CN116448660A - 一种植物离体叶片光合作用测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植物离体叶片光合作用测量方法，旨在解决野外试验使用光合仪难以测量高大树木原位光合作用的难题。一种植物离体叶片光合作用测量方法，包括以下步骤：摘取叶片时需保持叶柄的水分，保持离体枝条或复叶可以吸收水分，减少水分丧失对叶片光合速率的干扰，叶片离体后迅速插入水中。固定好光合仪，保持叶室光照，把摘取的叶片夹入叶室，待测叶片离体后在3min内可对光合速率记录分析。尽管光合速率总体呈下降趋势，但下降幅度因物种而异。比叶重相对较高(单位面积叶片干重大于131g·m‑2)的叶片在切除后保持恒定的净光合速率的时间较长，尤其是该物种的气孔导度和蒸腾速率相对较低的情况下维持时间更长。我们的研究证实，对于比叶重高的叶片，体外光合作用测量是可靠的。该方法适用于在野外森林中叶片在原位确保不了光照的环境条件，有利于对野外植物开展生理生态功能的研究。
Description
技术领域
本发明属于植物生理生态研究领域，涉及一种植物离体叶片光合作用测量方法。
背景技术
植物利用光能将大气中CO2和H2O转化为有机物用于自身生长，光合作用是植物重要的生理活动，能反映出植物的生长状况，光合速率的测定是研究植物光合作用的重要手段之一，也是植物生理生态研究中的重要指标。以往光合速率测定方法有改良半叶法、氧电极法等，但是无法测得与光合速率有关的气孔导度、蒸腾速率等其他参数，且不能反映植物处在自然环境中的实际光合速率。目前植物光合作用的测定已有成熟稳定的测定流程，多数使用便携式光合仪。实验室种植的矮小植株以及野外环境较好、方便控制环境测定条件，可直接使用便携式光合仪进行测定。但如若待测植株过于高大、树林过于茂密影响光照强度，在这些野外环境开展植物原位光合作用测定就存在诸多难题，不易携带仪器测量。比叶重高的植物通常与较高的抗旱能力和生理抗性相关，倾向于保守型的资源获取策略并将更多的生物量分配给细胞壁，以增强叶片韧性和保水能力，相对的离体叶片光合速率下降速率缓慢。由此，我们基于光合测量仪对离体叶片光合作用进行了实验，验证在野外开展植物光合作用研究时使用离体叶片光合作用代替原位测定的可行性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种植物离体叶片光合作用测量方法，采用一种基于便携式光合仪测量植物离体叶片光合作用的可行性研究方法，在野外操控方便、测定结果稳定性好，具有可靠性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，具体操作步骤如下：
对待测植株的叶片比叶重(叶面积/叶干重)进行测定，比叶重高于131g m-2的植物适合使用离体叶片测定光合作用。
(1)待测样品选择：需选择有阳光照射，无病虫害、无缺陷的成熟叶片进行测定，每次随机选择3～5片叶片，摘取叶片时需保持叶柄的水分，保持离体枝条或复叶可以吸收水分，减少水分丧失对叶片光合速率的干扰，叶片离体后迅速插入水中。由于光照以及植物叶片的活化程度和午休现象等原因，在9：00-11：30为最佳测量时间。(2)测量仪器：Li-6400XT便携式光合仪
(3)仪器预热：硬件连接完毕开始测量前仪器需预热15～20min。
(4)预热期检查：检查温度传感器、光源和光量子传感器、大气压传感器以及叶室混合扇是否正常工作，检查是否存在气路堵塞。
(5)预热后检查：叶室漏气检查，检查流速、CO2和H2O零点，校准叶温热电偶的零点。(6)数据记录：前提是进气浓度稳定，不漏气；参数行c行的Cond、Ci、Tr均为正值，且Cond多数在0～1之间；其次，查看B行△CO2的变化幅度稳定在0.5ppm之内，Photo值稳定在小数点后一位，且不再向一个方向一直增加或降低，即为稳定。
进一步，环境光照强度在1000μmol(photon)m–2s–1以上，定义为饱和光，可获得最大光合速率。
任选地，仪器气流速率设置为500ml s–1，叶片温度设置为25℃。
任选地，每片叶子从摘除至3min内都可进行光合测定。
进一步，随机摘取符合步骤(1)的叶片夹入叶室进行。
进一步，以上步骤(2)Li-6400XT光合仪版本为OPEN 6.3.2。
进一步，根据步骤(5)按功能行1的f1(Log)记录数据。
本发明所述制定了植物离体光合作用的测量方法，解决了部分植物物种因野外条件难以进行原位测量光合作用的难题，可以获取到较为可靠的光合作用数据，便于开展野外植株生理生态的相关研究。
本发明使用范围依据：一般情况下比叶重与光合速率呈负相关，比叶重相对较高的植物叶片在离体后其净光合速率保持稳定的时间也相对较长，这就充分给予了叶片离体到夹入叶室进行测量的时间。在我们的研究中，比叶重高于131g·m-2是体外光合作用测量的叶片选择指标。全球植物的比叶重范围为3～2000g·m-2，大多数常绿植物的比叶重超过100g·m-2。其中水生植物、蕨类植物、草本植物和落叶灌木和乔木的比叶重范围最高，大多数常绿乔木和灌木进行体外光合作用测量，至少测量最大净光合速率是可行的。
附图说明
图1：本发明仪器测量菜单参数行a、b、c和功能行1。
参数行和功能行说明：
