CN219957350U - 一种精确测定光合吸收率的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种精确测定光合吸收率的装置，所述装置包括：第一发光装置，用于向待测样品发射能够被吸收进行光合作用的第一光源；第二发光装置，用于向待测样品发射不可见光的第二光源；反射光检测装置，用于检测待测样品反射第一光源的第一反射光信息，以及检测待测样品反射第二光源的第二反射光信息；控制装置，与所述反射光检测装置连接，所述控制装置用于通过所述第一反射光信息和所述第二反射光信息测得所述待测样品的光合吸收率。本实用新型中，能够准确测量叶片光合吸收率，提高了相对电子传递速率的准确度。

Description

一种精确测定光合吸收率的装置

技术领域

本实用新型涉及植物生理测量设备技术领域，进一步地涉及一种精确测定光合吸收率的装置。

背景技术

在光合作用过程中，大部分光能被叶绿素吸收转化进行光合作用，小部分变成叶绿素荧光，可被仪器检测到，其强弱与光合作用成反比。因此叶绿素荧光仪可用于研究光合作用。通过叶绿素荧光参数，可以计算得到相对电子传递速率rETR，其计算公式为：rETR＝PAR*Y(II)*0.84*0.5，式中，rETR为相对电子传递速率；PAR为光合有效辐射强度，可由PAR传感器测得；Y(II)为光系统II的实际光化学效率，可由叶绿素荧光仪测得；0.84为叶片的光合吸收率；0.5为分配系数，叶片中有两个光系统，两者为平均分配。

现有技术中，叶片的光合吸收率通常以0.84计算，但实际上不同植物叶片的形态、颜色、结构往往差异很大，这都会影响叶片的光合吸收率。因此统一用0.84计算，会导致相对电子传递速率的计算结果与真实值之间存在偏差。

因此，有必要设计一种精确测定光合吸收率的装置来解决上述问题。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种精确测定光合吸收率的装置，能够准确测量叶片光合吸收率，提高了相对电子传递速率的准确度。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种精确测定光合吸收率的装置，包括：

第一发光装置，用于向待测样品发射能够被吸收进行光合作用的第一光源；

第二发光装置，用于向待测样品发射不可见光的第二光源；

反射光检测装置，用于检测待测样品反射第一光源的第一反射光信息，以及检测待测样品反射第二光源的第二反射光信息；

控制装置，与所述反射光检测装置连接，所述控制装置用于通过所述第一反射光信息和所述第二反射光信息测得所述待测样品的光合吸收率。

在一些实施方式中，所述第一光源为红光、蓝紫光、白光中的任一种。

在一些实施方式中，所述第二光源为紫外光、近红外光、中间红外光、远红外光中的任一种。

在一些实施方式中，所述反射光检测装置为反射检测器，所述反射检测器用于检测待测样品反射第一光源的第一反射光强度，以及检测待测样品反射第二光源的第二反射光强度；

在一些实施方式中，所述反射光检测装置为摄像装置，所述摄像装置用于检测待测样品反射第一光源的第一成像信息，以及检测待测样品反射第二光源的第二成像信息。

在一些实施方式中，所述第一发光装置包括多个第一LED灯，多个所述第一LED灯形成LED光源阵列；

和/或，所述第二发光装置包括多个第二LED灯，多个所述第二LED灯形成LED光源阵列。

在一些实施方式中，还包括：

校准片，所述校准片为平面结构，所述校准片的至少一侧涂布纯白色高反光率材料形成反射层，使得通过所述校准片能够对所述第一发光装置的发光亮度和所述第二发光装置的发光亮度进行调整；

所述反射层的材料为高纯度硫酸钡、氧化镁或聚四氟乙烯中的至少一种。

在一些实施方式中，还包括：

箱体，所述箱体为不透光的密闭结构，所述第一发光装置、所述第二发光装置、所述反射光检测装置设置于所述箱体的同一内壁上。

在一些实施方式中，还包括：移动组件和样品夹持件；

所述第一发光装置、所述第二发光装置、所述反射光检测装置设置于所述箱体的内侧顶部；

所述移动组件设置于所述箱体的内侧壁上，所述样品夹持件设置于所述箱体内部，并位于所述第一发光装置、所述第二发光装置、所述反射光检测装置的下侧，所述样品夹持件与所述移动组件连接，所述移动组件能够驱动所述样品夹持件移动位置，所述样品夹持件用于固定所述待测样品和所述校准片。

