药用植物常见生理生态指标的测定方法20060719

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1、第12章药用植物生态学研究方法12. 2药用植物生理生态学研究方法12. 2. 1植物气体交换的测定12. 2. 1. 1测定的意义植物气体交换主要是植物叶片与大气进行的（：02和h2o的交换。气体交换参数包括光合 速率、暗呼吸速率、蒸腾速率、气孔导度与水分利用率。气体交换是植物最重要的生命活动 之一，其研究测定广泛应用于农业、林业和植物生理及生态等研究领域。具体地说，气体交 换测定的意义表现在：1）研究植物的生态适应与进化。植物的光合作用等是植物种的特征， 更是植物功能型的特征，不同的植物以及不同环境下生长的同种植物具有不同的气体交换特 征；2）判断植物的光合碳同化途径。植物进行光合作用固定

2、C02的途径主要有C3、C4和CAM， 它们在Pmax （最大净光合速率）、Ci（胞间C02浓度）、光呼吸（后二者没有）、光和C02补偿 点与饱和点等光合特征上明显不同。通过它们的气体交换特征研究及建立判别模型，可以鉴 别三类不同光合功能型的植物；3）研究植物的抗逆性及污染物对植物的危害，如盐害、冻 害、旱害等引起植物的生长发育受阻；另外，大气中的一些污染物质等会引起植物的伤害反 应，可通过气体交换研究作出及时诊断；4）遗传育种和退化生态系统恢复中的先锋植物筛 选。作物在选种时，那些高光合、低光呼吸、低C02补偿点和光补偿点的植物更适应不良环 境，具有高的生产潜力。同时相关的蒸腾作用、水分利用

3、效率、气孔导度等也表现出变化， 在遗传育种时或在退化生态系统恢复的先锋树种选择时，筛选那些具有高光合潜力的植物无 疑是十分有利的，对一些特征值的获得需要进行光合作用的研究；5）全球变化中的植物生 理生态学研究。全球变化主要是由C02增加引起的温室效应，植物对于C02和温度响应就变 得十分重要。而要研究这些反应，就要进行不同的C02和温度下气体交换能力的测定，这方 面的研究得到了国内外学者普遍的重视。6）选择最佳的人工生态调控措施和管理模式，药 用植物选择最佳的种源，最佳采药期，最佳的灌水施肥栽植密度等管理模式的选择，都可以 通过气体交换参数的测定作出科学的早期判断。（生态人居，生物防火，沿海防

4、护林.）12. 2. 1. 2测定方法的改进早期的植物气体交换测定方法主要在植物光合作用的测定上应用。最初使用方法为半叶 法，即使一半叶片照光，一半不照光，然后比较一定时间后的叶片重量的差异。仅仅适于室 内少量样品的测定，数据粗糙且变异较大，需要配套仪器测定并手工记录环境参数（光照、温度、湿度等）。约在20世纪40年代发展了气流法，即通过测定流入、流出叶室（含植物样品）气流的CO2浓度差而计算光合速率，但对CO2变化量的测定用酸碱滴定法，比较费时费力。从20世纪50年代开始，红外CO2气体分析仪法（或光合作用测定仪法）得到充分发展， 但植物叶室（或样品室）与红外分析仪分离不易携带。这些方法因仪

5、器笨重（体积与重量较 大）或辅助器较多或适应范围限制（如受交流电源限制）等因素，不能够对大范围内的大量 植物快速测定。近年来，国际上开发了便携式的光合作用测定系统，则在测定速度、精度、适应范围、 数据的自动记录与贮存等方面做了革新，成为非常流行的光合作用研究仪器。这些新开发的 光合作用测定系统可同时测定：光合作用（Pn）、蒸腾作用（E）、气孔导度（gs）、胞间CO2 浓度（Ci）、暗呼吸作用（Rd）、水分利用效率（WUE）等，并可以在野外自然状况下控制叶 室内的环境条件，测定植物叶片的气体交换参数及其叶温、气温、相对湿度、光照强度、CO2 浓度等生态因子参数，测定光合作用的日变化季节变化曲线，

6、光合作用-光响应曲线，光合 作用-co2响应曲线，研究植物叶片的气体交换参数与生态因子参数间的关系。12. 2. 1. 3现代常用的仪器设备及基本原理现在国内外常用的测定植物气体交换的仪器设备主要有美国Li-COR公司LI-6400便携图12.1 LI-6400光合作用测定仪式光合测定仪（如图12. 1），该仪器在国 内已有300多台，由基因有限公司代理销 售和售后服务。英国ADC公司的LDCLC超 i轻型光合作用测定仪；英国ADC公司的 LDCLCprot便携式光合作用/蒸腾测定系 统，该仪器在国内上海泽泉科技有限公司 负责销售和售后服务。德国WALZ公司生产 的便携式光合作用一荧光测定系统

7、 -GFS3000。这些仪器的基本原理是一致 的。植物与大气进行气体交换的过程中，引起叶室内CO2和H2O的浓度发生变化。CO2和H2O可以吸收特定波段的红外辐射（IR），不同浓度的CO和HO红外线的吸收强度不同，红外线22通过CO2和H2O后能量会发生损耗，其能量的损耗多少与CO2和H2O变化紧密相关。红外线通 过CO2和H2O能量的变化，经电容器接收后，能转变为可以反映CO2和H2O变化的电信号，进 而根据仪器的气体流速、叶面积等计算光合速率（暗呼吸速率）与蒸腾速率，气孔导度和胞 间CO2浓度等则可通过对蒸腾速率的计算获得。在记录光合速率（Pn）、蒸腾速率（E）、气 孔导度（gs）、胞间C

