使用Li—6400进行光合特性研究应注意的问题

摘要： 以杨树为例，从光合作用测定时间、叶片选择、测定过程、数据处理4个方面，介绍了使用Li-6400便携式光合作用测量系统进行光合特性研究中应注意的问题，以提高测定的准确性。

关键词： 杨树； 光合特性

中图分类号： S 712 文献标识码： C

文章编号： 1001 - 9499 （2018） 02 - 0057 - 03

光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成有机物，并释放出氧气的过程。这一过程十分复杂，并受到外界环境因子（如光照强度、空气相对湿度及大气温度等）和内部自身因素的影响。随着科学研究的不断深入，越来越多的学科，如植物生态学、植物生理学、农学、林学等的研究中涉及光合作用的测定[ 1 ]。在林业上，对树种光合特性的研究已较为普遍，树种光合特性的研究对解释和预测内、外因子如何影响树木的生长、发育及物质生产过程中能量吸收、固定、分配及转化起到十分重要的作用[ 2 - 3 ]。Li-6400便携式光合作用测量系统作为目前较常规使用的研究手段，不仅可以通过控制叶片周围的CO2浓度、H2O浓度、温度、相对湿度、光照强度和叶室温度等相关环境条件对植物光合作用进行研究，还可以进行叶绿素荧光、植物呼吸、植物蒸腾、群落光合及土壤呼吸等多项指标的测定，这些功能使Li-6400成为生理生态学研究领域重要的基础研究设备。

本文结合实际，以杨树为例，对使用Li-6400便携式光合作用测量仪进行光合特性研究中应该注意的一些问题进行探讨。

1 光和特性的测定

1. 1 测定时间

在进行田间野外测定时，要选择无云无风或少云无风的晴天，以确保室外太阳光强度相对稳定的条件。在阴雨天气过后，植物的光合活力往往低于正常值，因此不应在天气转为晴朗后立即进行光合作用测定，至少要等待半天或一天的时间。有研究表明，不同天气（阴雨天或晴天）对测定结果有显著影响[ 4 ]。

光合作用对外界环境有较高的灵敏度，例如外界的温度、湿度及光照强度等，因此即便在一天当中，也要选择适宜的时段进行光合作用测定。在晴朗天气，光照强度和温度等因子由早至晚呈现规律性变化，上午逐渐升高，中午前后达到最大值，下午逐渐降低，叶片的光合作用速率也依此规律变化。早晨，光照强度及温度均较低，光合作用处于逐步增高的光合诱导期，因此，在研究不同处理或品种的对比测定时，一定要在诱导期结束、光合作用达到稳定状态时再进行测定。同时，为了避免光合“午休”现象的发生[ 6 ]，最适宜的测量时间可选在上午9：00-11：00AM。

1. 2 叶片的选择

实测中发现，不仅不同健康状况、叶龄、叶位的叶片光合速率不同，叶片的取向和着生角度也会对光合速率产生影响。因此，首先应选择无病虫害、无损伤、水分和营养状况良好的叶片，即选择生长健康的叶片进行测定；其次，要求叶龄一致，避免叶片原来状态发生改变，包括方向、位置等，同时注意避免叶片之间的遮挡；最后，如果进行光合速率等对比试验，则应保持叶片生长环境一致，且能代表满足试验目需要的叶片生长微环境，还应保证不同叶片的外部环境设置相同（如流速、叶温、湿度等）。

另外，一般采用活体叶片测量光合作用。如在实际测定过程中，活体测定存在困难需要离体测定时，必须在水下剪断枝条或叶柄，并将其插在水中。因为在空气中剪断，导管内水柱收缩后空气会进入，之后将其插入水中，水分也难以再进入叶片，从而导致水分胁迫，影响测定结果。

2 使用Li-6400进行测定时的注意事项

2. 1 关注光环境与光强度之间的差距

凡是利用Li-6400光源进行控光试验的光合测定，包括光响应曲线和CO2响应曲线，在测定过程中需要查看g行参数PARout（植物所处光环境）和所控光强之间的差距，如果差距较大，则需要考虑进行光诱导，在饱和光强下至少诱导20 min以上。此饱和光强不能太大，否则可能产生光抑制，需提前确定最适诱导光强和诱导时间。

2. 2 光下平衡时间

在进行净光合速率测定时，需要注意不同植株叶片净光合速率稳定时间存在的差异；为了准确测定或比较不同植株间的光合能力的差别，需要提前确定光下稳定时间。

2. 3 饱和光强

在测定植物CO2响應曲线之前，需知道其饱和光强，这个数值需要预备试验来确定。

2. 4 表观量子效率测定

根据Li-6400的操作指南，在测定表观量子效率（AQY）时应注意以下几个问题：一是为了消除光呼吸的影响，应在高CO2和低O2的条件下测定；二是为了保证测定的准确性，植株必须无光抑制和光破坏的情况；三是在用光响应曲线计算时，注意取点数和取点范围，一般最适宜取点数为5～8个，取点范围在20 μmol/m2·s2. 5 光响应曲线测定

在测定杨树光响应曲线时发现，在20 μmol/m2·s<

PPFD<150 μmol/m2·s范围内至少设定5个点，得到的曲线较理想。

如果光响应曲线和CO2响应曲线在同一天测定，则应尽可能采用不同的叶片，但要求两片叶片的生长环境、生长状况及叶龄等因素相对一致。

有些试验工作除了需要测定光合作用外，还需要进行色素含量、矿质元素、同工酶以及生物化学和分子生物学方面的分析。为了试验的准确性，用于其它试验测定的叶片和光合作用测定叶片应相同。具体做法：光合作用测定结束后，立即取下叶片，液氮冷冻，-70 ℃保存。