在一些实施方式中，还包括：

调节座，所述调节座设置于所述箱体的内侧顶部；

所述第一发光装置设置于所述调节座上，使得所述调节座能够调节所述第一发光装置的光源发射角度；

和/或，所述第二发光装置设置于所述调节座上，使得所述调节座能够调节所述第二发光装置的光源发射角度；

和/或，所述反射光检测装置设置于所述调节座上，使得所述调节座能够调节所述反射光检测装置获取发射光的角度。

与现有技术相比，本实用新型所提供的精确测定光合吸收率的装置至少具有以下之一的有益效果：

本实用新型中，精确测定光合吸收率的装置能够准确测量叶片光合吸收率，提高了相对电子传递速率的准确度；反射检测器与光源在同方向，且角度可调，提高了反射光的检测灵敏度；该装置可独立使用，也可整合进叶绿素荧光仪，增加测量功能，提高测量准确度。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本实用新型的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型的优选实施例精确测定光合吸收率的装置的结构示意图；

图2是本实用新型的另一优选实施例精确测定光合吸收率的装置的结构示意图。

附图标号说明：

第一发光装置1，第二发光装置2，反射光检测装置3，控制装置4，待测样品5，校准片6，箱体7，移动组件8，夹持件9，调节座10，箱门11。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在一个实施例中，参考说明书附图1，本实用新型所提供的一种精确测定光合吸收率的装置，包括：第一发光装置1、第二发光装置2、反射光检测装置3和控制装置4。第一发光装置1用于向待测样品5发射能够被吸收进行光合作用的第一光源，第二发光装置2用于向待测样品5发射不可见光的第二光源，反射光检测装置3用于检测待测样品5反射第一光源的第一反射光信息，以及检测待测样品5反射第二光源的第二反射光信息。控制装置4与反射光检测装置3连接，控制装置4用于通过第一反射光信息和第二反射光信息测得待测样品5的光合吸收率。

具体地，第一光源为红光、蓝紫光、白光中的任一种；第二光源为紫外光、近红外光、中间红外光、远红外光中的任一种。优选地，第一光源为红光，第二光源为近红外光。例如：第一发光装置1包括多个LED红光灯，LED红光灯可拆卸安装于安装座，LED红光灯可以设置2个、3个、4个、5个等，多个LED红光灯纵横交错布置形成LED光源阵列。第二发光装置2包括多个LED近红外光灯，LED近红外光灯可拆卸安装于安装座，LED近红外光灯可以设置2个、3个、4个、5个等，多个LED近红外光灯纵横交错布置形成LED光源阵列。第一发光装置1的发光强度可调，第二发光装置2的发光强度可调；光源可调的实现方式可以类似于可调灯泡亮度的台灯，可使用多种方式，包括但不限于：1、串联一个滑动变阻器，调节电阻改变亮度；2、通过控制电路，改变输出电压，改变亮度；3、通过控制软件中有亮度设定，改变亮度设定值，调整亮度。

反射光检测装置3可以为反射检测器，通过反射检测器能够检测待测样品5反射第一光源的第一反射光强度，以及检测待测样品5反射第二光源的第二反射光强度。或者反射光检测装置3为摄像装置，摄像装置能够检测待测样品5反射第一光源的第一成像信息，以及检测待测样品5反射第二光源的第二成像信息。控制装置4通过分析第一成像信息和第二成像信息，进而来确定第一光源的反射强度和第二光源的反射强度。通过将发光装置设置为LED光源阵列，以提高照光的均匀性，可以提高图像质量，进而提高测量准确性。

控制装置4可以是PLC、单片机等进行计算分析的装置，当然，如果反射光检测装置3直接能够测得第一光源的反射强度和第二光源的反射强度，也可以不用设置控制装置4，而由操作人员当做控制装置4来使用，直接由工作人员计算光合吸收率。其计算公式为光合吸收率＝1-第一光源反射强度/第二光源反射强度。该装置结构简单，使用便捷。

本实施例中，向待测样品5分别照射能够被吸收进行光合作用的第一光源，不可见光的第二光源(或者不能够被吸收进行光合作用的第二光源)，再由反射光检测装置3测量待测样品5在不同光照下的反射光强度；由于待测样品5中存在光合色素，可吸收部分第一光源用于光合作用，因此待测样品5的第一光源的反射强度较低；而由于第二光源无法用于光合作用，待测样品5几乎不吸收，因此待测样品5的第二光源反射强度较高；通过两者的差异，可计算出待测样品5的光合吸收率；其计算公式为光合吸收率＝1-第一光源反射强度/第二光源反射强度；该装置能够准确测量叶片光合吸收率，提高了相对电子传递速率的准确度。

进一步地，精确测定光合吸收率的装置还包括：校准片6，校准片6为平面结构，校准片6的至少一侧涂布纯白色高反光率材料形成反射层，使得通过校准片6能够对第一发光装置1的发光亮度和第二发光装置2的发光亮度进行调整；反射层的材料为高纯度硫酸钡、氧化镁或聚四氟乙烯中的至少一种。

