1、 - 1 -GXH-3051C 植物光和测定仪使用说明书北京均方理化科技研究所- 2 -目 录1 光和作用概念及影响因素 .311 光合作用概念和意义 .312 影响光合作用的因素 .42 仪器用途和特性 .53 仪器结构和工作原理 .631 仪器结构 .632 仪器工作原理 .74 主要技术参数 .85 操作使用说明 .951 仪器预热和校准 .952 仪器的使用 .10511 仪器的连接 .10512 闭路光和的测量 .11513 其它用法的介绍 .17514 其它记录模式的测量 .216 故障检测及维护 .2461 故障检测 .2462 仪器维护 .247运输与保管 .248制造厂家承诺
2、 .25- 3 -1 光和作用概念及影响因素11 光合作用概念和意义光合作用是植物利用太阳能，将 和 合成有机物，并释放2COH的过程。光合作用的总反应式为：2O22)(HC 光 能由于光合作用的主要产物是糖类，所以光和作用的总表示式可表示为： 261226OCO光 能光合作用是一个复杂的氧化还原过程，其中 中的 被氧化H，而 中的 则被还原 ，即)2(024Oe 2 )(04Ce 2204 OOCH）（光 能因此，光合作用最突出的三点： 被氧化到 水平； 被还H原到糖 水平；氧化还原过程所需能量来自光能，即发生了光能)(2的转换、吸收与储存。所以，光合作用为包括人类在内的几乎所有生物的生存提
3、供了物质来源和能量来源，对于人类和整个生物界都具有非常重要的意义。可以概括为以下几个方面：第一， 把无机物质转换成有机物质。第二， 转化并储存太阳能。第三， 使大气中的氧和二氧化碳的含量相对稳定。第四， 对生物的进化具有重要的作用。- 4 -从物质转化和能量转化的角度看，光合作用是生物界中最基本的物质代谢和能量代谢。此外，呼吸作用也是植物生命活动的基本反应过程，它是指有机物质在生活细胞中被氧化成 和 并释放能量的过程，是一切生物细胞2COH都具有的代谢活动。呼吸作用的反应式为：)6.2871(6622126 kj能 量呼吸作用的过程是光合作用的逆过程。12 影响光合作用的因素影响光合作用的因素
4、有光照（包括光照的强度、光色和光照的时间长短）、二氧化碳浓度、温度、和水分状况等，以及不同植物的叶片、不同部位以及叶片的叶龄等都是影响光合作用的不可忽视的因素。这些因素中任何一种的改变都将影响光合作用过程。分别作如下说明：（1）光合作用是一个光生物化学反应，所以光合作用的效率随着光照强度的增加而加快。因此在农业生产上可以通过延长光合作用的时间来提高农作物产量。（2）二氧化碳主要是通过叶片气孔进入叶子，光合过程中吸收了大气中相当多的二氧化碳。（3）光合作用过程是由酶所催化的化学反应，而温度直接影响酶的活性，因此，温度对光合作用的影响也很大。（4）水分也是光合作用原料之一，缺乏时可使光合速率下降。
5、水分在植物体内的功能是多方面的，叶子要在含水量较高的条件下才能生存，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- 5 -此，水分缺乏主要是间接使光合作用下降。影响光合作用的外界条件每天都在时时刻刻变化着，所以光合速率在一天中也有变化。另外，呼吸作用的进行也会时时刻刻受到这些因素的影响。2 仪器用途和特性在对植物光合速率的研究中， 吸收法因其理论可靠，灵敏度高，2CO可实时非破坏对样品进行测量。本研究所生产的红外线气体分析仪已经具有几十年历史，曾为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仪，其中一部分用于光合和呼吸研究，但由于只是单一的气体分析仪，使用时不方
