GXH-3051C植物光和測(cè)定儀

1、.GXH-3051C植物光和測(cè)定儀使用說(shuō)明書北京均方理化科技研究所目 錄1 光和作用概念及影響因素311 光合作用概念和意義312 影響光合作用的因素42  儀器用途和特性53 儀器結(jié)構(gòu)和工作原理631 儀器結(jié)構(gòu)632 儀器工作原理74 主要技術(shù)參數(shù)85 操作使用說(shuō)明951 儀器預(yù)熱和校準(zhǔn)952 儀器的使用10511 儀器的連接10512 閉路光和的測(cè)量11513 其它用法的介紹17514 其它記錄模式的測(cè)量216 故障檢測(cè)及維護(hù)2461 故障檢測(cè)2462 儀器維護(hù)247 裝箱清單248運(yùn)輸與保管259制造廠家承諾251 光和作用概念及影響因素11 光合作用概念和意義光合作用是植物利

2、用太陽(yáng)能，將和合成有機(jī)物，并釋放的過(guò)程。光合作用的總反應(yīng)式為： 由于光合作用的主要產(chǎn)物是糖類，所以光和作用的總表示式可表示為：光合作用是一個(gè)復(fù)雜的氧化還原過(guò)程，其中中的被氧化，而中的則被還原，即 因此，光合作用最突出的三點(diǎn)：被氧化到水平；被還原到糖水平；氧化還原過(guò)程所需能量來(lái)自光能，即發(fā)生了光能的轉(zhuǎn)換、吸收與儲(chǔ)存。所以，光合作用為包括人類在內(nèi)的幾乎所有生物的生存提供了物質(zhì)來(lái)源和能量來(lái)源，對(duì)于人類和整個(gè)生物界都具有非常重要的意義。可以概括為以下幾個(gè)方面：第一， 把無(wú)機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)換成有機(jī)物質(zhì)。第二， 轉(zhuǎn)化并儲(chǔ)存太陽(yáng)能。第三， 使大氣中的氧和二氧化碳的含量相對(duì)穩(wěn)定。第四， 對(duì)生物的進(jìn)化具有重要的作用。從

3、物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)化的角度看，光合作用是生物界中最基本的物質(zhì)代謝和能量代謝。此外，呼吸作用也是植物生命活動(dòng)的基本反應(yīng)過(guò)程，它是指有機(jī)物質(zhì)在生活細(xì)胞中被氧化成和并釋放能量的過(guò)程，是一切生物細(xì)胞都具有的代謝活動(dòng)。呼吸作用的反應(yīng)式為： 呼吸作用的過(guò)程是光合作用的逆過(guò)程。12 影響光合作用的因素影響光合作用的因素有光照（包括光照的強(qiáng)度、光色和光照的時(shí)間長(zhǎng)短）、二氧化碳濃度、溫度、和水分狀況等，以及不同植物的葉片、不同部位以及葉片的葉齡等都是影響光合作用的不可忽視的因素。這些因素中任何一種的改變都將影響光合作用過(guò)程。分別作如下說(shuō)明：（1）光合作用是一個(gè)光生物化學(xué)反應(yīng)，所以光合作用的效率隨著光照強(qiáng)度的增加而

4、加快。因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以通過(guò)延長(zhǎng)光合作用的時(shí)間來(lái)提高農(nóng)作物產(chǎn)量。（2）二氧化碳主要是通過(guò)葉片氣孔進(jìn)入葉子，光合過(guò)程中吸收了大氣中相當(dāng)多的二氧化碳。（3）光合作用過(guò)程是由酶所催化的化學(xué)反應(yīng)，而溫度直接影響酶的活性，因此，溫度對(duì)光合作用的影響也很大。 （4）水分也是光合作用原料之一，缺乏時(shí)可使光合速率下降。水分在植物體內(nèi)的功能是多方面的，葉子要在含水量較高的條件下才能生存，而光合作用所需的水分只是植物所吸收水分的一小部分（ 1% 以下），因此，水分缺乏主要是間接使光合作用下降。影響光合作用的外界條件每天都在時(shí)時(shí)刻刻變化著，所以光合速率在一天中也有變化。另外，呼吸作用的進(jìn)行也會(huì)時(shí)時(shí)刻刻受到這些因素

