1 LI-6400光合仪的测量原理
LI-6400光合仪的测量原理
LI-6400/XT光合仪测量 基本原理
刘美玲 北京力高泰科技有限公司 基因有限公司 农业环境科学部
光照 光合色素
(CH２O)＋O*２ +H２O
光合作用 可分为光反应和碳反应 （或暗反应）两个阶段
LI-6400/XT 光合系统的 测定原理
特点：开路式、差分法 开路式：保证实时测定当前环境下的光 合作用，不受植物自身影响
差分法：样品室和参比室之间CO2 /H2O 的浓度差。精确计算出植物的CO2同 化速率和蒸腾速率
LI-6400/XT光合系统 气体流程图
开路式原理
Hale Waihona Puke 分析器俯视图分析器侧视图
匹配（match）原理示意图
获取准确数据的几点注意事项：
1、零点准确（测量前的日常检查） 2、进气稳定： 缓冲瓶
CO2注入系统
3、气路通畅且不漏气（测量前的日常检查）
气路通畅检查
漏气检查 4、匹配（match）
光合作用
光合作用（Photosynthesis），即光能 合成作用，是植物、藻类和某些细菌， 在可见光的照射下，利用光合色素， 将二氧化碳和水转化为有机物，并释 放出氧气的生化过程。 光合作用是一系列复杂的代谢反应的总 和，是生物界赖以生存的基础，也是 地球碳氧循环的重要媒介。
光合作用基本原理
CO２+2H２ O*
LI-6400光合仪说明书
前 言1996年以来，在不同时期，公司多次组织技术支持工程师和维修工程师撰写过多个版本的LI-6400系列光合仪的使用手册。
这些使用手册为用户尽快掌握LI-6400系列光合仪的基本原理、操作过程、维护保养和常见问题等发挥了积极的作用，但均存在不同程度的内容偏多、编排不够系统等缺点。
因此，我们在多年培训工作的基础上，结合用户的使用经验和实验需求，对这些使用手册进行了重新整合和优化，进一步提高了使用手册前后的连贯性和一致性。
该使用手册的主要内容包括光合作用测量的理论基础、LI-6400系列光合仪的发展、硬件介绍、使用方法、应用实例、维护和保养等。
对于初学者，该使用手册将缩短其学习时间，达到事半功倍的效果；对于熟练掌握者，该使用手册将进一步提高其应用水平。
第一章光合作用测量的理论基础绿色植物吸收阳光的能量，同化CO2和水，制造有机物并释放氧的过程，称为光合作用。
光合作用所产生的有机物质主要是糖类，贮藏着能量。
一、光合作用的重要性1、把无机物转变成有机物绿色植物合成的有机物质，可直接或间接作为人类或全部动物界的食物（如粮、油、糖等和牧草饲料、鱼饵等），也可以作为某些工业的原料（如棉、麻、橡胶、糖等）。
换句话说，今天人类所吃的食物和某些工业原料，都是直接或间接地来自光合作用。
2、蓄积太阳能光合作用形成的有机物所贮藏的化学能，除了供植物本身和全部异养生物之用外，更重要的可供人类营养和活动的能量来源。
人类所利用的能源，如煤炭、天然气、木材等等，都是现在或过去的植物通过光合作用形成的。
因此，光合作用是今天能量的主要来源。
3、环境保护从清除空气中过多的CO2和补充消耗掉O2的角度来衡量，绿色植物被认为是一个自动的空气净化器。
光合作用的研究在理论上和实践上都具有重要的意义。
光合作用是地球上普遍存在而又特有的一个过程，是其它生物生存的基础，因此光合作用的研究有助于生物科学中其它课题的阐明。
由此可见，光合作用是农业生产中技术措施的核心，也是植物生理学中的主攻方向之一，又是自然科学中的一个重要研究项目。
LI-6400光合作用测定系统-原理、性能、基本操作与常见故障的排除
