植物气体交换速率测量室及测量装置

1.本实用新型属于测量植物器官气体交换速率技术领域，更具体地，本实用新型涉及一种适用于测量不规则形态植物或大尺寸植物器官的光合和呼吸速率的带温度传感器的测量室，以及包含该测量室测量装置。


背景技术：

2.植物光合作用和呼吸作用强度对于植物生理生态基础研究和作物高产高光效应用研究均具有至关重要的作用。光合作用和呼吸作用强度最直接的测量方法就是通过监测包裹植株或器官的密闭空间内的气体各成分浓度的变化速率，即气体交换速率。气体交换测量室作为植物气体交换测量的核心部件之一，其功能在于提供一个可包裹植株或器官的密闭空间，并且为测量植物的气体交换速率提供有利的环境。
3.目前现有技术中对于量植物器官气体交换速率的装置开发不充分，用于进行此类测量的方法及装置存在一些无法满足特殊条件下测量的缺陷。例如，植物光合和呼吸作用速率受到环境温度的影响。因此，缺乏相应的测量温度记录会导致难以准确评估在不同条件下测量得到的气体交换速率，甚至可能导致显著温度差异下测量的气体交换速率不具备可比性。显著温度差异的常见情景包括：1)温度的昼夜差异，特别是早春时节，昼夜温差很大，一天中不同时间点测量得到的气体交换速率可能差别很大；2)许多大田作物生长周期长，例如水稻，生长全周期达到3-6个月，横跨2-3个季节，期间大气温度变化很大，气体交换速率值难以在植物生长的全周期中进行纵向比较。此外，测量的稳定性和精确程度也需要提高。
4.因此，本领域还需要进行进一步的开发更为理想的检测装置，以期解决现有技术中存在的一些难题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种植物气体交换速率测量室及测量装置。
6.本实用新型的第一方面提供一种植物气体交换速率测量室，包括：
7.腔体2，其可打开或封闭，腔体壁具有进气口和出气口，使腔体内外气体连通；
8.至少2个气流混匀装置3，其位于腔体2内部的腔体壁上，
9.温度传感器7，其与各气流混匀装置3的距离相同或相近。
10.在一个或多个实施方案中，腔体2由两个独立的半腔体组件组成，两个半腔体通过连接件5连接，以实现打开和封闭。
11.在一个或多个实施方案中，所述的连接件5为铰链。
12.在一个或多个实施方案中，两个半腔体在封闭时，彼此的接触面分别设置有密封垫圈4。
13.在一个或多个实施方案中，所述的密封垫圈为橡胶密封垫圈。
14.在一个或多个实施方案中，所述腔体2还包括锁扣6，用于在腔体2封闭时固定两个
半腔体并确保腔体2密闭。
15.在一个或多个实施方案中，所述气流混匀装置(3)为2～10个风扇，均匀分布于腔体(2)中。
16.在一个或多个实施方案中，所述气流混匀装置3为2个风扇，安装于腔体 2的内部两端。
17.在一个或多个实施方案中，所述气流混匀装置3尺寸为边长10mm至 30mm，或直径10mm至30mm。
18.在一个或多个实施方案中，温度传感器7为无线温度传感器。
19.在一个或多个实施方案中，温度传感器7设置在方形或圆柱形白色遮光罩内。
20.在一个或多个实施方案中，所述温度传感器7，密封垫圈4的形状与腔体 2相配合。
21.在一个或多个实施方案中，所述腔体2为立方体形，其外部尺寸为：长 10～100cm，宽2～20cm，高1.5～20cm。
22.在一个或多个实施方案中，所述腔体2的外部尺寸为：长15～70cm，宽3～15cm，高2～15cm；更佳地为长20～50cm，宽4～10cm，高3～10cm。
23.本实用新型的第二方面提供一种植物气体交换速率测量装置，包括：
24.本文任一实施方案所述的植物气体交换速率测量室；
25.支架9，用于固定所述测量室；
26.气体分析仪12，用于分析腔体2内流出的样品气体；
27.通气导管一10和通气导管二11，分别连接测量室的进气口和出气口与气体分析仪12。
28.在一个或多个实施方案中，植物气体交换速率测量装置还包括将测量室固定于支架9上的支架连接件8。
29.在一个或多个实施方案中，所述支架9是在高度、倾斜方向和角度上可调节或转动的支架。
30.在一个或多个实施方案中，所述气体分析仪12包括：
31.主机，其通过通气导管一10与腔体2的进气口连通，从而为测量室提供气体；
32.气体分析部件，其通过通气导管二11与腔体2的出气口连通，从而可分析腔体2内流出的样品气体。
33.在一个或多个实施方案中，气体分析仪的气体分析部件还通过通气导管与主机连接，用于接收并分析由主机提供的、未经过测量室的参比气体。
34.在一个或多个实施方案中，所述的气体分析仪12还包括信号接受部件，用于接受温度传感器7的温度信号。
