实验1

    基本光合参数的测定（Pn、Gs、Ci、E等）

    获得的参数： Pn（净光合速率）、E（蒸腾速率）、Gs（气孔导度）、Ci（细胞间隙CO2浓度）。

    实验准备：

    选择晴朗的天气，测定时间以上午8：30－11：30。

    实验前一天将仪器充满电，检查仪器的吸收管，调试好仪器。

    实验当天将要测定的植物材料提前半小时放到光下进行充分光适应。

    实验步骤：

    1 开机前接好所有电信号插口，光源，开机预热，仪器预热结束后进行自动调零和差分平衡，然后进入测定界面。（具体操作见CIRAS－3使用说明书）。

    2 参数设定

    右图中最下方A，V，Q，C，H，T设定如下，点击修改即可：

    A：2.5 （圆形叶室）或1.7 （水稻形叶室） V：200 一般不需要更改

    C：如果是使用大气则设为0，使用钢瓶设定为380

    H：70－95，根据测定当日的湿度情况适当选择，一般设定为95

    Q：对于阳生植物设定为1000或1200，阴生植物设定为600或800

    T：点击T， 一般不需控温的时候选择“None”

    3 点击“Recording” → “Bgain”在弹出的对话框中输入保存的文件名。

    4设定结束后，用叶室夹上光下适应好的叶片，等屏幕上的线稳定（数值稳定）后点击“Singal”记录数据，或者将光合速率（Pn），气孔导度（Gs），蒸腾速率（E），细胞间隙CO2浓度（Ci）的值记录在本子上。

    5 记入完毕后，更换另一片光适应好的叶片重复步骤4的过程

    6 实验结束后，点击“File” → “Exit”退出软件界面，关机。

    实验2

    光合日变化测定

    实验准备及要求：

    选择晴朗的天气。测定日变化时对照和处理材料必须时同一天测定，不同天测定的不能比较。

    实验前一天将仪器充满电，检查仪器的吸收管，调试好仪器。

    一般日变化测定时间为：6点8点10点12点14点16点18点。（用户可以根据自己的实验适当减少一个点）

    实验步骤：

    1将叶室的光源取下，开机前接好所有电信号插口，开机预热，仪器预热结束后进行自动调零和进行差分平衡，然后进入测定界面。（具体操作见CIRAS－3使用说明书）。

    点击“Setting”，在下拉菜单中点击“Parameters”，弹出对话框：

    2参数设定

    A：2.5 （圆形叶室）或1.7 （水稻形叶室） V：200 不需要更改

    C：如果是使用大气供气则设为0，使用钢瓶供气设定为380

    H：70－95，根据测定当天的湿度情况适当选择，一般设定为95

    Q：AM

    T：点击T选择“None”

    3 点击“Recording” → “Bgain”选择“Key Press” → “Ok”，在弹出的对话框中输入保存的文件名和保存路径。

    4设定结束后，用叶室夹上光下适应好的叶片，等屏幕上的线稳定点击“Singal”记录数据，或者将Pn， Gs， E，Ci的值记录在本子上。

    5 记入完毕后，更换另一片光适应好的叶片重复步骤4的过程

    6 一个时间点测定结束后，点击“File” → “Exit”退出软件界面，关机。

    7 下一个时间点提前20分钟开机，预热，重复步骤2以后的步骤。

    数据处理：

    以时间点为横坐标以Pn为纵坐标作图：

    大豆干旱和水涝处理后与对照相比日变化的变化情况，日变化曲线与X轴围成的面积为叶片一天光合的净积累，面积越大表明产出越多。

    实验3

    光强－光合响应曲线的测定

    可获得的参数：不同光强下的Pn、E、Gs、Ci。光合响应曲线以及由曲线得到的AQY（表观量子效率）、饱和光强、光补偿点以及暗呼吸速率。

    实验准备：

    选择晴朗的天气，测定时间以上午8：30－11：30。

    实验前一天将仪器充满电，检查仪器的吸收管，调试好仪器。

    实验当天将要测定的植物材料提前半小时放到光下进行充分光适应。按照光强1200、1000、800、600、400、300、200、100、50、0μmol ·m·s的顺序做光－光合响应曲线。（光强顺序可以根据自己的实验要求做改动）[5]