8、O2浓度（Ci）、暗呼吸速率（Rd）等生理生态参数的瞬间，叶室内的各 种感应器同时记录下了叶温、气温、相对湿度、光照强度、co2浓度等生态因子参数。12. 2. 1. 4主要操作过程及注意事项（以LI-6400为例）（1）电池充电测定前将4块电池充足电；将电池与充电器连接，插上电源后，电源指示灯和充电指示 灯亮，当电池充足电后，充电指示灯熄灭，切断电源，充电完成。（2）准备新鲜的碱石灰（soda lime）、干燥剂（desiccant）和CO2钢瓶在校正不能接近0时，则应更换碱石灰和干燥剂。干燥剂在干燥时为蓝色，吸水后变为 粉红色，如果有一半以上变为粉红色，则应更换。co2钢瓶，只在需要控制C

9、O2浓度时使用。（3）连接1）连接电池和主机。2）连接叶室和主机。在连接叶室和主机时注意叶室侧和主机侧的 Sample和Reference相对应，有黑色胶带的接口对应Sample侧。3）连接进气管：在LI-6400 的主机与叶室和分析仪连接好后，需要在主机的进气口连接好进气管和缓冲瓶。在野外的条 件下，可以利用2升以上的可乐瓶，在瓶盖上打两个与进气管直径相同的孔洞，并把进气管 通过一个孔洞通入瓶子的底部。这种做法基本上可以保证光合速率、CO2浓度的稳定性。如 果在室内或温室做实验的时候，由于室内的CO2浓度明显偏高，一般大气CO2浓度在390p mol mol-1左右，而室内有的时候可以高达5

10、00-1000p mol mol-1，这是由于空气不流通造 成的，大的浓度伴随人为影响造成的大的浓度波动，将会造成系统浓度波动掩盖了实际的光 合速率的变化，在这种情况下，需要制作更大的缓冲，例如大的箱体和空气袋。注意：不能 采取把进气管放到室外而机器在室内进行实验的方法，因为这样会导致叶室内CO2浓度大大 低于叶室外（房间内）的CO2浓度，同时也会产生温度的较大差异，这样可能会造成比较明 显的泄露和波动性。（4 ）启动仪器在主机右侧中部有一个黑色按纽开关，在连接好机器硬件后（即把光合仪主机和分析仪 叶室连接起来后），确认电池连接好并且电量充足的情况下，即可按此按钮打开机器开关。机器提示Cham

11、ber （叶室）和IRGA （红外线气体分析仪）是否连接好？确认连接好后， 按主机键盘上的字母“Y”确认即可进入系统主菜单（如图12. 2）。从显示上可以看到，第 一行是LI-6400光合仪的名称，第二行是系统版本，第三行是用户存储空间已经使用的百分比，如果超过60%,则在测定数据测量时间的确定。具体设前将数据转入计算机，删除文件，清空回收站，以确保有足够的内存空间。第四行显示的是当前时间和电池电压，如果时间设置不准确，可能影响对图12.2 LI-6400光合作用测定仪显示屏置方法是在应用菜单中选择 “Set time and data”，按提示即可设定。充足电时，电池电压为12. 4V，电压

12、在10. 8V 以下时，仪器会报警，应及时更换电池。第五行显示的是操作系统主菜单。包括欢迎菜单Welcome Menu、配置菜单Config Menu、校准菜单Calib Menu、测量菜单New Msmnts和应 用菜单Utility Menu五个主菜单。进入配置菜单Configuration Menu,可选择光源，叶室 等。（5）校正由于周围环境条件的变化，仪器的零点会发生变化。测定前必须完成流量调零和IRGA（CO2，H2O）调零。首先进行流量调零。在校准菜单Calib Menu（F3）下，首先选择” Flow meter zero”后，流量计将关闭，约10秒后，流量信号在1mv以内时（

13、如果流量信号过大 或过小，可通过“Adjust f”与“Adjust I ”键上调或下调），选择f5（OK），按esc键返回 校正菜单。再进行IRGA（CO2，H2O）调零。按“IRGA Zero”，开始IRGA（CO2，H2O）调零，之前 应关闭叶室并保持叶室内不夹叶片，而且让气流从碱石灰和干燥剂中通过（将soda lime， desiccant逆时针拧到scrub侧），选择“Y”，等待CO2R，CO2S，H2OR，H2OS稳定调零（至 少要等15分钟，一般等20-30分钟，如果难以调零，则要更换碱石灰和干燥剂），选 择” AutoAll”键，CO2R，CO2S，H2OR，H2OS全部稳定调

14、零，按Quit返回校正菜单。校正 完成后，关闭碱石灰和干燥剂开关（将soda lime， desiccant顺时针拧到by pass侧）。（6）环境控制进入测量菜单New Msmnts，可对流量（Flow），CO2浓度（Mixer），温度（Temp），光照 强度进行控制。流量控制：一般情况下，流量控制意义不大，原则是在光合比较弱的情况下，可以把流 量设得小一点以降低波动造成的误差，而在光合比较强的情况下，可以把流量调得大一些。默认条件下，流量为500Mmol s-1。按功能键F2进入流量控制。选择“Flow rate”菜单 行并继续输入流量数值(LI-6400的流量控制范围是0-700 mol

