光合作用是地球上最重要的化学反应，光合生物通过光合作用为地球上所有生命活动提供能量来源。叶绿素荧光作为光合作用研究的有效探针，对光合作用研究起到很大推动作用，然而植株暗适应样品的最大光合速率所需的最大最小荧光一般在暗环境进行测量。现有测量主要方法，一是采用外界手段用遮光帘遮挡住阳光进行暗适应，二是采用把被测植物移动到黑暗环境的室内进行暗适应。但是，这两种方法在避免外界光照影响的同时也改变了植株原始生长环境的参数，如温度、湿度等，导致叶绿素荧光数据采集时不仅受到时空影响，而且还会受到温度、湿度变化的影响，使得所测植株叶绿素荧光数据的准确性降低，因此，在不改变植株生长环境的条件下，对植株叶片进行原位暗适应，获取必要的叶绿素荧光参数，为了解环境因子变化下植物的生理响应具有非常重要的实际意义。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置，能够在不改变植株生长环境的条件下，对植株叶片进行原位暗适应，获取必要的叶绿素荧光参数。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种适用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置，包括外盒、内盒和叶绿素荧光仪；所述内盒设置在外盒内，所述外盒和内盒上分别开设有外孔和内孔；所述外孔和内孔交错布置，光不能进入内盒；所述内盒内置温控发热装置和检测模块；所述温控发热装置用来调节内盒内气体的温度，所述检测模块用于检测内盒中的温度和湿度，即时监控收集内盒内温度湿度数据将温度信号转换成电信号形式，通过usb接口输出电信号至电脑总端；所述叶绿素荧光仪一端置于内盒中，所述叶绿素荧光仪上通过支撑杆连接有夹片，夹片用来夹持叶片。

上述方案中，还包括换气筒，所述内盒通过换气筒支撑在外盒内，且换气筒内置有风扇，所述风扇工作时将空气通过换气筒吹入内盒内。

上述方案中，所述外盒能够通过正门、外盖或者侧门打开。

上述方案中，所述正门上开设有圆形茎孔，打开正门后，叶片通过夹片夹持在内盒内，关闭正门，茎通过圆形茎孔夹持。

上述方案中，所述外盒底部外侧壁上设置有支架，所述支架角度和高度均能够调节。

上述方案中，所述外盒顶设有凹槽，外盖能够沿凹槽滑动。

上述方案中，所述检测模块包括温度传感器和湿度传感器。

应用适用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置的测试方法，包括如下步骤：

选取待测量叶片；

调整暗盒角度及叶绿素荧光仪位置；

打开正门以及侧门，将所测植株叶片放入内盒，用夹片夹紧所测植株所需监测的叶片，关闭侧门以及正门，所测植株叶茎穿过圆形茎孔，用柔软棉花塞包裹叶茎从而填充圆形茎孔；

开启叶绿素荧光仪，启动测控模块，通过usb接口连接电脑，此时测控模块内的温湿度传感器开始工作自动进行采样、即时监控，收集内盒内温度湿度数据将温度信号转换成电信号形式，通过usb接口输出电信号至电脑总端；

电脑总端采集内盒内温度和湿度情况判断是否达到预定要求；若达到预定要求，暗适应后开启叶绿素荧光仪测量；

其中，若内盒内温度高于预设温度，电脑总端通过usb接口经过测控模块内预设PWM线传递电信号，开启风扇，调节并增加转速直至盒内温度达到预设温度，经过TACH线输出电信号，显示风扇工作转速，保证盒内温度到达预定温度；

若内盒内温度低于预定温度，则电脑输入电信号，开启温控发热装置，电脑相连的电子式温度控制器通过单片机、PLC及电路控制继电器使得温控发热装置工作，当温度达到预设温度，温湿度传感器传出电信号关闭温控发热装置；

若内盒内湿度低于预定湿度，温湿度传感器将电信号传递至电脑，电脑再传递电信号至自动喷雾装置控制外设喷雾，当内盒湿度达到预设湿度，温湿度传感器将电信号传递至电脑关闭自动喷雾装置；

若内盒内湿度高于预定湿度，温湿度传感器将电信号传递至电脑，电脑通过上述方式传递信号开启风扇与温控发热装置通过加速内盒内空气循环、蒸发的形式降低湿度，到达预设湿度后温湿度传感器将电信号传递至电脑，电脑总端控制电子式温度控制器关闭风扇及温控发热装置；

