使用Li—6400進行光合特性研究應注意的問題

摘要： 以楊樹為例，從光合作用測定時間、葉片選擇、測定過程、數據處理4個方面，介紹了使用Li-6400便攜式光合作用測量系統進行光合特性研究中應注意的問題，以提高測定的準確性。

關鍵詞： 楊樹； 光合特性

中圖分類號： S 712 文獻標識碼： C

文章編號： 1001 - 9499 （2018） 02 - 0057 - 03

光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成有機物，并釋放出氧氣的過程。這一過程十分復雜，并受到外界環境因子（如光照強度、空氣相對濕度及大氣溫度等）和內部自身因素的影響。隨著科學研究的不斷深入，越來越多的學科，如植物生態學、植物生理學、農學、林學等的研究中涉及光合作用的測定[ 1 ]。在林業上，對樹種光合特性的研究已較為普遍，樹種光合特性的研究對解釋和預測內、外因子如何影響樹木的生長、發育及物質生產過程中能量吸收、固定、分配及轉化起到十分重要的作用[ 2 - 3 ]。Li-6400便攜式光合作用測量系統作為目前較常規使用的研究手段，不僅可以通過控制葉片周圍的CO2濃度、H2O濃度、溫度、相對濕度、光照強度和葉室溫度等相關環境條件對植物光合作用進行研究，還可以進行葉綠素熒光、植物呼吸、植物蒸騰、群落光合及土壤呼吸等多項指標的測定，這些功能使Li-6400成為生理生態學研究領域重要的基礎研究設備。

本文結合實際，以楊樹為例，對使用Li-6400便攜式光合作用測量儀進行光合特性研究中應該注意的一些問題進行探討。

1 光和特性的測定

1. 1 測定時間

在進行田間野外測定時，要選擇無云無風或少云無風的晴天，以確保室外太陽光強度相對穩定的條件。在陰雨天氣過后，植物的光合活力往往低于正常值，因此不應在天氣轉為晴朗后立即進行光合作用測定，至少要等待半天或一天的時間。有研究表明，不同天氣（陰雨天或晴天）對測定結果有顯著影響[ 4 ]。

光合作用對外界環境有較高的靈敏度，例如外界的溫度、濕度及光照強度等，因此即便在一天當中，也要選擇適宜的時段進行光合作用測定。在晴朗天氣，光照強度和溫度等因子由早至晚呈現規律性變化，上午逐漸升高，中午前后達到最大值，下午逐漸降低，葉片的光合作用速率也依此規律變化。早晨，光照強度及溫度均較低，光合作用處于逐步增高的光合誘導期，因此，在研究不同處理或品種的對比測定時，一定要在誘導期結束、光合作用達到穩定狀態時再進行測定。同時，為了避免光合“午休”現象的發生[ 6 ]，最適宜的測量時間可選在上午9：00-11：00AM。

1. 2 葉片的選擇

實測中發現，不僅不同健康狀況、葉齡、葉位的葉片光合速率不同，葉片的取向和著生角度也會對光合速率產生影響。因此，首先應選擇無病蟲害、無損傷、水分和營養狀況良好的葉片，即選擇生長健康的葉片進行測定；其次，要求葉齡一致，避免葉片原來狀態發生改變，包括方向、位置等，同時注意避免葉片之間的遮擋；最后，如果進行光合速率等對比試驗，則應保持葉片生長環境一致，且能代表滿足試驗目需要的葉片生長微環境，還應保證不同葉片的外部環境設置相同（如流速、葉溫、濕度等）。

另外，一般采用活體葉片測量光合作用。如在實際測定過程中，活體測定存在困難需要離體測定時，必須在水下剪斷枝條或葉柄，并將其插在水中。因為在空氣中剪斷，導管內水柱收縮后空氣會進入，之后將其插入水中，水分也難以再進入葉片，從而導致水分脅迫，影響測定結果。

2 使用Li-6400進行測定時的注意事項

2. 1 關注光環境與光強度之間的差距

凡是利用Li-6400光源進行控光試驗的光合測定，包括光響應曲線和CO2響應曲線，在測定過程中需要查看g行參數PARout（植物所處光環境）和所控光強之間的差距，如果差距較大，則需要考慮進行光誘導，在飽和光強下至少誘導20 min以上。此飽和光強不能太大，否則可能產生光抑制，需提前確定最適誘導光強和誘導時間。