    实验步骤：

    1 开机前接好所有电信号插口，光源，开机预热，仪器预热结束后进行自动调零和进行差分平衡，然后进入测定界面。（具体操作见CIRAS-3使用说明书）。

    2 参数设定

    图中最下方A，V，Q，C，H，T设定如下，点击修改即可：

    A：2.5 （圆形叶室）或1.7 （水稻形叶室） V：200 不需要更改

    C：如果是使用大气则设为0，使用钢瓶设定为380

    H：70－95，根据测定当日的湿度情况适当选择，一般设定为90

    Q：1200

    T：点击T，需要控温时选择“Enter Value”输入温度值。不需控温的时候选择“None”

    3 点击“Recording” → “Bgain”在弹出的对话框中输入保存的文件名和保存路径。

    4设定结束后，用叶室夹上光下适应好的叶片，等屏幕上的线稳定后（一般2-3分钟）点击“Singal”记录数据，。

    点“Q”将光强改为1000，数值稳定后点“Singal”记录数据。

    点“Q”，将光强改为800，数值稳定后点“Singal”记录数据，依次将光强Q改为600、400、300、200、100、50、0，数值稳定后点“Singal”记录数据，（或者将Pn， Gs， E，Ci的值记录在本子上）。每换一个光强稳定1-2分钟就可以记录数据。（测定一条光响应曲线一般要20-30分钟）

    5 记入完毕后，点击“Q”重新设为1200，更换另一片光适应好的叶片重复步骤4的过程

    6 实验结束后，点击“File” → “Exit”退出软件界面，关机。

    数据处理：

    以光强为横坐标以Pn为纵坐标作图：

    Pn：叶片光合作用速率；Ps：光饱和的光合速率（次点对应的光强为饱和光强）：R：暗呼吸速率；前面三个参数的单位均为μmolCO2·m·s；PFD：光强；г：光补偿点（曲线与X轴的交点），两者单位均为μmol photons·m·s；Φ：表观光合量子效率AQY（直线部分的斜率），单位为mol CO2/mol photons。

    品牌

    国内外市场的光合仪档次参差不齐，国产与进口光合仪水平相差甚远，不同档次的光合仪应用于不同领域，价格从几千元到几十万元不等。在此拿国内外认可度较高的PP SYSTEMS公司生产的CIRAS-3便携式光合作用测定系统举例。

    主要功能

    主要用于从事植物叶片光合作用、蒸腾作用、呼吸作用、叶绿素荧光等相关研究，配置土壤呼吸室，可用于进行土壤呼吸作用研究。

    2.测量参数包括CO2浓度、H2O浓度、空气温度、叶片温度、相对湿度、蒸汽压亏缺、露点温度、大气压、内置光强、外置光强、净光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度、气孔导度、Ci/Ca，Fo、Fm、Fv/Fm、Fo’、Fm’、Fv’/Fm’、qP、qN、ETR、光系统II量子效率和NPQ等等。

    主机部分技术指标

    四个独立的高精度非分散的红外线CO2/H2O分析仪，具有自动调零、自动差分平衡技术，避免在环境CO2发生剧烈波动时未及时进行手动匹配而得到错误实验数据情况的发生；四个分析仪分别测定参比和分析气路中CO2和H2O气浓度，分析仪可用于开放式或密闭式测定。红外分析仪设计在主机内部，保证其安全性和运行的稳定性。