6、便，为了方便用户，经过几年的努力，我们研究出了集笔记本计算机和气体分析于一体的光合呼吸测量仪器，利用微机强大的计算功能与存贮功能结合红外线 分析仪、温湿度传感器及光照传感器，对植2CO物的光合、呼吸、蒸腾等指标测量和计算。GXH3051C 植物光合测定仪，主要用于实验室的测量，也可短时间应用于田间或野外对绿色植物光合作用的跟踪测量，并可同时记录、湿度、光照、叶室温度和叶片温度的数据，计算出植物光合速率、2CO水分蒸发、水分利用效率、气孔阻抗等值。用户可根据需要对记录的数据进行保存，以便对实验的结果进行分析。主要特性如下：1 利用笔记本计算机和二氧化碳分析仪及叶室之间进行通信，接受各传感器采集的
7、实时数据，数据采样周期快，计算准确。 2 软件界面友好，对各种传感器进行实时曲线显示，操作简便 。- 6 -3 电池容量大，使用时间长。特殊用户可配备太阳能电池板，便于野外充电。 4 仪器功能多。用户可根据自己的需要进行闭路光合，开路光合，闭路呼吸，开路呼吸及环境因子联系采集记录 。5 叶室设计小巧，并配有适合各种叶片的叶室配件，用户可根据自己的需要单独订购。6使用方便。体积小、重量轻，可随身携带。气路和电路连接明确，操作方式及测定、计算结果可以明确地显示出来。3 仪器结构和工作原理 31 仪器结构GXH3051 植物光合测定仪由红外线 分析仪、笔记本电脑、叶2CO室、充电电源、笔记本电源包装
8、箱等几部分组成。- 7 -32 仪器工作原理通过先进的计算机技术及其对应的红外线 分析仪，利用对2CO分析仪（ ） 、温度（LT、CT） 、湿度（RII ） 、光合有效辐射传感2CO2器（PAR ）等进行数据采集，通过数据处理，计算出植物光合速率、蒸腾速率和水分利用率等情况来得到叶片与植物光合作用的相关参数。其工作原理图如下：笔记本电脑红外线 分析2CO仪 叶室- 8 -叶片2COHLT CT红外线分析仪（ ）2C湿度传感器（RII）温度传感器（CT）温度传感器（LT）光合有效辐射传感器（PAR ）显示数据采集与处理光合过程 传感器信号检测 数据采集与处理PAR图 1 GXH3051 植物光合
9、测定仪工作原理图将待测的绿色植物叶片（如树叶、农作物、蔬菜或者花草等的叶片）放入叶室中，通过各种传感器将叶片的 、温度、湿度、水分等数据2CO采集并通过串口输入到笔记本计算机中进行数据处理和储存。数据采集时间短，可在 10 秒钟内完成一次采集，同时在电脑屏幕上可显示采集的信号和数据。4 主要技术参数1二氧化碳 分辨率：0.1ppm 量程：0 1000 精度：1%F.S 2相对湿度分辨率：0.1% 量程: 0 100% 精度：2%F.S 3温 度 - 9 -分辨率：0.1 量程：050 精度：0.2 4光 照 分辨率：1UE 量程：0 3000UE 精度：10UE5电源 充电电源电压为 220V
10、，充电时间 12 小时，工作时间 2 小时以上计算机充电 2 小时，可工作 3 小时仪器工作电压 6V，4AH 镍氢电池6气路管长度 1.2 米7重量 2.5 公斤5 操作使用说明51 仪器预热和校准仪器应用红外测量原理，植物光合测定仪使用前应先预热 10 分钟，计算机可先不打开。预热时间结束后即可进行测量或校准工作。打开前面板电源开关，使气泵开关处于关闭状态，持续 10 分钟即可完成预热过程。对于一段时间未使用的仪器，在预热完毕后，需对仪器进行零点、跨度进行校准，否则只进行零点校准即可。（1） 零点校准预热完毕后，旋转面板前面的调零测量旋钮到调零端，打开仪器气泵，待一至二分钟，显示的数值稳定
