专利名称：可见光诱导延迟发光的光合速率快速测量方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光合作用速率测量技术，特别涉及一种利用可见光诱导的延迟发光进行光合速率检测的方法及其装置。
发明内容本发明的目的在于提供一种通过可见光诱导的延迟发光进行光合速率快速检测方法。主要是使用对叶片无损害的可见光对叶片进行短时间的激发，诱导叶绿体产生较长时间的延迟发光，并利用此延迟发光来表征叶片的光合速率。
本发明的另一目的在于提供一种实现上述方法的可见光诱导的延迟发光光合速率快速检测装置。
本发明的目的通过下述技术方案实现，本可见光诱导的延迟发光光合速率检测方法包括如下步骤(1)将叶片置于暗室，暗适应10～20s；(2)用光强为2750～5500lux、波长范围为400～760nm的可见光激发光源均匀辐照叶片0.2～20s，诱导叶片叶绿体产生较长时间的延迟发光；(3)利用光接收组件接收此来自叶片的延迟发光信号，并将其转换成电信号；(4)将电信号通过模数转换器转换为数字信号；(5)利用软件对数字信号进行数据处理，得到叶片整体或局部的延迟发光强度。
(6)在已建立的延迟发光强度与光合速率相对应的数据库中对比此发光强度，得到被测叶片的光合速率。
所选用的激发光光源的波长可选择在可见光的波长范围内，激发光光强低于叶片损伤阈值。
用激发光源均匀辐照叶片诱导叶绿体产生较长时间的延迟发光后关闭光源，暗化2～10s这样可以避免来自叶绿素a的荧光的干扰；因延迟发光随时间快速衰减，缩短暗化时间，可提高延迟发光信号强度。
上述激发光源为光强为2750～5500lux的激发光源时，均匀辐照叶片0.2～20s，可以得到持续时间较长的延迟发光信号。
本发明可见光诱导的延迟发光光合速率检测装置包括可见光激发组件、光接收组件、数模转换器、计算机、光激发组件与计算机之间的电连接、光接收组件与数模转换器之间的电连接、模数转换器与计算机之间的信号连接。
所述光接收组件是用于探测光的装置，因光诱导延迟发光相对来说较为微弱，可以采用弱光探测系统，例如各种光电倍增管、CCD或增强型CCD成像系统(ICCD)等。
所述模数转换器可采用通用的模数转换器，或带有模数转换功能的其他装置。例如National Instruments公司生产的系列图像采集卡，或Princeton Instruments公司生产的CCD控制器。
所述计算机内装有通用的数据信号处理软件，如NationalInstruments公司开发的LabVIEW软件或Princeton Instruments公司开发的WINVIEW软件，用于叶片延迟发光信号的处理。
本发明与现有技术相比具有如下优点及效果(1)本可见光诱导的延迟发光光合速率快速检测方法结合了可见光的短时间辐照延迟发光及光学成像(接收组件为CCD或者ICCD时)的优点，可以从形态学的角度来描述叶片的光合作用的强弱，不但能反映出整个叶片的平均光合作用速率，而且还能反映叶片不同部位光合速率的强弱，和传统的检测方法相比具有更直观、清晰全面的优点。
(2)本可见光诱导的延迟发光光合速率快速检测是在暗环境(叶室)中进行。激发时利用自带的激发光源，对每组测量可以固定激发光的强度，避免了传统方法检测过程中由于光强的瞬间改变而带来的测量数据的误差，因此，该方法具有稳定、精确、省时的优点。
(3)本可见光诱导的延迟发光光合速率检测方法操作过程简单，容易实现；而且实现本方法的装置结构简单，生产装配较为容易，操作使用方便，整套装置造价相对较低，利于普及和推广。
图1是本发明可见光诱导的延迟发光光合速率快速检测装置的一种装置示意图；图2是具体实施中花生叶片暗适应20s激发4s暗室内暗化2s然后通过计算机控制打开集光照像镜头的快门图像；图3是将上述步骤应用于大红花叶片光合速率检测图像。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。
施例1图1给出了本发明可见光诱导的延迟发光光合速率快速检测装置的一种具体结构示意图。由图1可见，本装置包括激发组件、光接收组件、模数转换器、计算机、打印机。其中光接收组件由收集光的照像镜头与探测器ICCD连接构成；光激发组件与计算机电气连接，接收组、模数转换器与计算机依次电气连接；三维可调样品架，架上放置待测叶片，置于暗室。选用各构件连接组成本装置，其中，激发光源选用波长范围为可见的激发光源，此选用50W钨灯。照像镜头选用适用于弱光拍摄的Nikon公司制造的大数值孔镜头(50mm，f/1.2型)；探测器选用美国Princeton Instruments公司制造的ICCD-576-S/1(增强型CCD)；模数转换器选用美国PrincetonInstruments公司制造的ST-130型控制器；计算机选用Intel公司的Pentium III型微机；数据处理软件选用WINVIEW。
