GXH-3051C植物光和測定儀

1、.GXH-3051C植物光和測定儀使用說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 儀器結構和工作原理631 儀器結構632 儀器工作原理74 主要技術參數(shù)85 操作使用說明951 儀器預熱和校準952 儀器的使用10511 儀器的連接10512 閉路光和的測量11513 其它用法的介紹17514 其它記錄模式的測量216 故障檢測及維護2461 故障檢測2462 儀器維護247 裝箱清單248運輸與保管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、用太陽能，將和合成有機物，并釋放的過程。光合作用的總反應式為： 由于光合作用的主要產物是糖類，所以光和作用的總表示式可表示為：光合作用是一個復雜的氧化還原過程，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：被氧化到水平；被還原到糖水平；氧化還原過程所需能量來自光能，即發(fā)生了光能的轉換、吸收與儲存。所以，光合作用為包括人類在內的幾乎所有生物的生存提供了物質來源和能量來源，對于人類和整個生物界都具有非常重要的意義?？梢愿爬橐韵聨讉€方面：第一， 把無機物質轉換成有機物質。第二， 轉化并儲存太陽能。第三， 使大氣中的氧和二氧化碳的含量相對穩(wěn)定。第四， 對生物的進化具有重要的作用。從

3、物質轉化和能量轉化的角度看，光合作用是生物界中最基本的物質代謝和能量代謝。此外，呼吸作用也是植物生命活動的基本反應過程，它是指有機物質在生活細胞中被氧化成和并釋放能量的過程，是一切生物細胞都具有的代謝活動。呼吸作用的反應式為： 呼吸作用的過程是光合作用的逆過程。12 影響光合作用的因素影響光合作用的因素有光照（包括光照的強度、光色和光照的時間長短）、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程。分別作如下說明：（1）光合作用是一個光生物化學反應，所以光合作用的效率隨著光照強度的增加而

4、加快。因此在農業(yè)生產上可以通過延長光合作用的時間來提高農作物產量。（2）二氧化碳主要是通過葉片氣孔進入葉子，光合過程中吸收了大氣中相當多的二氧化碳。（3）光合作用過程是由酶所催化的化學反應，而溫度直接影響酶的活性，因此，溫度對光合作用的影響也很大。 （4）水分也是光合作用原料之一，缺乏時可使光合速率下降。水分在植物體內的功能是多方面的，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時刻刻變化著，所以光合速率在一天中也有變化。另外，呼吸作用的進行也會時時刻刻受到這些因素

5、的影響。2  儀器用途和特性在對植物光合速率的研究中，吸收法因其理論可靠，靈敏度高，可實時非破壞對樣品進行測量。本研究所生產的紅外線氣體分析儀已經具有幾十年歷史，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，使用時不方便，為了方便用戶，經過幾年的努力，我們研究出了集筆記本計算機和氣體分析于一體的光合呼吸測量儀器，利用微機強大的計算功能與存貯功能結合紅外線分析儀、溫濕度傳感器及光照傳感器，對植物的光合、呼吸、蒸騰等指標測量和計算。GXH3051C植物光合測定儀，主要用于實驗室的測量，也可短時間應用于田間或野外對綠色植

6、物光合作用的跟蹤測量，并可同時記錄、濕度、光照、葉室溫度和葉片溫度的數(shù)據(jù)，計算出植物光合速率、水分蒸發(fā)、水分利用效率、氣孔阻抗等值。用戶可根據(jù)需要對記錄的數(shù)據(jù)進行保存，以便對實驗的結果進行分析。 主要特性如下：1 利用筆記本計算機和二氧化碳分析儀及葉室之間進行通信，接受各傳感器采集的實時數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采樣周期快，計算準確。 2 軟件界面友好，對各種傳感器進行實時曲線顯示，操作簡便 。3 電池容量大，使用時間長。特殊用戶可配備太陽能電池板，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 葉室設計小巧，并配有適合各種葉片的葉室