11、不变后，调节面板上的调零电位器至显示的数值为零，零点调节完成。关闭气泵，将调零测量旋钮旋至测量端。- 10 -（2） 跨度校准用标准气体调节气体的灵敏度。在完成仪器零点的调节后，关上气泵开关，将介于仪器测量范围70100%之间的已知浓度的标准气接在仪器的进口上，通气流量为0.5L/min，待显示稳定后，用小钟表螺丝刀调节仪器前面板上的跨度调节电位器，将仪器的指示值调节与被通入仪器的标准气体浓度值相一致。跨度调节完毕后即可进行测量工作。不测量或正压取样时，应关上气泵开关。52 仪器的使用511 仪器的连接（1） 在使用该仪器时，您不需要单独安装测试所需的软件部分，我们已经为您安装在计算机上。首先
12、要做的就是先将笔记本电脑、叶室和红外线分析仪连接，确保三者之间通信正常。2CO（2） 将叶室的两根气路管分别连到仪器上的气体入口和气体出口处，其中套有红色橡皮圈的导管连在气体入口处，另一根导管连在气体出口处；叶室尾部中间有两根导线，白色导线连接 GXH3051 植物光合测定仪的信号输出，黑色导线为连接笔记本电脑的 USB 接口（注意：由于 USB 接口需要专门的驱动，所以用户在使用时只有笔记本最外侧的接口可以与叶室之间进行通信） 。另外，还要将电脑与电源连接上。（3） 如果仪器电池需要充电，将充电器插头接到 220V 电源上，充电器的另一个旋钮接到红外线分析仪的后面“外接/充电”上。仪器正常使
13、用时不接充电器。- 11 -512 闭路光和的测量首先，闭路光合的工作原理为：由两根气路管在叶室和红外线分析仪之间连通形成回路进行气体的循环，在叶片的光合作用吸收2CO放出 的过程中达到对 浓度降低的测量，从而计算出植物光2CO合作用速率等数据。闭路光合光合速率的测定公式为： )273(14.2103.)(7ttSPVPn 式中 净光合速率（ ）n 1smolC1C2: 浓度落差（ ）2COL:测定时间（ S）1tS：叶片面积（ ）2V：系统容积（L）T：同化室的温度（ ）CP：气压（MPa ） 原理图如下：- 12 -叶 室红外线分析仪气体输入气体输出笔记本电脑光照图 2 闭路光合的工作原理
14、图我们以闭路光合的测量为例来介绍一下仪器软件部分的使用：（1） 首先确保红外线 分析仪预热后，将气泵打开，使其处于工作2CO状态。 打开计算机桌面上的“photosynthesis”图标，系统进入工作状态。界面如图 3 所示：图 3 系统工作开始界面（2） 如果叶室与主机之间通信正常，出现对话框“叶室与主机之间通信成功！” ，点击窗口中的“确定”或界面上的“取消”按钮，可进- 13 -入下一步工作状态。如图 4 所示： 图 4 系统工作状态主界面当图 4 的界面出现时，选择“记录模式”菜单下的“闭路光合测量”下拉菜单，系统便会对植物的闭路光合进行测量。从图中可看见屏幕上图表中的叶片温度、叶室温
15、度、光照、湿度以及 浓度曲线开始从右向左移动；在屏幕右方实时数据栏里实时显示2CO浓度、相对湿度、叶室温度、叶片温度、光照的变化数据；并且在此同时，在红外线 分析仪前面板的显示屏上实时显示与屏幕右方“2浓度”相同的数据。2CO将叶室打开，把待测的新鲜叶片放入叶室内，合上叶室保证里面为密封状态。将叶室左侧开关打开，对叶室内的叶片进行光照，当电脑屏幕右侧的 浓度开始稳态下降时，说明了叶室密封良好而不受外界条件2- 14 -的影响，叶片开始进行光合作用，此时才能进行数据采集和测量。单击屏幕右上方“测量设置”按钮，出现下图所示窗口：如图 5 图 5 闭路光合的参数设置选择菜单中的“闭路光合”项，用户可