该装置使用前，需使用光合吸收率为0的纯白色校准片6对第一发光装置1的发光亮度和第二发光装置2的发光亮度分别调整。校准片6为纯白色校准物，其对红光和近红外光均不吸收，几乎全部反射，其光合吸收率为0。使调整后由反射光检测装置3检测到的校准片6的第一光源反射强度与第二光源反射强度相同，即比值接近1，此时纯白色校准物的光合吸收率测量结果为0，校准完成。

在一个实施例中，参考说明书附图2，本实用新型所提供的一种精确测定光合吸收率的装置，包括：箱体7、第一发光装置1、第二发光装置2、反射光检测装置3和控制装置4。箱体7为不透光的密闭结构，第一发光装置1、第二发光装置2、反射光检测装置3设置于箱体7的同一内壁上。

优选地，第一发光装置1、第二发光装置2、反射光检测装置3沿同一方向设置于箱体7的内侧顶部，反射光检测装置3位于第一发光装置1和第二发光装置2之间。第一发光装置1、第二发光装置2、反射光检测装置3分别通过调节座10安装于箱体7的内侧顶部，通过设置调节座10使得第一发光装置1、第二发光装置2、反射光检测装置3的角度可调。例如：调节座10包括底座和安装座，底座与安装座之间通过阻尼轴转动连接。调节座10的具体结构不做限制，只要能够实现发光装置的光源发射角度可调，或反射光检测装置3接收反射光角度可调的结构或装置均可。

进一步地，箱体7内还设置有移动组件8和样品夹持件9；移动组件8设置于箱体7的内侧壁上，样品夹持件9设置于箱体7内部，并位于第一发光装置1、第二发光装置2、反射光检测装置3的下侧，样品夹持件9与移动组件8连接，移动组件8能够驱动样品夹持件9移动位置，样品夹持件9用于固定待测样品5和校准片6。

移动组件8可以包括水平移动组件和竖直移动组件，水平移动组件可以是电动推杆或伸缩气缸等装置，通过水平移动组件可以调整样品夹持件9在箱体7内的水平位置。竖直移动组件可以包括滑轨和滑块，滑轨沿箱体7的高度方向布置，滑块适配安装于滑轨上，使得滑块能够于滑轨上往复移动。也即，通过竖直移动组件可以调整样品夹持件9在箱体7内的竖直位置。

样品夹持件9包括开合夹、第一透明夹片和第二透明夹片，开合夹分别与第一透明夹片、第二透明夹片连接。开合夹驱动第一透明夹片和第二透明夹片处于打开状态时，能够将待测样品5或校准片6放置于第一透明夹片和第二透明夹片之间，或将待测样品5、校准片6从第一透明夹片和第二透明夹片之间取出。开合夹驱动第一透明夹片和第二透明夹片处于闭合状态时，待测样品5或校准片6夹持于第一透明夹片和第二透明夹片之间。当然，样品夹持件9也可以为其他的结构，只要能够实现对待测样品5、校准片6进行放置或固定，且不能影响测量数据的结构或装置均可。在校准完成后进行测量时，需要要求待测样品5、校准片6与发光装置的相对位置保持一致，但移动发光装置或移动待测样品5均不影响校准和测量效果。

进一步地，箱体7还设置有可开合的箱门11，箱门111设置于箱体7远离移动组件8的侧壁上。

本实施例中，精确测定光合吸收率的装置能够准确测量叶片光合吸收率，提高了相对电子传递速率的准确度；反射检测器与光源在同方向，且角度可调，提高了反射光的检测灵敏度；该装置可独立使用，也可整合进叶绿素荧光仪，增加测量功能，提高测量准确度。

根据本实用新型的另一方面，本实用新型进一步提供一种适用于上述中任意一项所述的精确测定光合吸收率的装置的方法，包括步骤：

将第一发光装置向待测样品发射能够被吸收进行光合作用的第一光源；

将第二发光装置向待测样品发射不可见光的第二光源；

使用反射光检测装置检测待测样品反射第一光源的第一反射光信息，以及检测待测样品反射第二光源的第二反射光信息；

使用控制装置通过所述第一反射光信息和所述第二反射光信息测得所述待测样品的光合吸收率。

进一步地，所述将第一发光装置向待测样品发射能够被吸收进行光合作用的第一光源之前还包括步骤：

使用校准片对所述第一发光装置的发光亮度和所述第二发光装置的发光亮度进行调整，直至由所述反射光检测装置检测到校准片反射第一光源的反射光强度与反射第二光源的反射光强度相同。