植物学通报刊996，13（增刊）：72-76Chinese Bulletin of BotanyLI-6400光合作用测定系统：原理、性能、基本操作与常见故障的排除蒋高明（中国科学院植物研究所，北京100093）LI-6400 PORTABLE PHOTOSYNTHESES SYSTEM：PRINCIPLE，FUNCTION，BASIC OPERATIONAND MAIN PROBLEMS AND SOLUTIONSDURING MEASUREMENTJiang Gao-ming(Institute fo Bolany,Academia Sinica,Beijing 100093)LI-6400光合作用系统（LI-COR,1995）是美国拉哥公司在已有的LI-6200（LI-COR,1990）光合作用系统基础上改进而来。
LI-6200为封闭型光合作用测定装置，在测定过程中叶室内的CO2浓度不断减少或升高，仪器根据一定时间内CO2浓度的变化以及气体流速、温度、大气压等环境参数计算光合作用或呼吸作用速率.这种设计的主要缺陷是；在光合作用测定过程中，叶室封闭，CO2、水分、温度等变化很大，影响植物正常的气体交换。
鉴于此，拉哥公司新近推出了LI-6400开放型光合作用系统，于 1995年2月份上市.作者在美国哥伦比亚大学生物圈二号研究中心工作期间，利用这种仪器在该中心内进行了半年的光合作用测试，取得了一定经验.鉴于我国植物生理生态工作者可能在不久将接触此仪器，加上该仪器的英文说明书为专业人员所写，涉及仪器工作原理内容较多，某些操作步骤介绍过繁，而另一些步骤则过简或不提及，可能使初用者感到困惑；另外，我们在美国使用该仪器过程中发现的问题，可直接与拉哥公司联系解决，这在国内难以做到.因此；特将该仪器主要原理、性能、基本操作步骤、常见故障分析等问题，总结出来，以期对我国有关科研人员使用此仪器时有所帮助。
原理在LI-6200的基础上，LI-6400光合作用系统在两个方面作了明显的改进：第一，气路为开放式，即从进气口进入仪器主机的气体经主机内部流速测定计后一分为二，25％进入参考气体红外分析仪；75％进入样品气体红外分析仪，然后气体各自排出仪器，气路开放.除这种方式外，仪器在自动平衡（Automatch，是测定过程中重要的步骤，下面还要介绍），从样品气体红外分析仪排出的气体进入参考气体红外分析仪再排出机外。
6400基本使用方法
查看、保存调零结果
CO2注入系统调零 CO2注入系统调零曲线 人工光源调零
Zero ParIn signal
内置光量子传感器调零
所有测量及光合环境参数都在此菜单控制，总计有 7 层菜单，按 labels 键可以
翻入下层菜单，或者按 1~7 也可以进入相应层菜单。F1~f5 功能键在不同层次
菜单，对应不同命令，功能键上方有具体提示。下面有该菜单详细介绍。
（2）测量原理
6400 通过分析样品室和参比室CO2和H2O和浓度变化，来计算最终的Pn。请注意，理想的状 态只要通过CO2变化就可以算出Pn。但是，叶片的蒸腾作用增加叶室H2O浓度，而H2O浓度增加会 稀释CO2浓度，为了消除这种影响，所以引入了蒸腾速率E进行校正。计算公式如下：
说明：计算Pn的 6 个最终参数，CO2浓度（参比/样品室），H2O浓度（参比/样品室），流速和 叶面积。其中，流速与叶面积为确定数值，其大小对Pn影响微弱，即不是Pn的决定因子。
Computelist menu 计算菜单，利用测得的参数组合计算新的指标。 Reset menu 重新选择配置菜单，当更改了一个设置后，不用重新开机在此选
择。
Flow meter zero 流量计调零
IRGA zero IRGA span
H2O、CO2调零 IRGA 跨度调零
View, sotre zeros & spans CO2 Mixer calibrate CO2 Mixer plot curve Light source calibrate
Access the filer 文件管理 所有文件的浏览、查找、删除
