马铃薯气孔导度测定仪及其测定方法与流程

本发明涉及一种植物生理学实验装置及方法，具体地说是马铃薯气孔导度测定仪及使用该测定仪的测定气孔导度的方法。

背景技术：

气孔是植物保卫细胞之间形成的凸透镜状的小孔，气孔通常多存在于植物体的地上部分，尤其是在叶表皮上，在幼茎、花瓣上也少量存在。形成气孔的保卫细胞区别于表皮细胞的特征是保卫细胞含有叶绿体，体积较小，数目也较少，片层结构发育不良，能进行光合作用合成糖类物质。紧接气孔下面海绵组织间有宽的细胞间隙（气室）。气孔在碳同化、呼吸、蒸腾作用等植物气体代谢中，作为空气和水蒸气的通路，其通过量是由保卫细胞的开闭作用来调节。因此，气孔的开放调节在植物生理上具有重要的意义。

气孔导度表示的是气孔张开的程度，影响光合作用，呼吸作用及蒸腾作用。植物在光下进行光合作用，经由气孔吸收CO₂，所以气孔必须张开，但气孔开张又不可避免地发生蒸腾作用。气孔可以根据环境条件的变化来调节自己开度的大小而使植物在损失水分较少的条件下获取最多的CO₂。气孔开度一般用气孔导度表示，其单位为mmol•m^-2•s^-1。

气孔的开闭过程称为气孔运动，气孔运动跟多种植物代谢过程相关。保卫细胞的叶绿体在光照下进行光合作用，利用CO₂，使细胞内pH值增高，淀粉磷酸化酶水解淀粉为磷酸葡萄糖，细胞内水势下降．保卫细胞吸水膨胀，气孔张开；黑暗里呼吸产生的CO₂使保卫细胞的pH值下降，淀粉磷酸化酶又把葡萄糖合成为淀粉，细胞液浓度下降，水势升高，保卫细胞失水，气孔关闭。此外，保卫细胞的渗透系统也可由K⁺来调节。光合作用光反应产生ATP，通过主动运输逆离子浓度吸收K⁺，降低保卫细胞水势，保卫细吸水使气孔张开。如果光照强度在光补偿点以下，气孔关闭；在引起气孔张开的光质上以红光与蓝紫光效果最好；景天科植物夜晚气孔张开，吸收和贮备CO₂，白天气孔关闭，苹果酸分解成丙酮酸释放CO₂进行光合作用。

低浓度CO₂促进气孔张开，高浓度CO₂使气孔迅速关闭，无论光照或黑暗皆如此。抑制机理可能是保卫细胞pH下降，水势上升，保卫细胞失水，必须在光照一段时间待CO₂逐渐被消耗后，气孔才迅速张开。

气孔张开度还受温度影响，一般随温度的上升而增大，在30℃左右达到最大，低温(如10℃以下)虽长时间光照，气孔仍不能很好张开，主要是淀粉磷酸化酶活性不高之故，温度过高会导致蒸腾作用过强，保卫细胞失水而气孔关闭。

叶片含水量也影响气孔运动，白天若蒸腾过于强烈，保卫细胞失水气孔关闭，阴雨天叶子吸水饱和，表皮细胞含水量高，挤压保卫细胞，故白天气孔也关闭。

综上所述，气孔导度以及气孔运动的是植物生理的一个重要的指标，常用于植物蒸腾作用强弱，抗旱性的评价。现有技术中已有三种方法测定气孔导度的方法。第一种是用透明胶布粘叶片的表面，轻轻撕下透明胶布后在显微镜下观察气孔留下的痕迹；这种方法操作简单，但清晰度和准确性不高。第二种方法是将叶片带回实验室，将表皮撕下来制成装片，在显微镜下观察；这种方法清晰度高，但保卫细胞离体时间过长，气孔仍会运动，导致实验误差大，且完整撕下表皮比较困难。第三种方法，是采用CO₂或O₂传感技术，将气孔吸收或释放的气体浓度转换成电信号进行测量；这种技术灵敏度高，但仪器昂贵，保养和维护成本高，很多实验室无力购买。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明提供了一种马铃薯气孔导度测定仪及其测定方法，采用针头穿透叶片上表皮和栅栏组织到达海绵组织的气室，再采用一定气压的气流由气孔进入叶片后从针头流出，最后通过测定从针头流出的气体的流量，可转化气流受到的阻力，即为气孔导度。