15、 - s-i)。CO2浓度控制：CO2浓度的控制对于光合作用方面的研究非常重要。例如，我们可以通过 A-Ci曲线来研究植物一些重要的生理指标，如CO2补偿点、CO2饱和点、羧化效率等，也可 以通过控制CO2浓度来提高测量准确性，降低误差。具体的方法如下：首先在校准菜单下进 行CO2 mixer calibration。在测量菜单下，按F3 (Mixer off)功能键进入CO2浓度控制菜 单。选择其中REF CO2 400p mol mol-1 一行后回车。并在弹出窗口中输入需要控制的CO2 浓度。回车后在该控制菜单的左面出现一个*号，直到控制的浓度完全达到后*号就会消失。 这时叶室内CO2浓

16、度就与输入的浓度值相同了。温度控制：温度的控制对于光合研究也至关重要。具体的控制方法是在测量菜单下，按 功能键F4 (Temp off)进入温度控制，选择Block Temp 20. 0C菜单行后回车。输入需要 控制的温度后回车就可以了。光强控制：光强对于光合速率影响非常大，按功能键F5(Lamp off)进入光强控制。选 择Quantum Flux 一行后回车，继续输入需要设置的光强即可把光强控制到相应的光合有效 辐射强度了。湿度的控制：通过调节干燥剂开关可控制叶室内的湿度。以上环境条件可以根据实际工作的需要来进行控制。在设定好环境条件后，夹上植物叶 片等待稳定后即可测定记录数据了。(7)

17、测定1)常规测定进入测量菜单New Msmnts，按“Open Log File”下边的功能键F1来建立新的文件。 之后回车，这时机器界面显示中“Open Log File”改为“Log”。需要注意的是，在夹入叶 片之前，应该首先闭合叶室后查看仪器显示屏的参数中&O2是否为零，如果不为零，说明 此时分析仪的参比室和样品室的测量数值不相同(因为两个分析室毕竟是分开的，有可能随 着时间的推移而形成测量的漂移)，这时需要按“Match”下边的F5功能键来匹配两个分析 室。继续按MATCH IRGA下边的F5功能键，等待匹配后，按EXIT下边的F1功能键来退出匹 配程序。测量时，选取好叶片后夹入叶室，

18、并顺时针旋转手柄和叶室中间的固定螺丝直到叶室紧 密闭合。等待参数中 CO2和PHOTO (净光合速率)值保持不变的情况下，即可按“LOG” 下的F1功能键来记录数据，也可以按手柄左边的黑色按钮来记录数据(需要按住两秒种)。 按(Close file)保存数据。测量后打开叶室，换上其他叶片继续测量即可。用以上方法，通过手工设定环境条件，也可以测定光响应曲线(Light-Curve)和CO2 响应曲线(ACi-Curve)。2) 自动测定 光响应曲线：光响应曲线是研究植物叶片在其他环境条件保持不变的情况下，光合速 率随光合有效辐射强度的改变而发生变化的情况。通过测量得到的光响应曲线，可以进一步 计

19、算得到光补偿点、光饱和点、最大光合速率、表观量子效率等重要参数。测定方法是：按 F1功能键，进入自动测量程序子菜单(Auto Program)o选择其中” Light curve”来进入 光响应曲线自动程序。接下来系统会要求首先输入光强变化梯度，以空格相连。一般情况下， 我们应该从高到低来输入这个梯度。接下来系统会要求输入最小等待时间和最大等待时间以 及匹配差值。可以按照默认输入直接回车就可以了。如果有足够的经验来确定这些配置，也 可以自行进行时间上的调节。这时菜单最左边会出现一个*，说明目前自动测量程序状态正 在运行。直到*号消失，说明程序结束。按(Close file)保存数据。在测定中可

20、以看已测定的数据，按F2功能键进入View File菜单，继续按F1功能键进 入“Quick Config”菜单，选择其中“Light curve”进入查看测量得到的光响应曲线的图 形。 CO2响应曲线：CO2响应曲线是研究植物叶片在不同CO2浓度下光合速率的响应。可以 在测量菜单下进入自动测量程序(Auto Program)o选择ACi curve”。回车进入选择状态。 继续输入CO2浓度变化梯度。输入最小等待时间和最大等待时间，如果没有足够的经验，按 默认值直接回车确认。之后系统将自动进行ACi曲线测量。需要注意的是，如果使用了光源叶室，注意在测量之前给定光强。由于不同光强下的 ACi曲线

21、是不一样的。一般情况下，常采用饱和光强测量。有的时候，也许会需要做不同光 强下的ACi曲线实验来进行分析。(8) 休眠退出LI-6400光合仪同时具有休眠功能。在应用菜单(f5)最后一行选择“Sleep mode”之后 回车。在继续按字母“Y”确认后，这时机器处于休眠状态，可以在此时进行叶室的更换工 作或在测量结束休眠一会儿，然后继续做实验。重新激活只需要按任意键即可。测定全部结束后，关闭电源，将电池取出充电。(9) 数据传输首先在LI-6400开机以前，利用随机带的数据线把计算机与LI-6400连接起来再开机。 开机后，按F5功能键进入应用菜单，选择“File Exchange Mode”。

22、这时在计算机一端启动 LI-6400File程序，点击“Connect”连接。我们可以看到左边是计算机中的文件系统，右 边是LI-6400内的文件系统，利用鼠标左键选择需要复制的文件，拖到左边计算机中准备放 置这个文件的文件夹中。如果需要从LI-6400中删除这个文件，只需要选中文件后按右侧下 边的回收站的图形，就可以删除这个文件了。LI-6400数据文件格式是.dat格式。如果需要打开进行编辑，可以首先打开Excel程 序，并把打开文件格式的扩展名选择为“所有文件”。然后选择利用分隔符一逗号分隔就可 以了。这样就可以进一步处理数据了。(10) 文件删除在主菜单下，按F5功能键进入Utilit