测量后得到叶绿素荧光结果，输出数据。

上述方案中，所述自动喷雾装置设置在植株所在田地。

一种暗环境监测荧光设备，包括叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置。

有益效果：

1.本发明通过外盒上部设置有凹槽的方式来进行外盖和外盒的连接，外板设置有锁扣可以对位置进行精准限定，避免阳光的直接照射以及在实验测量中因为角度调整导致外盖滑动，方便拆卸清洗便于叶绿素荧光的测量，操作简单方便。

2.本发明通过外盒侧面设有开口，便于侧门的安装拆卸，开口两侧设置有卡扣对侧门进行位置限定，避免实验时因侧门松动导致阳光进入影响实验数据，在使用后拆卸清洗时，打开卡扣将限位球推入开放侧，限位杆便可开启，这时便可移动侧门。

3.本发明通过内盒设置温控发热装置，可在不同的环境温度内调节盒内气温，避免温度抑制导致实验数据不精准，影响最终结果。温控发热装置表面设置有防水绝缘层，避免在喷灌时水分影响温控发热装置从而造成短路、漏电等现象，提升实验装置安全性。

4.本发明通过设置在外盒顶部的可移动便携式叶绿素荧光仪，使得植株叶绿素荧光测量实验可以开展。其中包括可移动夹片，通过弹簧连接上下夹片夹取需要测量荧光叶片，对于夹取叶片的伤害可以忽略不计；测量头，用于发出测量光、光化光和饱和脉冲，以及返回叶绿素荧光和光合有效辐射，所测数据可直接输出至电脑处理软件，方便记录与后续实验的开展；透明光学窗，可透过测量光、光化光和饱和脉冲，同时对叶片也是一种保护机制；不锈钢外壳，保护内部结构，防止水分对于机器的影响。

5.本发明通过设置在内盒底部的温湿测控模块，对于内盒测量环境进行数据检测，使得工作人员能够切实准确了解内盒测量环境情况，温湿测控模块将温度湿度数据采集后，通过数据线传递至相连的电脑处理器中，电脑处理器对于采集的数据进行初步的处理，如果温度湿度适宜在实验开展控制范围内，温控发热装置以及喷灌装置便不会开启，处于待机状态，如果温度湿度不符合实验要求，计算机处理器便会根据实际情况，开启温控发热装置以及喷雾装置，具体开启功率由计算机算法确定，将温度湿度控制在实验范围内，不用人为实时监测方便后续测量以及实验开展，有效提高了实验开展效率，避免因温湿度不同造成的实验差异。

6.本发明通过设置在外盒底部的可拆卸角度调节支架，使得实验装置可以适应绝大多数实验环境。可拆卸角度调节支架分为两种，一种是平板式可拆卸角度调节支架，适用于平坦地区如温室实验室内地面较为水平，可以有效固定住实验装置方便后续测量开展，另一种是插入式可拆卸角度调节支架，适用于田地内如有土栽培等场地，可将支撑轴插入土壤中固定实验装置，避免实验装置的晃动。

7.该装置的外盒与内盒四周设有交错布置的通风孔，能够保证装置内盒的空气流动，使内盒中的温度和湿度与外部环境保持一致，同时阻断了环境中的光线进入内盒，避免了因光线照射到置于内盒叶片上所引起的光抑制。

8.本发明装置的外盒两侧设计可推拉活动门，门中心处设有可使植物叶茎通过的圆孔，外盒底部通过换气筒与内盒相连，换气筒内设有抽气风扇，空气从外盒四周气孔进入内盒从风扇抽出形成装置内空气循环。内盒也设有可拆卸式推拉门及温度模块和湿度模块，通过设置支架高度和角度调节装置位置来适应植株叶片的生长角度。装置内、外盒滑门通过内设凹槽相连，安装拆卸方便，在不破坏植株正常生命活动情况下便于叶片放入取出、容易拆卸清理。

