植物生理学实验-4.docx

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1、刖产/步本科实验报告姓名：钱嘉曙 学院：环境与资源学院 专业：农业资源与环境 学号：3180100470指导教师：周启发老师2 0 1 9 年 10 月 16 /23 日LI-6400优点：原理可靠，测量较准确：灵敏度高，可测1. Omg / kgs 0. Smg / kg的CO2；反响速度快、响应时间短，可快速跟随c02浓度的变化测出CO? 瞬时变化；不破坏植株材料；易实现自动化、智能化.缺点：红外气体分析器的精密度和准确度仍是一个严重的问题；量程的 标定中周围温度变化会对摩尔浓度造成影响。在使用光合作用测定系统 在农业应用中进行光合速率比照观测时存在着一系统的观测误差，导致 误差的因素可能

2、来源于气源的稳定性、样本地段的选择、样株选择、叶 片选择等所谓的取样误差：也可能来源于对仪器使用不当而出现的操作 误差；还可能来源于观测时间不同或观测持续时间过长而出现的观测时 间误差。七、讨论、心得1.红外线C02分析仪法：在开放式系统中，气体流量是影响光合速率的重要 因素，必须精确控制。流量的调节依据是测定过程中的C02浓度差，co2 浓度差以控制在525Ppm的浓度范围内较好。气体流量须根据被测叶片 面积的大小及叶片的光合速率高低适当调节。叶片面积大、光合作用强 的，流速应适当大些，反之那么应小些。1.1开放式气路的优点：可对光合速率作长时间动态监测，例如，固定一片叶片，可以进行 此叶片

3、光合作用的日变化测定。开放式气路系统恒态测定，它所反响的是在某种条件下，特别是某 一 CO2浓度下C02交换速率到达平衡时的光合速率，排出了气孔对环 境条件变化反响的滞后现象带来的干扰。 容易进行环境条件(C02浓度、光强度、温度、空气湿度)的控制， 方便地进行环境条件控制下光合速率的测定以及响应曲线的测定。叶室小，结构简单，操作方便。通过配气可以精确测定光呼吸速率。用岫、。2和CO2配制低氧气体(23%02, 360ppm CO2),与正常空气(21%02, 360ppmC02),测 定不同气体下的光合速率之差即为光呼吸.1. 2开放式气路的缺点：不能进行群体光合速率的测定；较大的气流难以实

4、现控制和精确测 量。不能测定土壤呼吸。2、在进行该实验时，对植物不宜移动，一旦移动，植物的光合速率不稳定， 在测定时饱和光下植物的光合速率时，当数值上下波动时，便可测定。3、光补偿点的特点：一般来说，阳生植物的光补偿点在全光照35,而阴生 植物的光补偿点那么在全光照的1以下。主要原因：一般来说阴生植物呼吸速率较阳生植物低。 就叶绿体而言，阴生植物与阳生植物相比，阴生植物有较大的基 粒，基粒片层数目多得多，叶绿体含量又较高。故阴生植物在较低 的光照强度下，也能保证光合作用速率等于呼吸作用速率。因此， 阴生植物光补偿点较低.4、光补偿点的实际意义：植物在光补偿点时有机物的形成与消耗相等，不能积累有

5、机物，而且晚上 还要消耗有机物。从全天来看，植物所需的最低光照强度必须高于光补偿 点，才能使植物正常生长。这为实践提供了指导和帮助，间作和套种使作 物种类的搭配、冬季温室栽培蔬菜等等都与光补偿点有关。刖户/货实验报告课程名称：植物生理学及实验 实验类型:探索、综合或验证实验工程名称：植物光合和呼吸作用、气孔导度和蒸腾速率的测定学生姓名：钱嘉曙专业:农业资源与环境 学号:3180100470同组学生姓名：林姝指导老师：周启发老师实验地点：生物学实验中心313实验日期:2019年10月16/23日装H 一、实验目的和要求线-1. 了解氧电极法测定光合呼吸基本原理；.掌握改良半叶法测定光合和呼吸基本

