CN1815226A

CN1815226A - 用于测定植物冠层群体光合作用的冠层叶室

Info

Publication number: CN1815226A
Application number: CN 200610024091
Authority: CN
Inventors: 王兆龙; 朱燕华; 刘一明; 李洁
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2026-02-23
Also published as: CN100451647C

Abstract

本发明涉及一种用于测定植物冠层群体光合作用的冠层叶室，由正方形的光合室和圆柱状的土壤固定体两部分结合而成，冠层叶室下部土壤固定体设有把手，基部为波纹状切口，可以很容易地把固定体插入土壤中形成密闭的冠层叶室，固定体上口与光合室底壁的圆形开口吻合，使冠层叶室的内腔形成一个整体；光合室顶壁用双面胶和光合薄膜密封，以保证光合室稳定的透光性能；光合室侧壁内安装一个小型风扇，由装在侧壁外的电池和开关控制，风扇可使冠层叶室内的气体迅速达到平衡。光合室另两相对的侧壁中央分别安装塑料软管与光合作用测定仪的样品室气路相连接。本发明与光合作用测定仪一起，可以用来测定各种植物的群体光合、呼吸和蒸腾作用。

Description

用于测定植物冠层群体光合作用的冠层叶室

技术领域

本发明涉及一种用于测定植物冠层群体光合作用的冠层叶室，连接在光合作用测定仪的样品室气路上，根据冠层叶室内CO₂、O₂、H₂O的参比变化来测定冠层叶室内植物的群体光合、呼吸和蒸腾作用，属于生物学研究仪器领域。

背景技术

光合作用是植物利用光能将二氧化碳和水等无机物合成为人类可利用的有机物并放出氧气的过程，人类所有的食物几乎都直接或间接地来源于光合作用。植物光合作用的研究也一直是生命科学研究中的重点。

光合作用测定仪是研究光合作用应用最广泛的仪器之一，美国、英国、德国等发达国家在光合作用测定仪的研发上投入了许多资金，分别研发出了LI-COR系列(美国LI-COR公司，代表仪器为LI-COR6400便携式光合作用仪)、PPS系列(英国PP Systems科学仪器公司，代表仪器为CIRAS-2便携式全自动光合作用测定系统)、HCM系列(德国WALZ公司，代表仪器为HCM-1000便携式光合作用测定仪)，这些系列的仪器在我国各大学和相关科研机构都已有较广泛的应用。据不完全统计，我国目前的各类光合作用测定仪已超过2000多台，虽然这些仪器的生产厂商不同，但其测定原理和仪器基本构造都是一致的，均是通过样品叶室中CO₂、O₂、H₂O等气体的参比变化来测定和计算光合作用、呼吸作用、蒸腾作用，因此，样品叶室在光合作用测定仪中十分重要。

目前大多数光合作用测定仪的叶室都是根据阔叶植物来设计的，多数设计为2×3cm²左右的长方形叶室(如：LI-COR6400)，测量时需要把要测定的叶片夹入叶室进行测定。然而，由于植物的种类不同，植物的叶片形状相差极大，单一的叶室设计很难满足对不同植物种类叶片的测定要求，因此，英国PPSystems科学仪器公司针对不同的植物叶片开发了宽叶室、稻叶室、窄叶室、针叶室、豆荚叶室、苔藓叶室、球型叶室等叶室，配置在CIRAS-2光合仪上对不同植物叶片进行光合测定(北京渠道科学器材有限公司http：//www.qudao.com.cn/article.asp？articleid＝221)。但是，由于许多植物的叶片形状都不规则，特别是作为最主要农作物的禾本科植物的叶片都是条形、披针形或针形叶片，单叶测定时不可能均匀分布在叶室中进行测定，叶室中叶片的重叠和叶面积的测量误差会造成其光合作用测定的失败。另外，单一叶片的植物光合作用代表性十分有限，很难准确反映植物实际的光合能力和同化产量，而植物的群体光合才能更好地代表植物的光能利用效率，更能反映出植物的实际光合产量，因此群体光合作用的研究逐渐成为热点。由于植物的光合、呼吸和蒸腾作用需要基于样品叶室中CO₂、O₂、H₂O浓度的参比变化来测定和计算，故研究群体光合的冠层室必需满足以下几个条件：1)绝对密封，保证叶室中CO₂、O₂、H₂O等气体浓度的变化真实地反映植物的光合、呼吸和蒸腾作用；2)气体平衡快，保证叶室中的CO₂、O₂、H₂O等气体在很短时间内达到平衡，并分布均匀；3)透光性好，保证植物群体正常的光照条件和正常的光合能力；4)在较短时间内完成一次测定，以避免封闭冠层室内温度升高的干扰。然而，迄今为止，众多光合仪器公司均没有开发出比较完善的测定植物群体光合作用的冠层室。

