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對于測量植物脅迫,氣體交換測量和葉綠素熒光測量有何不同之處?

撰稿人: 日期:2019-8-2 點擊次數:270

對于測量植物脅迫,氣體交換測量和葉綠素熒光測量有何不同之處?
光合作用氣體交換測量系統通常使用紅外氣體分析儀(IRGAs)測量CO2。另外還有氣壓、溫度、PAR、流速傳感器和相對濕度傳感器。
將待測量的樣品葉子封閉在測量室中,并通過彈簧和氯丁橡膠密封件將葉子輕輕地保持在適當位置。 通過允許葉子在測量室中達到CO2平衡來開始測量。 達到平衡所需的時間取決于物種,它與儀器的品牌無關。 這個時間可以從四十五秒到一百二十秒。
一旦達到平衡,實際測量需要幾秒鐘。 然后可以根據需要進行多次測量。 儀器首先測量進入葉室之前空氣中的二氧化碳,然后測量通過測量室后的氣體,并將其與空氣進行比較。
測量參數包括:進入測量室前后的CO2濃度、進入測量室前后的H2O的濃度、氣壓、測量室溫度、葉片溫度、環境溫度、氣流速度和PAR光合有效輻射。
通過這些直接測量,可獲得許多數學推導出的參數,包括凈CO2同化和蒸騰速率,另外還有一些派生參數,諸如:氣孔導度、氣孔對H2O的阻抗、對H2O的邊界阻抗、葉肉導度和胞間CO2濃度。
另外,測量光響應曲線可以研究隨著光照水平的變化葉片的凈同化速率的變化,還有可以測量A/Ci曲線(CO2凈同化/胞間CO2濃度的關系曲線),這是測量植物脅迫的一種比較好的方法。
那么,為什么要用氣體交換測量植物脅迫呢?
氣體交換可以直接測量所有類型的植物脅迫,無論哪種脅迫,氣體交換都能檢測到早期程度的脅迫。另一方面,熒光儀可以測量影響PSII的植物脅迫。在某些情況下,氣體交換測量方法比葉綠素熒光測量方法可以更早的檢測植物脅迫。
由于葉片平衡要求,氣體交換系統的測量時間明顯變慢。 因此,該技術更適合較小的植物種群。
應用實例:
熱脅迫:
一項研究發現,氣體交換可以檢測到櫟樹在30攝氏度時的熱脅迫;而使用葉綠素熒光技術的光合產量Y(II)和NPQ測量可以檢測到35攝氏度時的熱脅迫,Fv/Fm則只能夠檢測到45攝氏度時的熱脅迫(Haldiman P, & Feller U. 2004)。
氮脅迫:
通過氣體交換測量可以及早發現氮脅迫。使用熒光儀,需要使用專門的比率熒光,例如Sampson(2000)創建的FRFex360 / FRFex440測試,或者使用結合Cheng(2001)創建的光脅迫和氮脅迫的特殊測定。如果沒有這些方法,很難在有用的水平上測量氮脅迫。葉綠素含量測量儀確實為氮脅迫提供了可行的解決方案和更具成本效益的解決方案。(參見OSI CCM300和CCM-200plus)
水分脅迫:
氣體交換和熒光技術都可用于檢測C4植物的水分脅迫。 然而,在C3植物中,氣體交換可以在非常早期階段測量到水脅迫,而標準熒光儀方法將僅檢測中度至重度水脅迫。
測量極早期水分脅迫的熒光測定確實存在,但涉及使用葉片打孔器,需要結合熱脅迫和水脅迫(Burke 2007)。
硫脅迫:
硫脅迫可以通過氣體交換來檢測,但通過熒光儀只能檢測到嚴重程度的硫脅迫(Baker和Rosenqvist 2004)。葉綠素含量儀確實為硫脅迫測量提供了可行的和更具成本效益的解決方案。  (見OSI CCM-300和CCM200plus)。