    CO2测定范围： 0-10000μmol mol-1

    CO2精度： 300μmol mol-1时为0.2μmol mol-1

    1750μmol mol-1时为0.5μmol mol-1

    10000μmol mol-1时为3μmol mol-1

    CO2控制范围：0-2000μmol mol-1

    H2O测定范围：0-75mb

    H2O精度：0mb时为0.015mb

    10mb时为0.020mb

    50mb时为0.030mb

    H2O控制范围：0-露点

    压力范围：65-115kPa

    稳定性：定期自动调零和差分平衡校准功能可以有效消除因环境及其他原因造成仪器零点漂移，提高实验效率，加强实验结果可靠性

    空气采样：内置取样泵决定参比气和分析气的流量，可以在50-100 cc min-1内设定。

    叶室供气：叶室供气可在0-500cc min-1范围内设定

    辅助端口：一个外接设备接口

    数据更新速率：1.6s

    数据输出：USB数据传输接口和USB外接设备接口（如鼠标、U盘等），仪器操作、数据传输等更加便捷高效

    仪器显示：VGA半透射式的材质LCD屏液晶显示器（7.0寸），在野外强光下清晰显示实时数据

    用户输入：27键

    电源：内置大容量可充电锂电池，体积小、重量轻、效率高，连续工作8小时

    操作环境：0-50℃

    外壳：超轻耐磨人体舒适学设计的聚亚安酯铝型材

    尺寸：27.5 cm (W) x 14.5 cm (D) x 24 cm (H)

    重量：主机重量4Kg

    叶室部分技术指标

    结构： 铝合金叶室手柄；配备有红外过滤功能的叶室窗口材料；不锈钢泵轮

    LCD显示：叶室手柄上2行×16字符LCD显示器，与主机显示屏呼应，显示实时实验数据，简化实验人操作，提高实验效率

    按键：两个键分别用来记录和调节LCD

    叶室视窗尺寸： 18mm直径 、面积2.5cm2；

    25×18mm 、面积4.5 cm2；

    25×7mm 、面积1.75cm2

    自动控温：的叶室温度控制，可以在大气温度上下10℃内控制，控温范围：5-45℃

    气温探头：热敏电阻，测定精度±0.5℃[2]

    叶温探头：红外辐射探头，非接触式测定叶片温度，保护实验材料，延长探头使用寿命

    测定精度±0.5℃

    内置PAR探头：测定范围0-3000μmol m-2 s-1，积分400-700nm的光，分辨率为1μmol m-2 s-1

    外置PAR探头：测定范围0-3000μmol m-2 s-1，积分400-700nm的光，分辨率为1μmol m-2 s-1

    尺寸：32 cm (L) x 4 cm (W)

    重量：叶室手柄重量1Kg。

    光源部分技术指标

    全自动红、蓝、绿、白四色LED光源，自动控光范围：0-2500μmol m-2 s-1

    红光波峰625nm+/-5nm，半峰宽15nm

    绿光波峰528nm+/-8nm 半峰宽40nm

    蓝光波峰475nm+/-10nm 半峰宽28nm

    白光波长425-650nm

    1、稳定性

    2、环境因子的精确控制能力（光、温、水、气）

    3、便携性

    4、续航能力

    5、高水平文献引用情况

    6、测得数据的可靠性

    7、售后服务水平

    世界上各大品牌的光合仪均采用红外线气体分析仪检测二氧化碳的吸收速率以测定光合速率。

    红外线气体分析仪（IRGA）的基本原理

    许多由异原子组成的具有偶极距的气体分子，如CO2、CO、H2O、SO2、N2O、NH3等，在波长2.5～25微米的中段红外光区都有特异的吸收带，红外光经过上述气体分子时，与气体分子振动频率相等能够形成共振的红外光，便被气体分子吸收，使透过的红外光能量减少，被吸收的红外光能量的多少与该气体的吸收系数(K)、气体浓度(C)和气层的厚度(L)有关，并服从朗伯-比尔定律：

    E=Eoe

    式中：Eo-入射光能量；E-透射光能量。

    CO2在中段红外光区的吸收带有4处，吸收峰分别在波长2.69、2.77、4.26和14.99μm处，其吸收率分别为0.54%、0.31%、23.2%和3.1%。其中峰值为4.26μm的吸收波长最强，且不与H2O的吸收带重叠，而2.69和2.77μm的吸收带则与H2O的吸收相重叠。

