使用Li—6400進(jìn)行光合特性研究應(yīng)注意的問(wèn)題

摘要： 以楊樹(shù)為例，從光合作用測(cè)定時(shí)間、葉片選擇、測(cè)定過(guò)程、數(shù)據(jù)處理4個(gè)方面，介紹了使用Li-6400便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行光合特性研究中應(yīng)注意的問(wèn)題，以提高測(cè)定的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞： 楊樹(shù)； 光合特性

中圖分類號(hào)： S 712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： C

文章編號(hào)： 1001 - 9499 （2018） 02 - 0057 - 03

光合作用是指綠色植物通過(guò)葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成有機(jī)物，并釋放出氧氣的過(guò)程。這一過(guò)程十分復(fù)雜，并受到外界環(huán)境因子（如光照強(qiáng)度、空氣相對(duì)濕度及大氣溫度等）和內(nèi)部自身因素的影響。隨著科學(xué)研究的不斷深入，越來(lái)越多的學(xué)科，如植物生態(tài)學(xué)、植物生理學(xué)、農(nóng)學(xué)、林學(xué)等的研究中涉及光合作用的測(cè)定[ 1 ]。在林業(yè)上，對(duì)樹(shù)種光合特性的研究已較為普遍，樹(shù)種光合特性的研究對(duì)解釋和預(yù)測(cè)內(nèi)、外因子如何影響樹(shù)木的生長(zhǎng)、發(fā)育及物質(zhì)生產(chǎn)過(guò)程中能量吸收、固定、分配及轉(zhuǎn)化起到十分重要的作用[ 2 - 3 ]。Li-6400便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)作為目前較常規(guī)使用的研究手段，不僅可以通過(guò)控制葉片周?chē)腃O2濃度、H2O濃度、溫度、相對(duì)濕度、光照強(qiáng)度和葉室溫度等相關(guān)環(huán)境條件對(duì)植物光合作用進(jìn)行研究，還可以進(jìn)行葉綠素?zé)晒?、植物呼吸、植物蒸騰、群落光合及土壤呼吸等多項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定，這些功能使Li-6400成為生理生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)研究設(shè)備。

本文結(jié)合實(shí)際，以楊樹(shù)為例，對(duì)使用Li-6400便攜式光合作用測(cè)量?jī)x進(jìn)行光合特性研究中應(yīng)該注意的一些問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 光和特性的測(cè)定

1. 1 測(cè)定時(shí)間

在進(jìn)行田間野外測(cè)定時(shí)，要選擇無(wú)云無(wú)風(fēng)或少云無(wú)風(fēng)的晴天，以確保室外太陽(yáng)光強(qiáng)度相對(duì)穩(wěn)定的條件。在陰雨天氣過(guò)后，植物的光合活力往往低于正常值，因此不應(yīng)在天氣轉(zhuǎn)為晴朗后立即進(jìn)行光合作用測(cè)定，至少要等待半天或一天的時(shí)間。有研究表明，不同天氣（陰雨天或晴天）對(duì)測(cè)定結(jié)果有顯著影響[ 4 ]。

光合作用對(duì)外界環(huán)境有較高的靈敏度，例如外界的溫度、濕度及光照強(qiáng)度等，因此即便在一天當(dāng)中，也要選擇適宜的時(shí)段進(jìn)行光合作用測(cè)定。在晴朗天氣，光照強(qiáng)度和溫度等因子由早至晚呈現(xiàn)規(guī)律性變化，上午逐漸升高，中午前后達(dá)到最大值，下午逐漸降低，葉片的光合作用速率也依此規(guī)律變化。早晨，光照強(qiáng)度及溫度均較低，光合作用處于逐步增高的光合誘導(dǎo)期，因此，在研究不同處理或品種的對(duì)比測(cè)定時(shí)，一定要在誘導(dǎo)期結(jié)束、光合作用達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)再進(jìn)行測(cè)定。同時(shí)，為了避免光合“午休”現(xiàn)象的發(fā)生[ 6 ]，最適宜的測(cè)量時(shí)間可選在上午9：00-11：00AM。