16、对闭路光合中的“取样周期” 、“叶面积” 、 “样品号” 、 “系统容积” 、 “气体流量” 、 “取样地点” 、 “样品描述”等进行修改和设定。 取样周期通常设在 10 秒以上，15 秒或 20 秒为宜。 叶面积要看叶片而定。如果是较大的叶片能够填满整个叶室，那么叶面积就是叶室整个透明窗的面积（2 4=8 ） ；如果是叶片相对较2cm小，就需要对叶面积进行实际的测量以后填写。样品号是为方便用户对植物跟踪测量，给植物设定的编号。系统容积是闭路光合中很重要的一项参数。它的值包括了叶室体积、气路管容积和红外线分析仪里气室容积的总合，即 分 析 仪 气 室 容 积气 路 管 容 积叶 室 体 积系
17、统 容 积 VV该仪器的系统容积为 0.07L。 - 15 -气体流量由红外线分析仪上的浮子流量计直接读出。“取样地点”和“样品描述”用户根据自己的情况进行填写。按空格键或点击屏幕右上方“闭路光合”按钮，进行数据采集，出现 “数据采集中 ”窗口。此时可出现下面所示情况：如图 6图 6 数据采集进行中采集时间结束后，可以对采集到的数据进行计算，在数据采集完成后，屏幕上的曲线仍在移动，曲线的高度也是实时变化的，不受采样周期长度的影响。 （3） 单击窗口中的“计算”按钮，就会弹出“计算结果输出”窗口。其中对光和速率、水分蒸发、水分利用效率、气孔阻抗等都进行了计算，结果显示在窗口中。如图 7 所示：-
18、 16 -图 7 计算结果输出图中所显示的计算结果为植物在闭路光合作用时，计算数据所得的结果：光合速率=005.05mg/dm.hr水分蒸发=-050.76mg/dm.hr水分利用效率=-099.6mg/g气孔阻抗-000.07s/cm如果将“输出选择”里的各项全部选中，那么“计算结果输出”的内容将会完整地记录在文本文件中。若只选中部分选项，那么“计算结果输出”的内容只有相应的结果显示在文本文件中，点击“保存” ，计算结果会保存在文本暂存区内。用户测量完毕后对这些数据进行保存。保存时有两种方法，一种是上面所说的保存，另一种是用于可以将多次测量的结果保存在文本暂存区内，然后直接点屏幕右上方的“保
19、存”按钮。用户在保存测量的数据记录时，会出现下图所示的窗口：如图 8- 17 -图 8 对测量数据分析结果进行保存这样，就完成了一次简单的植物光合作用数据采集并计算的测量过程。但是，还有软件的一些其他功能和用法接下来向用户进行详细介绍。513 其它用法的介绍（1）再回到图 4 所示的系统工作状态主界面中，菜单栏左上角的“文件”菜单下有“打开、保存、打印、关闭”四项，用户可根据需要进行相应操作。打开菜单中的“纪录模式”下拉菜单，用户可选择“闭路光合测量” 、“开路光和测量” 、 “闭路呼吸测量” “开路呼吸测量”和“环境因子测量”进行相应的测量。（2）点击菜单中的“设置”项，会出现下拉菜单。点击
20、下拉菜单中的“采集设置” ，会出现“测量设置”窗口，将在后面详细介绍。点击“显示设置”菜单，出现“显示设置”窗口。如图 9 所示：- 18 -图 9 显示设置窗口“刷新速率”为数据采集时数据的刷新速率即每两秒钟刷新一次。“显示区间”为曲线从屏幕左侧移动到右侧整个过程所用的时间。另外，用户在使用时可对实时曲线的移动方向、曲线填充、显示模式以及曲线颜色等自行修改和设置。点击下拉菜单中“选项”菜单，出现“选项”窗口。如图 10 所示：- 19 -图 10 选项窗口用户可在这里对二氧化碳补偿的相对偏移、绝对偏移和通信端口进行设置和选择。 “相对偏移”在对红外线分析仪的校准时使用，当计算机上的读数和前面