6、原理；2 .掌握红外线C02分析仪法测定光合作用和呼吸作用，蒸腾速率和气孔导 度测定的基本原理和方法，并用LI-6400测定光合、呼吸、蒸腾速率和气 孔导度，测定光-光合响应曲线。二、实验内容和原理化学方程式：6CO2+6H2O -6（CH2O）+6O2（-）改良半叶法测干重：同面积光暗叶片重量差。使用三氯乙酸（TCA）涂抹在叶片 叶柄处，阻断叶片在光合作用的时候向外输出营养物质。测定的为总光 合作用量。（二） 红外线CO2分析仪法.熟悉仪器基本结构，及安装调试。1 .以玉米和烟草植物为材料，用LI-6400 portable photosynthesis system（便携式光合测定系统）测

7、定它们的光合作用、呼吸作用、蒸腾速率 和气孔导度，测定光-光合响应曲线。 红外线C02分析仪法：C02吸收4260nm红外线封闭式：单位时间内C02下降量开放式：参比室和叶室CO2差值一一本实验采用开放式。 测量蒸腾速率和气孔导度一一蒸腾速率上升，产生更多的水，相对湿 度的改变被湿度感受器感知，变化被输入计算机从而输出蒸腾气孔导度。水分的扩散和二氧化碳扩散存在线性关系，胞间二氧化碳浓度可以 通过，蒸腾速率、气孔导度和大气间的二氧化碳浓度计算样品室内空气的 露点温度而得知其蒸气压。三、主要仪器设备1、实验仪器打孔器、垫板、烘箱等；LI-6400 portable photosynthesis s

8、ystem；2、实验材料枇杷或八角金盘等叶片；三氯乙酸TCA；玉米和烟草植物（不同阴、阳类型植物或C3、C4植物）。四、操作方法与实验步骤（-）改良半叶法：同面积光暗叶片重量差1 .在实验前选择几片叶片，沿着叶柄涂上事先准备好的TCA；.剪下半叶带回实验室（置湿润并保持黑暗环境中），使半叶留在植株 上进行光合作用几小时，后摘下保存；2 .光合作用和黑暗两组，分别用打孔器打相同数量的约30个小孔；.烘干约一小时，并称量。【考前须知】所取材料在植株上的部位要一致，打取叶圆片要避开主脉和伤口，取材 以及打取叶圆片的过程操作要迅速，以免失水。（二）红外线CO2分析仪法【要求】1 .每组测定一种植物饱和

9、光强下光合速率，气孔导度和蒸腾速率。计算 水分利用效率。2 .每组测定一种植物光合速率-光响应曲线，当测定完成后，再取5个 点作为暗呼吸。【步骤】仪器校正完毕。1 .饱和光强下植物光合速率(Pn)测定：第一组同学按F4 (New MSMNTS)开始(以后同学F3 (add remark) 开始)。翻开叶室夹好叶片，关紧叶室。f 开灯，按 2,按 F5(Lamp off), PARVenter，移到 Target , 根据植物类型选择饱和光强(2002000) , F5Keep。一光强调节：如何根据植物类型选择饱和光强。按1, F5 (Lamp off) ,PARenter,移到 Target

10、, XXXX (200, 2500)任一值enter，F5 of流量调节(如有必要)：按2,按F2 (FLOW)设置100500能合适 控制叶室内相对湿度的值。f命名文件：按1, Fl (Open Logfile), 一个班一个文件名，如: 1702 1,做附加标记：F3 (add remark)如：植物，处理，组号 等。按 F5 (Match) f 如显示漏气(leak),按 EXIT,再下 按 F5 (Match)直到不漏气，按 F5(IAGR Match) f Fl (exit)一测定：观察Photo稳定时，按采样键Fl (LOG)或测定器黑钮 5次(一般同一叶片应测5次值)。2 .光合