7、配件，用戶可根據(jù)自己的需要單獨訂購。 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，操作方式及測定、計算結果可以明確地顯示出來。3 儀器結構和工作原理 31 儀器結構GXH3051植物光合測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 儀器工作原理通過先進的計算機技術及其對應的紅外線分析儀，利用對分析儀（）、溫度（LT、CT）、濕度（RII）、光合有效輻射傳感器（PAR）等進行數(shù)據(jù)采集，通過數(shù)據(jù)處理，計算出植物光合速率、蒸騰速率和水分利用率等情況來得到葉片與植物光合作用的相關參數(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)采集與處理光合過程傳感器信號檢測數(shù)據(jù)采集與處理PAR 圖1 GXH3051植物光合測定儀工作原理圖將待測的綠色植物葉片（如樹葉、農作物、蔬菜或者花草等的葉片）放入葉室中，通過各種傳感器將葉片的、溫度、濕度、水分等數(shù)據(jù)采集并通過串口輸入到筆記本計算機中進行數(shù)據(jù)處理和儲存。數(shù)據(jù)采集時間短，可在10秒鐘內完成一次采集，同時在電腦屏幕上可顯示采集的信號和數(shù)據(jù)。4 主要技術參數(shù)1二氧化碳 分辨率：0.1ppm 量程：01000 精度：1%F.S 2相對濕度分辨率：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，充電時間12小時，工作時間2小時以上計算機充電2小時，可工作3小時儀器工作電壓6V，4AH鎳氫電池6氣路管長度 1.2米7重量 2.5 公斤5 操作使用說明51 儀器預熱和校準儀器應用紅外測量原理，植物光合測定儀使用前應先預熱10分鐘，計算機可先不打開。預熱時間結束后即可進行測量或校準工作。打開前面板電源開關，使氣泵開關處于關閉狀態(tài)，持續(xù)10分鐘即可完成預熱過程。對于一段時間未使用的儀器，在預熱完畢后，需對儀器進行零點、跨度進

10、行校準，否則只進行零點校準即可。（1）零點校準 預熱完畢后，旋轉面板前面的調零測量旋鈕到調零端，打開儀器氣泵，待一至二分鐘，顯示的數(shù)值穩(wěn)定不變后，調節(jié)面板上的調零電位器至顯示的數(shù)值為零，零點調節(jié)完成。關閉氣泵，將調零測量旋鈕旋至測量端。（2）跨度校準用標準氣體調節(jié)氣體的靈敏度。在完成儀器零點的調節(jié)后，關上氣泵開關，將介于儀器測量范圍70100%之間的已知濃度的標準氣接在儀器的進口上，通氣流量為0.5L/min，待顯示穩(wěn)定后，用小鐘表螺絲刀調節(jié)儀器前面板上的跨度調節(jié)電位器，將儀器的指示值調節(jié)與被通入儀器的標準氣體濃度值相一致。跨度調節(jié)完畢后即可進行測量工作。不測量或正壓取樣時，應關上氣泵開關。5

11、2 儀器的使用511 儀器的連接（1） 在使用該儀器時，您不需要單獨安裝測試所需的軟件部分，我們已經為您安裝在計算機上。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管連在氣體入口處，另一根導管連在氣體出口處；葉室尾部中間有兩根導線，白色導線連接GXH3051植物光合測定儀的信號輸出，黑色導線為連接筆記本電腦的USB接口（注意：由于USB接口需要專門的驅動，所以用戶在使用時只有筆記本最外側的接口可以與葉室之間進行通信）。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。儀器正常使用時不接充電器。512 閉路光和的測量首先，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行氣體的循環(huán)，在葉片的光合作用吸收放出的過程中達到對濃度降低的測量，從而計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定公式為：式中 凈光合速率（） C1C2: 濃度落差（） :測定時間（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、測量為例來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熱后，將氣泵打開，使其處于工作狀態(tài)。 打開計算機桌面上的“photosynthesis”圖標，系統(tǒng)進入工作狀態(tài)。界面如圖3所示： 圖3 系統(tǒng)工作開始界面（2） 如果葉室與主機之間通信正常，出現(xiàn)對話框“葉室與主機之間通信成功！”，點擊窗口中的“確定”或界面上的“取消”按鈕，可進入下一步工作狀態(tài)。如圖4所示： 圖4 系統(tǒng)工作狀態(tài)主界面當圖4的界面出現(xiàn)時，選擇“記錄模式”菜單下的“閉路光合測量”下拉菜單，系統(tǒng)便會對植物的閉路光合進行測量。從圖中可看見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；在屏幕右方實

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

15、“樣品描述”等進行修改和設定。 取樣周期通常設在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葉室，那么葉面積就是葉室整個透明窗的面積（24=8）；如果是葉片相對較小，就需要對葉面積進行實際的測量以后填寫。樣品號是為方便用戶對植物跟蹤測量，給植物設定的編號。系統(tǒng)容積是閉路光合中很重要的一項參數(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直接讀出。“取樣地點”和“樣品描述”用戶根據(jù)自己的情況進行填寫。按空格鍵或點擊屏幕右上方“閉路光合”按鈕，進行數(shù)據(jù)采集，出現(xiàn) “數(shù)據(jù)采