23、y Menu。选择其中Access the FILER进入文件 管理器。移动光标选择需要删除的文件，按F4功能键对准备删除的文件进行标记。接下来 选择Tag All或Tag One来选择标记当前选择的文件还是标记所有的文件。选择后，继续按 F5功能键Purge来删除文件。这时该文件被删除到回收站Trash中。可以按左侧的“Label” 键来翻动菜单。直到翻到“Trash”出现为止。按F2功能键清空回收站中的文件。注意：使 用这个功能之前请确认已经把这个文件保存在计算中或者不需要这个文件了，否则一删除就 无法恢复了。12. 2. 2植物叶绿素荧光的测定12. 2. 2. 1叶绿素荧光的测定原理及

24、主要参数的意义植物组织内的叶绿素吸收光能并用来驱动光合作用，超出植物所利用部分的能量以叶绿 素荧光或热量的形式释放出去。叶绿素分子在接收到一定波长的光照辐射后处于激发态，激 发态的叶绿素分子能发出短时间内以能量形式存在的波长较长的荧光，这种效应称为荧光效 应，波长较长的光称为叶绿素荧光。植物光合作用速率的改变会大大影响叶绿素荧光的释放。 在一定的外界环境温度下，绝大多数叶绿素荧光是在光系统II的转动过程中释放的，健康的 叶子经过一段时间的黑暗处理后突然照光，可观察到随时间变化的叶绿素荧光的产生，这一 现象称为Kautsky效应(荧光感应)，这时荧光强度与光照强度成正比。通常情况下，健康 植物约

25、需10-30 min来适应黑暗处理。叶绿素荧光信号包含了十分丰富的光合作用过程变 化的信息，因而它被视为植物光合作用与环境关系的内在探针，许多学者已将这项技术应用 于农业、林业、园艺作物研究中。叶绿素荧光测定的原理如下图12. 3所示，在暗适应条件下，测定的Fo表示PSI反应 中心处于完全开放时的荧光产量，称为最小荧光产量，也叫固定荧光、初始荧光、基础荧光、 0水平荧光，Fo的大小主要取决于PSI天线色素内的最初激子密度、天线色素之间以及天暗适应 dark-adapted人光适应 light-adapted 测定光 measure light测定光 measure lightmethodFig

26、.1线色素到PSII反应中心的激发能传递机率的结构状态，它与叶片叶绿素浓度有关；最初的 荧光Fo照光开始后即可达到，这是植物完全适应黑暗环境后的基础荧光水平。在这种状态 下，大多数光系统I反应中心是开放的，且原初电子受体QA库被大量消耗，光合作用强度 降低所致(叶绿素捕获的未被利用的能量以荧光形式释放。光照越强，Qa库减少越快，直到 可变荧光Fv达到最大值，植物处于光饱和状态，此时的荧光峰值定义为Fm。Fm表示PS I 反应中心处于完全关闭时的荧光产量，称为最大荧光产量；Fv (Fv=Fm-Fo)称为可变荧光； Fv/Fo常用于表示植物叶片PSI潜在活性；Fv/Fm是PSI最大光化学量子产量，

27、反映PSI 反应中心内禀光能转换效率，也叫最大PSI的光能转换效率，在非胁迫条件下，该参数的 变化极小，不受物种和生长条件的影响；胁迫条件下该参数明显下降。在光照条件下，测定 实际荧光产量(Ft)和最大荧光产量(Fm)。 F/Fm 表示PSI实际光化学量子产量，它 反映开放的PS I反应中心在有部分关闭情况下的实际原初光能捕获效率，其中F=Fm -Ft，叶片不经过暗适应在光照下直接测得。ETR是表观光合电子传递速率，即ETR = F /FmX PARX0. 5X0. 84，其中 PAR 为光合有效辐射(|J mol. m-2. s-i),系数0. 5 表示传递1个电子需要吸收2个光量子，系数0

28、. 84表示在入射的光量子中被吸收的占84%。 荧光猝灭分两种:光化学猝灭和非光化学猝灭。光化学猝灭以光化学系数表示，即qP=(Fm- Ft) / (Fm -Fo)。非光化学猝灭反映PSI天线色素吸收的光能不能用于光合电子传递而以 热的形式耗散掉的光能部分，有两种表示方法，即NPQ=Fm/Fm -1； qN=1- （Fm - Fo） / （Fm-Fo）。确切测定Fo及Fm需要一种快速转变的测定装置及强光刺激。这样，可变荧光Fv就计 算出来（Fv = Fm-Fo），比值Fv/Fm也因此得出，其代表光系统II量子产量或量子效率。Fv/Fm与光化学作用的产量成正比，并且与净光合的产量也密切相关，而净

29、光合速率是 验证光能有效性的最好方法。相反，在黑暗条件下，Fv/Fm下降程度的差异，能够指示逆境 条件（如干旱、盐分胁迫及环境污染植物等）对植物光合作用系统抑制的程度。测定叶绿素 Fo荧光与Fm曲线之间的面积，还可提供光系统I中电子受体库信息。当反应中心到质休醍 库之间的电子传递被堵塞时，该面积将大大减少，这种情况可见于环境污染及施用除草剂后 植物的荧光反应。因此测定叶绿素荧光，实际上是对植物生理生态性能的综合诊断。12. 2. 2. 2测定的意义1）植物生理生态学研究通过测定植物随光照强度、黑暗处理、除草剂等环境因子的 影响而发生的叶绿素荧光的变化，获取植物光合作用强度、光合有效辐射、电子受