为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

马铃薯气孔导度测定仪，其包括：气流系统，叶片固定装置和调节机构。所述气流系统包括针头、气流表、气泵、稳压器和气压表；所述叶片固定装置包括操作台、锁定旋钮、密封碗、锁定齿条和压板；所述调节机构包括底座、立柱、升降台、粗准螺旋和细准螺旋。针头固定在升降台上，而升降台固定在立柱上并通过螺旋（粗准螺旋和细准螺旋）调节升降。气体由气泵驱动进入稳压器，稳压器能够调节并控制气压，并能在气压表上显示气压；恒压的气体通过管道进入密封碗，密封碗位于操作台中央，上方设有用于固定叶片的压板，压板通过锁定旋钮和锁定齿条进行锁定。

优选地，所述针头的数量为1-64根，呈矩阵排列，针头的直径为0.1-20mm，以适应不同植物。其采用可拆卸设置与升降台连接，以便更换针头。

优选地，所述压板中央还设有一个小孔，能使针头穿过压板到达叶片。

优选地，所述密封碗由橡胶制成，设置在操作台中央，采用可拆卸设置，并设有不同大小规格，以适应不同数量的针头。

优选地，所述粗准螺旋和细准螺旋能够调节升降台升降，粗准螺旋能够快速调节升降台，细准螺旋缓慢调节升降台。粗准螺旋和细准螺旋设有刻度，旋转一周升降台移动的距离能够从刻度上获得。粗准螺旋旋转一周升降台移动0.1-5mm，细准螺旋旋转一周升降台移动0.01-1mm。

优选地，所述气泵使用移动低压电源，使整个装置能够在野外使用。

优选地，所述稳压器能够稳定气压，并能调节气压大小以适应不同气孔导度下的测量，气压大小通过气压表进行显示。

一种马铃薯气孔导度测定方法，包括以下操作步骤：

（1）实验准备：将上述马铃薯气孔导度测定仪带到温室或者田间，放置在便携折叠凳上，折叠凳高度与马铃薯株高相当，能实现不摘下叶片就能将叶片放置在操作台上。

（2）叶片前处理：用游标卡尺测量叶片厚度，测量时避开叶脉。将叶片上表面涂上凡士林，同时将密封碗的边缘也涂上凡士林。

（3）固定叶片：将叶片放置在操作台上（叶片不离植株），使待测区域对准密封碗，将压板放下，通过锁定旋钮压紧叶片，叶片与密封碗密封良好。

（4）穿刺：调节粗准螺旋，使针头恰好接触叶片；将步骤2所得叶片厚度的1/3至2/3换算成细准螺旋的旋转角度。轻轻旋转细准螺旋使针头向下穿刺叶片，使针头穿过角质层、上表皮和栅栏组织到达由海绵组织构成叶片气室，从而使针头与通过下表皮上的气孔与密封碗连通。

（5）测量：启动气泵，调节稳压器使气压稳定，读取气流表读数，气流表读数越大，气体越容易通过气孔，则气孔导度越大。

有益效果：本发明机构简单，制作成本低，操作简单，并能够实现叶片的不离体测量。测量过程对叶片几乎无损伤（仅有几个针头穿刺孔），测量过的叶片还可以在其他时间进行再次测量，使实验能够重复，结果更准确。

附图说明

图1是本发明马铃薯气孔导度测定仪的结构示意图；

图2是本发明马铃薯气孔导度测定仪操作台结构示意图；

图3是本发明马铃薯气孔导度测定仪穿刺叶片示意图。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了关系不大的其他细节。

