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1 引言
植物的生存環(huán)境并不總是適宜的,，常會(huì)遭受到高低溫,、凍害、光照,、水分,、營養(yǎng)元素、CO2,、化學(xué)元素,、大氣污染、除草劑和殺蟲劑等各種環(huán)境因子復(fù)雜多變的逆境脅迫,。植物對(duì)環(huán)境脅迫的*直觀反應(yīng)表現(xiàn)在形態(tài)上,，但往往滯后于生理反應(yīng)，一旦傷害已經(jīng)造成,，則難以恢復(fù),。通過研究植物對(duì)環(huán)境脅迫的生理反應(yīng)，不但有助于揭示植物適應(yīng)逆境的生理機(jī)制,，更有助于生產(chǎn)上采取切實(shí)可行的技術(shù)措施,，提高植物的抗逆性或保護(hù)植物免受傷害，為植物的生長創(chuàng)造有利條件,。
20 世紀(jì) 80 年代以來,，便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)和葉綠素?zé)晒鈨x等生理生態(tài)測(cè)試儀器的問世，為研究植物逆境生理及其響應(yīng)提供了新的研究手段,，產(chǎn)生了大量的研究成果,。但另一方面，它們又都有各自的局限性,。當(dāng)氣孔不均勻關(guān)閉現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí),，葉片氣體交換測(cè)量系統(tǒng)計(jì)算得到的Ci 會(huì)被高估；另外,，不同生境之間葉片光合速率大小比較沒有直接的意義,，而且比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。葉綠素?zé)晒怆m然容易測(cè)定,，但如果實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不夠好,，結(jié)果將很難解釋,。
2 觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 目標(biāo)
植物逆境生理研究需要測(cè)量的指標(biāo)**葉綠素?zé)晒鈪?shù)，葉綠素?zé)晒夥磻?yīng)是植物光化學(xué)反應(yīng)的指示物,，與物種,、季節(jié)、環(huán)境,、樣品情況和其它影響植物生理作用的因素有關(guān),。因此，可測(cè)定葉綠素?zé)晒獾淖兓瘉矸从持参飳?duì)環(huán)境脅迫的反應(yīng),。
植物生長區(qū)域的降水,、光照、氣溫,、土壤水分等環(huán)境因子指標(biāo)與植物逆境生理脅迫水平密切相關(guān),，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，有利于精確反映環(huán)境因子的變化對(duì)植物逆境生理狀態(tài)的動(dòng)態(tài)影響,。
同步測(cè)定活體葉片氣體交換和葉綠素?zé)晒鈱?duì)闡述植物對(duì)環(huán)境因子逆境脅迫的響應(yīng),，結(jié)合環(huán)境因子的同步測(cè)量可提供更有意義的結(jié)果。
AZ-B0300植物逆境生理觀測(cè)系統(tǒng)能同時(shí)測(cè)量植物的氣體交換參數(shù),、熒光參數(shù)和環(huán)境因子,，可用于植物多種類型環(huán)境因子的逆境脅迫研究。
2.2 植物逆境種類及熒光參數(shù)測(cè)量方法
脅迫類型 | 研究方法和測(cè)量參數(shù) |
水分脅迫 | 測(cè)量凈光合速率,、氣孔導(dǎo)度和水分利用效率等氣體交換參數(shù),； 測(cè)量加熱處理（39℃）前后的Yield； C4植物測(cè)量ETR/A,； C3,、C4和CAM植物的中度水分脅迫，測(cè)量Fs/Fo & Fo,； OJIP曲線和K-Step熒光動(dòng)力學(xué)曲線參數(shù),。 |
光脅迫 | 測(cè)量凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和水分利用效率等氣體交換參數(shù),； 熒光淬滅和淬滅弛豫測(cè)量---研究光保護(hù)機(jī)制下類囊體膜⊿ph變化的**方法,；OJIP參數(shù)比Fv/Fm對(duì)光脅迫更敏感（Thach 2007）。 |
高溫脅迫 | 測(cè)量凈光合速率,、氣孔導(dǎo)度和水分利用效率等氣體交換參數(shù),； 熒光淬滅和淬滅弛豫測(cè)量---適于研究中度高溫脅迫（≥35℃）； 光響應(yīng)曲線Fv/Fm,，Yield,，OJIP參數(shù) （Dascaliuc A.， Ralea t.,， Cuza P.,，2007) (Schreiber U. 2004) (Strasser 2004) |