    H2O吸收红外线的吸收峰值为2.59μm，同样的原理应用红外线技术可以准确地测量气体中水分的含量。[2]

    红外仪的结构及工作方式

    一台红外线CO2或H2O气体分析仪由4个基本部分组成：红外线辐射源、气室、滤光片和检测器 ，气室中有CO2或H2O存在时到达检测器的辐射能量减少，从而检测器输出信号。作差分测量时需要有两个平行的气室，并且所用的检测器也必须能够测出两个气室吸收的辐射能的差值。

    ① 红外线辐射源 红外线辐射源是由镍铬合金或钨丝绕制成20欧姆的螺旋形园柱体，螺旋丝包上一层氧化物。用低电压电源加热，温度升至600～800℃之间发出暗红色光，发射出0.7～7μm的连续波长的红外光。这种精细的金属螺旋丝必须安装牢固，以减少振动，否则会给检测器信号带来随机噪音，通常把辐射源埋置在一种透明的陶瓷材料中以防止任何振动。

    在双气室红外仪中，要求使用双光束，必须有两条平行的红外辐射光源。一般有两种方法，可以做到这一点，一种是使用串联在同一电路中的两个辐射源，另一种是利用一个辐射源，借助反射器把光束分开导入两个平行的气室。后一种方法避免了两个辐射源不同步老化而造成能量差异较大的难题。

    ② 气室 气室相当于液体比色分析中的比色杯，所不同的是它所盛装的是被测气体而非液体。气室一般为金属圆筒，两端镶以氟化钙制成的小窗，可以透过红外线，筒内壁镀金，镀金是为了限度地反射光线，两端有气口。作值测量即检测CO2或H2O浓度使用的红外仪一般为单气室，而应用于光合作用研究的红外仪除了能进行值测量外同时具备差分测量CO2浓度或H2O的含量的功能。应用于光合作用研究的红外线CO2或H2O分析仪多数为双气室或多气室，一个为分析气室，另一个作为参比气室（图2-2）。利用开放式气路系统进行测定光合速率时，一个气室中检测进入同化室之前的CO2浓度（参比气，R），另一个气室检测流经同化室之后的CO2浓度（分析气，A），仪器给出的信号即为进入同化室前后的气体中的CO2浓度差。

    ③滤光器滤光器是将光源发射的一段波长的光过滤，只允许某单色光通过。检测CO2浓度的滤光器只让4.26μm±0.1μm波长的红外光透过，检测H2O的波长为2.59μm。

    ④ 检测器 红外辐射能量能否被检测，是气体分析仪成败的关键。世界各国用以检测红外线能量的检测器种类较多，概括起来有两类。

    其一是光导检测器，这类检测器是一类半导体的物质（如锑化铟-InSb），因红外辐射引起其电阻改变而被检测。各种类型的红外线气体分析仪绝大多数采用这一检测原理，该原理在QGD-O7型红外线CO2气体分析仪工作原理中叙述。

    半导体检测器受温度影响较大，为了提高检测器的稳定性，增加了控温装置，将检测器周围的温度控制在55℃，测量精度和稳定性大大提高。

    其二是一种气体热敏计，常称薄膜微音器。九十年代以前生产的红外线CO2分析仪，多数采用这类检测器。因该检测器易漏气和机械振动增加测量误差，已经淘汰。

    这种气动检测器，最早由美国矿山安全用品公司费因格洛夫设计，形式颇象现代电话耳机膜片的装置，称为单边式微音检测器。它的工作原理是热辐射使膜片一侧气压变化，并使其与固定电极间距离缩小，电容量增加，从而达到检测外热的强度。

    红外线CO2气体分析仪的类型

    分为单气室和双气室。

    光合作用测定系统主要采用开放式气路系统，进行CO2和H2O的差分测量，使用的红外线气体分析仪为双气室、四气室或多气室，最精确的分析仪具有4个气室。

    PP Systms公司的CIRAS-3型光合作用测定系统具有4个气室，其中两个气室测定CO2，一个作参比气室，另一个作分析气室；另外两个气室测定参比和分析气体中的H2O。