11、速率对光强的响应曲线(PnTight curve)在完成采样(LOG)后，按 5,按 Fl (AUT0PR0G)，找 Light curve, 名命及做标记enter,按Y(使测量数据紧随上述数据后)。设置光强(从高到低，光强间用1空格隔开。高光强下点间隔大，低光强下点间隔小，常用2000 1500 1000 600 300 200 100 50 30 10 0,光强为0时为呼吸速率)。设置测定时间间隔(s)的最小值 30(60)和最大值 60( 120),Match if | AC021 less than (ppm)：20, 按Y (Start)开始自动测量，等待测量结束。【考前须知】严格

12、密封，防止漏气。五、实验数据记录和处理饱和光下不同植物光合(Pn)、呼吸(R)和蒸腾速率(Tr)、气孔导度(SC)及 水分利用效率(WUE)(平均值土标准误差)【重要数据意义】Photo光合速率(u mol. m飞/)PnCond气孔导度(mol H20m_2s-1) SCTrmmol蒸腾速率(mmol, m 2s ) Tr水分利用效率=WUE (ji molnunol)Pn Qi mol CO2/ni2.s1)TiQimol Hg/nRs】)表1:玉米Pn ( u mol.m 2s_,) R ( U mol.m2s-1)TrCmmol.ms1)SC(molH2Om-2s-1)WUE17.92

13、2.1732.1010.081808.53017.902.1742.1000.081748.52317.952.2132.1000.081738.54718.022.2092.1170.082588.51218.132.2062.1260.082958.526平均值17.982.2072.1090.082168.528标准误差0.093430.037970.012030.0005680.05682表2：烟草Pn ( p moLm 2s-1) R ( U mol.ms1)TrCmmol.ms1)SC(molH2Om 2s1)WUE13.591.1164.8440.20732.80613.591.

14、1054.8410.20732.80713.611.1244.8380.20712.81313.561.1554.8400.20742.80213.551.1464.8400.20742.800平均值13.581.1294.8410.20732.806标准误差0.024490.020820.0021910.00012250.005030表3：PlantsPn (umol. flips-1)R (umol. m-2s-1)Tr (mmol. m-2s-1)SC (molH20m-2s-1)WUE玉米17. 98 0. 09432. 2070. 037972.1090. 012030. 08216

15、0. 0005688. 528 0. 05682烟草13. 58 0. 024491. 1290. 020824. 8410. 0021910. 2073 0. 00012252. 8060. 005030植物光强2500150010007004002001005030100玉米15.9528.3126. 3522. 4816.018. 2514. 0011.290-0.1786-2. 044-2. 112植物光强250020001500100060030020010050200烟草14. 6814. 6614. 5614. 0312. 559. 6967. 6954. 6292. 2250.

16、 5748-0.9700六、实验结果与分析1 .改良半叶法结果。,6co2+6H2O6co2+6H2O 6 (CH2O) +602处理黑暗处理（约1小时）树上光合作用（约1小时）质量（克）0. 25640. 2680黑暗处理与书上处理进行比照，可以得知约一小时内，树叶进行净光合 作用的增量:0. 2680g - 0. 2564g = 0. 0116g = 11.6mg每份处理共31个小圆片，叶片总面积约1. 972X10 m2干重增加总数（mg）光合作用强度;切取叶面总和（dm2） X光照时数（h）= 5882.35版（靖h）2 . LI-6400 结果PlantsPn (umol. m-2s

17、R (umol. m-2s-1)Tr (mmol. m-2s-1)SC (molH20m-2s-1)WUE玉米17. 98 0. 09432. 2070. 037972.109 + 0.012030. 082160. 0005688. 528 + 0. 05682烟草13. 58 0. 024491. 1290. 020824. 8410. 0021910. 2073 0. 00012252. 8060. 005030Response curves of photosynthesis to Light intensity05050505 3 2 2 1 1 - (IS7UJOW rl) 怎 U