低溫脅迫 | 測(cè)量凈光合速率,、氣孔導(dǎo)度和水分利用效率等氣體交換參數(shù)； ETR/CO2同化率,；Yield,；Fv/Fm,；ETR,；熒光淬滅及弛豫參數(shù)（NPQ， qN,， qP,， qL， qE,， qT,， qI，Y(NPQ),， Y(NO)）,，光響應(yīng)曲線 (Cavender-Bares J.， Bazzaz F.,， 2004) (Krause 1994) (Adams1994,， 1995) |
凍害脅迫 | Yield；Fv/Fm,；ETR,；熒光淬滅及弛豫參數(shù)（NPQ， qN,， qP,， qL， qE,， qT,， qI，Y(NPQ),， Y(NO).）(Ball 1994,，1995)， (Krause 1994),， (Adams1994,， 1995) |
CO2脅迫 | 測(cè)量凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和水分利用效率等氣體交換參數(shù),； FV/Fm,，OJIP參數(shù)對(duì)CO2脅迫很敏感； qP能很好的反映出水分,、光照和CO2復(fù)合脅迫情況,； Yield和NPQ參數(shù)對(duì)CO2脅迫不敏感(Siffel & Braunova 1999),。 |
大氣污染（O3） 脅迫 | Yield，F(xiàn)v/Fm,，qP,，NPQ等參數(shù)均對(duì)O3脅迫很敏感 (Calatayud，Pomares,，Barreno 2006) |
除草劑 脅迫 | VJ-OJIP對(duì)于多種農(nóng)藥脅迫敏感,；Yield & NPQ；NPQ對(duì)于DDT和DCMU脅迫敏感,。(Christiansen,， Teicher and Streibig 2003) (Percival 2005) |
化學(xué)元素 脅迫 | 鋁、鎘,、鈷、銅,、鋅,、鎳元素等…… |
營養(yǎng)元素 脅迫 | 氮素、硫元素,、硼元素,、鈣元素、氯元素,、鐵元素等…… |
2.3 觀測(cè)內(nèi)容
熒光指標(biāo)：FRFexd360/FRFecx440（主要用于測(cè)量氮脅迫,。這是區(qū)分氮脅迫和硫脅迫的重要測(cè)量方法）
Kramer Lake模型熒光淬滅參數(shù)：Y（II），qL ,，Y（NPQ）,，Y（NO）
Kughammer簡化Lake模型熒光淬滅參數(shù)：Y（II），Y（NPQ）,，Y（NO）,，NPQ
Puddle模型熒光淬滅參數(shù)：qP，qN,，NPQ,，qE（光保護(hù)機(jī)制導(dǎo)致的非光化學(xué)淬滅），qT（穩(wěn)態(tài)躍遷過程導(dǎo)致的非光化學(xué)淬滅）,，qI（光抑制和光破壞機(jī)制導(dǎo)致的非光化學(xué)淬滅）
其它常規(guī)熒光參數(shù):Y,、Fv/Fm、ETR,、PAR,、葉片溫度、Fo,、Fm,、Fv,、Ft、Fod,、Fms,、Fs、OJIP曲線
光合參數(shù)：光合速率,、蒸騰速率,、氣孔導(dǎo)度等
環(huán)境參數(shù)：溫濕度、輻射,、土壤水分溫度,、土壤元素
2.4 系統(tǒng)組成和技術(shù)指標(biāo)
AZ-B0300植物逆境生理觀測(cè)系統(tǒng)可測(cè)量,、存儲(chǔ)光合,、熒光和環(huán)境因子參數(shù)。
光合測(cè)量單元：
測(cè)量范圍：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；
可控條件： CO2控制**2000ppm,；H2O控制可高于或低于環(huán)境條件,；溫度由微型peltier元件控制，可高于或低于環(huán)境10℃,； PAR控制由高效,、低熱 紅/藍(lán)LED陣列單元控制，**2000μmol m-2 s-1,；
葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量單元：
測(cè)量模式：Fv/Fm,，Yield常規(guī)測(cè)量模式、Lake和Puddle模型熒光淬滅測(cè)量模式,、Kinetic熒光動(dòng)力學(xué)測(cè)量模式,、OJIP測(cè)量模式、多次飽和光閃測(cè)量模式,。
多功能PAR葉夾：通常情況下,，如果植物受到了氮素脅迫，則植物表皮會(huì)積聚一種對(duì)紫外光吸收能力強(qiáng)的物質(zhì),，F(xiàn)RFex360/FRFex440多功能PAR葉夾即是通過測(cè)量這種情況下的紫外光和藍(lán)光激發(fā)的紅外熒光值比率來判斷植物的氮素脅迫水平,。
