光合儀使用中的常見問題及維護方法

摘要：光合儀是一種被廣泛應用于生物學、農學、林學、生態學、環境科學等領域的精密儀器，可以系統測定植物組織的光合作用、蒸騰作用、呼吸作用等H2O和CO2氣體交換指標與環境參數。由于光合儀的測定結果影響因素較多，故障率高，因此，光合儀需要精心維護和定期檢修，才能有效減少測定結果錯誤、儀器損壞等現象的發生。根據作者長期使用和維護光合儀的經驗，系統總結了光合儀在日常使用過程中的操作細節和注意事項，為光合儀的管理維護和規范化使用提供參考。

關鍵詞：光合儀"""光合參數"""操作細節"""儀器維護"""注意事項

Common"Problems"and"Maintenance"Method"in"the"Use"of"Photosynthetic"Instrument

-"Taking"Targas-1"Type"as"an"Example

HOU"Huilin""FAN"Bingxuan""ZHANG"Wenrui""ZHANG"Yuzhe""QIU"Nianwei""WANG"Renjun*

College"of"Life"Sciences，"Qufu"Normal"University，"Qufu，"Shandong"Province，"273165"China

Abstract：The"photosynthetic"instrument"（PI）"is"a"precision"instrument"widely"used"in"the"fields"of"biology，"agriculture，"forestry，"ecology"and"environmental"science，"which"can"systematically"determine"the"photosynthesis，"transpiration，"respiration"of"plant"tissues"and"other"H2O/CO2"gas"exchange"indexes"and"environmental"parameters."Due"to"the"fact"that"there"are"many"factors"affecting"the"determination"results"of"PI，"and"the"determination"failure"rate"is"high."Therefore，"careful"maintenance"and"regular"overhaul"are"needed"to"reduce"the"occurrence"of"determination"result"errors"and"instrument"damage."Based"on"the"author's"long-term"experience"in"using"and"maintaining"PI，"the"operation"details"and"precautions"in"the"daily"use"of"PI"were"systematically"summarized，"which"could"provide"reference"for"the"management，"maintenance"and"normalized"use"of"PI.

Key"Words：Photosynthetic"instrument;"Photosynthetic"parameters;"Operation"details;"Instrument"maintenance;"Precautions

光合儀可通過精確控制光照、濕度、溫度、CO2濃度等環境條件，利用紅外線氣體分析儀靈敏檢測植物組織內外H2O和CO2的濃度變化，自動計算植物光合氣體參數，因此又被稱為CO2/"H2O紅外分析儀[1]。光合儀用途廣泛，可以測定大氣CO2濃度、氣溫和濕度，葉片溫度，光照強度等參數，據此計算出植物的光合速率、蒸騰速率、呼吸速率、細胞間CO2濃度、氣孔導度、水分利用效率[2]、氣孔限制值、非氣孔限制值等光合作用指標。配備可控光源和CO2鋼瓶的光合儀可以測定光強-光合響應曲線與CO2濃度-光合響應曲線，并依此計算出光合組織的羧化效率、CO2補償點、CO2飽和點、表觀量子效率、光補償點、光飽和點等參數[3]。配備不同規格的群體同化室，可以測定植物群體光合參數；配備呼吸室，還可以測定各種生物材料與土壤的呼吸強度。高端的光合儀與葉綠素熒光儀相整合，實現了氣體交換參數和熒光參數同時測定。豐富的生理數據使光合儀在生物學、農學、林學、生態學和環境科學等領域都得到廣泛應用。

目前，光合儀仍以進口設備為主，屬于比較昂貴的大型設備，維護成本高。該儀器操作細節多，對環境條件要求高，儀器靈敏且易損壞，再加上使用人員培訓不足，常常無法獲得可靠的測定結果，儀器故障率也較高，降低了光合儀的使用效能。雖然前人對光合儀的主要操作注意事項進行了總結[4-7]，但仍有很多細節未被關注。本文以美國PPSystems公司生產的Targas-1型光合儀為例，從測量準備、儀器安裝、儀器調試、數據測量、數據記錄和計算、儀器維護等6個方面，系統總結了本實驗室關于光合儀使用和維護方面的經驗，為光合儀的規范化使用和管理提供參考。