30、体库大小 等生理参数，从而深入研究植物光合作用及其相关的光化学反应等生理过程。在盐渍环境下， 可测定不同盐分浓度下的叶绿素荧光量，以揭示与之相应的光合作用变化；在其他逆境条件（如干旱、低温、高温、风暴等）下，也可以利用该技术进行相应的生理生态学研究。2）农业科学研究 通过植物叶绿素荧光测定，选择植物适宜的生长环境（尤其是光环 境），排除可能对植物光合作用产生抑制的环境条件，从而达到提高产量的目的。在农业化 学方面，运用该技术筛选对植物光合作用系统破坏最有效的除草剂；在遗传育种方面，筛选 对某些除草剂具抗性的作物品种；在农学方面，早期预报环境压力及养分的缺乏状况。所有 这一切，植物叶绿素荧光技术

31、均可能提供一种理想的研究手段。3）森林生态研究用叶绿素荧光研究森林生态系统中优势树种光合作用的变化，从而 预报虫害，干旱气候及火灾等引起森林衰退，便于及早采取措施。在正常的森林生态系统中， 研究不同树种的叶绿素荧光特征值，也是一项十分重要的基础生理生态学和背景值研究。4）大气污染及全球变化研究环境中的大气污染如Sq、叫、。hf、CI2等对植物叶 绿素成分产生破坏，使光系统I中电子受体受损，电子传递因此受阻，光合作用下降，从而 使植物释放荧光强度发生变化；另外，叶绿素的破坏可造成植物释放荧光的实际面积减少， 测定该面积的叶绿素荧光变化可以用来有效地指示大气污染对植物的危害程度。在全球变化 生态研

32、究方面，测定高CO2浓度及温度上升植物叶绿素荧光的变化，还可以探讨植物对全球 变化光能利用方面的特点。12. 2. 2. 3叶绿素荧光仪图12.4 PAM2100叶绿素荧光测定仪用于测量植物释放的叶绿素荧光的 仪器称为叶绿素荧光仪(chlorophyll fluorescence meter) o植物在光合作用过 程中释放的叶绿素荧光一系列荧光值Fo, Fm,以及由这些值而计算的光系统II量子 产量(Fv/Fm),光化学猝灭(qP),非光化 学猝灭(qN )等可由仪器给出。英国 Hanstaeck公司生产的叶绿素荧光仪又称 植物效能计，可对植物的生长状态进行综 合的分析，可测得Fo, Fm,量

33、子产量(Fv/Fm)等指标。该公司的新一代产品PMFS2/2以及 德国Walz公司生产的PAM-2000及PAM-2100(图12. 4)则可以测定除这些指标外的光化学猝 灭和非光化学猝灭等参数。12. 2. 2. 4主要操作过程及注意事项(以PAM-2100为例)(1) 充电测定前要充足电。连接电源，通过充电器2120-N对内置电池进行充电时，红灯亮。当 电池充满后，绿灯亮，即可停止充电，切断电源。(2) 连接包括光纤连接和叶夹连接。特制光纤2010-F在一个特制插头的帮助下可以连接到 PAM-2100的前部(仪器右侧)。光纤有三个光学直径不同的末端，在插头的帮助下分别接入 对应的插孔中与相

34、应的光学装置相连。光纤的另一端连接到叶夹上。当测量光照下叶片的叶 绿素荧光时，仪器提供一个“距离叶夹”(Distance Clip),通过该叶夹可调节光纤末端与 叶片之间的相对距离。光纤应轻拿轻放。光纤(特别是与主控单元相连的末端部位)不能被 过度弯曲，否则可能会导致光纤破损从而影响信号精度。光纤被钢制螺旋和塑料覆盖，在一 定程度上避免了过度的弯曲。光纤不用时，应及时盖上光纤两端的橡胶帽，以防弄脏接头， 影响测定精度。叶夹连接是将叶夹上的插头连接到仪器上。仪器上有四个连接插孔(LEAF CLIP、RS 232、 EXT. DC和EXT. HALOGEN)不能连错。不能将插头接到错误的插孔里。插

35、头和插孔上的红点 指示了连接方向。不要通过拽电缆来拔出插头，应当通过捏住带波纹的金属部位来拔出插头。(3) 暗适应暗适应叶夹DLC-8重4g,因此可以直接夹到多数叶子上，而不会伤害到叶片。在叶夹 上装有一个滑片，可以在暗适应时阻止光线照射。实际测量时，打开滑片，使叶片只受到来 自光纤的光，而不受环境光干扰。只有经过合理的暗适应，才能得到较好的最大量子产量 Fv/Fm和暗-光诱导动力学曲线。在使用暗适应叶夹DLC-8时，光纤与叶片间呈直角，叶片 与光纤末端间的距离约为7 mm。这样就导致荧光信号比使用叶夹2030-B时（光线入射角60 ）高的多。为了避免检测器饱和，需降低测量光强度或Gain（增

36、益）。测定时如出现over load 警告时，可将Gain减小。当滑片仍关闭时打开测量光，也会有部分Ft信号。这些信号是由 于部分测量光被滑片反射而干扰检测器的结果。当打开滑片时这种干扰就几乎没有了，所以 不影响正常测量。（4）电源开关按“POWER ON”后，绿色的状态指示灯（LED）开始闪烁，内置显示器中出现PAM-2100 的标识。请注意内置电脑的启动约需要40 s，此前DA-2100的界面不会出现。按住“POWER ON”约2s可以在不退出DA-2100程序的情况下关闭仪器。此时仪器的设置不会存储在文件 中，因此重新打开仪器后仪器设置可能会发生改变。当由于某种原因“软关机”（softw