18、AS2oud500100015002000 玉米.烟草2500Light intensityResponse curves of photosynthesis to Light intensity1010R2= 0.9835050150200250T玉米T烟草线性（玉米）线性（烟草）R2 = 0.9735Light intensity从图显示：在175左右之前光强下烟草的光合速率大于玉米，其他光强下玉米的光合速率都大于烟草。在无光照下玉米的呼吸速率大于烟草。并且从图 中可以得出：烟草光补偿点=6.147umol C02 m-2 s-1； 光饱和点二700 umol C02 m-2 s-左右；量

19、子效率=0. 0421玉米光补偿点=7. 713 u mol C02 m-2 sH； 光饱和点二2000以上nmol C02 m2 s-1；量子效率=0. 2572【量子效率】植物同化Imol二氧化碳所固定的能量与转化Imol产物所需要 光量子的能量的百分比。从图中的光合饱和点和光合补充点得出：玉米是C4植物，而烟草是C3植物； 由于C4植物的PEP竣激酶活性比C3强，C4植物能更好的利用二氧化碳，因此，C4植物的光合速率比C3快许多，尤其是在二氧化碳浓度低时，C4能更 有效地应用二氧化碳。玉米适于在充足的光强下种植，而烟草增强光强却不增长光合速率，可 以在适宜的光强下种植，两种都是阳生植物，

20、但是所需最大光强不同。分析光对蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率的影响及它们间的相互关系：1）光是影响蒸腾作用的主要外界条件，可以提高大气的温度和叶温，大气温度 的升高增强水分蒸发速率，叶面温度大于大气温度，使叶外的蒸汽压差增大，蒸 腾速率更快。此外，光照促进气孔的开放，减少内部阻力，从而增强蒸腾作用。 2）光照是调节气孔运动的主要信号。保卫细胞叶绿体在光下形成的蔗糖，累积 在液泡中，渗透势降低，于是吸收水膨胀，气孔张开。光也可促进保卫细胞内苹 果酸的形成和K+、C1-的积累。一般情况下，光可促进水势降低，气孔张开。原理：红光是通过间接效应，而蓝光也会刺激气孔张开。蓝光可使保卫细胞 膜上的质子泵

21、ATP酶活化，质子泵排出质子到膜外，使得质膜内侧的电势更负, 于是通过各种途径吸收各种离子和积累有机质于液泡，气孔就张开。3）水分利用效率是光合速率与蒸腾速率的比值，所以水分利用率随着光合速率 的升高而升高，随蒸腾速率的升高而降低，在一定的光强范围内，光合速率随着 光强的增加而增加，但蒸腾速率也在增加，但总体是水分利用效率增加。当到达光合饱和点时，随着光强的再上升，光合速率不变，但是蒸腾却将达 到最大，直到植物缺少水分而关闭气孔。以玉米为例，在水分胁迫条件下，气孔导度与光合速率呈平行下降的趋势,但在生长艮好的大 田条件下，光合速率 与气孔导度、蒸腾速 率间并不存在显著 的正相关关系。如下图为5

22、种 荒漠植物气孔导度、 蒸腾速率及水分效 率在不同CO?下随光但在生长艮好的大 田条件下，光合速率 与气孔导度、蒸腾速 率间并不存在显著 的正相关关系。如下图为5种 荒漠植物气孔导度、 蒸腾速率及水分效 率在不同CO?下随光En celiaTri xisNicotiansPan i cumAt ri pl exven to rumca! ifornicaglaucatnaxitnum (C4)canescens (C4)2501。二15050j尸”00 o 0 o o o o A A A A A3.5：o g 4 d 22. 5,t5j 0. 5If:-0 0 o 1551 oJdfteeeg

23、O3S0 A 400 .丁小崎a-s|0 320 AM .0oJSI A 400 .ft。440A 530 .fOM0 A 471B50 AI8095,0 * 1500*HI0 A 1000500 1000 20000 1000 20000 1000 20000 1000 20000 1000 2000光照强度 Quantum flux density (uaol * m 2 * s1)图2生物豳二号内5种荒漠植物(除标志外余为G植物)气孔导度、蒸腾速率及水分利用 效率在不同CO,浓度下随光照强度的变化Fig.2 Changes in stomatai conductance, transpi