1"測量準備

1.1"儀器準備

（1）測量前，給儀器充滿電，充電時間一定不要超過8"h，避免過充電導致電池損壞。電池電量可開機查看，電量低于10%時，儀器會發出警告，此時充電4～6"h即可充滿（滿電顯示100%）。每虧電20%，充電1"h左右。電量過低時，測量結果不準確。

（2）外接電源既可以給主機供電，也可以給內置電池充電。虧電狀態下，緊急使用光合儀，可以連接外接電源測定。

（3）使用前，檢查儀器背后的吸收劑，3種吸收管內的吸收劑變質后，須及時更換[4]。3種吸收劑更新完畢后，立即安裝到儀器上。儲備的吸收劑要用封口膜密封保存，防止變質。

堿石灰用于控制CO2的濃度，變質后變為淡紫色，長時間不用又會恢復白色，當有1/2的堿石灰變質時，需要及時更換變質的部分。堿石灰不能再生，變質的堿石灰請丟棄。干燥劑用于控制H2O的濃度，變質后變為淡粉色，變質超過1/2時，需要及時更換變質部分。

分子篩同時調控H2O和CO2的濃度，變質后無顏色變化，不能再生，變質后應丟棄。當CO2r顯示值小于360"μL/L時（CO2濃度顯著低于大氣CO2濃度時），需要及時更換分子篩。更換新的分子篩后，可重新設定分子篩指示值至100%。當屏幕右上角的分子篩指示值小于20%時，請及時更換分子篩，數值小于10%，儀器會發出警告。當分子篩指示值不準確時，以CO2r顯示值為準。CO2r數值過低，屏幕下方會出現Low"Alarm，該狀態下測定數據異常且不穩定。

（4）光合儀配件較多。野外實驗出發前，須將主機、葉室、光源、緩沖瓶、鐵架臺等配件帶齊。實驗結束后，再次檢查配件是否回收齊全，避免丟失配件。

1.2"環境條件

（1）選擇晴朗干爽的天氣測定光和參數。大氣絕對濕度（H2Or）單位是mb，當大氣濕度達到25"mb時，就會影響實驗結果（常溫下大氣飽和濕度約為40"mb）。若急需測定，則需要進行濕度控制，將H2Or設置成60%。控制濕度后，儀器會發出有規律的噠噠聲。在大氣濕度在于25"mb的環境中，不建議使用光合儀。

（2）光合儀最怕水濕。葉片表面一定不能有水分，有水分的葉片須擦干后再進行測定。在群體光合測定和土壤呼吸測定時，植物材料和環境都不能過濕。

（3）待測葉片表面要干凈，不要有黏液、灰塵、昆蟲等異物。不干凈的葉片須擦洗并晾干后再進行測量，避免異物進入氣路污染葉室。

（4）自然條件下，一般選擇晴天的上午8：30—11：30進行測定，不同的地區和季節可適當調整，一般在日出2"h后測定。中午12：00以后，很多植物有午休現象和晝夜節律，不適合測定。

（5）在陰雨天氣和大風天氣，禁止測定；在潮濕天氣，不建議測定。

（6）室內測定光合參數，植物需要預先在飽和光強下適應1"h以上。進氣緩沖瓶要置于室外，周圍2"m內不能有強氣流或人員和動物經過。

2"儀器安裝

（1）光源燈安裝：使用外接光源燈，要先安裝光源燈再開機[4]。將光源燈扣到葉室窗口上，將電信號插頭插入葉室上的光源接口中。當用自然光測定時，無需安裝光源。當扣上光源燈或拿下光源燈時，用力的位置在豎直的金屬架上，不要扭動風扇的位置，否則容易扭掉風扇。

（2）葉室安裝：將葉室的2個接頭分別插入主機背面標注有“PLC”的黑框內接口中。

（3）緩沖瓶安裝：儀器主機AIR"IN接口先接上空氣過濾器，再連接緩沖瓶管。緩沖瓶離地面不低于30"cm，出氣口必須向下倒放，避免污物進入。氣管不能彎折，以免影響氣路暢通。氣路不通時，儀器的氣泵會發出嗡嗡聲[5]。主機最怕進水，嚴禁緩沖瓶進水[4]。

（4）數據盤安裝：將U盤直接插入USB接口上即可。基礎光合參數測定不建議使用U盤，建議手動計數，避免病毒侵犯操作系統。對于數據較多的響應曲線測定，可以使用已殺毒的U盤。