35.本实用新型的其它方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。
36.本实用新型优点：
37.植物光合和呼吸作用速率受到环境温度的影响。光合作用速率随温度升高先升高后降低，最适合的温度一般在25摄氏度左右；而呼吸速率在很大温度范围内随温度升高而升高，只有当温度超过45摄氏度后才表现下降趋势。设置温度传感器可以准确评估在不同条件下测量得到的气体交换速率。例如根据昼夜温差归一化不同时间点测量得到的气体交
换速率。此外，在较长的时间段中，例如2-3个季节，根据大气温度变化准确评估测量得到的气体交换速率值以在植物生长的全周期中进行纵向比较。
附图说明
38.图1，一种用于测量植物气体交换速率的测量室的腔体结构示意图，还示出支架连接件。其中，1：测量室；2：腔体；3：气流混匀装置；4：密封垫圈； 5：铰链；6：锁扣；7：空气温度传感器；8：支架连接件。
39.图2，一种用于测量植物气体交换速率的测量室与红外气体分析仪联合使用测量植物穗、种子或果实的气体交换速率的使用示意图。2：腔体；8：支架连接件；9：支架；10：进气通气导管；11：出气通气导管；12：红外气体分析仪；13：植物，其中穗、种子或果实包裹于测量室中。
40.图3，本实用新型的测量室与红外气体分析仪联合使用测量小麦穗呼吸速率在全天24小时内的动态变化。rd：呼吸速率。
具体实施方式
41.本实用新型揭示了一种植物气体交换测量室，能够适用于在不同时间和温度下测量稻穗麦穗等形状不规则器官的气体交换。本实用新型还提供了测量植物气体交换速率的装置，其包括所述的测量室、支架、气体分析仪。本实用新型的装置测量准确，稳定性好，测量结果可相对温度进行标准化，扩大了本领域中植物器官气体交换速率测量技术的适用范围，为本领域中植物器官光合和呼吸作用研究提供了新的工具。
42.测量室
43.本实用新型提供了一种测量植物气体交换速率的测量室，包括：腔体2，气流混匀装置3，温度传感器7。
44.所述腔体2设计为可打开或封闭的形式，可以为开盖型、双侧(如上下侧，左右侧，前后侧)开合型等。
45.作为本实用新型的一个实施方案，所述的腔体为双侧开合的形式，也即所述腔体由两个独立的半腔体组件组成。更优选地，两个半腔体通过连接件连接，以实现打开和封闭。所述的连接件可以是铰链或与其同功能的固定结构。更优选地，两个半腔体在封闭时，彼此的接触面分别设置有密封垫圈，其形状与腔体相配合。密封垫的材料可以为橡胶或与其同功能的材料。更优选地，所述腔体还包括锁扣，用于确保两个半腔体组件稳定地密闭。
46.腔体的壁上，设置有连通腔体内外的进气口和出气口，各自可与通气导管气体联通，用于腔体内气体的输入和输出。
47.腔体的形状可以根据所需测量的植物器官的形状而有变化，例如长方体、正方体、球体、椭球体等。为了尽可能地适用于较多植物且便于制备和安装，作为本实用新型的优选方式，所述的腔体为长方体形。其优选的外部尺寸为：长10～100cm，宽2～20cm，高1.5～20cm；更优选地为：长15～70cm，宽3～ 15cm，高2～15cm；进一步更优选地为：长20～50cm，宽4～10cm，高3～ 10cm。
48.温度传感器能实时检测测量室内的温度，以实现不同温度下气体浓度测量结果的比较。为了更准确地检测测量室内的温度、同时不妨碍植物器官的包裹和测量，温度传感器
位于测量室中间贴壁位置。另外，当存在多个气流混匀装置时，温度传感器与各气流混匀装置的距离相同或相近。为了防止光线照射对测量的影响，传感器置于白色遮光罩内。为了防止空气不流动造成的升温，遮光罩的两端通风。温度传感器可以是有线或无线温度传感器。温度传感器精度和响应速度应尽可能高，例如，精度误差《0.5摄氏度，响应时间小于5秒。
49.作为本实用新型的一个实施方案，所述的气流混匀装置为用于混匀的风扇，位于腔体的内部。根据测定需要，所述气流混匀装置可以为两个或两个以上，例如其数量为2～8个，均匀分布于腔体中。作为一种实施方式，所述气流混匀装置为风扇，数量为2个，安装于腔体的内部两端。风扇的大小设置可以与腔体内部空间相应；作为本实用新型的优选方式，风扇尺寸为边长10mm 至30mm，或直径10mm至30mm。
50.测量植物气体交换速率的装置
51.在提供前述的测量植物气体交换速率的测量室的基础上，本实用新型还进一步还提供一种测量植物气体交换速率的装置，包括：所述测量室1，用于固定所述测量室的支架9，用于分析腔体2内流出的气体的气体分析仪12，和分别连接测量室的进气口和出气口与气体分析仪的通气导管一10和通气导管二 11。在一些实施方案中，测量装置还包括将测量室固定于支架上的支架连接件 8。
