CN216955934U

CN216955934U - 一种野外用便携式植物水下光合作用测量装置

Info

Publication number: CN216955934U
Application number: CN202220069677.0U
Authority: CN
Inventors: 华建峰; 徐建华; 郭金博; 施钦; 宣磊; 殷云龙
Original assignee: Institute of Botany of CAS
Current assignee: Institute of Botany of CAS
Priority date: 2021-12-09
Filing date: 2022-01-11
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2032-01-11

Abstract

本实用新型公开了一种野外用便携式植物水下光合作用测量装置，属于植物生理学实验仪器技术领域。该装置包括框架、升降机构、电机支撑架、水箱、电机、转盘、水温调节系统、光源、辐射仪和测定单元，框架下方为底座，底座上设置透明材质构成的上开口水箱，框架上方设置升降机构，升降机构与电机支撑架连接，电机支撑架上放置的电机连接并控制转盘的转动，升降机构通过控制电机支撑架的上升或下降，使转盘没入或离开水箱中的水，水温调节器调节水箱中水温，光源提供光强，辐射仪检测光强，转盘上设置有若干夹子，夹住盛装植物的透明密闭器皿置于水箱水中进行试验，测定单元检测器皿中O₂浓度，用于计算植物水下光合作用速率或者暗呼吸速率。

Description

一种野外用便携式植物水下光合作用测量装置

技术领域

本实用新型涉及植物生理学实验仪器技术领域，更具体地说，涉及一种野外用便携式植物水下光合作用测量装置。

背景技术

光合作用，是指植物吸收光能，将二氧化碳和水合成碳水化合物及其他有机物，同时释放氧气的过程，主要包括光反应和暗反应两个阶段。通过光合作用，植物将太阳能转变为化学能，储存在所形成的有机物中。这些光合作用形成的有机物，除了供植物本身之用外，还是人类和其它动物所需的营养和能量的直接或间接来源。光合作用与人类的粮食安全、生产和生活所需的其它可再生能源和资源以及生态环境的保护等息息相关。

在农林业生产中，除了可以通过合理施肥来提高作物产量之外，通过优化作物的光和作用，提高其光合作用效率也是非常有效的植物增产方式。在农林业生产和研究过程中，专家们常常借助光合作用检测装置来对植物的光合作用进行检测与分析，通过测定CO₂浓度、叶片温度、光合有效辐射、叶室温湿度等参数，再经过科学计算可得出叶片光合速率、叶片蒸腾速率、细胞间二氧化碳浓度、气孔导度、水分利用率等光合作用指标。一方面能够检测出植物生长过程光合作用效率，了解植物的生长状态，能够根据检测结果对植物进行营养补充，保证植物生长。另一方面，通过对新品种植物的光合作用进行系统的研究和了解，能够促进优良新品种的培育和筛选。

光合作用检测装置是用来测定植物光合速率、蒸腾速率等指标的重要仪器，在植物的研究中发挥着重要的意义，植物生长过程中主要的制造有机物的功能就是光合作用，可以说光合作用是植物生长过程中重要的活动，因此利用适宜的光合作用检测装置测定光合作用相关参数有助于研究植物的生理生化特征，促进人们对植物水下光合作用的了解和利用。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种测量光合作用的装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种野外用便携式植物水下光合作用测量装置，包括框架、升降机构、电机支撑架、水箱、电机、转盘、水温调节器、光源、辐射仪和测定单元，框架下方为底座，底座上设置一个上方开口的水箱，为透明材质构成，框架上方设置升降机构，升降机构与电机支撑架连接，电机支撑架上放置的电机连接并控制转盘的转动，升降机构通过控制电机支撑架的上升或下降，使转盘没入或离开水箱中的水，水温调节器用于调节水箱中水的温度，光源用于提供光强，辐射仪用于检测光强，转盘上设置有若干个夹子，用于夹住盛装植物的透明密闭器皿置于水箱水中进行试验，测定单元用于检测器皿中O₂浓度，用于计算植物水下光合作用速率或者暗呼吸速率。

