植物生理仪器

一、简介：PM-11植物生理生态监测系统是一款轻便式、防雨型的数据采集系统，可应用于植物研究和作物栽培等领域。可选多种植物生长传感器和环境因子传感器。 二、植物生理生态监测系统特点： ◆独立操作――不连接电脑也可以得到传感器的数据。◆可接8个可选传感器。◆特殊的数字接口，用于连接RTH Meter，RTH Meter组合了3个传感器：PAR(光合有效辐射)，空气温度，相对湿度。◆采样频率1秒－1小时，用户自定义。◆防水型的传感器接头、接口。◆512K数据内存。◆供电：12V DC◆有线、无线两种方式与电脑通讯。◆尺寸：18W x 14H x 11.5L cm3。◆Windows版软件，适用于Win98/2000/ME/XP。 三、植物生理生态监测系统系统配置： 可选电源◆交流转直流适配器：90-260V，50/60Hz。◆标准12V充电电池。耗电量：一套含PM-11主机、1个叶温传感器、3个茎杆直径或果实生长传感器的系统，采样频率设为30分钟，耗电量为每天0.07 Ah；上述配置再加RTH Meter，耗电量为每天0.4 Ah。 ◆太阳能电源套件，包括一块充电电池，一个充电器，一块太阳能板，室外安装附件。通讯配件◆RS232通讯线，1米。◆RS485通讯线(最长1200米)。RS232/485转换器，用于连接电脑。 ◆无线通讯。无线电调制解调器，传输距离0.1 km到 16 km。安装配件◆不锈钢三脚架。◆墙壁安装套件。◆立柱安装架(用于温室内)。◆结实耐用的机箱，主机，电池，充电器，无线电调制解调器都可以装在机箱内。 植物生理生态监测系统可选传感器 种类量程备注SD-5M 茎杆微变化传感器0- 5000 &mu m适用于直径5-25 mm的茎杆SD-6M茎杆微变化传感器0- 5000 &mu m适用于直径2-7 cm的茎杆DE-1M测树器0-10 mm FI-LM果实生长传感器30-160 mm测球形果实FI-MM果实生长传感器15- 90 mm测球形果实FI-SM果实生长传感器7- 45 mm测球形果实LT-2M叶温传感器5-50 ?C含2个传感器SF-4M茎流传感器最大3 ml/h *适用于直径1-5mm的茎杆SF-5M茎流传感器最大3 ml/h *适用于直径4-10mm的茎杆SA-20M植物生长过程测定器0-2000 mm10位分辨率(~2 mm)TIR-4M日照强度计0-1000 W/m2测太阳辐射PAR光量子传感器0 - 2500 &mu mol/m2s ATH-2空气温湿度传感器0-50 ° C 0-100％RH ST-21M土壤温度传感器0-50 ° C探针长11cmRTH Meter：PAR(光合有效辐射)，空气温度，相对湿度0-2000 &mu mol m-1s-1 0-50° C 0-100％RH 3个传感器组合在一起 推荐配置 室内室外实验室内温室内短期安装长期安装§ PTM-11主机§ 交直流两用电源§ 三脚架§ RTH Meter§ 传感器(根据用户需要) § PTM-11主机§ 交直流两用电源§ 立柱安装架§ RTH Meter§ 传感器(根据用户需要)§ RS232/485转换器或无线电调制解调器(一对)§ PTM-11主机§ 标准车用电池*§ 电池充电器*§ 三脚架§ RTH Meter§ 传感器(根据用户需要)§ 无线电调制解调器(一对)*用户自购§ PTM-11主机§ 机箱§ 太阳能电源套件§ 三脚架§ RTH Meter§ 传感器(根据用户需要)§ 无线电调制解调器(一对)

