漢莎快訊（二）:光合儀和氧電極測定光合速率的區(qū)別及優(yōu)缺點

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驗的方法呢？

      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，然而實際情況并非如此。

      光合作用過程中每生成一個O₂分子將會有四個電子進(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，實際情況下并非是每釋放一個O₂分子就吸收一個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補償點、CO₂飽和點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)時也是這么想的，其實不然，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、、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)曲線計算出RuBP羧化效率、表觀量子產(chǎn)量、光補償點、飽和光強、CO₂補償點、CO₂飽和點、溫度補償點、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)入一個氣室，使從同化室出來的氣體作為樣本氣進(jìn)入另一個氣室，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算出光合速率。由于該方法快速、準(zhǔn)確，又彌補了密閉式氣路系統(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。