进一步地，所述野外用便携式植物水下光合作用测量装置包括培养单元和测定单元；所述的培养单元包括框架、升降机构、调速机构、电机支撑架、水箱、转盘、水温调节系统、球状PAR辐射仪、计算机和光源；框架下方为底座，底座上设置一个上方开口的水箱，为透明材质构成；所述的框架上方设置所述升降机构，所述升降机构控制转盘上升或下降，使转盘没入或离开水箱中的水，所述调速机构控制转盘转速；所述转盘一面贴有反光铝膜，另一面则无反光铝膜，两面均设置有若干个夹子，用于夹住盛装植物或其组织的透明密闭器皿；所述水温调节系统用于调节水箱中水的温度；所述光源用于调节水箱中的光强，与水箱保持一定的距离，光源光照向转盘有反光铝膜一侧；所述球状PAR辐射仪用于测定水箱中的光照强度，所述计算机用于联接球状PAR辐射仪，读取光照强度数据；所述测定单元用于检测盛装植物或其组织的透明密闭器皿中O₂浓度，用于计算植物或其组织的水下光合作用速率或者暗呼吸速率。

进一步地，所述升降机构与电机支撑架连接，电机支撑架下方设置与水平面垂直的转盘，升降机构通过控制电机支撑架的上升或下降，使转盘没入或离开水箱中的水；所述的调速机构设置在电机支撑架上，通过电机控制所述转盘转动的速度。

进一步地，所述水温调节系统包括水冷器、PID变频加热棒和水冷器进水泵组成，所述水冷器将水箱内水温降低并维持在设定温度，所述PID变频加热棒将水箱内水温升高至设定温度，并通过电子显示屏显示水箱内实时水温。

进一步地，所述的框架上方为一横杆，两侧各有一个支撑柱，横杆与支撑柱连接呈“门”字形结构，框架下方为底座，两侧的支撑柱安装于底座两边，底座下装有四个滑轮。

进一步地，所述升降机构包括悬挂绳索和手摇器，所述电机支撑架通过悬挂绳索悬于横杆上，悬挂绳索穿过框架上方横杆上的孔，沿着横杆内部从框架的一侧的孔穿出并固定在手摇器上，通过手摇器放长或收回绳索。

进一步地，所述调速机构包括电机、皮带、电机调速装置，所述电机和电机调速装置设置于电机支撑架上，通过皮带连接转盘。

进一步地，所述框架下方装有四个滑轮。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供一种野外用便携式植物水下光合作用测量装置，包括培养单元和测定单元，培养单元用于提供所检测植物需要的光照和温度等环境条件，测定单元用于测定植物在培养单元所提供环境下完成的光合作用的相关参数，培养单元设置了水箱、转盘、水温调节器和距离可调节的光源和其它辅助机构，能够使安装在转盘上的密闭器皿随转盘在恒温的水中不断转动，保持植物水下光合作用在一定的温度和光照条件下，方便工作人员研究不同环境条件下植物的光合作用特征。该野外用便携式植物水下光合作用测量装置，方便车载携带至野外用于实验，可以使用便携式电源供电，方便人们实时了解特定环境下生长的植物在水下的光合作用效率或暗呼吸速率，也方便人们实时了解特定水体对植物在水下的光合作用效率或暗呼吸速率的影响。

附图说明

图1为植物水下光合速率和暗呼吸速率检测装置的培养单元，注：1、框架；2、悬挂绳索；3、电机；4、电机调速装置；5、电机支撑架；6、转盘；7、弹性夹子；8、计算机；9、手摇器；10、水箱；11、光源；12、球状PAR辐射仪；13、PID加热棒；14、水冷器出水管；15、水冷器进水管；16、排水口；17、水冷器进水泵；18、水冷器；19、滑轮；

图2为植物水下光合速率和暗呼吸速率检测装置的测定单元，注：8、计算机；20、支撑架；21、光学氧微呼吸电极；22、温度电极；23、试剂瓶；24、光学氧主机。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。