植物生理生态监测系统有三种主要功能： 标准报告功能：在栽培者日常工作中，系统能够产生一套定制的测量及其相关数据。意外报告功能（报警功能）：系统可以侦测到植物的意外紊乱。此功能基于多种植物生理紊乱的监测指示。决策系统功能：可以调整环境和灌溉方案。高精度和快速响应的监测通道可排除作物的危险。栽培者在控制方案上做很小的变化，在1~2天内就可以在作物身上发现响应。这就可以在试验中有很高的机会保持单一的变化因素，并且可以防止许多因素对作物状态的影响。PM-11植物生理生态监测系统对植物改良或退化的动态指示造就了决策系统。功能： · 独立工作，测量的传感器不需要连接到电脑上；· 八个11位模拟输入通道；· 专用数字输入用于RTH传感器，RTH传感器内置了4个传感器，分别是空气温度、相对湿度、光合有效辐射和叶面湿度传感器；· 用户可自定义采样速率1秒到1小时；· 防雨接头用于接入各种传感器；· 大容量512KB内存；· 12V DC工作电压；· 可采用电缆或无线通讯连接到电脑中；· PM-11主机尺寸：18W x 14H x 11.5L cm3· 终端软件可用于W98/2000/ME/XP 可选传感器：型号名称规格测量范围说明SD-5M茎杆微变化传感器0-5000µ m用于5-25毫米直径茎杆SD-6M树干微变化传感器0-5000µ m用于2-7厘米直径树干DE-1树木测量传感器0-10mm安装在树木中FI-LM果实变化传感器30-160mm用于测量圆形果实FI-MM果实变化传感器15-90mm用于测量圆形果实FI-SM果实变化传感器7-45mm用于测量圆形果实LT-2M叶面温度传感器5-50℃内置2个传感器SF-4M茎流传感器约3ml/h max用于1-5毫米直径茎杆SF-5M茎流传感器约3ml/h max用于4-10毫米直径茎杆SA-20生长计0-2000mm10位分辨率（~2mm）TIR-4总辐射传感器0-1000W/m2光谱范围300-1100nmPAR-2光合有效辐射传感器0-2500µ mol/m2s光谱范围400-700nmATH-2空气温湿度传感器温度：0-50℃相对湿度：0-100%RH ST-21土壤温度传感器0-50℃探头长度11cmRTH空气温湿度、光合有效辐射、叶面湿度温度：0-50℃相对湿度：0-100%RH光合有效辐射：0-2000µ mol/m2s叶面湿度：Y/N整合数字传感器*每个传感器均自带4米电缆。可选电源供应：· 交流电：90-260V AC，50/60Hz· 电池供电：12V DC可充电电池· 太阳能供电套件：包括可充电电池、充电器、太阳能板、支架 可选通讯：· 短距离：1米长RS232电缆· 长距离：RS485电缆，最远距离可达1.2km· 无线电：无线调制解调器，传输距离从0.3km到64km

1 引言植物的生存环境并不总是适宜的，常会遭受到高低温、冻害、光照、水分、营养元素、CO2、化学元素、大气污染、除草剂和杀虫剂等各种环境因子复杂多变的逆境胁迫。植物对环境胁迫的最直观反应表现在形态上，但往往滞后于生理反应，一旦伤害已经造成，则难以恢复。通过研究植物对环境胁迫的生理反应，不但有助于揭示植物适应逆境的生理机制，更有助于生产上采取切实可行的技术措施，提高植物的抗逆性或保护植物免受伤害，为植物的生长创造有利条件。20 世纪 80 年代以来，便携式光合作用测定系统和叶绿素荧光仪等生理生态测试仪器的问世，为研究植物逆境生理及其响应提供了新的研究手段，产生了大量的研究成果。但另一方面，它们又都有各自的局限性。当气孔不均匀关闭现象出现时，叶片气体交换测量系统计算得到的Ci 会被高估；另外，不同生境之间叶片光合速率大小比较没有直接的意义，而且比较费时费力。叶绿素荧光虽然容易测定，但如果实验设计不够好，结果将很难解释。 2 观测系统设计 2.1 目标植物逆境生理研究需要测量的指标首选叶绿素荧光参数，叶绿素荧光反应是植物光化学反应的指示物，与物种、季节、环境、样品情况和其它影响植物生理作用的因素有关。因此，可测定叶绿素荧光的变化来反映植物对环境胁迫的反应。植物生长区域的降水、光照、气温、土壤水分等环境因子指标与植物逆境生理胁迫水平密切相关，对其进行实时观测，有利于精确反映环境因子的变化对植物逆境生理状态的动态影响。 