52.支架9用于固定所述测量室，其高度、倾斜方向和角度是可调节的，从而适用于多角度地实现测量。
53.气体分析仪12包括主机和分析仪测量头。主机通过通气导管一10与腔体2的进气口连通，从而为测量室提供气体。气体分析部件通过通气导管二11 与腔体2的出气口连通，从而可分析腔体2内流出的样品气体。气体分析仪12 的气体分析部件还可通过一通气导管与主机连接，用于接收并分析由主机提供的、未经过测量室的参比气体。气体分析仪还可具有用于显示结果的面板显示器。
54.作为本实用新型的一种实施方式，气体分析仪12还包括信号接受部件，用于接受温度传感器7的温度信号，从而直接输出经标准化的气体分析结果。
55.在本实用新型的优选实施例中，为实现本实用新型之目的，采用以下技术方案予以实现：测量室具有可以开合的腔体，设置在该腔体内部的温度传感器和风扇，设置在该腔体一侧的两根通气导管，支撑该腔体的支架，将测量室固定于支架上的支架连接件，以及连接该腔体的气体分析仪；该腔体的高度和倾斜方向可以通过支架调节，该腔体内部上下两端有可以混匀气体的风扇，温度传感器均匀分布于测量室内并与各气流混匀装置的距离相同或相近，气体分析仪包括信号接受部件，用于接受温度传感器的温度信号。
56.下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
57.实施例1、测量植物器官气体交换速率的测量室
58.如图1所示，提供一种测量植物气体交换速率的测量室1，该测量室1左右对称，包括长方体腔体2，其由两个独立的半腔体组件组成，两个半腔体通过铰链(连接件5)连接，以实现打开和封闭；两个半腔体在封闭时，彼此的接触面分别设置有橡胶密封垫圈4；密封垫4的材料为橡胶；腔体2还包括锁扣 6，用于确保两个半腔体组件密闭。
59.在腔体2的内部两端，分别包含一个风扇3，用于混匀气流。
60.在腔体2的中间位置，与两个风扇3距离相同的位置，在腔体壁上固定有温度传感器7，用于检测温度。温度传感器7外部设置有白色圆柱或方形中空遮光罩。
61.腔体2的腔体壁设置连通腔体内外的进气口和出气口，各自连接通气导管一10和通气导管二11。
62.腔体2为铝制异型材，为长方体结构，长设置为30cm，宽设置为2.5cm，高设置为5cm，风扇4的边长为0.8cm。
63.实施例2、测量植物气体交换速率的装置
64.如图2所示，提供一种测量植物气体交换速率的装置，包括实施例1的测量植物气体交换速率的测量室1，其通过连接件8固定于支架9上，该支架9 的高度、倾斜方向和角度是可调节的。
65.该装置还包括用于分析腔体2内流出的气体的气体分析仪12，其包括主机和分析仪测量头。主机通过通气导管一10与腔体2的进气口连通，从而为测量室提供气体。气体分析部件通过通气导管二11与腔体2的出气口连通，从而能分析腔体2内流出的样品气体。气体分析仪12的气体分析部件通过一通气导管与主机连接，用于接收并分析由主机提供的、未经过测量室的参比气体。
66.气体分析仪12还包括信号接受部件，用于接受温度传感器7的温度信号，从而直接输出经标准化的气体分析结果。
67.实施例3、植物呼吸速率测定工作方式
68.将本实用新型的测量室与红气体分析仪联合使用测量植物穗、种子或果实的气体交换速率的使用示意图如图2所示。
69.将测量室腔体2固定在支架9上，测量室腔体上的两根通气导管一10和通气导管二11分别与气体分析仪主机进气口和气体分析仪检测头相连，调整支架9使得测量室腔体2的姿态与待测植物穗、种子或果实姿态一致。打开图 1所示测量室腔体2上的锁扣5，将待测植物(例如水稻)穗、种子或果实包裹在测量室腔体2中，扣上锁扣5即可进行穗、种子或果实呼吸产生co2速率或者消耗o2速率的测量，测量数值显示在气体分析仪的面板显示器上。测量的呼吸速率(呼吸产生co2速率或者消耗o2速率)可经标准化，例如以单位 nmol s-1
进行标准化。
70.实施例4
71.将本实用新型的测量室与红外气体分析仪联合使用测量小麦穗呼吸速率在全天24小时内的动态变化，测量结果如图3所示。可见，由于昼夜温度的巨大变化，小麦穗呼吸速率全天变化非常大，变化范围为4.8-13.8nmol s-1
(图 3，左图)。然而，进行温度校正之后(图3，右图)，小麦校准呼吸速率(25 摄氏度)在全天的变化显著减小，变化范围为14-17.5nmol s-1
。
72.应理解，在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。