实施例1：

如图1和2所示，一种野外用便携式植物水下光合作用测量装置，包括培养单元和测定单元，培养单元用于提供所检测植物需要的光照、温度和CO₂等环境条件，测定单元用于测定植物在培养单元所提供环境条件下完成的光合速率和暗呼吸速率的相关参数。

培养单元包括：框架1、悬挂绳索2、电机3、电机调速装置4、电机支撑架5、水箱10、转盘6、水温调节系统、球状PAR辐射仪12、计算机8和光源11；框架1上方为一横杆，两侧各有一个支撑柱，横杆与支撑柱连接呈“门”字形结构，框架1下方为底座，两侧的支撑柱安装于底座两边；框架1的底座上，设置一个上方开口的水箱10，为透明材质构成；升降机构设置在框架1上方的横杆上，包括悬挂绳索2和手摇器9；电机支撑架5通过升降机构的悬挂绳索2悬于横杆上，悬挂绳索2穿过框架1上方横杆上的孔，沿着横杆内部从框架的一侧支撑柱的孔穿出，固定在手摇器9上，通过手摇器9放长或收回悬挂绳索，使电机支撑架5上升或下降；电机支撑架5下方设置一个与水平面垂直的转盘6，随着电机支撑架5的上升或下降，转盘6没入或离开水箱中的水；电机支撑架5两侧还分别设有滑轮，框架1的两个支撑柱的内侧设有对应的滑轨，随着电机支撑架5的上升或下降，电机支撑架5两侧的滑轮在支撑柱的滑轨内滑动；电机3和电机调速装置4置于电机支撑架5上，电机调速装置4控制电机速度，电机3通过皮带带动下方的转盘6旋转；转盘6一面贴有反光铝膜，另一面则无反光铝膜，两面均设置有若干个弹性夹子7，用于夹住盛装植物的透明密闭器皿，透明密闭器皿内可装满CO₂溶液；水温调节系统包括水冷器18、PID加热棒13和水冷器进水泵17，水冷器进水泵17通过水冷器进水管15将水箱10内水泵进水冷器18，再通过水冷器出水管14将水泵回水箱10，如此，水冷器18将水箱10内水温降低并维持在设定温度。PID加热棒13将水箱10内水温升高并维持在设定温度，并通过电子显示屏显示实时水温。光源11置于水箱10外侧，光源11光照向转盘6有反光铝膜一侧，通过其与水箱10的距离控制水箱内光照强度，同时在水箱10内设置球状PAR辐射仪12，通过与其连接的计算机8获取水箱内光照强度。为了方便移动，框架1的底座下方安装四个滑轮19。

测量单元包括：支撑架20、光学氧微呼吸电极21、温度电极22、试剂瓶23、光学氧主机24和计算机8。光学氧微呼吸电极21、温度电极22和光学氧主机24连接，光学氧主机24与计算机8连接。将光学氧微呼吸电极21、温度电极22固定于支撑架20，温度电极22、光学氧微呼吸电极21前端浸入从转盘6上取下的透明密闭器皿的溶液中，即可利用计算机中预装软件读取O₂浓度数据。