9.本发明装置可对任何高度和角度植株叶片进行原位暗处理，便于原位获取叶片叶绿素荧光参数。

附图说明

图1为本发明实施例涉及到的适用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置的结构示意图；

图2为本发明横版拆分结构示意图；

图3为外盒及通风管具体构造示意图；

图4为外盒风扇具体构造示意图；

图5为适用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置的正视剖面图；

图6为适用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置的俯视剖面图；

图7为适用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置的侧视剖面图；

图8为太阳光穿过外孔照射到内盒上最大范围示意图；

图9为适用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置的使用步骤流程图。

附图标记如下：

1-外盒；2-换气筒、3-内盒、4-外盖、5-叶绿素荧光仪、6-内盖、7-侧门、8-正门、9-风扇、10-温控发热装置、11-测控模块、12-可拆卸角度调节支架、13-线路孔、14-可拆卸固定装置、15-usb接口、17-可调节方位支杆、18-高度调节装置、19-凹槽、20-推拉门锁扣、21-开口、22-卡扣、23-外孔、24-内孔、25-门把手、26-圆形茎孔。

具体实施方式

一种适用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置，包括外盒1、内盒3和叶绿素荧光仪5；所述内盒3设置在外盒1内，所述外盒1和内盒3上分别开设有外孔22和内孔23；所述外孔22和内孔23交错布置，光不能进入内盒3；所述内盒3内置温控发热装置10和检测模块11；所述温控发热装置10用来调节内盒3内气体的温度，所述检测模块11用于检测内盒3中的温度和湿度，即时监控收集内盒3内温度湿度数据将温度信号转换成电信号形式，通过usb接口15输出电信号至电脑总端；所述叶绿素荧光仪5一端置于内盒3中，所述叶绿素荧光仪5上通过支撑杆连接有夹片，夹片用来夹持叶片。

上述方案中，还包括换气筒2，所述内盒3通过换气筒2支撑在外盒1内，且换气筒2内置有风扇9，所述风扇9工作时将空气通过换气筒2吹入内盒3内。

上述方案中，所述外盒3能够通过正门8、外盖4或者侧门7打开。

上述方案中，所述正门8上开设有圆形茎孔25，打开正门8后，叶片通过夹片夹持在内盒3内，关闭正门8，茎通过圆形茎孔25夹持。

上述方案中，所述外盒1底部外侧壁上设置有支架12，所述支架12角度和高度均能够调节。

上述方案中，所述外盒1顶设有凹槽18，外盖3能够沿凹槽18滑动。

上述方案中，所述检测模块11包括温度传感器和湿度传感器。

应用适用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置的测试方法，包括如下步骤：

选取待测量叶片；

调整暗盒角度及叶绿素荧光仪5位置；

打开正门8以及侧门7，将所测植株叶片放入内盒3，用夹片夹紧所测植株所需监测的叶片，关闭侧门7以及正门8，所测植株叶茎穿过圆形茎孔25，用柔软棉花塞包裹叶茎从而填充圆形茎孔25；

开启叶绿素荧光仪5，启动测控模块11，通过usb接口15连接电脑，此时测控模块11内的温湿度传感器开始工作自动进行采样、即时监控，收集内盒3内温度湿度数据将温度信号转换成电信号形式，通过usb接口15输出电信号至电脑总端；

电脑总端采集内盒3内温度和湿度情况判断是否达到预定要求；若达到预定要求，暗适应后开启叶绿素荧光仪5测量；

其中，若内盒3内温度高于预设温度，电脑总端通过usb接口15经过测控模块11内预设PWM线传递电信号，开启风扇9，调节并增加转速直至盒内温度达到预设温度，经过TACH线输出电信号，显示风扇9工作转速，保证盒内温度到达预定温度；

若内盒3内温度低于预定温度，则电脑输入电信号，开启温控发热装置10，电脑相连的电子式温度控制器通过单片机、PLC及电路控制继电器使得温控发热装置10工作，当温度达到预设温度，温湿度传感器传出电信号关闭温控发热装置10；

若内盒3内湿度低于预定湿度，温湿度传感器将电信号传递至电脑，电脑再传递电信号至自动喷雾装置控制外设喷雾，当内盒3湿度达到预设湿度，温湿度传感器将电信号传递至电脑关闭自动喷雾装置；

若内盒3内湿度高于预定湿度，温湿度传感器将电信号传递至电脑，电脑通过上述方式传递信号开启风扇9与温控发热装置10通过加速内盒3内空气循环、蒸发的形式降低湿度，到达预设湿度后温湿度传感器将电信号传递至电脑，电脑总端控制电子式温度控制器关闭风扇9及温控发热装置10；

