光合作用測定儀的原理、發(fā)展歷史和特點

光合作用測定儀又叫光合儀，是測定氣體CO2濃度、空氣溫濕度，植物葉片溫度，光強，氣體流量等要素，并計算出植物的光合(呼吸)速率、蒸騰速率、細胞間CO2濃度和氣孔導(dǎo)度四大光合作用指標的儀器。
光合作用的重要性
1、把無機物轉(zhuǎn)變成有機物
綠色植物合成的有機物質(zhì)，可直接或間接作為人類或全部動物界的食物(如糧、油、糖等和牧草飼料、魚餌等)，也可以作為某些工業(yè)的原料(如棉、麻、橡膠、糖等)。換句話說，今天人類所吃的食物和某些工業(yè)原料，都是直接或間接地來自光合作用。
2、蓄積太陽能
光合作用形成的有機物所貯藏的化學能，除了供植物本身和全部異養(yǎng)生物之用外，更重要的可供人類營養(yǎng)和活動的能量來源。人類所利用的能源，如煤炭、天然氣、木材等等，都是現(xiàn)在或過去的植物通過光合作用形成的。因此，光合作用是今天能量的主要來源。
3、環(huán)境保護
從清除空氣中過多的CO2和補充消耗掉O2的角度來衡量，綠色植物被認為是一個自動的空氣凈化器。
光合作用的研究在理論上和實踐上都具有重要的意義。光合作用是地球上普遍存在而又*的一個過程，是其它生物生存的基礎(chǔ)。光合作用測定儀有助于加深對光合作用的研究。
光合作用測定儀的原理
測定光合速率的方法很多，但應(yīng)用多是根據(jù)CO2的吸收測定光合速率。光合作用測定儀利用紅外線

CO2氣體分析儀法測定光合速率。
1、CO2測定
紅外線氣體分析根據(jù)由異原子組成的具有偶極矩的氣體分子如CO2、CO、H2O、SO2、CH3、NH4、NO等在2.5~25um的紅外光區(qū)都有特異的吸收帶，CO2在中段紅外區(qū)的吸收帶有4處，其中4.26um的吸收帶zui強，而且不與H2O相互干擾。紅外線CO2分析就是通過檢測CO2對4.26um光譜的吸收來測定光合作用過程中CO2的變化量。因為CO2吸收的4.26um紅外光能與其吸收系數(shù)(K)、氣體的濃度(C)和測定的氣室長度(L)有關(guān)，并服從比爾一蘭伯特定律：E=Eoe-KCL
因為測定儀在設(shè)計過程中將確定了Eo(初級始發(fā)能量)和L(氣室長度)，-K，e為常數(shù)，而E(測定未端的能量)就有了與C(被測氣體濃度)的對應(yīng)關(guān)系，通過測定E就可測定出CO2濃度。
紅外線CO2分析的優(yōu)點：①靈敏度高，可以測定到1.0、0.5甚至0.1uml•mol-1(即ppm)的CO2濃度;②反應(yīng)快速，響應(yīng)時間短，可測定出光合速率瞬時變化;③易實現(xiàn)自動化，智能化的測定。
光合作用測定儀采用單片機的智能管理技術(shù)，除了監(jiān)測光合作用過程中的CO2變化外，還測定相應(yīng)的光合有效輻射、溫度，并根據(jù)這些測定參數(shù)自動計算出相應(yīng)的光合速率(Pn)，水分利用率，氣孔導(dǎo)度。
2、溫度測定原理
溫度傳感器應(yīng)用高精度傳感器，測溫電路應(yīng)用三線制經(jīng)典恒流源測溫電路。
3、光合有效輻射測定
光合有效輻射(PAR)是指植物吸收并參與光化學反應(yīng)的太陽輻射光譜成份。一般光譜范圍多采用400～760nm，該技術(shù)原理為：PAR測定采用多層疊加濾光和光敏半導(dǎo)技術(shù)，即采用硅光電二極管，利用光生伏應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為電能，在光照照射下能在P區(qū)和N區(qū)之間形成光生電動勢，把PN結(jié)連接起，電路中就有電流流過，電流大小與光照強度成相關(guān)性。
光合作用測定儀優(yōu)點是穩(wěn)定性好和重現(xiàn)性好，動態(tài)范圍寬，溫濕度特性優(yōu)良和幾乎沒有疲勞特性。硅光電二極管的短路電流與光照強度有較好的線性關(guān)系，當選擇適當?shù)臑V光片對光譜進行選擇，則硅光電二極管輸出電流即和所選光譜的光強呈線性關(guān)系。
光合作用測定儀的發(fā)展歷史
簡單配置階段：
光合作用測定儀在20世紀50年代初開始應(yīng)用，其配置相對簡單，只有葉室(或同化箱)及相應(yīng)氣路和氣泵等配置，采取人工直接讀數(shù)和計算。
復(fù)雜配置階段：
為了增加測定速度，實現(xiàn)多點測定，光合作用測定儀配置了多路轉(zhuǎn)換和相應(yīng)的記錄裝置，以達到一機多點多通道測定。此外，為了提高測定精度和能控制測定條件，有的光合作用測定儀配置了葉室的環(huán)境控制系統(tǒng)。
便攜式多功能智能化階段：
這一階段的產(chǎn)生是由于單片機、集成電路和傳感技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，在20世紀80年代中期投放市場。單片機將光合測定過程中涉及的CO2、溫度、濕度、光照強度和流量等參數(shù)進行各種運算，大大提高了測定效率。
同時，光合作用測定儀安裝了數(shù)據(jù)貯存卡，可貯存大量的測試數(shù)據(jù)。通過附加葉室、溫度、相對濕度、光照強度、CO2濃度控制系統(tǒng)，來調(diào)控環(huán)境因素;光合作用測定儀的制作特點為體積小、重量輕、測速快、功能多、操作方便，特別適合野外測定。

光合作用測定儀的特點
1、光合儀利用數(shù)據(jù)采集儀和二氧化碳分析儀及葉室之間進行通信，接收各傳感器采集的實時數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采樣周期快，計算準確?？蓽y定植物的光合(呼吸)速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度。
2、光合儀軟件界面友好，對各種傳感器進行實時曲線顯示，操作簡便。
3、光合儀交直流兩用，使用時間長。而且可以配備太陽能電池板，便于野外充電。
4、光合儀功能多，可以根據(jù)自己的需要進行閉路光合，閉路呼吸，開路呼吸及環(huán)境因子聯(lián)系采集記錄。
5、光合儀葉室設(shè)計小巧，具有適合各種葉片的葉室配件。
6、光合儀使用方便。體積小、重量輕，可隨身攜帶。氣路和電路連接明確，操作方式及測定、計算結(jié)果可以明確地顯示出來。