24、ration and water use efficiency of five desert species (all C3 plants except indicated) with diffenrent light intensity under difierent C02 levels in Biosphere 27S7日二0国OJUBlonpuo。 (一s Ioann) 一 E二日01s uo = BJ-dsuBJI 速降 Br*,twlg-鞭(0声】。日oJo旨)ugQIJJg gsn*越曲&WW强的变化。1 1董树亭，胡昌浩，周关印.玉米叶片气孔导度、蒸腾和光合特性研究臼.玉米科学

25、,1993（02）:41-44.2 21蒋高明，林光辉,Bruno D V Marino.美国生物圈二号内生长在高CO_2浓度下的10种植物气孔导度、高C02浓度使所有荒漠植物蒸腾速率和气孔导度降低，而水分利用效率提高, 且实验中所用的5种植物蒸腾速率及局部植物的气孔导度随光照强度增加变化 不明显。另外，在低CO2浓度时，植物的气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率受光强 的影响大于高CO2浓度；大局部玉林植物气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率在 光强500 u mol m-2 s-1时到达饱和，而荒漠植物那么在1000 U mol m-2 s左右 时到达饱和。附：美国生物圈二号内几种植物气孔导度、蒸

26、腾速率、水分利用效率与C02之 间的线性关系表。袤1生物圈二号内几种植物3孔导度、蒸at速率水分利用效率与一系列COj浓度(350 ymobmolT)之间的线性关系式Table I The linear relationship of stomatai conductance 9 transpiration and water use efficiency (WUE)to a series of C，concentrations over 350 pmol mol 1植物名称Species气孔导度Stomalal conductance蒸牌速率Transpiration水分利用效率WUENic

27、onana glaucaTrixis colifornicaPanicum maximum (C4 )Cbtoria racetnoea114.93- O.O958X, Y? = 2.33 - 0.0018X2 (r= -0.9906, P0.001)(r=0,9993, P0.00l)匕=169.33二 O：1412Xr2 2?47 - 0.0958X2-(r= -0.9741,尸 0.00)(r= -0、9519, P0.01)Y；= 162.72-0：1288Xi Y2 247 -0.0014X2- (r=-0.8903, P0.05)(r= -09386, P0,001)404/79-

28、O.4O85X| Y2 = 3.15 - O.OO15X2- (r= -0.9896, P0.001)(r= -0.9268, P0.01)h = - 1.58 + 0.0161X3(r= -0.9716, P001)-73 = 2.28 + 0?0053%3-(l -0,9777, P0.00l)丫3 = 0.71 0：0l97X3-0.9525. P0.01)丫3= - L52 +0.0098X3(r= -0.9117, P0.001)Diefienbachia sp.Diefienbachia sp.Nt =66,35-0.0457X1(r -0.9713, P0.01)口 ,Ki 10

29、5.53 - 0.1186X|Epsumpam(,= 一。.”，P0,01)y22(r= -0.8116, P0.05)匕=(r= -0.8965. P0.05)丫, -3.55* 0.0165 X,(r = -0.9958, P0.001)y3= - 2.44 + 0.0146 X)(r=-0.9932. P0.001)丫1、丫2、匕分别为气孔等度、蒸腐速率和水分利用效率；羽、/、X、为CO：浓度。rur2and hmpmeent rtomaUl conduc.tancevtranspiration and water use efficiency respectively; X| t and Xy represent different COj concentralionA.3 .比拟分析改良半叶法和LI-6400两种方法的优缺点。【半叶法】优点：不需复杂的仪器设备，简便易行。一般科研单位均可应用。测定结果可 反映叶片在自然条件下进行光合作用的情况，接近田间实际情况。缺点：破坏被测材料.不能连续测量；测定时间长，环境条件不易控制，不同时间的测定数据由于环境条件的不同而没有严格的可比性；不能测出短时间光台速率的变化：测定效率低、误差较大，不宣在研究工作中大量使用。蒸腾速率及水分利用效率的变化J.Acta Botanica Sinica,1997(06):546-553.