将上述装置应用于花生的光合速率的检测将花生叶片置于暗室中的样品台上，使其处于集光镜头的焦平面处，关闭暗室，暗适应20s。通过计算机控制激发光源的挡光快门，使激发光均匀激发叶面。由计算机控制激发4s后关闭激发光源的挡光快门和电源，为了避免叶绿素a的荧光，关闭激发光源的挡光快门后，让叶片在暗室内暗化2s，然后通过计算机控制打开集光照像镜头的快门，记录叶片的延迟发光，通过模数转换器和计算机进行图象重，得到延迟发光的图像，如图2所示。记录叶片的延迟发光，通过模数转换器和计算机进行图象重，得到的延迟发光图像。用WINVIEW软件处理图像，得到叶片整体或者局部的延迟发光强度，在已经建立的延迟发光强度与光合速率相对应的数据库中对比此发光强度，得到相对应于此发光强度的光合速率。其对应的平均光合速率为5.4ppm/scm2。用WINVIEW软件处理图像，得到叶片整体延迟发光强度，在已经建立的延迟发光强度与光合速率相对应的数据库中对比此发光强度，得到相对应于此发光强度的光合速率。其对应的平均光合速率为5.4ppm/scm2。
实施例二按照上述操作步骤，测量植物大红花的光合速率。重建的图像如图3所示，其对应平均光合速率为3.6ppm/scm2。
权利要求
1.一种可见光诱导的延迟发光光合速率快速检测方法，其特征在于包括如下步骤；(1)将植物叶片放在叶室中暗适应10～20s；(2)用可见光激发光源激发植物叶片1～4s，诱导其产生延迟发光；(3)利用光接受组件接受此来自于叶绿体的延迟发光，并将此延迟发光信号转换为电信号；(4)利用模数转换器将电信号转换为数字信号；(5)处理数字信号，得到叶片的延迟发光强度；(6)在已建立的延迟发光强度与光合速率相对应的数据库中对比此发光强度，得到被测叶片的光合速率。
2.根据权利要求1所述的叶室为金属或者其它的非透光材料构成的暗室。
3.根据权利要求1所述的可见光诱导的延迟发光光合速率快速检测方法，其特征在于激发组件为光强为2750～5500lux的可见光谱范围的光源。
4.根据权利要求3所述的激发光强2750～5500lux满足了延迟发光所需激发光的饱和点。
5.根据权利要求1所述的可见光诱导的延迟发光光合快速检测方法，其特征在于利用激发光源激发植物叶片时，均匀照射0.2～20s。
6.根据权利要求3所述的可见光诱导的延迟发光光合速率快速检测方法，其特征在于激发光强不会损伤植物组织。
7.根据权利要求1所述的可见光诱导的延迟发光光合速率快速检测方法，其特征在于所述的激发光源均匀辐照植物叶片后，关闭激发光源，暗化2～5s，然后开始记录可见光诱导的叶绿体的延迟发光。
8.根据权利要求3所述的激发光源的光谱范围是400～760nm，包括了的延迟发光作用光谱的最佳范围680～710nm。
9.权利要求1所述的方法使用的可见光诱导的延迟发光光合速率快速检测装置，其特征在于包括可见光激发组件、光接受组件、模数转换器与计算机、光激发组件与计算机电连接，光接受组件、模数转换器与计算机依次信号连接。
10.根据权利要求9所述的可见光诱导的延迟发光光合速率快速检测装置，其特征在于光接受组件可采用各类光电倍增管、CCD、ICCDD探测系统。
全文摘要
本发明提供一种利用可见光诱导的叶绿体延迟发光,进行光合速率快速检测的方法和装置,包括下述步骤:植物叶片在可见光的诱导下产生延迟发光;光接受组件将此发光信号转换为电信号;电信号通过模数转换为数字信号;处理数字信号得到叶片的光诱导的延迟发光强度;在已建立的延迟发光强度与光合速率相对应的数据库中对比此发光强度,得出其光合速率。一种可见光诱导的延迟发光光合快速检测装置包括如下组件:光激发组件、光接受组件、模数转换器、计算机和数据处理软件。本发明不需要破坏叶片,受外界环境因素的影响小,操作简便。
文档编号G01N33/483GK1387034SQ0211539
公开日2002年12月25日 申请日期2002年6月18日 优先权日2002年6月18日
发明者邢达, 王成龙 申请人:华南师范大学