具体地，该装置使用前，需使用光合吸收率为0的纯白色校准片对第一发光装置的发光亮度和第二发光装置的发光亮度分别调整。校准片为纯白色校准物，其对红光和近红外光均不吸收，几乎全部反射，其光合吸收率为0。使调整后由反射光检测装置检测到的校准片的第一光源反射强度与第二光源反射强度相同，即比值接近1，此时纯白色校准物的光合吸收率测量结果为0，校准完成。在校准完成后进行测量时，需要要求待测样品、校准片与发光装置的相对位置保持一致，但移动发光装置或移动待测样品均不影响校准和测量效果。

在一具体实施例中，植物的健康叶片中含有光合色素，可吸收红光，红光反射强度与近红外反射强度差别较大，光合吸收率就大。病斑部位虽然颜色较深，但因其光合能力下降，红光反射强度与近红外反射强度差较小，光合吸收率较低。因此，本方法所得到的光合吸收率并不是与颜色深浅有关的普通吸收率，而是更确切反映与光合作用有关的光合吸收率。可使用光合吸收率的实测值代替0.84，提高相对电子传递速率等参数的准确度。使用光合吸收率实测值修正后，健康部位与病斑部位的rETR数据差异更为明显。

以下是实际测得烟草叶片健康与病斑部位的测量数据：

本实施例提供的精确测定光合吸收率的方法，克服了现有技术中的不足，能够精确测量植物叶片的实际光合吸收率，避免了统一用0.84计算，导致相对电子传递速率的计算结果与真实值之间存在偏差的问题，提高相对电子传递速率等参数的准确度。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种精确测定光合吸收率的装置，其特征在于，包括：

第一发光装置，用于向待测样品发射能够被吸收进行光合作用的第一光源；

第二发光装置，用于向待测样品发射不可见光的第二光源；

反射光检测装置，用于检测待测样品反射第一光源的第一反射光信息，以及检测待测样品反射第二光源的第二反射光信息；

控制装置，与所述反射光检测装置连接，所述控制装置用于通过所述第一反射光信息和所述第二反射光信息测得所述待测样品的光合吸收率。

2.根据权利要求1所述的精确测定光合吸收率的装置，其特征在于，

所述第一光源为红光、蓝紫光、白光中的任一种。

3.根据权利要求1所述的精确测定光合吸收率的装置，其特征在于，

所述第二光源为紫外光、近红外光、中间红外光、远红外光中的任一种。

4.根据权利要求1所述的精确测定光合吸收率的装置，其特征在于，

所述反射光检测装置为反射检测器，所述反射检测器用于检测待测样品反射第一光源的第一反射光强度，以及检测待测样品反射第二光源的第二反射光强度。

5.根据权利要求1所述的精确测定光合吸收率的装置，其特征在于，

所述反射光检测装置为摄像装置，所述摄像装置用于检测待测样品反射第一光源的第一成像信息，以及检测待测样品反射第二光源的第二成像信息。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的精确测定光合吸收率的装置，其特征在于，

所述第一发光装置包括多个第一LED灯，多个所述第一LED灯形成LED光源阵列；

和/或，所述第二发光装置包括多个第二LED灯，多个所述第二LED灯形成LED光源阵列。

7.根据权利要求1所述的精确测定光合吸收率的装置，其特征在于，还包括：

校准片，所述校准片为平面结构，所述校准片的至少一侧涂布纯白色高反光率材料形成反射层，使得通过所述校准片能够对所述第一发光装置的发光亮度和所述第二发光装置的发光亮度进行调整；

所述反射层的材料为高纯度硫酸钡、氧化镁或聚四氟乙烯中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的精确测定光合吸收率的装置，其特征在于，还包括：

箱体，所述箱体为不透光的密闭结构，所述第一发光装置、所述第二发光装置、所述反射光检测装置设置于所述箱体的同一内壁上。

9.根据权利要求8所述的精确测定光合吸收率的装置，其特征在于，还包括：移动组件和样品夹持件；

所述第一发光装置、所述第二发光装置、所述反射光检测装置设置于所述箱体的内侧顶部；

所述移动组件设置于所述箱体的内侧壁上，所述样品夹持件设置于所述箱体内部，并位于所述第一发光装置、所述第二发光装置、所述反射光检测装置的下侧，所述样品夹持件与所述移动组件连接，所述移动组件能够驱动所述样品夹持件移动位置，所述样品夹持件用于固定所述待测样品和所述校准片。

10.根据权利要求9所述的精确测定光合吸收率的装置，其特征在于，还包括：

调节座，所述调节座设置于所述箱体的内侧顶部；

所述第一发光装置设置于所述调节座上，使得所述调节座能够调节所述第一发光装置的光源发射角度；

和/或，所述第二发光装置设置于所述调节座上，使得所述调节座能够调节所述第二发光装置的光源发射角度；

和/或，所述反射光检测装置设置于所述调节座上，使得所述调节座能够调节所述反射光检测装置获取发射光的角度。