5、的影響。2  儀器用途和特性在對(duì)植物光合速率的研究中，吸收法因其理論可靠，靈敏度高，可實(shí)時(shí)非破壞對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)量。本研究所生產(chǎn)的紅外線氣體分析儀已經(jīng)具有幾十年歷史，曾為各大院校和研究院所提供了大量的高精度的二氧化碳分析儀，其中一部分用于光合和呼吸研究，但由于只是單一的氣體分析儀，使用時(shí)不方便，為了方便用戶，經(jīng)過(guò)幾年的努力，我們研究出了集筆記本計(jì)算機(jī)和氣體分析于一體的光合呼吸測(cè)量?jī)x器，利用微機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能與存貯功能結(jié)合紅外線分析儀、溫濕度傳感器及光照傳感器，對(duì)植物的光合、呼吸、蒸騰等指標(biāo)測(cè)量和計(jì)算。GXH3051C植物光合測(cè)定儀，主要用于實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量，也可短時(shí)間應(yīng)用于田間或野外對(duì)綠色植

6、物光合作用的跟蹤測(cè)量，并可同時(shí)記錄、濕度、光照、葉室溫度和葉片溫度的數(shù)據(jù)，計(jì)算出植物光合速率、水分蒸發(fā)、水分利用效率、氣孔阻抗等值。用戶可根據(jù)需要對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，以便對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析。 主要特性如下：1 利用筆記本計(jì)算機(jī)和二氧化碳分析儀及葉室之間進(jìn)行通信，接受各傳感器采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采樣周期快，計(jì)算準(zhǔn)確。 2 軟件界面友好，對(duì)各種傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)曲線顯示，操作簡(jiǎn)便 。3 電池容量大，使用時(shí)間長(zhǎng)。特殊用戶可配備太陽(yáng)能電池板，便于野外充電。 4 儀器功能多。用戶可根據(jù)自己的需要進(jìn)行閉路光合，開路光合，閉路呼吸，開路呼吸及環(huán)境因子聯(lián)系采集記錄 。5 葉室設(shè)計(jì)小巧，并配有適合各種葉片的葉室

7、配件，用戶可根據(jù)自己的需要單獨(dú)訂購(gòu)。 6使用方便。體積小、重量輕，可隨身攜帶。氣路和電路連接明確，操作方式及測(cè)定、計(jì)算結(jié)果可以明確地顯示出來(lái)。3 儀器結(jié)構(gòu)和工作原理 31 儀器結(jié)構(gòu)GXH3051植物光合測(cè)定儀由紅外線分析儀、筆記本電腦、葉室、充電電源、筆記本電源包裝箱等幾部分組成。 筆記本電腦紅外線分析儀葉室32 儀器工作原理通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)及其對(duì)應(yīng)的紅外線分析儀，利用對(duì)分析儀（）、溫度（LT、CT）、濕度（RII）、光合有效輻射傳感器（PAR）等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出植物光合速率、蒸騰速率和水分利用率等情況來(lái)得到葉片與植物光合作用的相關(guān)參數(shù)。其工作原理圖如下：葉片LTCT紅外

8、線分析儀（）濕度傳感器（RII）溫度傳感器（CT）溫度傳感器（LT）光合有效輻射傳感器（PAR）顯示數(shù)據(jù)采集與處理光合過(guò)程傳感器信號(hào)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集與處理PAR 圖1 GXH3051植物光合測(cè)定儀工作原理圖將待測(cè)的綠色植物葉片（如樹葉、農(nóng)作物、蔬菜或者花草等的葉片）放入葉室中，通過(guò)各種傳感器將葉片的、溫度、濕度、水分等數(shù)據(jù)采集并通過(guò)串口輸入到筆記本計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和儲(chǔ)存。數(shù)據(jù)采集時(shí)間短，可在10秒鐘內(nèi)完成一次采集，同時(shí)在電腦屏幕上可顯示采集的信號(hào)和數(shù)據(jù)。4 主要技術(shù)參數(shù)1二氧化碳 分辨率：0.1ppm 量程：01000 精度：1%F.S 2相對(duì)濕度分辨率：0.1% 量程: 0100% 精度：2