实施例1

本实施例提供了一种马铃薯气孔导度测定仪，如图1所示，该测定仪包括：气流系统，叶片固定装置和调节机构；。所述气流系统包括针头7、气流表9、气泵15、稳压器14和气压表13；所述叶片固定装置包括操作台2、锁定旋钮3、密封碗4、锁定齿条5和压板6；所述调节机构包括底座1、立柱10、升降台8、粗准螺旋11和细准螺旋12。针头1固定在升降台8上，而升降台8固定在立柱10上并通过螺旋（粗准螺旋11和细准螺旋12）调节升降。气体由气泵15驱动进入稳压器14，稳压器14能够调节并控制气压，并能在气压表13上显示气压；恒压的气体通过管道进入密封碗4，密封碗4位于操作台2中央，上方设有用于固定叶片的压板6，压板6通过锁定旋钮3和锁定齿条5进行锁定。

其中，所述针头7的数量为9根，呈矩阵排列，针头7的直径为0.4mm。其采用可拆卸设置与升降台8连接，以便更换针头7。

其中，所述压板6中央还设有一个小孔16，能使针头7穿过压板6到达叶片。

其中，所述密封碗4由橡胶制成，设置在操作台2中央，采用可拆卸设置，并设有不同大小规格，以适应不同数量的针头7。

其中，所述粗准螺旋11和细准螺旋12能够调节升降台8升降，粗准螺旋11能够快速调节升降台8，细准螺旋12缓慢调节升降台8。粗准螺旋11和细准螺旋12设有刻度，旋转一周升降台8移动的距离能够从刻度上获得。粗准螺旋旋转11一周升降台移动0.5mm，细准螺旋12旋转一周升降台移动0.02mm。

其中，所述气泵15使用移动低压电源，使整个装置能够在野外使用。

其中，所述稳压器14能够稳定气压，并能调节气压大小以适应不同气孔导度下的测量，气压大小通过气压表13进行显示。

如图2所示，操作台2中央设有密封碗4，压板6位于操作台2上方，一端固定，另一端通过锁定齿条5穿过锁孔17由锁定旋钮3锁定。压板6中央设有小孔16，压板6放下时小孔16恰好与密封碗4吻合。

实施例2

本实施例提供了一种马铃薯气孔导度测定方法，如图1和3所示，该测定方法包括以下操作步骤：

（1）实验准备：将上述马铃薯气孔导度测定仪带到温室或者田间，放置在便携折叠凳上，折叠凳高度与马铃薯株高相当，能实现不摘下叶片就能将叶片放置在操作台上。

（2）叶片前处理：用游标卡尺测量叶片厚度，记录厚度，测量时避开叶脉。将叶片上表面涂上凡士林，同时将密封碗4的边缘也涂上凡士林。

（3）固定叶片：将叶片放置在操作台上（叶片不离植株），使待测区域对准密封碗，将压板放下，通过锁定旋钮压紧叶片，叶片与密封碗密封良好。

（4）穿刺：调节粗准螺旋，使针头恰好接触叶片；将步骤2所得叶片厚度的1/3至2/3换算成细准螺旋的旋转角度。轻轻旋转细准螺旋使针头向下穿刺叶片，使针头7穿过角质层18、上表皮19和栅栏组织20到达由海绵组织21构成叶片气室，从而使针头7与通过下表皮22上的气孔23与密封碗4连通。

（5）测量：启动气泵15，调节稳压器14使气压稳定，气体沿着附图3中箭头方向流动，气体流动的主要阻力来自于气孔23；读取气流表9读数，气流表9读数越大，气体越容易通过气孔23，则气孔导度越大。

综上所述，本发明实施例提供了一种马铃薯气孔导度测定仪及其测定方法，采用针头穿透叶片上表皮和栅栏组织到达海绵组织的气室，再采用一定气压的气流由气孔进入叶片后从针头流出，最后通过测定从针头流出的气体的流量，再可转化气流受到的阻力，即为气孔导度。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。