光合仪和氧电极测定光合速率的区别及优缺点

目前最流行的测定光合速率的方法是通过测定CO2吸收的红外线CO2气体分析仪法(光合仪)以及通过测定O2释放的氧电极法。然而,究竟那一种方法测定准确,什么样的方法才是最适合自己实验的方法呢?

光合仪和氧电极测定光合速率的区别:

用氧电极测定的光合速率要大于用光合仪测定的光合速率。

根据光合作用的总反应式:

CO2 + 2H2O* + 4.69kJ → (CH2O) + O*2↑+ H2O

无论用氧电极测定O2的释放还是用光合仪(红外线CO2气体分析仪法)测定CO2的吸收测定光合速率应该相同,然而实际情况并非如此。

光合作用过程中每生成一个O2分子将会有四个电子进入电子传递链,经过电子传递体的电子传递过程,传递给NADPH,NADPH和ATP还原一个CO2分子,这种情况下是相等的。然而,电子经电子传递链后并非都将电子传递给NADPH。部分电子传给氧,进入米勒反应,还有部分电子用在氮(N)代谢和硫(S)代谢和光呼吸过程中,在逆境条件下用来非还原CO2的电子比例增加。因此,实际情况下并非是每释放一个O2分子就吸收一个CO2分子。

再者液相氧电极测定O2的释放过程是在NaHCO3溶液中进行的,NaHCO3溶液提供饱和CO2,且消除了气孔限制对光合速率的影响。气相氧电极测定O2的释放也是在饱和CO2条件下测定,还有就是氧电极测定光合速率是在离体条件下测定。而光合仪(红外线CO2气体分析仪法)测定CO2的吸收,受到气孔和CO2浓度的限制,因此用光合仪和氧电极测定的光合速率的的大小是不一致的。一般来说,用氧电极测定的光合速率要大于用光合仪测定的光合速率。

 

光合仪和氧电极测定光合速率各自的特点:

氧电极

氧电极测定的光合速率不能真正反映植物在实际条件下的碳同化速率。但在某些研究中,人们需要知道植物的放氧速率,比较植物放氧和同化CO2速率的差异,从而了解光合电子在不同途径的分配情况。加入不同的抑制剂,可以研究光合电子传递途径,氧电极法除了可以测定光合速率外,还可以用于测定各种生物体及活性物质的耗氧或放氧反应,例如可以测定某些酶的活性及呼吸途径的研究,并且能够很好地控制反应条件。用氧电极测定光合速率可以消除气孔限制对光合的影响,为科研提供有力的数据支持。最重要的一点就是应用液相氧电极,可以测定一些光合仪不能测定的小的植物材料如藻类、苔藓类、浮游植物、悬浮细胞、芽、茎等的光合速率。

然而,作为光合速率的测定方法,氧电极法测定指标单一,不能测定气孔导度、蒸腾速率、CO2补偿点、CO2饱和点等光合作用重要参数。

用氧电极研究植物的光合速率目前主要的产品有英国Hansatech科学仪器公司生产的Chlorolab系列及Oxygraph等型号的液相氧电极和Leaflab系列的气相氧电极,美国Yellow Springs仪器有限公司生产的YSI-53型生物氧监测仪等。

光合仪

很多刚入学的研究生会觉得光合仪就是测定光合速率,我当时也是这么想的,其实不然,光合仪有着广泛的用途。

光合仪用来从事植物叶片光合作用、蒸腾作用、呼吸作用等相关研究。测量参数包括CO2浓度、净光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度、气孔导度、大气湿度、空气温度、叶片温度、蒸汽压亏缺、大气压、光强、、Ci/Ca等,并且通过系统自带的自动测量程序测定植物的光—光合响应曲线、CO2—光合响应曲线、温度—光合响应曲线、湿度—光合响应曲线等各种响应曲线的测定,并且可以通过这些响应曲线计算出RuBP羧化效率、表观量子产量、光补偿点、饱和光强、CO2补偿点、CO2饱和点、温度补偿点、RuBP最大再生速率以及光合作用气孔限制值等一些非常有用的生理生态参数。通过对测定条件的控制我们还可以研究能量的分配以及光呼吸。

目前被广泛使用的光合仪一般都采取开放式气路设计开放式气路系统采用双气室红外仪,使未经过同化室的气体作为参比气进入一个气室,使从同化室出来的气体作为样本气进入另一个气室,由红外监测器检测出参比气和样本气的CO2浓度差,根据其浓度差、同化室中叶片面积和气体流量计算出光合速率。由于该方法快速、准确,又弥补了密闭式气路系统的一些不足,所以应用越来越普及。

然而,光合仪由于受叶室类型的限制不方便测定藻类、苔藓类以及小的浮游植物,悬浮细胞、苹果果皮,幼芽等材料的光合速率。

常见的光合仪有美国(原英国)PP Systems公司的CIRAS-2型便携式光合仪以及Licor公司的光合仪。

 

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