Войти
Системы фотосинтеза - это электронные научные приборы, предназначенные для неразрушающих измерений скорости фотосинтеза в поле. Системы фотосинтеза обычно используются в агрономических и экологических исследованиях, а также в исследованиях глобального углеродного цикла.
Системы фотосинтеза функционируют путем измерения газообмена листьев. Атмосферный углекислый газ поглощается листьями в процессе фотосинтеза, где CO. 2 используется для образования сахаров по молекулярному пути, известному как цикл Кальвина. Это уменьшение CO. 2 вызывает диффузию большего количества атмосферного CO. 2 через устьица в воздушные пространства листа. Пока стома открыта, водяной пар может легко диффундировать из тканей растения, этот процесс известен как транспирация. Именно этот обмен CO. 2 и водяным паром измеряется как показатель скорости фотосинтеза.
Основные компоненты фотосинтетической системы - листовая камера, инфракрасный газоанализатор (IRGA), батареи и консоль с клавиатурой, дисплеем и памятью. Современные системы фотосинтеза «открытой системы» также включают миниатюрные одноразовые баллоны со сжатым газом и трубы для подачи газа. Это связано с тем, что в наружном воздухе наблюдаются естественные колебания содержания CO. 2 и водяного пара, которые могут создавать помехи при измерениях. Современные системы фотосинтеза «открытой системы» удаляют CO. 2 и водяной пар путем пропускания через натриевую известь и дриерит, затем добавляют CO. 2 с контролируемой скоростью для получения стабильной концентрации CO. 2. Некоторые системы также оснащены регулятором температуры и съемным световым блоком, поэтому влияние этих переменных окружающей среды также можно измерить.
Анализируемый лист помещается в камеру для листьев. Концентрация CO 50 измеряется инфракрасным газоанализатором. IRGA излучает инфракрасный свет через образец газа на детектор. CO. 2 в образце поглощает энергию, поэтому снижение уровня энергии, которое достигает детектора, указывает на концентрацию CO. 2. Современные IRGA учитывают тот факт, что H. 2O поглощает энергию на тех же длинах волн, что и CO. 2. Современные IRGA могут либо сушить пробу газа до постоянного содержания воды, либо включать как CO. 2, так и IRGA водяного пара для оценки разницы в концентрациях CO. 2 и водяного пара в воздухе между входом и выходом камеры.
Жидкокристаллический дисплей на консоли отображает измеренные и рассчитанные данные. Консоль может иметь слот для PC-карты. Сохраненные данные можно просмотреть на ЖК-дисплее или отправить на ПК. Некоторые системы фотосинтеза позволяют общаться через Интернет с использованием стандартных протоколов интернет-связи.
Современные фотосинтетические системы также могут быть разработаны для измерения температуры листьев, температуры воздуха в камере, PAR (фотосинтетически активного излучения ) и атмосферного давления. Эти системы могут рассчитывать эффективность использования воды (A / E), устьичную проводимость (gs), внутреннюю эффективность использования воды (A / gs) и суб- устьичная концентрация CO. 2 (Ci). Температура камеры и листа измеряется термисторным датчиком. Некоторые системы также предназначены для контроля условий окружающей среды.
Простое и общее уравнение для фотосинтеза: CO. 2+ H. 2O + (световая энергия) → C 6H12O6+O2
Там два различных типа фотосинтетической системы; «Открытый» или «закрытый». Это различие относится к тому, обновляется ли атмосфера в закрывающей створку камере во время измерения.
В «открытой системе» воздух непрерывно проходит через створчатую камеру для поддержания CO. 2 в листовая камера при постоянной концентрации. Анализируемый лист помещается в камеру для листьев. Основная консоль подает в камеру воздух с известной скоростью с известной концентрацией CO. 2 и H. 2O. Воздух направляется над створкой, затем определяется концентрация CO. 2 и H. 2O в воздухе, выходящем из камеры. Выходящий воздух будет иметь более низкую концентрацию CO. 2 и более высокую концентрацию H. 2O, чем воздух, входящий в камеру. Скорость поглощения CO. 2 используется для оценки скорости фотосинтетической ассимиляции углерода, а скорость потери воды используется для оценки скорости транспирации. Поскольку и поступление CO. 2, и высвобождение H. 2O происходит через устьица, ожидается, что высокие скорости поглощения CO. 2 будут совпадать с высокими скоростями транспирации. Высокие скорости поглощения CO. 2 и потери H. 2O указывают на высокую устьичную проводимость.
Поскольку атмосфера обновляется, «открытые» системы не подвергаются серьезному воздействию утечки газа наружу и адсорбции или поглощение материалами системы.
Напротив, в «закрытой системе» одна и та же атмосфера постоянно измеряется в течение определенного периода времени, чтобы установить скорость изменения параметры. Концентрация CO. 2 в камере уменьшается, а концентрация H. 2O увеличивается. Это менее устойчиво к утечкам и ад / абсорбции материала.
Для диффузии CO 2 до в лист устьица должны быть открытыми, что позволяет наружу диффузию водяного пара. Следовательно, проводимость устьиц влияет как на скорость фотосинтеза (A), так и на транспирацию (E), и полезность измерения A повышается за счет одновременного измерения E. Внутренняя концентрация CO. 2 (C i) также определяется количественно, поскольку C i представляет собой индикатор доступности первичного субстрата (CO 2) для A.
A ассимиляция углерода определяется путем измерения скорость, с которой лист ассимилирует СО. 2. Изменение CO. 2 рассчитывается как CO. 2, текущий в створчатую камеру, в μ моль моль CO. 2, за вычетом утечки из листовой камеры, в мкмоль-моль. Скорость фотосинтеза (скорость обмена CO. 2 в камере для листа) представляет собой разницу в концентрации CO. 2 через камеру, скорректированную с учетом молярного потока воздуха на м площади листа, моль м · с.
Изменение давления пара H 2O представляет собой давление водяного пара на выходе из створчатой камеры, в мбар, минус давление водяного пара в створчатой камере, в мбар. Скорость транспирации - это дифференциальная концентрация водяного пара, мбар, умноженная на поток воздуха в камеру листа на квадратный метр площади листа, моль см · м, деленный на атмосферное давление в мбар.
Лист помещается в камеру для листьев с закрытой известной площадью листа. После закрытия камеры концентрация углекислого газа постепенно снижается. Когда концентрация снижается после определенной точки, таймер запускается и останавливается, когда концентрация проходит во второй точке. Разница между этими концентрациями дает изменение содержания диоксида углерода в ppm. Чистая скорость фотосинтеза в микрограммах двуокиси углерода выражается как;
(V • p • 0,5 • FSD • 99,7) / t
где V = объем камеры в литрах, p = плотность диоксида углерода в мг / см3, FSD = диоксид углерода концентрация в ppm, соответствующая изменению содержания углекислого газа в камере, t = время в секундах, за которое концентрация снизится на заданную величину. Чистый фотосинтез на единицу площади листа получается путем деления чистой скорости фотосинтеза на площадь листа, заключенную в камере.
Поскольку фотосинтез, транспирация и устьичная проводимость являются неотъемлемой частью основных растений физиология, оценки этих параметров можно использовать для исследования многочисленных аспектов биологии растений . Научное сообщество растений приняло фотосинтетические системы как надежные и точные инструменты для помощи в исследованиях. В научных журналах есть множество рецензируемых статей, в которых использовалась фотосинтетическая система. Чтобы проиллюстрировать полезность и разнообразие применений фотосинтетических систем, ниже вы найдете краткие описания исследований с использованием фотосинтетических систем;