本装置具体使用方法为：水箱中注入约2/3水量，使用水温调节系统调节水温至所需温度；将1cm²左右的植物组织放入透明器皿中，如试剂瓶中，作为试验组，同时设置不放植物组织的对照组，试验组和对照组均用虹吸管将含有一定CO₂含量的水虹吸到试剂瓶中，虹吸时从试剂瓶底部填充且至少两倍的体积以减少气体交换，然后将器皿口密封，将测试光合作用的试验组和对照组器皿固定于转盘上贴有反光铝膜一侧，将测试暗呼吸作用的试验组和对照组器皿包裹铝膜遮光后，固定于转盘上无反光铝膜一侧，通过夹子固定在转盘上，通过转盘高度调节机构将转盘全部降至水中，并距离水箱底部5厘米；将球状PAR辐射仪伸入水箱中，通过调节光源离水箱的距离或者光源强度，使转盘反光铝膜一面的光照强度(等于试剂瓶内植物所受光照强度)达到所需的强度；将电机接通电源，使用调速机构调节转盘转速至180-250转/分钟，使转盘上装有植物组织的器皿随转盘在水中转动，充分接受光照和保持恒定温度；2-3h后，将转盘上的器皿取下，在2分钟内使用光学氧微呼吸电极检测溶液中O₂浓度，温度电极用于校正光学氧微呼吸电极。计算机联接光学氧主机，读取数据。通过与对照的比较，可获得植物组织在设定条件下，由光合作用或暗呼吸作用产生或消耗的O₂的量，然后测定植物组织的质量或者面积，即可进一步通过计算得知在这段时间内，植物的光合速率和暗呼吸速率。

该野外用便携式植物水下光合作用测量装置，方便车载携带至野外用于实验，可以使用便携式电源供电，方便人们实时了解特定环境下生长的植物在水下的光合作用效率或暗呼吸速率，也方便人们实时了解特定水体对植物在水下的光合作用效率或暗呼吸速率的影响。

实施例2：

使用实施例1中野外用便携式植物水下光合作用测量装置测量在不同浓度的二氧化碳条件下对墨西哥落羽杉水下光合作用的测量：

用虹吸管分别将200μmol L^-1和500μmol L^-1CO₂含量的反应液(具体的浓度可以根据实验要求灵活设置)虹吸到试剂瓶23中虹吸时从试剂瓶23底部填充且至少两倍的体积以减少气体交换。将约1cm²的墨西哥落羽杉叶片添加到试剂瓶23中，并确保在安装瓶盖时它没有被困在瓶颈中，将试剂瓶23安装在转盘6的弹簧夹子7上，确保盖子正确连接，以避免样品在培养过程中丢失。调节光源11到1000μmol photons m^-2s^-1(调节光强度和距离达到实验要求的光照强度)，球状PAR辐射仪12链接计算机8后可实时测量光照强度，通过手摇器9调节悬挂绳索2降低转盘6进入水箱10，通过水温调节系统将水箱10内的水设定在所需温度。打开电机3，通过电机调速装置4控制转盘6的速度达到180-250转/分钟。2小时后，取出试剂瓶23，一次2～3瓶，放到支撑架20上面；记录确切的反应时间，将光学氧微呼吸电极21和温度电极22固定在支撑架20上，调节高低至插入试剂瓶23为止，光学氧微呼吸电极21和温度电极22与光学氧主机24相连，光学氧主机24与计算机8连接，试剂瓶23中氧含量数据及温度数据直接会输送至光学氧主机24，经光学氧主机24处理后可在计算机8上输出结果，以便直观探究CO₂含量对植物水下光合作用的影响。最后，从每个试剂瓶23中取出墨西哥落羽杉叶片，擦干水分后扫描/拍照，利用Image J软件获得叶片投影面积，也可以放入预先称重过的铝箔袋中立即称量以获得新鲜质量，或在65摄氏度干燥以获得干质量。

结果，在CO₂含量为200μmol L^-1、恒温25℃、叶面积1.50cm²和光强1000μmol m^-2s^-1条件下反应10800s后，测得实验组试剂瓶中的O₂浓度为251.4μmol L^-1(当接近25℃空气平衡氧浓度257.9μmol L^-1时，可收获试剂瓶23)，对照组试剂瓶23中的O₂浓度为184.65μmolL^-1，试剂瓶23的体积为44mL。在CO₂含量为500μmol L^-1、恒温25℃、叶面积为1.13cm²和光强1000μmol m^-2s^-1条件下反应4800s后，测得实验组试剂瓶23中的O₂浓度为228.6μmol L^-1，对照组试剂瓶23中的O₂浓度为157.78μmol L^-1，试剂瓶23的体积为43mL。根据公式：

