漢莎快訊：光合作用研究系列文章

 

 

     目前最流行的測定光合速率的方法是通過測定CO₂吸收的紅外線CO₂氣體分析儀法（光合儀）以及通過測定O₂釋放的氧電極法。然而，究竟那一種方法測定準(zhǔn)確，什么樣的方法才是最適合自己實(shí)驗(yàn)的方法呢？

      用氧電極測定的光合速率要大于用光合儀測定的光合速率。

      根據(jù)光合作用的總反應(yīng)式：

CO₂ + 2H₂O^* + 4.69kJ → (CH₂O) + O^*₂↑+ H₂O

      無論用氧電極測定O₂的釋放還是用光合儀（紅外線CO₂氣體分析儀法）測定CO₂的吸收測定光合速率應(yīng)該相同，然而實(shí)際情況并非如此。

      光合作用過程中每生成一個(gè)O₂分子將會有四個(gè)電子進(jìn)入電子傳遞鏈，經(jīng)過電子傳遞體的電子傳遞過程，傳遞給NADPH，NADPH和ATP還原一個(gè)CO₂分子，這種情況下是相等的。然而，電子經(jīng)電子傳遞鏈后并非都將電子傳遞給NADPH。部分電子傳給氧，進(jìn)入米勒反應(yīng)，還有部分電子用在氮（N）代謝和硫（S）代謝和光呼吸過程中，在逆境條件下用來非還原CO₂的電子比例增加。因此，實(shí)際情況下并非是每釋放一個(gè)O₂分子就吸收一個(gè)CO₂分子。

      再者液相氧電極測定O₂的釋放過程是在NaHCO₃溶液中進(jìn)行的，NaHCO₃溶液提供飽和CO₂，且消除了氣孔限制對光合速率的影響。氣相氧電極測定O₂的釋放也是在飽和CO₂條件下測定，還有就是氧電極測定光合速率是在離體條件下測定。而光合儀（紅外線CO₂氣體分析儀法）測定CO₂的吸收，受到氣孔和CO₂濃度的限制，因此用光合儀和氧電極測定的光合速率的的大小是不一致的。一般來說，用氧電極測定的光合速率要大于用光合儀測定的光合速率。

 

      氧電極測定的光合速率不能真正反映植物在實(shí)際條件下的碳同化速率。但在某些研究中，人們需要知道植物的放氧速率，比較植物放氧和同化CO₂速率的差異，從而了解光合電子在不同途徑的分配情況。加入不同的抑制劑，可以研究光合電子傳遞途徑，氧電極法除了可以測定光合速率外，還可以用于測定各種生物體及活性物質(zhì)的耗氧或放氧反應(yīng)，例如可以測定某些酶的活性及呼吸途徑的研究，并且能夠很好地控制反應(yīng)條件。用氧電極測定光合速率可以消除氣孔限制對光合的影響，為科研提供有力的數(shù)據(jù)支持。最重要的一點(diǎn)就是應(yīng)用液相氧電極，可以測定一些光合儀不能測定的小的植物材料如藻類、苔蘚類、浮游植物、懸浮細(xì)胞、芽、莖等的光合速率。

然而，作為光合速率的測定方法，氧電極法測定指標(biāo)單一，不能測定氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、CO₂補(bǔ)償點(diǎn)、CO₂飽和點(diǎn)等光合作用重要參數(shù)。

      用氧電極研究植物的光合速率目前主要的產(chǎn)品有英國Hansatech科學(xué)儀器公司生產(chǎn)的Chlorolab系列及Oxygraph等型號的液相氧電極和Leaflab系列的氣相氧電極。

 

      很多剛?cè)雽W(xué)的研究生會覺得光合儀就是測定光合速率，我當(dāng)時(shí)也是這么想的，其實(shí)不然，光合儀有著廣泛的用途。

       光合儀用來從事植物葉片光合作用、蒸騰作用、呼吸作用等相關(guān)研究。測量參數(shù)包括CO₂濃度、凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO₂濃度、氣孔導(dǎo)度、大氣濕度、空氣溫度、葉片溫度、蒸汽壓虧缺、大氣壓、光強(qiáng)、、Ci/Ca等，并且通過系統(tǒng)自帶的自動測量程序測定植物的光—光合響應(yīng)曲線、CO₂—光合響應(yīng)曲線、溫度—光合響應(yīng)曲線、濕度—光合響應(yīng)曲線等各種響應(yīng)曲線的測定，并且可以通過這些響應(yīng)曲線計(jì)算出RuBP羧化效率、表觀量子產(chǎn)量、光補(bǔ)償點(diǎn)、飽和光強(qiáng)、CO₂補(bǔ)償點(diǎn)、CO₂飽和點(diǎn)、溫度補(bǔ)償點(diǎn)、RuBP最大再生速率以及光合作用氣孔限制值等一些非常有用的生理生態(tài)參數(shù)。通過對測定條件的控制我們還可以研究能量的分配以及光呼吸。

       目前被廣泛使用的光合儀一般都采取開放式氣路設(shè)計(jì)開放式氣路系統(tǒng)采用雙氣室紅外儀，使未經(jīng)過同化室的氣體作為參比氣進(jìn)入一個(gè)氣室，使從同化室出來的氣體作為樣本氣進(jìn)入另一個(gè)氣室，由紅外監(jiān)測器檢測出參比氣和樣本氣的CO₂濃度差，根據(jù)其濃度差、同化室中葉片面積和氣體流量計(jì)算出光合速率。由于該方法快速、準(zhǔn)確，又彌補(bǔ)了密閉式氣路系統(tǒng)的一些不足，所以應(yīng)用越來越普及。

然而，光合儀由于受葉室類型的限制不方便測定藻類、苔蘚類以及小的浮游植物，懸浮細(xì)胞、蘋果果皮，幼芽等材料的光合速率。

        常見的光合儀有美國（原英國）PP Systems公司的CIRAS-2型便攜式光合儀。