a、参比室以及样品室的CO2和H2O浓度，b、CO2和H2O浓度差异(△CO2、△H2O)、样品室流速(Flow)、样品室相对湿度(RH)，c、净光合速率(Photo)、气孔导度(Cond)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Trmmol)，1、建立文件、查看文件、关闭文件、添加备注、匹配。
图2为高山榕光合速率数据分析图
图3为大花紫薇光合速率数据分析图
具体实施方式
下面以实施例对本发明作进一步描述。
实施例1：2022年9月-2022年10月在中国科学院城市环境研究所选择长势良好的鹅掌柴(Schefflera heptaphylla)、女贞(Ligustrum lucidum)、黄槿(Hibiscustiliaceus)、含笑(Michelia figo)、山茶(Camellia japonica)、高山榕(Ficusaltissima)、大花紫薇(Lagerstroemia speciosa)、阳桃(Averrhoa carambola)，在树冠向阳处使用便携式光合仪Li-6400测量原位光合作用以及离体光合作用。
对待测植株的叶片比叶重(叶面积/叶干重)进行测定，比叶重分别为120.51g·m-2、130.57g·m-2、122.30g·m-2、106.93g·m-2、161.67g·m-2、146.38g·m-2、88.02g·m-2。
可以理解的是，本实施例中，选择有阳光照射，无病虫害、无缺陷的成熟叶片进行测定，每次随机选择3～5片叶片，摘取叶片时需保持叶柄的水分，保持离体枝条或复叶可以吸收水分，减少水分丧失对叶片光合速率的干扰，叶片离体后迅速插入水中。由于光照以及植物叶片的活化程度和午休现象等原因，选择在9：00-11：30进行测量。
硬件连接完毕开始测量前仪器需预热15～20min。
检查温度传感器、光源和光量子传感器、大气压传感器以及叶室混合扇是否正常工作，检查是否存在气路堵塞。
叶室漏气检查，检查流速、CO2和H2O零点，校准叶温热电偶的零点。
环境光照强度维持在1000μmol(photon)m–2s–1以上。
仪器气流速率设置为500ml s–1，叶片温度设置为25℃。
随机摘取符合步骤(1)的叶片夹入叶室进行光合速率测定，每隔30s记录一组数据。
请参照附图1，参数行c行的Cond、Ci、Tr均为正值，且Cond多数在0～1之间；其次，查看B行△CO2的变化幅度稳定在0.5ppm之内，Photo值稳定在小数点后一位，且不再向一个方向一直增加或降低，即为稳定。
请参照附图1，按功能行1的f1(Log)记录数据。
请参照附图2、图3，高山榕以及大花紫薇叶片比叶重高于131g·m-2，在离体3min之内其净光合速率保持稳定的时间相对较长，可以代替原位进行光合作用的测定。
本发明所述制定了植物离体光合作用的测量方法，比叶重高于131g·m-2(是体外光合作用测量的叶片选择指标。解决了部分植物物种因野外条件难以进行原位测量光合作用的难题，可以获取到较为可靠的光合作用数据，便于开展野外植株生理生态的相关研究。
以上所述，实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。
Claims (8)
1.一种植物离体叶片光合作用测量方法是通过以下技术方案实现的，具体操作步骤如下。
2.对待测植株的叶片比叶重(叶面积/叶干重)进行测定，比叶重高于131g m-2的植物适合使用离体叶片测定光合作用。
(1)待测样品选择：需选择有阳光照射，无病虫害、无缺陷的成熟叶片进行测定，每次随机选择3～5片叶片，摘取叶片时需保持叶柄的水分，保持离体枝条或复叶可以吸收水分，减少水分丧失对叶片光合速率的干扰，叶片离体后迅速插入水中。由于光照以及植物叶片的活化程度和午休现象等原因，在9：00-11：30为最佳测量时间。
(2)测量仪器：Li-6400XT便携式光合仪
(3)仪器预热：硬件连接完毕开始测量前仪器需预热15～20min，
(4)预热期检查：检查温度传感器、光源和光量子传感器、大气压传感器以及叶室混合扇是否正常工作，检查是否存在气路堵塞。
(5)预热后检查：叶室漏气检查，检查流速、CO2和H2O零点，校准叶温热电偶的零点
(6)数据记录：前提是进气浓度稳定，不漏气；参数行c行的Cond、Ci、Tr均为正值，且Cond多数在0～1之间；其次，查看B行△CO2的变化幅度稳定在0.5ppm之内，Photo值稳定在小数点后一位，且不再向一个方向一直增加或降低，即为稳定。
3.进一步，环境光照强度在1000μmol(photon)m–2s–1以上，定义为饱和光，可获得最大光合速率。
4.任选地，仪器气流速率设置为500ml s–1，叶片温度设置为25℃。
5.任选地，每片叶子从摘除至3min内都可进行光合测定。
6.根据权利要求2，其特征在于：随机摘取符合步骤(1)的叶片夹入叶室进行。
7.根据权利要求2，其特征在于：步骤(2)Li-6400XT光合仪版本号为OPEN 6.3.2。
8.根据权利要求2，其特征在于：步骤(5)按功能行1的f1(Log)记录数据。
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