2. 2 光下平衡時間

在進行凈光合速率測定時，需要注意不同植株葉片凈光合速率穩定時間存在的差異；為了準確測定或比較不同植株間的光合能力的差別，需要提前確定光下穩定時間。

2. 3 飽和光強

在測定植物CO2響應曲線之前，需知道其飽和光強，這個數值需要預備試驗來確定。

2. 4 表觀量子效率測定

根據Li-6400的操作指南，在測定表觀量子效率（AQY）時應注意以下幾個問題：一是為了消除光呼吸的影響，應在高CO2和低O2的條件下測定；二是為了保證測定的準確性，植株必須無光抑制和光破壞的情況；三是在用光響應曲線計算時，注意取點數和取點范圍，一般最適宜取點數為5～8個，取點范圍在20 μmol/m2·s2. 5 光響應曲線測定

在測定楊樹光響應曲線時發現，在20 μmol/m2·s<

PPFD<150 μmol/m2·s范圍內至少設定5個點，得到的曲線較理想。

如果光響應曲線和CO2響應曲線在同一天測定，則應盡可能采用不同的葉片，但要求兩片葉片的生長環境、生長狀況及葉齡等因素相對一致。

有些試驗工作除了需要測定光合作用外，還需要進行色素含量、礦質元素、同工酶以及生物化學和分子生物學方面的分析。為了試驗的準確性，用于其它試驗測定的葉片和光合作用測定葉片應相同。具體做法：光合作用測定結束后，立即取下葉片，液氮冷凍，-70 ℃保存。

2. 6 其 它

因光合作用受外界因子的影響，為了使對比試驗具有可比性，應合理安排處理或品種的數量，以避免較長的測定時間導致環境因素的變化，進而對測定結果產生影響。根據近幾年的田間野外實測經驗，在進行光合速率測定時，處理或品種總數量最好不大于4個，每組測定的葉片數量最好為10片。當然，也可根據試驗設計和統計分析結果來確定最佳的處理數量和重復次數。

3 數據處理及結語

3. 1 光合作用受植物體內因及外界環境因素的雙重影響，只有了解植物的生理狀態和環境條件，才能對光合速率的變化做出合理的解釋。在撰寫論文時，應給出外界環境因素（溫度、濕度、光強等）的數據；在測定時要時刻關注和分析所得結果的客觀性，各指標值是否在合理范圍內。如C3植物光合作用光飽和點是否小于2 000 μmol/m2·s，CO2補償濃度是否大于10 μmol/μmol等[ 7 ]。

3. 2 如果想了解楊樹品種的最大凈光合速率、光飽和點、光補償點等指標，需要對植株進行光響應曲線的測定。試驗數據的擬合需要采用光響應模型，目前，較為常用的光響應曲線擬合模型有直角雙曲線模型[ 8 ]、非直角雙曲線模型[ 9 ]、直角雙曲線修正模型[ 10 ]和指數模型[ 11 ]等。對于初學者來說，光響應模型種類繁多，如何選擇適宜的模型顯得尤為重要。每種植物適用的模型不一定相同，需要進行比較分析，如閆小紅等[ 12 ]采用上述4種模型對4種水稻品種的光合光響應曲線進行了擬合，發現直角雙曲線修正模型對水稻的適用性較好。同一種植物在不同的環境條件下，適宜的擬合模型也不一定相同，如梁文斌等[ 13 ]研究短梗大參光合作用光響應曲線時發現，在全光照條件下，分段函數是短梗大參最適宜的光響應曲線擬合模型，在蔭蔽條件下，直角雙曲線修正模型是短梗大參光響應曲線最適用的分析模型。同時，現在分析軟件眾多，可以采用統計軟件進行數據處理，如SPSS、DPS[ 14 ]等。

3. 3 隨著現代化光合測定系統的推廣，植物光合作用的測定也越來越簡便、快捷[ 15 ]。但基于光合作用受植物體自身及外界環境雙重影響的特點，如不注意測定時間，采用任意葉片進行測定，甚至后期數據處理不當，往往會使測定結果失去實際意義。

參考文獻

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第1作者簡介： 李曉宇（1982-）， 女， 工程師， 碩士研究生， 主要從事楊樹栽培等生理研究。

（責任編輯： 潘啟英）