为了测定植物的群体光合，PP Systems科学仪器公司采用透明聚乙烯的圆柱状大口杯倒扣过来制成了简易的冠层叶室，冠层叶室的上面和四周都是透明的聚乙烯塑料整体，在其开口的底部用不锈钢园环固定，并接上气路与气体分析装置相连。用于草坪群体光合测定的冠层叶室为CPY-2，其底径为15cm，高为14cm，把冠层叶室罩在草坪地上用来测定罩在冠层叶室内草坪植物的群体光合作用；用于盆栽植物的冠层叶室为CPY-3，其底径为13cm，高同样为14cm，把冠层叶室罩在栽有植物的盆边口上来测定盆栽植物的群体光合作用(http：//www.ppsystems.com/chambers_1.html#CPY_OPEN)。这种简易的冠层叶室存在以下三大缺陷：

1、冠层叶室的密封性较差，特别冠层叶室开口基部与草坪植物(CPY-2)或盆边口(CPY-3)之间不可避免地存在空隙，无论用力压紧或用其他胶塑包扎，冠层叶室内的气体总会通过空隙与外界有一定量的交换，这种不可靠的密封性会给冠层光合作用的测定带来极大的误差；

2、由于冠层光合作用的测定过程中不可避免地要接触到泥沙，几次测定后，冠层室的聚乙烯材料会被磨损，透光性变差，从而影响冠层室内的光强和光质，造成光合作用测定的误差，导致不同批次的测定值之间无法在同一水平上进行比较。

3、进出气路易受影响。CPY-2和CPY-3的气路进出口设计在冠层叶室的基部，位于测定时植物的叶、茎等光合器官的下方，一方面光合作用产生的气体交换扩散到气路要受到茎叶的阻挡，另一方面严重受到冠层叶室基部密封性差的干扰。

发明内容

本发明的目的在于针对现有植物光合作用测定仪在测定植物冠层群体光合作用方面的不足，提供一种用于测定植物冠层群体光合作用的冠层叶室，密封性好，透光性强，能够方便准确地测定冠层叶室内植物的光合、呼吸和蒸腾作用。

为实现这一目的，本发明设计提供的冠层叶室主要由正方形的光合室和圆柱状的土壤固定体两部分结合而成。位于冠层叶室下部的土壤固定体设有把手，基部为波纹状切口，手持把手可以很容易地把固定体插入土壤中形成密闭的冠层叶室，固定体上口与位于其上的光合室底壁的圆形开口完全吻合，使冠层叶室的内腔形成一个整体。光合室的顶壁用双面胶和可以经常更换的光合薄膜密封，以保证光合室稳定的透光性能。在光合室的一侧壁内安装一个小型的风扇，风扇由安装在侧壁外的电池和开关控制。在光合室另两相对的侧壁中央分别安装一对塑料软管与光合作用测定仪的样品室气路相连接，即可通过光合作用仪检测冠层叶室中CO₂、O₂、H₂O等气体的变化，并根据其参比变化来测定冠层叶室内植物的群体光合作用、呼吸作用和蒸腾作用。

本发明的用于测定植物冠层群体光合作用的冠层叶室的具体结构为：冠层叶室由正方形的光合室和圆柱状的土壤固定体两部分组成。光合室的四周侧壁和底壁由透明的有机玻璃制成，以保证冠层叶室的透光性。在光合室的一侧壁内安装一个小型的风扇，小风扇由安装在侧壁外的电池和开关控制，打开风扇时可以使光合室内的气体迅速达到平衡状态。光合室的顶壁用双面胶和光合薄膜密封，光合薄膜可以经常更换，以保证光合室良好的透光性。光合室的另两面相对的侧壁中央分别安装一对塑料软管，光合室内的气体通过塑料软管与光合作用测定仪的样品室气路相通。

光合室的底壁与圆柱状的土壤固定体连接，土壤固定体可以采用有机玻璃材料，也可以采用透明的PVC等硬塑料材料，土壤固定体的上口与光合室的底壁圆形开口完合吻合，以保证冠层叶室内气体的通畅与完整，土壤固定体的两侧壁上设置一对把手，土壤固定体的基部开口处做成锋利的波纹状切口。握住把手，可以很容易地将土壤固定体的下端插入土壤，利用土壤的密封性能来避免冠层叶室基部漏气。

本发明在冠层叶室的光合室的两侧设置塑料软管连接光合作用测定仪，光合室即成为光合作用测定仪的样品室。按住把手轻轻旋转，把冠层叶室的土壤固定体插入栽有待测植物的土壤或培养盆中，然后打开风扇，使冠层叶室内的气体迅速达到平衡状态，用光合仪检测冠层叶室内的气体变化情况，待平衡后即可测定植物的群体光合作用、呼吸作用、蒸腾作用等指标。