测量后得到叶绿素荧光结果，输出数据。

上述方案中，所述自动喷雾装置设置在植株所在田地。

一种暗环境监测荧光设备，包括叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置。

实施例

结合附图1所示，一种适用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置，在外盒1的上表面设置有大小相同，位置参照叶绿素荧光仪5对称的侧门7，侧门7与内盒3共同构造了封闭黑暗空间，外盒1底部通过凹槽与正门8相连同外盖4一起构造外部第一封闭体，正门8上布置有小孔便于空气由外至内从风扇9排出构成对流循环，外盖4从两侧合拢将叶绿素荧光仪5固定，叶绿素荧光仪5顶部设置有限位螺栓，对叶绿素荧光仪5进行位置限定，使得叶绿素荧光仪5可以在竖直方向进行上下移动调整具体实验方位。

结合附图2，内盒2底部设置有固定温控发热装置10，温控发热装置10配合风扇9，在温度过低或过高时对其进行温度调控，在内盒2底部同样设置有检测模块11，将所测得数据信号通过导线传递给储存装置，储存装置经usb接口15再将信号传递至数据处理器，通过控制模块控制温控发热装置10和换气装置。外盒1与内盒3通过换气筒2相连，换气筒3中设置有风扇9，外侧壁开有线孔，控制风扇功率来达到更好的控温效果，外盒1与内盒3侧壁上设置有不同大小的交叉布置的外孔23、内孔24，从而更好的使喷灌或者外界自然水分进入内盒3且能确保内盒3中的待测对象不受到阳光照射。外盒1顶部外盖4及内盒3顶部内盖6上设置有相同的推拉门锁扣20，对于外盖4以及内盖6起到限位固定的作用。

结合附图3、图4，外盒1呈半包围结构，相对换气筒2呈左右对称，内部连接有测控模块11以及风扇9线路的可拆卸固定装置14，末端设有usb接口15。

结合附图5、图6和图7，叶绿素荧光仪5由叶绿素荧光仪支架支撑调整高度，文中不再过多叙述，夹片由内设弹簧控制，夹紧叶片防止叶片滑落，高度可由叶绿素荧光仪支架进行调解，达到预设高度，换气筒2侧壁无孔防止空气直接从外盒1中穿出影响后续降温效率，换气筒2内设风扇采用塑料外壳粘连在通风管2壁内，防止风扇超出盒体留有安全隐患。

结合附图8，外孔23和内孔24交错布置，内盒、外盒板壁厚均为6mm，内孔23半径为1mm间隔30mm，外孔半径为1mm，间隔为30mm，内孔24和外孔23之间最短垂直距离为40mm，阳光照射穿过外孔23后照射在内盒外壁上生成的最大光照直径圆直径约为25mm，所设置的外孔23、内孔24的间隔都为30mm，可以保证无论阳光从何种角度照射，都无法对内盒暗环境产生影响，故内孔外孔位置设置如图8所示间隔布置，外孔可以使外部喷雾所产生的水汽进入内盒调控盒内湿度，内孔配合外孔避免阳光直射入盒内，对后续实验提供一个无光的暗环境。

结合附图9，在使用本发明时，将外盒1底部usb接口15插入电脑，打开相应控制程序进行温湿监控及调节，移动叶绿素荧光仪5并调节至指定位置，将所测植物叶茎放入内盒2用夹片夹住，将内/3侧门四个依次插入直至侧门挡板无法推动，叶茎从内盒侧门所留孔洞穿出，内盒侧门外所设卡扣依次扣紧避免测量时留有缝隙，内盖以及外盖顺着所设凹槽合拢，将内盖、外盖外侧所设锁扣开关关闭，使得盖板固定，将正门依次关闭，叶茎从所设小孔中穿出，将锁扣开关关闭，便可开始荧光暗适应准备及测量。当本发明开始工作监测植株荧光变化时，风扇通过电脑控制功率，使得植株所处环境温度及湿度与外界环境一致，当内盒温度较高，高于外界温度时，风扇便开始工作在避免阳光照射的情况下形成空气循环，降低室内温度，温度降低的程度由风扇功率所控制，如果外界处于太阳直射温度较高，室内温度较室外低的情况，电脑会自动检测外部温度变换，停止风扇工作并打开温控发热装置对室内进行加温，保证暗适应装置内、外处于同一环境要求。