37、are way”，通过DA-2100程序的关机）不能执行时，可以通过“硬关机（“hardware way（）来 关闭仪器。绿色状态指示灯（LED）的闪烁说明微型控制器运转正常。当指示灯熄灭或一直亮着不 再闪烁时，说明微型控制器的功能受到干扰。此时重新按POWER ON”开关可以使仪器恢复 正常。当仪器通过RS 232数据线连接外部电脑后，绿色指示灯也会闪烁。此时按“POWER ON（ 只开启PAM荧光仪，而不开启内置电脑。当连接RS 232数据线5 min后仍没有数据传输， 则仪器自动关闭。也可以通过按住“POWER ON”约2 s来关闭仪器。（5）初始设定与测定在开始第一次测量前，需要了解仪

38、器的设置是否适合标准测量。为此，可以先按“Com” 键调出命令选择菜单，选中“Standard Settings”并按回车键。执行Standard Settings（ 功能后，所有仪器光源都被关闭，指针自动位于“Light Meas”参数区，此时按回车键可以 打开/关闭测量光。需要指出的是当开始任意一个测量时，测量光都会自动打开，因为所有 测量都需要测量光的存在。暗适应条件下，按shift+Fm，打开远红光Far*，按Fm键可测得Fo，Fm；按Yield键， 可测得Fo，Fm，Yield，qN，qP，ETR；在光照条件下，直接按Yield键可测得Fo，Fm； Yield， ETR。每测定完一次

39、后，可用Edit键打开报告文件，看到测定的数据。按ESC可退出菜单或 报告文件，返回到测定状态。测定结束后，可用按“Com”键后，会出现一个命令（Command） 选择菜单。按“八”和“V”键可以选定上述选择菜单中的某项功能。要退出系统，需选定 “Quit program”，关机。注意正常情况下上下箭头键和左右箭头键都是用于移动指针。回 车（“Enter”或“Return”）键，用于执行某个命令。（6）数据传输通过RS 232数据线将PAM-2100与外部电脑连接起来，进行数据传输（利用Trans2100 程序）或通过PamWin程序控制仪器运行。在启动PamWin前必须关闭PAM-2100的

40、内置电脑， 即PAM-2100必须关机。当PamWin. exe启动后，PAM-2100自动开机（绿色指示灯开始闪烁）。安装完PamWin软件后，Trans2100. exe文件自动复制到PamWin文件夹中。在利用 Trans2100传输数据前，必须先激活PAM-2100中的Fileserver （文件服务器）。为此，需先 进入动力学窗口，激活Main Menu （按Menu”键或外接键盘的“F10”键），进入Data子 菜单，选择Transfer Files并按回车键。当PAM-2100的显示屏上出现“Fileserver active” 时，才可以启动PamWin文件夹中的Trans21

41、00. exe程序。首先打开一个窗口选择RS 232 数据线连接的Com-port （Com）o选择并激活Com-port后，出现另一个窗口，其中显示出了 PAM-2100中存储的数据文件。双击该文件就可进行传输。请注意当一个文件传输到电脑中后，PAM-2100中就没有该文件了。关闭Trans2100程 序后，PAM-2100与外接电脑的通讯被打断，PAM-2100自动进入模式选择菜单。（7）注意事项尽管PAM-2100荧光仪对工作环境的要求不高，为了防止出现故障和延长仪器寿命，需 要注意下列事项：1.保持仪器清洁，注意防尘，远离水和潮湿的地方。特别是主控单元 PAM-2100和叶夹2030-

42、B更应防潮和防尘。只要把敏感部位（如微型光量子探头）用塑料袋 包住，即使在极端环境中（如潮湿或有风沙的地方）仪器也可正常操作运行。2.禁止过度 弯曲光导纤维，特别是靠近连接头的地方。3.养成光源不用时关闭光源的良好习惯，这样 可以延长光源的寿命。4.测量间隙较长时应关闭PAM-2100，这样可以省电。5.禁止在 PAM-2100开机的情况下连接外接电源。12. 2. 3植物水势的测定12. 2. 3. 1测定意义植物一生中不断地与环境进行水分交换。植物从土壤中吸收水分，水分通过植物体最后 散发进入大气，所以土壤一植物一大气为一连续系统，在此系统中水分的流动，取决于本身的自由能，水分沿着自由能减

43、少的方向发生流动，即从自由能高的一方朝着自由能低的一方 移动。对土壤、植物体和大气而言，在没有任何水分胁迫的情况下，水势大小应该为土壤 植物体大气。但如果遇到干旱或盐胁迫的情况下，土壤中的水势会变得非常低，低于植物 体能吸收的最低限。这时我们称植物处于水分胁迫。对水分胁迫的忍耐力越强的植物，植物 体组织的持水力越强，其抵抗干旱的能力也越强，反应在植物组织的水势上，则水势越低。 植物的水势因植物类型、植物种、植物的组织和器官的不同而变化很大，也与植物的发育状 况以及环境条件的影响有关，因此水势是植物水分状况以及水分胁迫程度的基本度量。水势是植物水分状况的重要标志之一，它不仅反映植物组织水分的能量

44、大小，而且可以 作为一个统一的物理量确定植物-环境体系中水分的能量分布状况。水势的测定单位是兆 帕（MPa）。测定植物水势通常用的仪器有压力室（英、美多种型号或国产2S1型）和露点 仪（型号为WP4）。12. 2. 3. 2露点水势仪（型号为WP4）及其原理MP4 （Dewpoint Potentia Meter，Washington， USA）是目前测定水势最快的仪器（图12. 5）。以前测定水势的仪器，如压力室只能测定植物枝条的水势，对于了解土壤一植物一图12.5 WP4水势仪大气系统的水势来说，有很大的局限性。而WP4测定水势范围从0-40MPa，准确 率高达0. 1 MPa，它不仅可以