21、板的读数出现偏差时，需要乘以相对偏移中的小数使其达到读数一致。 “绝对偏移”是当计算机上的读数和前面板读数出现偏差时，加减绝对偏移中的数字使其相一致。（3） 单击“窗口”菜单中的“图形窗口”菜单，如图 11 所示：- 20 -图 11 图形窗口模式单击“窗口”中的“文本窗口”选项，显示的文本窗口如图 12 所示：- 21 -图 12 文本窗口模式 514 其它记录模式的测量（1）开路光合的工作原理为，由单根导气管在红外线 分析仪与2CO叶室之间连通，形成开路。在开路光合测量时，通入的气体浓度必须是已知的（如 =500ppm） ，当数据采集完成后，读出的数据（设为 ） ，那1P 2P么由仪器读数
22、在光合作用前后的变化值就是植物光合作用所吸收的的量（设为 ） 。即： = -2CO光 合 光 合P12开路光合的光合速率测定公式为：)273(4.103.)(27tSFCn 式中各自母代表的参数与闭路光合时一样，F 代表气体流量。工作原理图如下：稳定气源输入叶 室笔记本电脑红外线 2CO分析仪气体输出光照图 13 开路光合测量工作原理图选择“记录模式”菜单下的“开路光合测量” ，系统进入开路光合测量状态。- 22 -点击屏幕右上方“设置”按钮，选择“开路光合”菜单，会出现图14 所示窗口：图 14 开路光合的参数设置在开路光合窗口下，要设置的参数的方法与在“闭路光合”时是相同的。但是“开路光合
23、”中的气体流量很重要，必须要填写准确。另外，“气源浓度”必须是已知的气源浓度，不能随意填写；“气源湿度”为空气的相对湿度。（2）在植物的呼吸作用中，呼吸强度的测定公式为：12hkgmCOQ呼 吸 强 度 TWF73104.2606式中：Q 12k呼 吸 强 度- 23 -F气体流速（ ）1minLC 浓度（ ）2OW被测植物重量（kg）T测定温度（ ） C在“闭路呼吸”中，可对呼吸中的“取样间隔” 、 “样品号” 、 “气体流量” 、 “气源浓度” 、 “样品属性” 、 “备注”进行修改和设置。另外， “开路呼吸”菜单中需设置的参数和“闭路呼吸”中需设置的参数是一样的。 如图 15 所示：图
24、15 闭路呼吸，开路呼吸的参数设置对于植物的呼吸作用，我们的仪器没有配备呼吸作用的相应配件，这里就不做详细介绍。（3）选择“记录模式”下的“环境因子测量” ，进入环境因子测量状- 24 -态。在这个工作状态下只进行数据采集和记录，不需要数据的计算。通过上面的介绍，您已经对仪器软件的使用有了较详细的了解，在使用时按照说明操作即可。辅助说明：现在仪器所使用的 USB 接口是由 USB 模拟的 R232通信串口，在程序中需设置串行通信的端口，默认端口为 COM1，波特率为 1440b/s。6 故障检测及维护61 故障检测1当仪器工作一段时间后，如果读数中的数据出现不稳定波动情况，即为电池电量不足，应
25、及时对电池进行充电。2若充完电后电池使用时间过短，考虑电池是否老化。62 仪器维护1定期对仪器零点和仪器跨度进行检查校对。2保持气路管的清洁。3检查叶室的密封性能，保持叶室内部清洁。7运输与保管1仪器在运输过程中，避免摔跌和翻滚。必须防止雨淋、暴晒及剧烈冲击。2仪器应存放在室内，室温 045 摄氏度。3仪器长期不使用时，应防在阴凉干燥处，半年启动一次。- 25 -8制造厂家承诺在用户遵循保管和使用规则的条件下，从制造厂发货给用户之日起十四个月内，产品因制造质量问题出现故障而影响用户正常使用时，制造厂无偿为用户修理或更换产品零部件。北京均方谱元科技有限公司地址：北京市海淀区上地三街九号嘉华大厦 B606 室邮编：100085 电话/传真： 010-82782124