同步测定活体叶片气体交换和叶绿素荧光对阐述植物对环境因子逆境胁迫的响应，结合环境因子的同步测量可提供更有意义的结果。AZ-B0300植物逆境生理观测系统能同时测量植物的气体交换参数、荧光参数和环境因子，可用于植物多种类型环境因子的逆境胁迫研究。 2.2 植物逆境种类及荧光参数测量方法 胁迫类型研究方法和测量参数水分胁迫测量净光合速率、气孔导度和水分利用效率等气体交换参数；测量加热处理（39℃）前后的Yield； C4植物测量ETR/A；C3、C4和CAM植物的中度水分胁迫，测量Fs/Fo & Fo；OJIP曲线和K-Step荧光动力学曲线参数。光胁迫测量净光合速率、气孔导度和水分利用效率等气体交换参数；荧光淬灭和淬灭弛豫测量---研究光保护机制下类囊体膜⊿ph变化的最好方法；OJIP参数比Fv/Fm对光胁迫更敏感（Thach 2007）。高温胁迫测量净光合速率、气孔导度和水分利用效率等气体交换参数；荧光淬灭和淬灭弛豫测量---适于研究中度高温胁迫（≥35℃）；光响应曲线Fv/Fm，Yield，OJIP参数（Dascaliuc A.， Ralea t.， Cuza P.，2007) (Schreiber U. 2004) (Strasser 2004)低温胁迫测量净光合速率、气孔导度和水分利用效率等气体交换参数；ETR/CO2同化率；Yield；Fv/Fm；ETR；荧光淬灭及弛豫参数（NPQ， qN， qP， qL， qE， qT， qI，Y(NPQ)， Y(NO)），光响应曲线(Cavender-Bares J.， Bazzaz F.， 2004) (Krause 1994) (Adams1994， 1995)冻害胁迫Yield；Fv/Fm；ETR；荧光淬灭及弛豫参数（NPQ， qN， qP， qL， qE， qT， qI，Y(NPQ)， Y(NO).）(Ball 1994，1995)， (Krause 1994)， (Adams1994， 1995)CO2胁迫测量净光合速率、气孔导度和水分利用效率等气体交换参数；FV/Fm，OJIP参数对CO2胁迫很敏感；qP能很好的反映出水分、光照和CO2复合胁迫情况；Yield和NPQ参数对CO2胁迫不敏感(Siffel & Braunova 1999)。大气污染（O3）胁迫Yield，Fv/Fm，qP，NPQ等参数均对O3胁迫很敏感(Calatayud，Pomares，Barreno 2006)除草剂胁迫VJ-OJIP对于多种农药胁迫敏感；Yield & NPQ；NPQ对于DDT和DCMU胁迫敏感。(Christiansen， Teicher and Streibig 2003) (Percival 2005)化学元素胁迫铝、镉、钴、铜、锌、镍元素等……营养元素胁迫氮素、硫元素、硼元素、钙元素、氯元素、铁元素等…… 2.3 观测内容 荧光指标：FRFexd360/FRFecx440（主要用于测量氮胁迫。这是区分氮胁迫和硫胁迫的重要测量方法）Kramer Lake模型荧光淬灭参数：Y（II），qL ，Y（NPQ），Y（NO）Kughammer简化Lake模型荧光淬灭参数：Y（II），Y（NPQ），Y（NO），NPQPuddle模型荧光淬灭参数：qP，qN，NPQ，qE（光保护机制导致的非光化学淬灭），qT（稳态跃迁过程导致的非光化学淬灭），qI（光抑制和光破坏机制导致的非光化学淬灭）其它常规荧光参数:Y、Fv/Fm、ETR、PAR、叶片温度、Fo、Fm、Fv、Ft、Fod、Fms、Fs、OJIP曲线光合参数：光合速率、蒸腾速率、气孔导度等环境参数：温湿度、辐射、土壤水分温度、土壤元素2.4 系统组成和技术指标 AZ-B0300植物逆境生理观测系统可测量、存储光合、荧光和环境因子参数。 