计算出墨西哥落羽杉在CO₂含量为200μmol L^-1时水下光合速率是1.81μmol O₂m^-2s^-1，在CO₂含量为500μmol L^-1时水下光合速率是5.61μmolO₂m^-2s^-1。

Claims

1.一种野外用便携式植物水下光合作用测量装置，其特征在于，包括框架、升降机构、电机支撑架、水箱、电机、转盘、水温调节系统、光源、辐射仪和测定单元，框架下方为底座，底座上设置一个上方开口的水箱，为透明材质构成，框架上方设置升降机构，升降机构与电机支撑架连接，电机支撑架上放置的电机连接并控制转盘的转动，升降机构通过控制电机支撑架的上升或下降，使转盘没入或离开水箱中的水，水温调节系统用于调节水箱中水的温度，光源用于提供光强，辐射仪用于检测光强，转盘上设置有若干个夹子，用于夹住盛装植物的透明密闭器皿置于水箱水中进行试验，测定单元用于检测器皿中O₂浓度，用于计算植物水下光合作用速率或者暗呼吸速率。

2.根据权利要求1所述的野外用便携式植物水下光合作用测量装置，其特征在于，包括培养单元和测定单元；所述的培养单元包括框架、升降机构、调速机构、电机支撑架、水箱、转盘、水温调节系统、球状PAR辐射仪、计算机和光源；框架下方为底座，底座上设置一个上方开口的水箱，为透明材质构成；所述的框架上方设置所述升降机构，所述升降机构控制转盘上升或下降，使转盘没入或离开水箱中的水，所述调速机构控制转盘转速；所述转盘一面贴有反光铝膜，另一面则无反光铝膜，两面均设置有若干个夹子，用于夹住盛装植物或其组织的透明密闭器皿；所述水温调节系统用于调节水箱中水的温度；所述光源用于调节水箱中的光强，与水箱保持一定的距离，光源光照向转盘有反光铝膜一侧；所述球状PAR辐射仪用于测定水箱中的光照强度，所述计算机用于联接球状PAR辐射仪，读取光照强度数据；所述测定单元用于检测盛装植物或其组织的透明密闭器皿中O₂浓度，用于计算植物或其组织的水下光合作用速率或者暗呼吸速率。

3.根据权利要求2所述的野外用便携式植物水下光合作用测量装置，其特征在于，所述升降机构与电机支撑架连接，电机支撑架下方设置与水平面垂直的转盘，升降机构通过控制电机支撑架的上升或下降，使转盘没入或离开水箱中的水；所述的调速机构设置在电机支撑架上，通过电机控制所述转盘转动的速度。

4.根据权利要求1所述的野外用便携式植物水下光合作用测量装置，其特征在于，所述水温调节系统包括水冷器、PID变频加热棒和水冷器进水泵组成，所述水冷器将水箱内水温降低并维持在设定温度，所述PID变频加热棒将水箱内水温升高至设定温度，并通过电子显示屏显示水箱内实时水温。

5.根据权利要求1所述的野外用便携式植物水下光合作用测量装置，其特征在于，所述的框架上方为一横杆，两侧各有一个支撑柱，横杆与支撑柱连接呈“门”字形结构，框架下方为底座，两侧的支撑柱安装于底座两边，底座下装有四个滑轮。

6.根据权利要求1所述的野外用便携式植物水下光合作用测量装置，其特征在于，所述升降机构包括悬挂绳索和手摇器，所述电机支撑架通过悬挂绳索悬于横杆上，悬挂绳索穿过框架上方横杆上的孔，沿着横杆内部从框架的一侧的孔穿出并固定在手摇器上，通过手摇器放长或收回绳索。

7.根据权利要求2所述的野外用便携式植物水下光合作用测量装置，其特征在于，所述调速机构包括电机、皮带、电机调速装置，所述电机和电机调速装置设置于电机支撑架上，通过皮带连接转盘。

8.根据权利要求1所述的野外用便携式植物水下光合作用测量装置，其特征在于，所述框架下方装有四个滑轮。