本发明的冠层叶室能够与现有的光合作用测定仪相连接，用于测定草坪、草地、花卉、地被植物、蔬菜、粮食作物、盆栽苗、小灌木等各种植物的群体光合、呼吸和蒸腾作用，盖上遮光布后也可用于测定土壤微生物的呼吸作用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图1中，1为光合室，2为风扇电池和开关，3为风扇，4为光合室底壁的圆形开口，5为塑料软管，6为把手，7为土壤固定体，8为土壤固定体波纹状切口，9为光合薄膜。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。

本发明的冠层叶室结构如图1所示，由正方形的光合室1和圆柱状的土壤固定体7两部分组成。光合室1的四周侧壁和底壁由透明的有机玻璃制成，以保证冠层叶室的透光性。在光合室1的一侧壁内安装一个小型的风扇3(可以采用家用电脑上为CPU散热的小风扇)，风扇3由安装在侧壁外的2节五号电池和开关2控制，光合室1的顶壁用双面胶和光合薄膜9密封，光合薄膜可以经常更换，以保证光合室1良好的透光性，光合室的另两面相对的侧壁中央分别安装一对塑料软管5，光合室1内的气体通过塑料软管5与光合作用测定仪的样品室气路相通。

光合室1的底壁与圆柱状的土壤固定体7连接，土壤固定体7可以采用有机玻璃材料，也可以采用透明的PVC等硬塑料材料，土壤固定体7的上口与光合室1底壁的圆形开口4完合吻合，以保证冠层叶室内气体的通畅与完整，土壤固定体7的两侧壁上设置一对把手6，土壤固定体7的基部开口处做成锋利的波纹状切口8。

使用时，解开光合作用测定仪主机与测定头样品室气路相连的螺丝，分别与冠层叶室光合室两侧壁的塑料软管5上的配对螺丝相连，光合室即成为光合作用测定仪的样品室，光合作用测定仪即可根据冠层叶室中的CO₂、O₂、H₂O的参比变化来测定冠层叶室内植物的光合、呼吸和蒸腾作用。

测定时，双手按住把手7，轻轻旋转，即可把冠层叶室的土壤固定体7插入栽有待测植物的土壤或培养盆中，一般草坪地土壤固定体插入深度达到5-8cm即可，其他植物可根据植物的高度和土壤的松紧度作适当调整(2-10cm)，利用土壤的密封性能来避免冠层叶室基部漏气的缺陷。插好后，打开风扇，使冠层叶室内的气体迅速达到平衡状态，用光合仪检测冠层叶室内的气体变化情况，待平衡后即可测定植物的群体光合作用、呼吸作用、蒸腾作用等指标。

本发明的冠层叶室可做成15cm(直径和边长)×20cm(高，其中：光合室高为12cm，固定体高为8cm)。冠层叶室的大小可以根据测定植物材料和栽培容器的不同作相应的调整，直径和边长可做成5-50cm，高可以做成12-200cm。

本发明的冠层叶室与光合作用测定仪一起，可以用来测定草坪、草地、花卉、地被植物、蔬菜、粮食作物、盆栽苗、小灌木等各种植物的群体光合、呼吸和蒸腾作用，盖上遮光布后也可用于测定土壤微生物的呼吸作用。

Claims

1、一种用于测定植物冠层群体光合作用的冠层叶室，其特征在于由正方形的光合室(1)和圆柱状的土壤固定体(7)两部分组成，光合室(1)的四周侧壁和底壁由透明的有机玻璃制成，光合室(1)的一侧壁内安装风扇(3)，由安装在侧壁外的电池和开关(2)控制，光合室(1)的顶壁用双面胶和光合薄膜(9)密封，光合室(1)的另两面相对的侧壁中央分别安装一对塑料软管(5)，光合室(1)内的气体通过塑料软管(5)与光合作用测定仪的样品室气路相通；光合室(1)的底壁与圆柱状的土壤固定体(7)连接，土壤固定体(7)的上口与光合室(1)底壁的圆形开口(4)完合吻合，土壤固定体(7)的两侧壁上设置一对把手(6)，土壤固定体(7)的基部开口处做成锋利的波纹状切口(8)。

2、根据权利要求1的用于测定植物冠层群体光合作用的冠层叶室，其特征在于所述光合室(1)的边长与土壤固定体(7)的直径相同，为5-50cm，整个冠层叶室高为12-200cm。

3、根据权利要求1的用于测定植物冠层群体光合作用的冠层叶室，其特征在于所述土壤固定体(7)由有机玻璃或透明的PVC硬塑料制成。