1. 2 葉片的選擇

實(shí)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，不僅不同健康狀況、葉齡、葉位的葉片光合速率不同，葉片的取向和著生角度也會(huì)對(duì)光合速率產(chǎn)生影響。因此，首先應(yīng)選擇無(wú)病蟲(chóng)害、無(wú)損傷、水分和營(yíng)養(yǎng)狀況良好的葉片，即選擇生長(zhǎng)健康的葉片進(jìn)行測(cè)定；其次，要求葉齡一致，避免葉片原來(lái)狀態(tài)發(fā)生改變，包括方向、位置等，同時(shí)注意避免葉片之間的遮擋；最后，如果進(jìn)行光合速率等對(duì)比試驗(yàn)，則應(yīng)保持葉片生長(zhǎng)環(huán)境一致，且能代表滿足試驗(yàn)?zāi)啃枰娜~片生長(zhǎng)微環(huán)境，還應(yīng)保證不同葉片的外部環(huán)境設(shè)置相同（如流速、葉溫、濕度等）。

另外，一般采用活體葉片測(cè)量光合作用。如在實(shí)際測(cè)定過(guò)程中，活體測(cè)定存在困難需要離體測(cè)定時(shí)，必須在水下剪斷枝條或葉柄，并將其插在水中。因?yàn)樵诳諝庵屑魯啵瑢?dǎo)管內(nèi)水柱收縮后空氣會(huì)進(jìn)入，之后將其插入水中，水分也難以再進(jìn)入葉片，從而導(dǎo)致水分脅迫，影響測(cè)定結(jié)果。

2 使用Li-6400進(jìn)行測(cè)定時(shí)的注意事項(xiàng)

2. 1 關(guān)注光環(huán)境與光強(qiáng)度之間的差距

凡是利用Li-6400光源進(jìn)行控光試驗(yàn)的光合測(cè)定，包括光響應(yīng)曲線和CO2響應(yīng)曲線，在測(cè)定過(guò)程中需要查看g行參數(shù)PARout（植物所處光環(huán)境）和所控光強(qiáng)之間的差距，如果差距較大，則需要考慮進(jìn)行光誘導(dǎo)，在飽和光強(qiáng)下至少誘導(dǎo)20 min以上。此飽和光強(qiáng)不能太大，否則可能產(chǎn)生光抑制，需提前確定最適誘導(dǎo)光強(qiáng)和誘導(dǎo)時(shí)間。

2. 2 光下平衡時(shí)間

在進(jìn)行凈光合速率測(cè)定時(shí)，需要注意不同植株葉片凈光合速率穩(wěn)定時(shí)間存在的差異；為了準(zhǔn)確測(cè)定或比較不同植株間的光合能力的差別，需要提前確定光下穩(wěn)定時(shí)間。

2. 3 飽和光強(qiáng)

在測(cè)定植物CO2響應(yīng)曲線之前，需知道其飽和光強(qiáng)，這個(gè)數(shù)值需要預(yù)備試驗(yàn)來(lái)確定。

2. 4 表觀量子效率測(cè)定

根據(jù)Li-6400的操作指南，在測(cè)定表觀量子效率（AQY）時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：一是為了消除光呼吸的影響，應(yīng)在高CO2和低O2的條件下測(cè)定；二是為了保證測(cè)定的準(zhǔn)確性，植株必須無(wú)光抑制和光破壞的情況；三是在用光響應(yīng)曲線計(jì)算時(shí)，注意取點(diǎn)數(shù)和取點(diǎn)范圍，一般最適宜取點(diǎn)數(shù)為5～8個(gè)，取點(diǎn)范圍在20 μmol/m2·s2. 5 光響應(yīng)曲線測(cè)定

在測(cè)定楊樹(shù)光響應(yīng)曲線時(shí)發(fā)現(xiàn)，在20 μmol/m2·s<

PPFD<150 μmol/m2·s范圍內(nèi)至少設(shè)定5個(gè)點(diǎn)，得到的曲線較理想。

如果光響應(yīng)曲線和CO2響應(yīng)曲線在同一天測(cè)定，則應(yīng)盡可能采用不同的葉片，但要求兩片葉片的生長(zhǎng)環(huán)境、生長(zhǎng)狀況及葉齡等因素相對(duì)一致。