葉綠素熒光
葉綠素熒光儀可以用來檢測大多數類型的植物脅迫。熒光儀用來測量PSII光系統II的可變熒光強度。已經發現,影響PSII的脅迫改變了測量的PSII熒光的量。PSII對大多數類型的植物脅迫敏感。(更多相關信息,請參考opti-Sciences的植物脅迫指南)
Fv / Fm是用于檢測PSII的健康和測量植物脅迫的最常用的熒光參數。為了測得可靠的結果,樣品必須經過一定時間(一般半個小時左右)的暗適應。
實際光合產量(YII)和電子傳遞速率(ETR)是在葉片處于陽光下而沒有暗適應的情況下進行的測試。測量的是光合作用實際發生的情況下的PSII。測量YII和ETR的系統比僅測量Fv / Fm的系統要貴,并且需要測量光照水平(或PAR)和葉片溫度,以獲得可靠的結果。 在某些情況下,這些參數將檢測更多類型的脅迫或能夠比Fv / Fm更快地檢測到脅迫。
熒光儀在研究光合作用的光反應方面也非常有價值??梢杂脽晒鈨x研究光保護機制、狀態轉換和光抑制。
那么為什么要用葉綠素熒光測量來檢測植物脅迫呢?
通常,熒光儀適用于大多數類型的植物脅迫測量。它們提供了一種經濟有效的方法,可以非??焖俚卦谝巴膺M行大量樣品測量。大多數熒光測量只需要幾秒鐘,此外,便攜式熒光儀還提供輕便地野外便攜式測量的解決方案,電池使用時間長。
OS5p+葉綠素熒光儀                         OS1p葉綠素熒光儀                    OS30P+葉綠素熒光儀
                                             
 
 
 
 
 



葉綠素熒光和氣體交換測量相結合:
熒光和氣體交換系統相結合的測量方案配置一般都比較貴,而且也比較重,但他們可以為某些類型的研究提供優勢。
葉綠素熒光和氣體交換相結合的配置方案什么情況下能發揮更大的優勢呢?
1、  低溫脅迫可以與CO2同化產生非線性相關。在低溫脅迫的玉米中,PSII的電子傳遞遠遠超過CO2同化需求。在低溫脅迫下,ETR與CO2同化的比率(ETR/A)可以用來檢測低溫脅迫(Fryer M. J., Andrews J.R., Oxborough K., Blowers D. A., Baker N.E. 1998)。
2、  ETR/A可以用來檢測C3植物的水分脅迫。即使當CO2同化因水分脅迫而減少,C3植物在早期和中等水分脅迫下也表現出強電子傳遞速率。這表明還有其他電子匯用于電子傳輸(Ohashi 2005)。早期水分脅迫測量和檢測的問題可以通過使用加熱和產量法測量來解決,以測量非常早期水分脅迫(Burke 2007)。
3、  紅樹葉子生長在熱帶地區。其電子傳輸速率再次是CO2同化的三倍。據信這主要是由于活性氧物質作為電子吸收劑的參與。 (Baker Oxborough 2004),(Cheeseman 1997)。
4、  在熱脅迫研究中,氣體交換系統可以檢測30攝氏度左右的脅迫,而YII光化學產量只能檢測高于35攝氏度的熱脅迫,可以研究與可逆Rubisco抑制相關的電子傳遞(Haldimann 2004)。
5、  光脅迫研究。在高光照條件下,PSII反應中心未被調制熒光儀中使用的非常高強度的飽和脈沖完全飽和,在這種特殊情況下,可以使用組合設備來測量(Earl 2004)。(OS5p+熒光儀的多次飽和光閃技術使用回歸分析方法可以校正此問題)。
6、  光呼吸的測量。通過結合氣體交換和熒光ETR測量確定光呼吸中CO2的釋放速率。這是第一次可以通過熒光和氣體交換的組合來測量。 這對C3植物的研究具有重要作用,其中由于光呼吸導致碳同化存在曲線相關性... (Long and Bernacchi 2003)。
7、  Gm葉肉導度現在可以用葉綠素熒光和氣體交換系統直接測量。熒光的電子傳遞與氣體交換的ETR之間的差異是葉肉導度的函數。在過去,這只能靠估算,現在它可以直接測量。
                           

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