9、%F.S 3溫 度 分辨率：0.1 量程：050 精度：0.2 4光 照 分辨率：1UE 量程：03000UE 精度：±10UE5電源 充電電源電壓為220V，充電時(shí)間12小時(shí)，工作時(shí)間2小時(shí)以上計(jì)算機(jī)充電2小時(shí)，可工作3小時(shí)儀器工作電壓6V，4AH鎳氫電池6氣路管長(zhǎng)度 1.2米7重量 2.5 公斤5 操作使用說(shuō)明51 儀器預(yù)熱和校準(zhǔn)儀器應(yīng)用紅外測(cè)量原理，植物光合測(cè)定儀使用前應(yīng)先預(yù)熱10分鐘，計(jì)算機(jī)可先不打開。預(yù)熱時(shí)間結(jié)束后即可進(jìn)行測(cè)量或校準(zhǔn)工作。打開前面板電源開關(guān)，使氣泵開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，持續(xù)10分鐘即可完成預(yù)熱過(guò)程。對(duì)于一段時(shí)間未使用的儀器，在預(yù)熱完畢后，需對(duì)儀器進(jìn)行零點(diǎn)、跨度進(jìn)

10、行校準(zhǔn)，否則只進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)即可。（1）零點(diǎn)校準(zhǔn) 預(yù)熱完畢后，旋轉(zhuǎn)面板前面的調(diào)零測(cè)量旋鈕到調(diào)零端，打開儀器氣泵，待一至二分鐘，顯示的數(shù)值穩(wěn)定不變后，調(diào)節(jié)面板上的調(diào)零電位器至顯示的數(shù)值為零，零點(diǎn)調(diào)節(jié)完成。關(guān)閉氣泵，將調(diào)零測(cè)量旋鈕旋至測(cè)量端。（2）跨度校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)氣體調(diào)節(jié)氣體的靈敏度。在完成儀器零點(diǎn)的調(diào)節(jié)后，關(guān)上氣泵開關(guān)，將介于儀器測(cè)量范圍70100%之間的已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣接在儀器的進(jìn)口上，通氣流量為0.5L/min，待顯示穩(wěn)定后，用小鐘表螺絲刀調(diào)節(jié)儀器前面板上的跨度調(diào)節(jié)電位器，將儀器的指示值調(diào)節(jié)與被通入儀器的標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度值相一致?？缍日{(diào)節(jié)完畢后即可進(jìn)行測(cè)量工作。不測(cè)量或正壓取樣時(shí)，應(yīng)關(guān)上氣泵開關(guān)。5

11、2 儀器的使用511 儀器的連接（1） 在使用該儀器時(shí)，您不需要單獨(dú)安裝測(cè)試所需的軟件部分，我們已經(jīng)為您安裝在計(jì)算機(jī)上。首先要做的就是先將筆記本電腦、葉室和紅外線分析儀連接，確保三者之間通信正常。（2） 將葉室的兩根氣路管分別連到儀器上的氣體入口和氣體出口處，其中套有紅色橡皮圈的導(dǎo)管連在氣體入口處，另一根導(dǎo)管連在氣體出口處；葉室尾部中間有兩根導(dǎo)線，白色導(dǎo)線連接GXH3051植物光合測(cè)定儀的信號(hào)輸出，黑色導(dǎo)線為連接筆記本電腦的USB接口（注意：由于USB接口需要專門的驅(qū)動(dòng)，所以用戶在使用時(shí)只有筆記本最外側(cè)的接口可以與葉室之間進(jìn)行通信）。另外，還要將電腦與電源連接上。（3） 如果儀器電池需要充電，