（5）必須等上述所有線路和氣路接好后再開機，開機前，檢查氣路是否暢通。

（6）主機必須關機后才能插、拔葉室光源信號線。

（7）要特別注意插、拔PLC氣路接口和PLC電信號接口。氣路接口插入時無方向，插入后，彈片鎖死。拔出氣路接口時，先按下彈片，同時輕輕拔出氣路接口。PLC電信號接口插入時，插頭上的箭頭朝上，凸起對準插口凹槽。插、拔PLC氣路接口和電信號接口時，都要用手指捏住插頭基部發力，避免拔壞接口，禁止暴力插拔。拔下接頭時，先拔電信號線路接口，再拔氣路接口。

3"儀器調試

（1）測定或調試時，主機要背在身上或置于干凈的平臺上。如果放在地面，則地面必須事先拖掃干凈或鋪一塊干凈的防水工作布，防止主機內進入灰塵或受潮。

（2）開機后，儀器要先經過預熱、調零等步驟。儀器先進行預熱（W），使紅外分析室溫度達到55.5℃后，然后進入調零（Z）狀態，調零大約需要30"s。測定過程中，儀器會自動調零。調零時，不能進行操作和讀數，也可以手動按Z鍵調零校準。

（3）預熱和調零步驟完成后，才會進入測量界面。先合上葉室，觀察各參數是否正常穩定。儀器正常并穩定運行的條件：①CO2r值穩定且不低于360"μL/L（若低于360"μL/L，則更換分子篩）。②在30"s內，CO2d的變化在±1.0以內，A值（Pn值）在±0.5以內。③Tcuv、Tleaf均在正常范圍，PARe顯示的外界光強值正常，PARi（設置光強）可以達到設定的值。

儀器平穩運行后，再夾葉片進行測定[1]。

4"數據測定

（1）測定前，葉片要進行充分的照光（飽和光照光1"h以上或早晨日出2"h以上）

（2）將葉片夾入葉室（夾葉片中部，并盡量避開主脈），葉片正面向上且充滿整個葉室窗口，調整葉室角度使光強（PARe）達到飽和光強（800～1000"μmol/m2/s"）。經過光適應的葉片，1～2"min后，測量數據即可達到穩定。按右下角的“→”切換界面，進入測量結果界面，測定結果可以保存到U盤上（如插了U盤，點擊“Record”記錄數據），但建議將實驗結果（A、Ci、Gs、E、WUE）手抄到實驗記錄本上。返回界面，按左下角“←”，觀看測量狀態是否穩定。

（3）注意避免葉片上的蚜蟲、螞蟻、稻飛虱等爬入葉室堵塞氣路或干擾實驗結果。

（4）光合儀不要放置在高處，以免跌落摔壞。

（5）在高溫、強光下使用時，需要給主機遮蔭，避免儀器過熱而影響測定結果。用遮蔭傘遮蔭時，注意避免因大風吹動遮蔭傘而將儀器帶倒，進而損壞設備。

（6）室內測定，可以將葉室手柄固定在帶有軟夾的鐵架臺上，便于穩定葉室。

（7）注意測量部位不要有大葉脈等凸起物，以免氣室漏氣，使測定結果大幅波動。

（8）開機或關機時，不要觸碰屏幕，觸碰屏幕會導致儀器內部設置改變。新手請勿亂按鍵。

（9）如果大氣CO2濃度過高或大氣濕度過濕，則可點擊CO2r和H2Or以降低其百分比，對CO2濃度或大氣濕度進行控制，達到所需的測定條件[6]。

（10）若Ci、Gs出現999"9或0，則CO2d或H2Od非常大，很可能是環境濕度太大所致，或需要更換干燥劑和分子篩[6]。

（11）測定葉片的葉位、大小、角度、照光等條件要盡可能一致，保證實驗結果的可重復性和一致性。

（12）當用自然光測定時，需要用飽和光強且保持光強穩定。當外界光強不穩定時，可以使用人工光源。自然光可通過調整葉室照光角度或在葉室上覆蓋暗灰色透明卡片調整光照強度。

（13）儀器開機后出現有規律的細小間隔聲響，是2個同化室切換的聲音。如果環境中CO2或H2O濃度太高，需要控制CO2/H2O濃度時，儀器會發出連續噠噠聲，是控制閥在反復切換。