光合测量单元： 测量范围：CO2 0-3000ppm，分辨率1ppm，H2O 0-75 mbar，分辨率0.1mbar， PAR 0-3000μmol m-2 s-1，余弦校正；可控条件： CO2控制最高2000ppm；H2O控制可高于或低于环境条件；温度由微型peltier元件控制，可高于或低于环境10℃； PAR控制由高效、低热 红/蓝LED阵列单元控制，最高2000μmol m-2 s-1；叶绿素荧光测量单元： 测量模式：Fv/Fm,Yield常规测量模式、Lake和Puddle模型荧光淬灭测量模式、Kinetic荧光动力学测量模式、OJIP测量模式、多次饱和光闪测量模式。多功能PAR叶夹：通常情况下，如果植物受到了氮素胁迫，则植物表皮会积聚一种对紫外光吸收能力强的物质，FRFex360/FRFex440多功能PAR叶夹即是通过测量这种情况下的紫外光和蓝光激发的红外荧光值比率来判断植物的氮素胁迫水平。a双光源饱和脉冲：690nm卤素灯与双通道660nm 和450nm可调 LED。卤光灯最大光强0-15,000μmolm-2s-1，LED 0-4,500μmolm-2s-1。光化学光：LED光源0-3,000 μmolm-2s-1，卤素灯光源0-6,000μmolm-2s-1。远红外光源：735nmLED(用来测定Fod)，强度可调。数据存储：1Gb的内存容量，能存储上万组数据，可扩展SD卡。 环境因子： 总辐射0-2000 Wm-2，分辨率1 Wm-2；降雨量0.005mm~250mm，分辨率0.005mm；光合有效辐射0~500Wm-2，分辨率1 Wm-2，采样频率6次/min，滑动平均值作为结果；空气温度-30℃~+70℃，分辨率0.1℃，采样频率6次/min，滑动平均值作为结果；空气相对湿度0-100%，分辨率1%，采样频率6次/min，滑动平均值作为结果；地表温度-30℃~+50℃，分辨率0.1℃，采样频率6次/min，滑动平均值作为结果；土壤温度-30℃~+100℃，分辨率0.1℃，采样频率6次/min，滑动平均值作为结果；降雨形态数据采集器：有16 个可编程、多功能通道，每个通道自由编程，可扩展。测量范围 40mV 至25V，每个通道可赋予数学计算。操作软件：包含有系统设置软件和数据报告软件。系统设置软件用于设置系统的各通道及计算公式，数值平均方法，数据文件命名方式，WEB 页设置，Ethernet 口设置。数据报告软件提供滑动平均值（sliding average），矢量平均和分级平均。 土壤水分：水分0-100%，精度±2%；温度-15℃~+50℃，精度±0.2℃。测管长度0.6m, 1m，1.5m, 2m，2.5m, 3m可选。采用掌上电脑和蓝牙无线通讯。土壤元素3 数据处理　　　利用AZ-B0300植物逆境生理测量系统所获得的气体交换参数和荧光参数测量结果，与各环境因子或人工处理条件的测量数据之间进行相关分析或主成分分析。从而分析各环境因子对植物逆境胁迫的影响机理和贡献率。4 应用案例4.1 植物水分胁迫/轻度干旱胁迫测量的新方法(John Burke 2010) 用荧光仪测量C3和C4植物的水分胁迫和轻度干旱胁迫一直是个难题。早在2007年，美国德克萨斯州植物胁迫研究实验室的John Burke教授以棉花为研究对象，提供了一个新方法，利用美国OPTIC公司的调制式荧光仪测量40℃加热处理前后叶片样品的暗适应参数Fv/Fm’ （△F/Fm’）或光适应参数Yield测量结果，发现该测量值能很好的反映植物水分胁迫和轻度干旱胁迫状况。　　2010年5月份，John Burke教授再次发表了新的研究成果，进一步验证了这一新方法的可行性和科学性。　　Burke 在文中指出C3和C4植物都能用这个方法简单快速的测量，且一次性可以测量200-300个植物叶片样品。该方法将未受到胁迫的对照植物和受干旱胁迫植物的测量结果，从灌溉停止后一天开始对比，一直持续好几天。研究结果显示，灌溉停止后24小时之内，测量结果很好地反映了水分胁迫状况，这一结果也得到了其它实验室的验证。