12、將充電器插頭接到220V電源上，充電器的另一個(gè)旋鈕接到紅外線分析儀的后面“外接/充電”上。儀器正常使用時(shí)不接充電器。512 閉路光和的測(cè)量首先，閉路光合的工作原理為：由兩根氣路管在葉室和紅外線分析儀之間連通形成回路進(jìn)行氣體的循環(huán)，在葉片的光合作用吸收放出的過(guò)程中達(dá)到對(duì)濃度降低的測(cè)量，從而計(jì)算出植物光合作用速率等數(shù)據(jù)。閉路光合光合速率的測(cè)定公式為：式中 凈光合速率（） C1C2: 濃度落差（） :測(cè)定時(shí)間（S） S：葉片面積（） V：系統(tǒng)容積（L） T：同化室的溫度（） P：氣壓（MPa） 原理圖如下：葉 室紅外線分析儀氣體輸入氣體輸出筆記本電腦光照 圖 2 閉路光合的工作原理圖我們以閉路光合的

13、測(cè)量為例來(lái)介紹一下儀器軟件部分的使用：（1）首先確保紅外線分析儀預(yù)熱后，將氣泵打開，使其處于工作狀態(tài)。 打開計(jì)算機(jī)桌面上的“photosynthesis”圖標(biāo)，系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。界面如圖3所示： 圖3 系統(tǒng)工作開始界面（2） 如果葉室與主機(jī)之間通信正常，出現(xiàn)對(duì)話框“葉室與主機(jī)之間通信成功！”，點(diǎn)擊窗口中的“確定”或界面上的“取消”按鈕，可進(jìn)入下一步工作狀態(tài)。如圖4所示： 圖4 系統(tǒng)工作狀態(tài)主界面當(dāng)圖4的界面出現(xiàn)時(shí)，選擇“記錄模式”菜單下的“閉路光合測(cè)量”下拉菜單，系統(tǒng)便會(huì)對(duì)植物的閉路光合進(jìn)行測(cè)量。從圖中可看見(jiàn)屏幕上圖表中的葉片溫度、葉室溫度、光照、濕度以及濃度曲線開始從右向左移動(dòng)；在屏幕右方實(shí)

14、時(shí)數(shù)據(jù)欄里實(shí)時(shí)顯示濃度、相對(duì)濕度、葉室溫度、葉片溫度、光照的變化數(shù)據(jù)；并且在此同時(shí)，在紅外線分析儀前面板的顯示屏上實(shí)時(shí)顯示與屏幕右方“濃度”相同的數(shù)據(jù)。將葉室打開，把待測(cè)的新鮮葉片放入葉室內(nèi)，合上葉室保證里面為密封狀態(tài)。將葉室左側(cè)開關(guān)打開，對(duì)葉室內(nèi)的葉片進(jìn)行光照，當(dāng)電腦屏幕右側(cè)的濃度開始穩(wěn)態(tài)下降時(shí)，說(shuō)明了葉室密封良好而不受外界條件的影響，葉片開始進(jìn)行光合作用，此時(shí)才能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和測(cè)量。單擊屏幕右上方“測(cè)量設(shè)置”按鈕，出現(xiàn)下圖所示窗口：如圖5 圖5 閉路光合的參數(shù)設(shè)置選擇菜單中的“閉路光合”項(xiàng)，用戶可對(duì)閉路光合中的“取樣周期”、“葉面積”、“樣品號(hào)”、“系統(tǒng)容積”、“氣體流量”、“取樣地點(diǎn)”、

