如何成功测量植物光合速率——材料与环境因素的重要性-化工仪器网-手机版

在生态学与农林科学研究领域, 测量植物光合速率是揭示生态系统功能和植物生长机理的关键环节。它不仅反映了植物的健康状况，还是评估大气碳循环与全球气候变化的重要指标。然而，如何精准获取一个可靠的光合速率值并非易事，涉及到众多细节和变量的影响。本文将详细探讨选择合适的研究对象、创建理想实验环境以及有效执行实验策略等方面的内容，帮助读者深入了解这一复杂的科学领域。

选择适宜的研究对象
1.1 选定目标物种：选择具有代表性的植物种类是关键的第一步。为了获取有普遍意义的数据，在实际应用时，可以考虑使用一些广泛分布且具有生态学重要性（例如固氮作用）的植物种类。不建议用常见的室内观叶植物，如万年青、绿萝、发财树、吊兰等做试验材料，因为这些植物叶片在白天光照下往往测出的Pn值大多在0附近波动。
1.2 考虑植物生理特性：不同类型的植物（如C3/C4植物或CAM植物）在光合作用机制上存在差异，这会影响其对光照强度和二氧化碳浓度反应的能力，因此需要针对所选的特定类型调整相应的实验条件。C3植物通常在高CO₂浓度下表现出更高光合效率;C4植物能在较强光照条件下维持较高光合成率;CAM植物则倾向于夜间开放气孔减少水分损失。
1.3 选择健康的植物：确保植物没有受到病虫害或其他胁迫的影响，通常选择全部展开、健康的叶片进行测量，因为这些叶片的光合能力相对稳定。
1.4 选择合适的生长阶段：不同生长阶段的植物光合能力可能有所不同，因此需要根据研究目的选择合适的生长阶段进行测量。例如，苗期的植物可能还在适应外界环境和内部变化的阶段，一般情况下，成熟的叶片光合速率较高，而幼叶或老叶的光合速率可能较低，因此需要选择合适的时间窗口进行测量。
1.5 考虑叶片位置：叶片在植物上的位置也会影响光合速率，通常来说，向阳的叶片光合速率会高于背阴的叶片。因此，在选择测量材料时，可以考虑选择植物上不同位置的叶片进行测量，以获得更全面的数据。
创造合适的环境条件
2.1 光照强度：充足的光照对于启动光合作用至关重要，需确保研究对象受到足够的日照辐射量。晴天中午的光强常超过植物的光饱和点，很多C3植物，如水稻、小麦、棉花、大豆、毛竹、茶花等都会出现光抑制，轻者使植物光合速率暂时降低，重者叶片变黄，光合活性丧失。
光照时间：对放置于暗中一段时间的植物照光，起初光合速率很低或为负值，要光照一段时间后，光合速率才逐渐上升并趋与稳定。从照光开始至光合速率达到稳定水平的这段时间，称为“光合滞后期”(lag phase of photosynthesis)或称光合诱导期。一般整体叶片的光合滞后期约30～60min，因此如光照强度不足时，需要对植物进行一段时间的红蓝光诱导：20-30min。
2.2 温度：光合作用有一定的温度范围和三基点，三基点包括光合作用的温度min、温度max和最适温度。光合作用的温度min和温度max是指该温度下表观光合速率为零，而能使光合速率达到最高的温度被称为光合最适温度。从表4-6中可以看出，光合作用的温度三基点因植物种类不同而有很大的差异，C4植物的热限较高，可达50～60℃，而C3植物较低，一般在40～50℃。耐低温的莴苣在5℃就能明显地测出光合速率，而喜温的黄瓜则要到20℃时才能测到；耐寒植物的光合作用冷限与细胞结冰温度相近；而起源于热带的植物，如玉米、高粱、橡胶树等在温度降至10～5℃时，光合作用已受到抑制。光合作用的最高温度会造成：一是由于膜脂与酶蛋白的热变性，使光合器官损伤，叶绿体中的酶钝化；二是由于高温刺激了光暗呼吸，使表观光合速率迅速下降。

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2.3 水分：水为光合作用的原料，没有水不能进行光合作用，但是用于光合作用的水不到蒸腾失水的1%，因此缺水影响光合作用主要是间接的原因。

在相同光强时，通常下午的光合速率要低于上午的光合速率，这是由于经上午光合后，叶片中的光合产物有积累而发生反馈抑制的缘故。当光照强烈、气温过高时，光合速率日变化呈双峰曲线，大峰在上午，小峰在下午，中午前后，光合速率下降，呈现“午睡”现象(midday depression of photo-synthesis)，且这种现象随土壤含水量的降低而加剧。引起光合“午睡”的主要因素是大气干旱和土壤干旱。在干热的中午，叶片蒸腾失水加剧，如此时土壤水分也亏缺，那么植株的失水大于吸水，就会引起萎蔫与气孔导度降低，进而使 CO2吸收减少。另外，中午及午后的强光、高温、低. CO2浓度等条件都会使光呼吸激增，光抑制产生，这些也都会使光合速率在中午或午后降低。

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