Build a new autoprogram 新建自动测量程序 主要是测量时条件
LI6400光合作用测定仪产品性能介绍
二、电缆保养
1、留意不要将固定螺丝旋的太紧； 2、拔卸电缆时，要握住插头，不要直接拉电缆线；
留意：最近很多单位维修的仪器，在测量时显示〝 IRGAs Not Ready〞，为运用中拔电缆不正确所致。 3、寄存时，要将电缆盘起来； 4、最新的电缆接头是金属头，我们有配件可以改换。
三、剖析器的保养
1、叶室的维护 2、叶温热电偶的维护 3、婚配阀的维护 4、IRGA的维护
• 查在测量界面L行参数值。显示如以下图：
正常状况下，下面四个值都应在+/-5000内。
勇于开始，才能找到成功的路
通常仪器出厂时，CRagc_mv和CSagc_mv值都在0左近； HRagc_mv和HSagc_mv值在-1500左近。假设参照室 (CRagc_mv和HRagc_mv)值正常，而样品室(CSagc_mv和 HSagc_mv)值很高，在2000-5000之间或更高，说明样品室内 较脏，需求对叶室和光路清洁保养。
1、叶室的维护
• 叶室封锁 • 叶室的封锁时，叶室的调理螺丝不能旋的太紧，否那么容 易将闭锁杆折断。
• 调理叶室的正确方法是：闭合叶室，调理螺丝使上下叶室 封锁即可。判别叶室能否漏气：对着叶室吹口吻，看样品室 CO2(CO2_S)能否动摇很大。假设叶室闭紧后仍漏气，能够泡 沫垫圈需求改换。
•泡沫垫圈维护 • 维护叶室泡沫垫圈十分重要。光合仪不运用时，应松开叶 室闭锁。假设长时间不松开闭锁，泡沫垫圈不时处于受压榨形 状，叶室上黑色的氯丁(二烯)橡胶垫圈经过一昼夜能够恢复弹性， 但LED红蓝光源上的白色垫圈将失掉弹性，无法恢复。
抽出塑胶座：塑胶座可以直接从叶室上抽出。假设觉得太紧， 可以左右的旋转一下。不要拉热电偶的连线。
拔出新的热电偶：稍许润干冷电偶O形密封圈，或许运用大 批硅脂，这样装新热电偶就比拟容易。
LI光合仪测量使用及怎么测定光合速率
µmol s-1
B
RH_S_% 样本室相对湿度
%
B、f
RH_R_% 参比室相对湿度
%
Td_R_% 参比室露点温度
℃
f
Td_S_% 样本室露点温度
℃
Prss_kPa
大气压
kPa
ParIn_µm 叶室内光照强度 µmol m-2s-1
G
ParOutµm 叶室外光照强度 µmol m-2s-1
Tblock℃
Maximum wait time (secs) 180
Match if |ΔCO2| less than (ppm) 5
程序启动后按“Label”进入功能菜单1，会发现在 “Log”键前出现一个“*”，这表明刚刚设定的自动 程序正在运行，每记录一次数据仪器会鸣叫一声，当 整个程序结束后，“*”会消失。
12.电缆.
a. 注意不要将固定螺丝旋的太紧 b. 拔
卸电缆时，要握住插头，不要直接拉电缆线
c. 在测量时显示“IRGAs Not Ready”，
很有可能就是在使用中拔电缆不正确所致
d. 存放时，要将电缆盘起来。
**光-光合速率响应曲线测定
开机前安装LED光源。LED光源取代上部叶室的位置， LED的光传感器接头替代原叶室的内置光量子传感器接头， 注意不要忘记安放3个O型圈。
Photo
净光合速率
µmol CO2 m-2 s-1
Cond
气孔导度
mol H2O m-2 s-1
Ci
胞间 CO2 浓度 µmol CO2 mol-1 C
Trmmol
蒸腾速率
mmol H2O m-2 s-1
Ci/Ca
LI6400XT便携式光合作用测量系统
LI-6400XT便携式光合作用测量系统LI-6400XT便携式光合作用测量系统代表了当今国际上叶片水平光合作用测量仪器的最高水平。
可以控制叶片周围CO2浓度、H2O浓度、温度、相对湿度、光照强度和叶室温度等相关环境因子。