16、集中”窗口。此時可出現(xiàn)下面所示情況：如圖6 圖6 數(shù)據(jù)采集進行中采集時間結束后，可以對采集到的數(shù)據(jù)進行計算，在數(shù)據(jù)采集完成后，屏幕上的曲線仍在移動，曲線的高度也是實時變化的，不受采樣周期長度的影響。 （3）單擊窗口中的“計算”按鈕，就會彈出“計算結果輸出”窗口。其中對光和速率、水分蒸發(fā)、水分利用效率、氣孔阻抗等都進行了計算，結果顯示在窗口中。如圖7所示： 圖7 計算結果輸出圖中所顯示的計算結果為植物在閉路光合作用時，計算數(shù)據(jù)所得的結果：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、”里的各項全部選中，那么“計算結果輸出”的內容將會完整地記錄在文本文件中。若只選中部分選項，那么“計算結果輸出”的內容只有相應的結果顯示在文本文件中，點擊“保存”，計算結果會保存在文本暫存區(qū)內。用戶測量完畢后對這些數(shù)據(jù)進行保存。保存時有兩種方法，一種是上面所說的保存，另一種是用于可以將多次測量的結果保存在文本暫存區(qū)內，然后直接點屏幕右上方的“保存”按鈕。用戶在保存測量的數(shù)據(jù)記錄時，會出現(xiàn)下圖所示的窗口：如圖8圖8 對測量數(shù)據(jù)分析結果進行保存這樣，就完成了一次簡單的植物光合作用數(shù)據(jù)采集并計算的測量過程。但是，還有軟件的一些其他功能和用法接下來向用戶進行詳細介紹。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、關閉”四項，用戶可根據(jù)需要進行相應操作。打開菜單中的“紀錄模式”下拉菜單，用戶可選擇“閉路光合測量”、“開路光和測量”、“閉路呼吸測量”“開路呼吸測量”和“環(huán)境因子測量”進行相應的測量。（2）點擊菜單中的“設置”項，會出現(xiàn)下拉菜單。點擊下拉菜單中的“采集設置”，會出現(xiàn)“測量設置”窗口，將在后面詳細介紹。點擊“顯示設置”菜單，出現(xiàn)“顯示設置”窗口。如圖9所示：圖9 顯示設置窗口“刷新速率”為數(shù)據(jù)采集時數(shù)據(jù)的刷新速率即每兩秒鐘刷新一次?！帮@示區(qū)間”為曲線從屏幕左側移動到右側整個過程所用的時間。另外，用戶在使用時可對實

19、時曲線的移動方向、曲線填充、顯示模式以及曲線顏色等自行修改和設置。點擊下拉菜單中“選項”菜單，出現(xiàn)“選項”窗口。如圖10所示：圖10 選項窗口用戶可在這里對二氧化碳補償?shù)南鄬ζ?、絕對偏移和通信端口進行設置和選擇?！跋鄬ζ啤痹趯t外線分析儀的校準時使用，當計算機上的讀數(shù)和前面板的讀數(shù)出現(xiàn)偏差時，需要乘以相對偏移中的小數(shù)使其達到讀數(shù)一致。“絕對偏移”是當計算機上的讀數(shù)和前面板讀數(shù)出現(xiàn)偏差時，加減絕對偏移中的數(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，顯示的文本窗口如圖12所示： 圖12 文本窗口模式 514

20、 其它記錄模式的測量（1）開路光合的工作原理為，由單根導氣管在紅外線分析儀與葉室之間連通，形成開路。在開路光合測量時，通入的氣體濃度必須是已知的（如=500ppm），當數(shù)據(jù)采集完成后，讀出的數(shù)據(jù)（設為），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（設為）。即：=-開路光合的光合速率測定公式為： 式中各自母代表的參數(shù)與閉路光合時一樣，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 開路光合測量工作原理圖選擇“記錄模式”菜單下的“開路光合測量”，系統(tǒng)進入開路光合測量狀態(tài)。點擊屏幕右上方“設置”按鈕，選擇“開路光合”菜單，會出現(xiàn)圖14所示窗口： 圖14 開路光合的參數(shù)設置在開路光合窗口下，要設置的參數(shù)的方法與在“閉路光合”時是相同的。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”為空氣的相對濕度。（2）在植物的呼吸作用中，呼吸強度的測定公式為： 式中：Q F氣體流速（） C濃度（） W被測植物重量（kg） T測定溫度（） 在“閉路呼吸”中，可對呼吸中的“取樣間隔”、“樣品號”、“氣體流量”、“氣源濃度”、“樣品屬性”、“備注”進行修改和設置。另外，“開路呼吸”菜單中需設置的參數(shù)和“閉路呼吸”