2. 6 其 它

因光合作用受外界因子的影响，为了使对比试验具有可比性，应合理安排处理或品种的数量，以避免较长的测定时间导致环境因素的变化，进而对测定结果产生影响。根据近几年的田间野外实测经验，在进行光合速率测定时，处理或品种总数量最好不大于4个，每组测定的叶片数量最好为10片。当然，也可根据试验设计和统计分析结果来确定最佳的处理数量和重复次数。

3 数据处理及结语

3. 1 光合作用受植物体内因及外界环境因素的双重影响，只有了解植物的生理状态和环境条件，才能对光合速率的变化做出合理的解释。在撰写论文时，应给出外界环境因素（温度、湿度、光强等）的数据；在测定时要时刻关注和分析所得结果的客观性，各指标值是否在合理范围内。如C3植物光合作用光饱和点是否小于2 000 μmol/m2·s，CO2补偿濃度是否大于10 μmol/μmol等[ 7 ]。

3. 2 如果想了解杨树品种的最大净光合速率、光饱和点、光补偿点等指标，需要对植株进行光响应曲线的测定。试验数据的拟合需要采用光响应模型，目前，较为常用的光响应曲线拟合模型有直角双曲线模型[ 8 ]、非直角双曲线模型[ 9 ]、直角双曲线修正模型[ 10 ]和指数模型[ 11 ]等。对于初学者来说，光响应模型种类繁多，如何选择适宜的模型显得尤为重要。每种植物适用的模型不一定相同，需要进行比较分析，如闫小红等[ 12 ]采用上述4种模型对4种水稻品种的光合光响应曲线进行了拟合，发现直角双曲线修正模型对水稻的适用性较好。同一种植物在不同的环境条件下，适宜的拟合模型也不一定相同，如梁文斌等[ 13 ]研究短梗大参光合作用光响应曲线时发现，在全光照条件下，分段函数是短梗大参最适宜的光响应曲线拟合模型，在荫蔽条件下，直角双曲线修正模型是短梗大参光响应曲线最适用的分析模型。同时，现在分析软件众多，可以采用统计软件进行数据处理，如SPSS、DPS[ 14 ]等。

3. 3 随着现代化光合测定系统的推广，植物光合作用的测定也越来越简便、快捷[ 15 ]。但基于光合作用受植物体自身及外界环境双重影响的特点，如不注意测定时间，采用任意叶片进行测定，甚至后期数据处理不当，往往会使测定结果失去实际意义。

参考文献

[1] 杨秋云， 乔江方. Li-6400光合作用测定仪在水稻上的应用及常见问题分析[J]. 实验室研究与探索， 2009， 28（8）： 52 - 55.

[2] 李晓宇. 小叶杨光合特性研究[J]. 湖南林业科技， 2015， 42（2）： 54 - 57.

[3] 苏晓华， 丁昌俊， 马常耕. 我国杨树育种的研究进展及对策[J]. 林业科学研究， 2010（1）： 31 - 37.

[4] 及利， 张洁， 王会仁， 等. 嫩江云杉造林特性及叶片形态特性研究[J]. 森林工程， 2015， 31（6）： 37 - 40.

[5] Yong Z H， Chen G Y， Zhang D Y， et al. Is photosynthetic acclimation to free - air CO2 enrichment （FACE） related to a strong competition f or the assimilatory power between carbon assimilation and nitrogen assimilation in rice leaf？[J]. Photosynthetica， 2007， 45（1）： 85-91.

[6] 罗青红， 李志军， 伍维模， 等. 胡杨、 灰叶胡杨光合及叶绿素荧光特性的比较研究[J]. 西北植物学报， 2006（5）： 983 - 988.

[7] 许大全. 光合作用测定及研究中一些值得注意的问题[J]. 植物生理学通讯， 2006， 4（6）： 1 163 - 1 167.

[8] Baly E C. The kinetics of photosynthesis[J]. Proceedings of the Royal Society of London Series B （Biological Sciences）， 1935， 1：218-239.

[9] Thornley J H M. Mathematical Models in Plant Physiology[M].London： Academic Press， 1976.

[10] Ye Z P. A new model for relationship between light intensity and the rate of photosynthesis in Oryza sativa[J].Photosynthetica， 2007， 45（4）： 637 - 640.

[11] Bassman J， Zwier J C. Gas exchange characteristics of Populus trichocarpa， Populus deltoids and Populus trichocarpa × P. deltoids clone[J]. Tree Physiology， 1991（8）： 145 - 159.

[12] 闫小红， 尹建华， 段世华， 等. 四种水稻品种的光合光响应曲线及其模型拟合[J]. 生态学杂志， 2013， 32（3）： 604 - 610.

[13] 梁文斌， 聂东伶， 吴思政， 等. 短梗大参光合作用光响应曲线及模型拟合[J]. 经济林研究， 2014， 32（4）： 38 - 44.

[14] 李晓宇， 杨成超， 于雷， 等. DPS软件在中绥12杨光响应曲线拟合中的应用[J]. 湖南林业科技， 2015， 42（3）： 85 - 89 +1 00.

[15] 翟学超. 利用近红外光谱技术分析桦树叶片成分的研究[J].林业科技， 2015， 40（3）： 30 - 33.

第1作者简介： 李晓宇（1982-）， 女， 工程师， 硕士研究生， 主要从事杨树栽培等生理研究。

（责任编辑： 潘启英）