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LI-6800应用案例 | 【ATMOS MEAS TECH】使用LI-6800同步测量叶片的光合作用和痕量气体释放

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实验结果/结论
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原文以 Simultaneous leaf-level measurement of trace gas emissions and photosynthesis with a portable photosynthesis system发表在Atmospheric Measurement Techniques(IF=4.176)上。
作者 | Mj Riches, Daniel Lee, Delphine K. Farmer

翻译 | 子毅

植物叶片会释放挥发性有机化合物(VOCs)或其他痕量气体,确认其化学成分、量化其释放速率以及了解其释放过程与环境因子的关系很有意义。

LI-6800是一个同步测量叶片光合作用及痕量气体释放的有力工具。

研究者们系统回顾了LI-6800高级光合-荧光测量系统的一系列实用功能,详细介绍了如何将其与痕量气体分析仪(Trace Gas Detectors)联用,进而实现叶片尺度上光合气体交换和痕量气体释放的同步测量。

LI-6800高级光合-荧光测量系统在本研究中的作用


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LI-6800高级光合-荧光测量系统


LI-6800可执行多种环境因子的单一或同时控制,包括温度、相对湿度、饱和水汽压亏缺、光照强度(含波长比例)以及CO₂浓度等。整个系统还可精确控制流速以及叶室混合风扇转速,实现对叶片边界层导度的定量控制。


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LI-6800的环境因子控制能力一览表


联合使用苏打(LI-COR 9964-090)和CO₂小钢瓶(LI-COR 9968-227)控制进气CO₂浓度;

联合使用加湿颗粒(Stuttgarter Masse,LI-COR 9968-165)和干燥剂(LI-COR 622-4299)控制饱和水汽压亏缺VPD/相对湿度RH。


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LI-6800的饱和水汽压亏缺VPD及CO₂浓度控制

(从右至左依次是苏打管、加湿颗粒管、干燥剂管、CO₂小钢瓶)


通过设置单一环境因子(如温度、光照、CO₂浓度、VPD等)的梯度变化,研究叶片的环境因子光合生理响应曲线。

在每一个新的环境条件下,等待叶片生理状态达到稳定,随后采集气体交换参数和痕量气体释放速率数据。 

为确保叶片生理状态已经达到稳定,研究者使用了LI-6800的“Stability”这一功能,选取参数包括气孔导度gsw和净光合速率A。对气孔导度gsw而言,该阈值设置为0.01mol m-2 s-1 min-1(15s内);对净光合速率A而言,该阈值设置为0.5 μmol m-2 s-1 min-1(15s内)。这种量化的标准很容易帮助研究者评判叶片生理状态的稳定性。


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LI-6800的“Stability”用户自定义功能


数据显示,叶片大约需要30s到15min,就能达到新的稳定状态。耗时长短主要取决于设置的数值和之前叶片所处环境条件的差距,差距越大,耗时越长。

LI-6800使用红外气体分析器测量进、出叶室的CO₂和H2O浓度,进而计算净光合速率(Assimilation)和蒸腾速率(Transpiration)。


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LI-6800的净光合速率(Assimilation)和蒸腾速率(Transpiration)计算原理


LI-6800预留了参比(REF)和样品腔室(SAM)的气体采集通道,为测量叶片表面的痕量气体释放提供了便利。


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A为叶室,B1为SAM样品腔室气体采集通道,B2是Overflow通道,

C1是REF参比腔室气体采集通道,C2是Overflow通道;D是Sorbent tube,连接外置泵E


来自REF通道的气体可作为系统背景(System Background);来自SAM通道的气体,代表了系统背景和叶片表面释放两者的加和。因此,SAM和REF的差值,就代表了源自叶片表面的痕量气体释放。

LI-6800系统能实现Online或Offline痕量气体释放测量。使用化学电离质谱仪(CIMS)和外置CO₂分析仪,进行Online采样测量。研究者们同时发现,流速控制原理也同样适用于其他痕量气体的测量,如PTR-MS。使用热解吸-气相色谱质谱法进行Offline分析。

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原文中的主要数据图


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