实施例2

一种暗环境监测荧光设备，包括实施例1所述的叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置，具有实施例1所述的有益效果，此处不再赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种适用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置，其特征在于，包括外盒（1）、内盒（3）和叶绿素荧光仪（5）；所述内盒（3）设置在外盒（1）内，所述外盒（1）和内盒（3）上分别开设有外孔（23）和内孔（24）；所述外孔（23）和内孔（24）交错布置，光不能进入内盒（3）；所述内盒（3）内置温控发热装置（10）和测控模块（11）；所述温控发热装置（10）用来调节内盒（3）内气体的温度，所述测控模块（11）用于检测内盒（3）中的温度和湿度，即时监控收集内盒（3）内温度湿度数据将温度湿度信号转换成电信号形式，通过usb接口（15）输出电信号至电脑总端；所述叶绿素荧光仪（5）一端置于内盒（3）中，所述叶绿素荧光仪（5）上通过支撑杆连接有夹片，夹片用来夹持叶片；所述外盒（1）能够通过正门（8）、外盖（4）或者侧门（7）打开；所述正门（8） 上开设有圆形茎孔（26），打开正门（8）后，叶片通过夹片夹持在内盒（3）内，关闭正门（8），茎通过圆形茎孔（26）夹持。

2.根据权利要求1所述的适用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置，其特征在于，还包括换气筒（2），所述内盒（3）通过换气筒（2）支撑在外盒（1）内，且换气筒（2）内置有风扇（9），所述风扇（9）工作时将空气通过外孔（23）、内孔（24）吸入内盒（3），从换气筒（2）排出。

3.根据权利要求1所述的适用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置，其特征在于，所述外盒（1）底部外侧壁上设置有支架（12），所述支架（12）角度和高度均能够调节。

4.根据权利要求1所述的适用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置，其特征在于，所述外盒（1）顶设有凹槽（19），外盖（3）能够沿凹槽（19）滑动。

5.根据权利要求1所述的适用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置，其特征在于，所述测控模块（11）包括温度传感器和湿度传感器。

6.应用权利要求1至5任一项所述的适用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

选取待测量叶片；

调整暗盒角度及叶绿素荧光仪（5）位置；

打开正门（8）以及侧门（7），将所测植株叶片放入内盒（3），用夹片夹紧所测植株所需监测的叶片，关闭侧门（7）以及正门（8），所测植株叶茎穿过圆形茎孔（26），用柔软棉花塞包裹叶茎从而填充圆形茎孔（26）；

开启叶绿素荧光仪（5），启动测控模块（11），通过usb接口（15）连接电脑，此时测控模块（11）内的温湿度传感器开始工作自动进行采样、即时监控，收集内盒（3）内温度湿度数据将温度湿度信号转换成电信号形式，通过usb接口（15）输出电信号至电脑总端；

电脑总端采集内盒（3）内温度和湿度情况判断是否达到预定要求；若达到预定要求，暗适应后开启叶绿素荧光仪（5）测量；

其中，若内盒（3）内温度高于预设温度，电脑总端通过usb接口（15）经过测控模块（11）内预设PWM线传递电信号，开启风扇（9），调节并增加转速直至盒内温度达到预设温度，经过TACH线输出电信号，显示风扇（9）工作转速，保证盒内温度到达预定温度；

若内盒（3）内温度低于预定温度，则电脑输入电信号，开启温控发热装置（10），电脑相连的电子式温度控制器通过单片机、PLC及电路控制继电器使得温控发热装置（10）工作，当温度达到预设温度，温湿度传感器传出电信号关闭温控发热装置（10）；

若内盒（3）内湿度低于预定湿度，温湿度传感器将电信号传递至电脑，电脑再传递电信号至自动喷雾装置控制外设喷雾，当内盒（3）湿度达到预设湿度，温湿度传感器将电信号传递至电脑关闭自动喷雾装置；

若内盒（3）内湿度高于预定湿度，温湿度传感器将电信号传递至电脑，电脑通过上述方式传递信号开启风扇（9）与温控发热装置（10）通过加速内盒（3）内空气循环、蒸发的形式降低湿度，到达预设湿度后温湿度传感器将电信号传递至电脑，电脑总端控制电子式温度控制器关闭风扇（9）及温控发热装置（10）；

测量后得到叶绿素荧光结果，输出数据。

7.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于，所述自动喷雾装置设置在植株所在田地。

8.一种暗环境监测荧光设备，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置。

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