45、测定植物 叶片水势、枝条水势、根系水势，还可以 测定土壤水势。WP4是用一个冷却镜面的 装置冷却空气中水汽来测定样品的水势。 样品的水势与密封盒内上方空气的水汽压 保持平衡，而且密封盒内上方有一个金属 监测器来监测镜面上水汽的浓度。当达到 平衡时，密封盒内空气的水势与样品的水 势相等。12. 2. 3. 3露点水势仪（型号为WP4）的操作步骤（1）仪器校对由于WP4用镜面冷却技术来测定水势，而基于这一技术的镜面材料本身的特殊性，如镜 面易被污染等，易造成读数不准确等现象发生，因此需要对仪器进行定期的校对。而且在第 一次使用之前，也要进行校对。校对仪器用标准的KCl溶液，溶液浓度为0. 5mol

46、L-1，水 势为-2. 19MPa。KCl标准液可以从仪器公司购买，也可以自己配制0. 5mol - L-1的KCl溶 液。校对时，把KCl标准液倒入样品盒，量以占到盒常量一半为宜。放入样品槽中，推上抽 屉，把旋扭转到读数档，开始读数。如果所读数值不在-2. 190. 1MPa的范围内，则说明 仪器需要校对，或者镜面感应器被污染。先要清理仪器，拆下仪器的顶盖，露出镜面，用仪 器专用的清洁纸和清洁液清洁镜面及样品槽。清理完毕之后，进行重新读数。如果此时读数 仍不在-2. 190. 1MPa的范围内，再进行校对。校对前，首先按左的键进入系统菜单，然 后按右的键，进入校对菜单，按YES，则提示装入标

47、准液，并进行读数。当溶液达到平衡以 后，屏幕上显示出标准溶液的水势值，如果所读数值仍不在-2. 190. 1MPa的范围内，则 按“ + ”或“-”可以调整数值到这一范围内。为了检查仪器的读数是否确准确，校对完毕后， 装入新的标准液进行重新读数，此次的读数就为-2. 190. 1MPa。(2) 取样植物体水势沿根系到枝顶呈逐渐下降的趋势，因此在选取供试植物材料时，尤其是对多 种植物进行比较研究时，一定注意选取样品的位置。对于乔木，可按照高度，通常选取树冠 底层的叶片就可以代表植株地上部分的水势;灌木植物测定水势的样品最好选取在地面以上 100cm处的叶片为宜；草本植物只取地上叶子即可。(3)

48、保存野外采集的样品通常需要装入WP4配带的样品盒中，放入冰壶，带回室内进行测定。如 果样品量大，不能在短时间(3 h)内测定完毕，为了防止水分散失，需要将样品盒的盖用 胶带密封，保存在冰箱内，温度在1-5C。在这个温度内，通常能保证植物材料不损失水分， 保存时间最好不超过3 h。(4) 读数测定前20 min，需将样品从冰箱中取出，放在仪器盖上，以减少样品盒和抽屉内的温 度差。测定时，如果叶片太大，可以用剪刀剪成小碎片，然后再放入测定容器中。通常情况 下，样品量要少于样品盒容量的1/2。装好样品后，推进容器盒，把旋扭旋转到读数档， 仪器开始读数。当达到平衡后，仪器会发出提示铃声，并且指示灯闪烁

49、。此时，屏幕上所显 示的读数为材料的渗透势或衬质势或二者之和，这要以不同的材料来定。对于植物材料，通 常测得的水势为渗透势，而土壤水势为衬质势，但对盐分较高的土壤所测得的水势也是渗透 势。(5 )注意事项1)开机后，使仪器预热30 min之后，再测定样品。2)每次测定样品以前，要对仪器进图12.6 PMS压力室行校对。3）测定完毕，要及时清理样品盒，不要使样品仍保留在样品盒内，以免造成镜面污 染。4）测定样品由一种材料换成另一种材料时，如测定完植物样品之后，要测定土壤的水势， 则一定要用标准液对仪器进行校对。12. 2. 3. 4植物水势压力室与PV技术木质部负压可用压力室测定（图12. 6）

50、。方法是 切取一段小枝置于压力室中，密封，与大气隔开，把 茎的切口伸出室外，当向压力室内施加足够大的压力 时，使木质部液刚好溢出茎切口表面。此时施加的正 压（平衡压）等于植株完整时的木质部负压，即水势。用逐渐升压法，可以测定出供试样品压力和相对 含水量的关系（PV曲线）。测定步骤是，在水中截取 约1012cm的小枝，截后放入盛清水的杯中置于阴暗 室温条件下进行饱和吸水处理。当小枝吸水达到饱和 后（约1215 h），将小枝表面水分擦干，称重（饱 和鲜重）后，立即装入压力室，在室温（2025C） 下，用逐渐升压法测定并绘制PV曲线，根据PV曲线， 求出水分特征参数。12. 2. 4可见光环境的测定

51、12. 2. 4. 1测定意义对于植物生理生态学家来说，光环境是所有环境因子中最为重要的影响植物生长的因 子。因此，调查和研究植物光环境状况（光量状况、光质状况、光的动态变化规律等）无疑 是十分重要的基础性工作，在此基础上都能更为深刻地研究许多生理生态的问题。如：植物 的耐阴性的生理机制；暗适应叶片对光斑（阳斑）的光合响应；林隙的光环境对林隙植物生 长的影响；精确的光合作用模型等。12. 2. 4. 2测定方法一般用光量子计直接测定。测定时要注意感应点的角度，感应面应水平放置。12. 2. 5植物温度的测定12. 2. 5. 1测定意义植物是变温的有机体，即其自身的温度趋向于他们所处的环境温度