15、“樣品描述”等進(jìn)行修改和設(shè)定。 取樣周期通常設(shè)在10秒以上，15秒或20秒為宜。 葉面積要看葉片而定。如果是較大的葉片能夠填滿整個(gè)葉室，那么葉面積就是葉室整個(gè)透明窗的面積（24=8）；如果是葉片相對(duì)較小，就需要對(duì)葉面積進(jìn)行實(shí)際的測(cè)量以后填寫。樣品號(hào)是為方便用戶對(duì)植物跟蹤測(cè)量，給植物設(shè)定的編號(hào)。系統(tǒng)容積是閉路光合中很重要的一項(xiàng)參數(shù)。它的值包括了葉室體積、氣路管容積和紅外線分析儀里氣室容積的總合，即該儀器的系統(tǒng)容積為0.07L。 氣體流量由紅外線分析儀上的浮子流量計(jì)直接讀出。“取樣地點(diǎn)”和“樣品描述”用戶根據(jù)自己的情況進(jìn)行填寫。按空格鍵或點(diǎn)擊屏幕右上方“閉路光合”按鈕，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，出現(xiàn) “數(shù)據(jù)采

16、集中”窗口。此時(shí)可出現(xiàn)下面所示情況：如圖6 圖6 數(shù)據(jù)采集進(jìn)行中采集時(shí)間結(jié)束后，可以對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，在數(shù)據(jù)采集完成后，屏幕上的曲線仍在移動(dòng)，曲線的高度也是實(shí)時(shí)變化的，不受采樣周期長(zhǎng)度的影響。 （3）單擊窗口中的“計(jì)算”按鈕，就會(huì)彈出“計(jì)算結(jié)果輸出”窗口。其中對(duì)光和速率、水分蒸發(fā)、水分利用效率、氣孔阻抗等都進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果顯示在窗口中。如圖7所示： 圖7 計(jì)算結(jié)果輸出圖中所顯示的計(jì)算結(jié)果為植物在閉路光合作用時(shí)，計(jì)算數(shù)據(jù)所得的結(jié)果：光合速率=005.05mg/dm.hr水分蒸發(fā)=-050.76mg/dm.hr水分利用效率=-099.6mg/g氣孔阻抗-000.07s/cm 如果將“輸出選擇

17、”里的各項(xiàng)全部選中，那么“計(jì)算結(jié)果輸出”的內(nèi)容將會(huì)完整地記錄在文本文件中。若只選中部分選項(xiàng)，那么“計(jì)算結(jié)果輸出”的內(nèi)容只有相應(yīng)的結(jié)果顯示在文本文件中，點(diǎn)擊“保存”，計(jì)算結(jié)果會(huì)保存在文本暫存區(qū)內(nèi)。用戶測(cè)量完畢后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。保存時(shí)有兩種方法，一種是上面所說(shuō)的保存，另一種是用于可以將多次測(cè)量的結(jié)果保存在文本暫存區(qū)內(nèi)，然后直接點(diǎn)屏幕右上方的“保存”按鈕。用戶在保存測(cè)量的數(shù)據(jù)記錄時(shí)，會(huì)出現(xiàn)下圖所示的窗口：如圖8圖8 對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行保存這樣，就完成了一次簡(jiǎn)單的植物光合作用數(shù)據(jù)采集并計(jì)算的測(cè)量過(guò)程。但是，還有軟件的一些其他功能和用法接下來(lái)向用戶進(jìn)行詳細(xì)介紹。513 其它用法的介紹（1）再回到

18、圖4所示的系統(tǒng)工作狀態(tài)主界面中，菜單欄左上角的“文件”菜單下有“打開、保存、打印、關(guān)閉”四項(xiàng)，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)操作。打開菜單中的“紀(jì)錄模式”下拉菜單，用戶可選擇“閉路光合測(cè)量”、“開路光和測(cè)量”、“閉路呼吸測(cè)量”“開路呼吸測(cè)量”和“環(huán)境因子測(cè)量”進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量。（2）點(diǎn)擊菜單中的“設(shè)置”項(xiàng)，會(huì)出現(xiàn)下拉菜單。點(diǎn)擊下拉菜單中的“采集設(shè)置”，會(huì)出現(xiàn)“測(cè)量設(shè)置”窗口，將在后面詳細(xì)介紹。點(diǎn)擊“顯示設(shè)置”菜單，出現(xiàn)“顯示設(shè)置”窗口。如圖9所示：圖9 顯示設(shè)置窗口“刷新速率”為數(shù)據(jù)采集時(shí)數(shù)據(jù)的刷新速率即每?jī)擅腌娝⑿乱淮??！帮@示區(qū)間”為曲線從屏幕左側(cè)移動(dòng)到右側(cè)整個(gè)過(guò)程所用的時(shí)間。另外，用戶在使用時(shí)可對(duì)實(shí)