（14）若儀器出現很大嗡嗡聲，則是氣泵的聲音，說明氣路不通。需要查看氣路軟管是否彎折或被踩壓[5]。另外，檢查吸收管是否全部插到儀器上、密封圈是否脫槽[7]。

5"數據記錄和計算

（1）測定光合參數時，要記錄測定條件（溫度、光照、CO2濃度和大氣濕度），保證測定結果可重復，并幫助分析實驗數據是否正常。

（2）每個葉片手動記錄多組數據，取穩定的最大A值時的那組數據作為測定結果。

（3）測定過程中，儀器會出現自動調零，調零時不記錄數據；等調零結束，數據穩定后再記錄。

（4）葉室可以用黑色卡紙擋住一部分，用于測定狹長的葉片（如小麥葉片）。注意需計算實際葉面積（長×寬），用實際葉面積重新計算各個光合參數，Tagas-1標準葉室面積是4.5"cm2。

（5）對于無法測定光合面積的不規則葉片，可以用群體同化室測定，用單位鮮重表示其光合參數，具體換算方法參見相關文獻[8]。

6"儀器維護

（1）電量低于10%時，必須盡快充電。若電池長時間處于虧電狀態，則會出現結晶現象，進而導致電池報廢[4]。

（2）吸收管口密封墊圈處可以涂抹少許凡士林，保證密封性良好。經常檢查吸收管的“O”型圈是否老化和變形。如果老化變形，則要及時更換，保證吸收管和主機密封[7]。PLC插頭和葉室模擬器插頭每隔半年涂抹少量凡士林一次，多余的凡士林用紙巾或擦鏡紙擦掉。

（3）3個吸收管兩端的過濾海綿撕裂破損或失去彈性后，也需要定期更換。吸收管下部的海綿比上部的過濾海綿更換頻率高，避免壓緊后影響透氣。

（4）探頭和機身輕拿輕放，避免磕碰和撞擊。行走時，注意不要絆到連接的管線。

（5）光合儀屬于高精度易損設備，存儲和使用時一定要放置在安全干燥的地方。

（6）儀器要經常清理灰塵，建議每年在非使用季節返廠維護保養。

（7）定期檢查主機和葉室手柄上的螺絲是否松動，尤其是葉室頭部頭螺絲較多。發現螺絲松動時，請及時用螺絲刀擰緊，以免因螺絲丟失而造成儀器不能正常使用[7]。

（8）儀器在長期不用時，定期（45"d左右）給電池充電一次，并運行儀器4"d排出濕氣[7]。

（9）關機后，再開機需要等待至少5"s以上。

（10）如果CO2r值不斷波動，那么，一般是因為氣路漏氣所致。在主機葉室氣路接口周圍吹氣，若CO2a值明顯增大，則說明氣路下端或接口處漏氣[4]。在葉室周圍吹氣，如果CO2a值明顯增大，則說明葉室端漏氣。如果不夾葉片CO2a值正常、夾上葉片CO2a值異常，則說明葉室密封墊處漏氣，可能是因為葉片上的突起過高，不能密封。若是因為葉室的密封墊變臟、老化、撕裂等導致的，則需要更換密封墊[7]。

（11）當儀器不使用時，強烈建議使葉室處于撐起狀態，防止因長時間擠壓而導致密封墊失去彈性。

（12）TARGAS-1光合儀配有一個葉室模擬器，如果測定數據不穩定，并且判斷可能屬于葉室漏氣時，則將PLC5葉室的氣路接口取下（注意：電信號接口正常連接），將葉室模擬器插入到主機的氣路接口上。此時。如果數據穩定，則可以確定葉室漏氣。

（13）光合儀最怕灰塵進入同化室，主機和緩沖瓶不要放到地上或有灰塵的地方。儀器用畢后，各進（出）氣口均要用封口膜封好，歸箱保存。

（14）儀器入箱時，要把配件放到指定位置，尤其是管線和接頭千萬要放入指定凹槽內，避免擠壞。裝箱時，仔細核對配件是否收集齊全。

（15）長途運輸時，要將光合儀調成Ship模式。

7"結語

本文系統總結了本實驗室使用和維護光合儀的經驗，共提出了54條細節問題，其中，測量準備10條，儀器安裝7條，儀器調試3條，數據測量14條，數據記錄和計算5條，儀器維護15條。這些細節問題可以幫助使用者獲得可靠的測定結果，降低光合儀的故障率，減少維修費用，延長光合儀的使用壽命，提高光合儀在科研和生產中使用效率。

參考文獻

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