52、。但是，这并不意味 着植物温度就一定等于环境温度。如植物地上部的温度就明显低于环境温度，这是由于呼吸 作用释放热量及蒸腾作用吸收热量，从而使他们的温度偏离环境温度。光辐射是植物热能的 来源，但是植物本身的生理生态作用对其温度能够进行一定程度的调节。因此，测定植物的 温度有助于人们了解植物的生理生态规律。具体地，植物温度的测定有以下几方面的作用。 1）研究植物与环境之间的能量交换。植物的温度是植物能量的标志，植物与大气、土壤之 间存在着热量的传导、对流和蒸腾作用，从而引起能量在植物体内的再分配。测定植物温度 的变化，可以深入探讨能量在植物与环境之间的交换。如结合植物热值测定及微气候学研究， 可开

53、辟能量生态学领域。2）研究蒸腾作用。在外界环境条件基本一致的前提下，植物的蒸 腾作用对叶面温度的影响最大。因而，测定植物的表面（尤其是叶面）温度的变化，可以建 立植物温度与环境温度之间的相互关系，并据此指示植物蒸腾作用强度。在缺乏植物蒸腾作 用仪器的情况下，通过对叶温测定可以预测蒸腾作用。3）研究植物的水分关系。当水分供 应充足时，植物的蒸腾作用旺盛，叶面温度（Tieaf）与大气温度（二比）之差（Tieaf-Tair） 与空气蒸气压亏（vapour pressure deficit，VPD）之间在白天大多数情况下存在稳定的 直线关系，这条线被称为植物水分胁迫指数基线（non-water str

54、ess baseline ）。应用在 作物栽培上，可以据此计算作物水分胁迫指数（crop water stress index，CWSL）。CWSL 变化于0-1之间，该值越大，说明作物水分供应越紧张，此时应加强灌溉。4）研究全球变 化对植物影响。全球CO2浓度升高引起全球性温度增加，在植物对全球变化响应的基础科学 研究方面，植物温度的测定是一个非常重要的基础工作。它可以使人们全面了解CO2增加后 引起的叶温、水分利用效率、蒸腾强度、光合作用、矿质养分利用方面的变化。12. 2. 5. 2测定方法对于植物温度的测定，过去用传统的温度计接触测量。但这种方法因为直接接触被测植 物，容易发生热量传导

55、，易受外界环境因素的影响，误差较大，且费时费力，测定的范围有 限。近年来，国外发明了非接触测量法，即红外温度测定法，使温度测定技术大大提高。无 论在精度还是使用灵活性方面，这种方法均比接触法优越得多。测定的范围也大大扩大了， 如低温可以测定遥远天空的大气温度，高温可以用来测定炼钢炉内钢水的温度。12. 2. 5. 3测定原理红外辐射（infrared radiation， IR）是物体发射的超出人的视力范围的电磁波辐射， 其波长处于750-1000 nm之间。所有的物体都能发射红外辐射，只是人的眼睛不能看见而 已。当物体很热，如达到红及炽热（白热）状态时，肉眼就能看到。物体发射的红外辐射， 通

56、过一种特制的红外温度计就可感觉到。温度计将热信号转变成电信号，在红外温度计上温 度值。12. 2. 5. 4红外温度计目前在农学及植物生理生态学领域应用最多的红外温度计中，以美国EVEREST公司推出 的510BAG型多用温度探测仪（Model 510 BAG Multimeter ）市场覆盖较广。它不仅能够非 接触测量植物的温度，包括干球温度、湿球温度、植物与大气温度之差，还可以测定相对湿 度（RH）、蒸气压亏（VPD）、作物水分胁迫指数（CWSI）、太阳辐射（SR）等。该设备便携轻 便（1. 5kg=，数字显示，集红外温度计、便携式气象站于一体。小型的温湿度计还有美 国产HOBO Pro系

57、列室外温湿度计，日本产TR-11温湿度计，都可以设定记录时间间隔，长 时间自动记录。主要参考文献：1 蒋高明主编.植物生理生态学.北京：高等教育出版社.20042 张国平，周伟平译.Hans Lambers et al.著.植物生理生态学.杭州：浙江大学 出版社.20053 薛建辉主编.森林生态学.北京：中国林业出版社.20064 李博等译.Larcher W.著.植物生理生态学.北京：科学出版社，19805 杨持主编.生态学实验与实习.北京:高等教育出版社，2003作者简介：温国胜：博士，教授，1959年10月26日生。1982年大学毕业后，留校任教；1989年 水土保持专业研究生毕业，获农

58、学硕士学位；1995年赴日本冈山大学留学，1998年获日本 冈山大学地域环境农学专业修士（硕士）学位；2002年3月于日本冈山大学大学院国际农 林生态学讲座生产开发科学专业博士课程毕业，获学术博士学位。2002年4月回国，人才 引进加盟浙江林学院生命科学学院生态学科，从事生态学方面的教学和科学研究。主持及参 加国家自然科学基金、国家环境保护局、国家林业局、日本政府及财团等资助的科研课题 15项，承担3本专著和教材的编写，在日本绿化工学会言志、生态学报、林业科 学、自然资源学报等国内外十几种刊物上发表论文50多篇（其中国外13篇），获奖 3次。承担研究生及本科生的现代生理生态分析技术、森林生态学、景观生态学、生态学、 环境科学概论等课程的教学工作。现任中国林学会、日本绿化工学会、日本林学会、浙江省 生态学会会员。