a雙光源飽和脈沖：690nm鹵素?zé)襞c雙通道660nm 和450nm可調(diào) LED。
鹵光燈**光強(qiáng)0-15,，000μmolm-2s-1,，LED 0-4,，500μmolm-2s-1。
光化學(xué)光：LED光源0-3,，000 μmolm-2s-1,，鹵素?zé)艄庠?-6，000μmolm-2s-1,。
遠(yuǎn)紅外光源：735nmLED(用來測(cè)定Fod),，強(qiáng)度可調(diào)。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：1Gb的內(nèi)存容量,，能存儲(chǔ)上萬組數(shù)據(jù),，可擴(kuò)展SD卡。
環(huán)境因子：
總輻射0-2000 W·m-2,，分辨率1 W·m-2,；降雨量0.005mm~250mm，分辨率0.005mm,；
光合有效輻射0~500W·m-2,，分辨率1 W·m-2，采樣頻率6次/min,，滑動(dòng)平均值作為結(jié)果,；
空氣溫度-30℃~+70℃，分辨率0.1℃,，采樣頻率6次/min,，滑動(dòng)平均值作為結(jié)果；
空氣相對(duì)濕度0-100%,，分辨率1%,，采樣頻率6次/min，滑動(dòng)平均值作為結(jié)果,；
地表溫度-30℃~+50℃,，分辨率0.1℃，采樣頻率6次/min,，滑動(dòng)平均值作為結(jié)果,；
土壤溫度-30℃~+100℃，分辨率0.1℃,，采樣頻率6次/min,，滑動(dòng)平均值作為結(jié)果；
降雨形態(tài)
數(shù)據(jù)采集器：有16 個(gè)可編程,、多功能通道,，每個(gè)通道自由編程，可擴(kuò)展。測(cè)量范圍 40mV 至25V,，每個(gè)通道可賦予數(shù)學(xué)計(jì)算,。
操作軟件：包含有系統(tǒng)設(shè)置軟件和數(shù)據(jù)報(bào)告軟件。系統(tǒng)設(shè)置軟件用于設(shè)置系統(tǒng)的各通道及計(jì)算公式,，數(shù)值平均方法,，數(shù)據(jù)文件命名方式，WEB 頁設(shè)置,，Ethernet 口設(shè)置,。數(shù)據(jù)報(bào)告軟件提供滑動(dòng)平均值（sliding average），矢量平均和分級(jí)平均,。
土壤水分：水分0-100%,，精度±2%；溫度-15℃~+50℃,，精度±0.2℃,。測(cè)管長度0.6m， 1m,，1.5m,， 2m，2.5m,， 3m可選。采用掌上電腦和藍(lán)牙無線通訊,。
土壤元素
3 數(shù)據(jù)處理
利用AZ-B0300植物逆境生理測(cè)量系統(tǒng)所獲得的氣體交換參數(shù)和熒光參數(shù)測(cè)量結(jié)果,，與各環(huán)境因子或人工處理?xiàng)l件的測(cè)量數(shù)據(jù)之間進(jìn)行相關(guān)分析或主成分分析。從而分析各環(huán)境因子對(duì)植物逆境脅迫的影響機(jī)理和貢獻(xiàn)率,。
4 應(yīng)用案例
4.1 植物水分脅迫/輕度干旱脅迫測(cè)量的新方法(John Burke 2010)
用熒光儀測(cè)量C3和C4植物的水分脅迫和輕度干旱脅迫一直是個(gè)難題,。早在2007年，美國德克薩斯州植物脅迫研究實(shí)驗(yàn)室的John Burke教授以棉花為研究對(duì)象,，提供了一個(gè)新方法,，利用美國OPTIC公司的調(diào)制式熒光儀測(cè)量40℃加熱處理前后葉片樣品的暗適應(yīng)參數(shù)Fv/Fm’ （△F/Fm’）或光適應(yīng)參數(shù)Yield測(cè)量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該測(cè)量值能很好的反映植物水分脅迫和輕度干旱脅迫狀況,。
2010年5月份,，John Burke教授再次發(fā)表了新的研究成果，進(jìn)一步驗(yàn)證了這一新方法的可行性和科學(xué)性,。
Burke 在文中指出C3和C4植物都能用這個(gè)方法簡單快速的測(cè)量,，且一次性可以測(cè)量200-300個(gè)植物葉片樣品。該方法將未受到脅迫的對(duì)照植物和受干旱脅迫植物的測(cè)量結(jié)果,，從灌溉停止后一天開始對(duì)比,，一直持續(xù)好幾天。研究結(jié)果顯示，灌溉停止后24小時(shí)之內(nèi),，測(cè)量結(jié)果很好地反映了水分脅迫狀況,，這一結(jié)果也得到了其它實(shí)驗(yàn)室的驗(yàn)證。
暫無數(shù)據(jù),！
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