19、時(shí)曲線的移動(dòng)方向、曲線填充、顯示模式以及曲線顏色等自行修改和設(shè)置。點(diǎn)擊下拉菜單中“選項(xiàng)”菜單，出現(xiàn)“選項(xiàng)”窗口。如圖10所示：圖10 選項(xiàng)窗口用戶可在這里對(duì)二氧化碳補(bǔ)償?shù)南鄬?duì)偏移、絕對(duì)偏移和通信端口進(jìn)行設(shè)置和選擇。“相對(duì)偏移”在對(duì)紅外線分析儀的校準(zhǔn)時(shí)使用，當(dāng)計(jì)算機(jī)上的讀數(shù)和前面板的讀數(shù)出現(xiàn)偏差時(shí)，需要乘以相對(duì)偏移中的小數(shù)使其達(dá)到讀數(shù)一致?！敖^對(duì)偏移”是當(dāng)計(jì)算機(jī)上的讀數(shù)和前面板讀數(shù)出現(xiàn)偏差時(shí)，加減絕對(duì)偏移中的數(shù)字使其相一致。（3） 單擊“窗口”菜單中的“圖形窗口”菜單，如圖11所示： 圖11 圖形窗口模式單擊“窗口”中的“文本窗口”選項(xiàng)，顯示的文本窗口如圖12所示： 圖12 文本窗口模式 514

20、 其它記錄模式的測(cè)量（1）開路光合的工作原理為，由單根導(dǎo)氣管在紅外線分析儀與葉室之間連通，形成開路。在開路光合測(cè)量時(shí)，通入的氣體濃度必須是已知的（如=500ppm），當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成后，讀出的數(shù)據(jù)（設(shè)為），那么由儀器讀數(shù)在光合作用前后的變化值就是植物光合作用所吸收的的量（設(shè)為）。即：=-開路光合的光合速率測(cè)定公式為： 式中各自母代表的參數(shù)與閉路光合時(shí)一樣，F(xiàn)代表氣體流量。工作原理圖如下：穩(wěn)定氣源輸入葉 室筆記本電腦紅外線分析儀氣體輸出光照 圖13 開路光合測(cè)量工作原理圖選擇“記錄模式”菜單下的“開路光合測(cè)量”，系統(tǒng)進(jìn)入開路光合測(cè)量狀態(tài)。點(diǎn)擊屏幕右上方“設(shè)置”按鈕，選擇“開路光合”菜單，會(huì)出現(xiàn)圖14所示窗口： 圖14 開路光合的參數(shù)設(shè)置在開路光合窗口下，要設(shè)置的參數(shù)的方法與在“閉路光合”時(shí)是相同的。但是“開路光合”中的氣體流量很重要，必須要填寫準(zhǔn)確。另外，“氣源濃度”必須是已知的氣源濃度，不能隨意填寫；“氣源濕度”為空氣的相對(duì)濕度。（2）在植物的呼吸作用中，呼吸強(qiáng)度的測(cè)定公式為： 式中：Q F氣體流速（） C濃度（） W被測(cè)植物重量（kg） T測(cè)定溫度（） 在“閉路呼吸”中，可對(duì)呼吸中的“取樣間隔”、“樣品號(hào)”、“氣體流量”、“氣源濃度”、“樣品屬性”、“備注”進(jìn)行修改和設(shè)置。另外，“開路呼吸”菜單中需設(shè)置的參數(shù)和“閉路呼吸”