有些試驗(yàn)工作除了需要測(cè)定光合作用外，還需要進(jìn)行色素含量、礦質(zhì)元素、同工酶以及生物化學(xué)和分子生物學(xué)方面的分析。為了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，用于其它試驗(yàn)測(cè)定的葉片和光合作用測(cè)定葉片應(yīng)相同。具體做法：光合作用測(cè)定結(jié)束后，立即取下葉片，液氮冷凍，-70 ℃保存。

2. 6 其 它

因光合作用受外界因子的影響，為了使對(duì)比試驗(yàn)具有可比性，應(yīng)合理安排處理或品種的數(shù)量，以避免較長(zhǎng)的測(cè)定時(shí)間導(dǎo)致環(huán)境因素的變化，進(jìn)而對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生影響。根據(jù)近幾年的田間野外實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)行光合速率測(cè)定時(shí)，處理或品種總數(shù)量最好不大于4個(gè)，每組測(cè)定的葉片數(shù)量最好為10片。當(dāng)然，也可根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果來(lái)確定最佳的處理數(shù)量和重復(fù)次數(shù)。

3 數(shù)據(jù)處理及結(jié)語(yǔ)

3. 1 光合作用受植物體內(nèi)因及外界環(huán)境因素的雙重影響，只有了解植物的生理狀態(tài)和環(huán)境條件，才能對(duì)光合速率的變化做出合理的解釋。在撰寫(xiě)論文時(shí)，應(yīng)給出外界環(huán)境因素（溫度、濕度、光強(qiáng)等）的數(shù)據(jù)；在測(cè)定時(shí)要時(shí)刻關(guān)注和分析所得結(jié)果的客觀性，各指標(biāo)值是否在合理范圍內(nèi)。如C3植物光合作用光飽和點(diǎn)是否小于2 000 μmol/m2·s，CO2補(bǔ)償濃度是否大于10 μmol/μmol等[ 7 ]。

3. 2 如果想了解楊樹(shù)品種的最大凈光合速率、光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)等指標(biāo)，需要對(duì)植株進(jìn)行光響應(yīng)曲線的測(cè)定。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合需要采用光響應(yīng)模型，目前，較為常用的光響應(yīng)曲線擬合模型有直角雙曲線模型[ 8 ]、非直角雙曲線模型[ 9 ]、直角雙曲線修正模型[ 10 ]和指數(shù)模型[ 11 ]等。對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，光響應(yīng)模型種類繁多，如何選擇適宜的模型顯得尤為重要。每種植物適用的模型不一定相同，需要進(jìn)行比較分析，如閆小紅等[ 12 ]采用上述4種模型對(duì)4種水稻品種的光合光響應(yīng)曲線進(jìn)行了擬合，發(fā)現(xiàn)直角雙曲線修正模型對(duì)水稻的適用性較好。同一種植物在不同的環(huán)境條件下，適宜的擬合模型也不一定相同，如梁文斌等[ 13 ]研究短梗大參光合作用光響應(yīng)曲線時(shí)發(fā)現(xiàn)，在全光照條件下，分段函數(shù)是短梗大參最適宜的光響應(yīng)曲線擬合模型，在蔭蔽條件下，直角雙曲線修正模型是短梗大參光響應(yīng)曲線最適用的分析模型。同時(shí)，現(xiàn)在分析軟件眾多，可以采用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如SPSS、DPS[ 14 ]等。

3. 3 隨著現(xiàn)代化光合測(cè)定系統(tǒng)的推廣，植物光合作用的測(cè)定也越來(lái)越簡(jiǎn)便、快捷[ 15 ]。但基于光合作用受植物體自身及外界環(huán)境雙重影響的特點(diǎn)，如不注意測(cè)定時(shí)間，采用任意葉片進(jìn)行測(cè)定，甚至后期數(shù)據(jù)處理不當(dāng)，往往會(huì)使測(cè)定結(jié)果失去實(shí)際意義。

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第1作者簡(jiǎn)介： 李曉宇（1982-）， 女， 工程師， 碩士研究生， 主要從事楊樹(shù)栽培等生理研究。

（責(zé)任編輯： 潘啟英）