配置6400-40荧光叶室，系统可同时测量叶片的气体交换、荧光参数和呼吸参数等指标。
重要特性◆整合性：LI-6400XT将气体交换和荧光测量完美地融合在一起，是迄今为止集成度最高的气体交换-荧光测量系统◆自动控制：LI-6400XT软件可以控制所有参数的测量和计算。
光响应曲线和CO2响应曲线等可由自动程序产生，避免了人为因素引起的偶然误差。
◆CO2和H2O零平衡：LI-6400XT不仅可以控制进入叶室气体的CO2和H2O浓度，而且能够控制（零平衡）叶室内的CO2和H2O浓度◆分析器：LI-6400XT的四通道红外CO2/H2O分析器位于叶室头部，消除了使用长管将叶室气体引入分析器时产生的测量时滞和误差；精度高、响应快◆操作系统：LI-6400XT软件界面友好且可编程，数据和图形的显示可灵活改变。
数据可保存在主机内64M存储器中，也可以存入1G CF卡中，导入导出灵活方便◆LED红/蓝光源（6400-02B）：LED红/蓝光源可在0~2000 µmol·m-2·s-1间连续变化，且几乎不产生热量，不会对叶片产生扰动，无需另配电池◆RGB红绿蓝光源（6400-18）：可与多种透明大叶室（簇状叶室、拟南芥叶室、狭长叶室、自制叶室等）组合进行控光实验，为测定整株小植物（莲座状叶丛和簇状短枝）的光响应/CO2响应曲线测定提供了强大工具。
●可选红光、绿光、蓝光、白光，或者各色光的任意比例组合●持续的可变光强可生成自动光曲线，与LI-6400/6400XT完全整合●冷光源、发光均匀：LED的独特设计保证了光在叶片表面分布均匀，低产热量减少了光源对叶片的影响◆整株拟南芥叶室（6400-17）：整株植物可置入，彻底解决了小植株簇状叶植物的气体交换测定问题，更便于对植株的整个生长过程进行重复测定。
光合仪
LI-6400 系列光合仪的原理与结构在LI-6200基础上，LI-6400系列光合仪在两个方面做了明显改进（1）气路为开放式（2）CO2/H2O分析器位于传感器的头部，与叶室紧紧相连，缩短了气体流动过程中气路过长产生的误差。
LI-6400系列光合仪的传感器头部有两个完整的、双通道、非扩散的红外气体分析仪，能够同时测量叶室中的CO2和H2O的绝对浓度。
LI-6400 系列光合仪的特点（1）开路式系统，保证了叶室内外环境条件的一致与同步变化，同时保证了被测量叶片的环境因子的稳定；（2）CO2/H2O 分析器位于传感器的头部，消除了气体交换测量的时滞；（3）可自动或手动控制叶室内部的环境条件（CO2浓度、光照强度、相对湿度、温度等）；（4）具有多个自动测量程序，如光响应曲线、CO2 响应曲线、光诱导曲线、光呼吸曲线、荧光CO2 响应曲线、荧光光响应曲线、荧光动力学曲线、荧光循环曲线等。
LI-6400/XT光合仪日常检查和校准一、LI-6400/XT光合仪日常检查1、预热期间检查1.1 检查光源和光量子传感器检查光源是否工作，且工作正常；检查g行ParIn_μm 和ParOut_μm传感器是否有响应。
1.2 检查温度检查h行三个温度值Tblock, Tair和Tleaf，是否合理，且彼此相差应该在1℃以内；直接测量叶片温度时，叶温热电偶的结点位置应高于叶室垫圈约1mm，保证夹叶片时能与叶片充分接触；如果使用能量平衡方法测量叶片温度，则结点位置应低于叶室垫圈1mm，确保夹叶片时，接触不到叶片。
1.3 检查大气压传感器检查g行Prss_kPa值是否合理。
一般在海平面大气压值约100kPa ，海拔300m大气压为97 kPa ，海拔1500约83 kPa且随天气变化，大气压可能会有1到2 kPa的变化。
1.4 检查叶室混合扇在测量菜单中，按3F3(在LI-6400XT,按2F1)，按O关闭，或按F打开叶室混合扇，将分析器头部放到耳朵旁边，听分析器头部声音是否有变化，如果有变化，表示正常。