目前最流行的測定光合速率的方法介紹

光合作用是地球上最重要的生命現象，它是唯一能把太陽能轉化為穩定的化學能貯藏在有機物中的過程，是維持地球上物質循環的關鍵環節，也是農作物產量形成的決定性因素。因此，提高光合作用對于提高作物產量具有十分重要的意義。在植物生理學、生態學、作物栽培學、育種學等研究工作中，經常需要測定光合速率，研究者們總想創造出一種快速、準確而又簡便的光合速率測定方法，以滿足研究工作的要求。

根據光合作用的總反應式  

                 CO₂ + 2H₂O^* + 4.69kJ → (CH₂O) + O^*₂ + H₂O

原則上我們可以測定任一反應物的消耗速率或產物的生成速率來表示光合速率。常用方法的是測定CO₂的吸收、O₂的釋放和有機物的積累三個方面，即通過測定干物質的積累表示光合速率的改良半葉法、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。

改良半葉法只能測得植物葉片的光合速率，而無法測得與光合速率有關的其它參數，如氣孔導度、蒸騰速率、細胞間隙CO₂濃度、CO₂補償點、光補償點等，并且該方法所用的實驗時間較長（4～5h），如果遇到陰雨天氣，則無法進行測定。因此，該方法用于科學研究有很大的局限性，已經慢慢退出了歷史舞臺。因此，現在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（氧電極）。

一、氧電極法測定氧氣的釋放

氧電極法是通過測定離體葉片、細胞或葉綠體的光合放氧量來表示植物的光合速率。目前通用的是薄膜氧電極，由鑲嵌在絕緣材料上的銀極（陽極）和鉑極（陰極）構成。電極表面覆以聚四氟乙烯薄膜，在電極與薄膜之間充以氯化鉀溶液作為電解質，當在兩極間加0.6～0.8V的極化電壓時，透過薄膜進入氯化鉀溶液的溶解氧便在鉑極上還原，在銀極上發生氧化反應，使電極間產生擴散電流，電流的大小與透過膜的氧量成正比。電極控制器將電極間產生的電流信號轉換成單位時間、單位體積溶液（液相氧電極）或單位葉面積（氣相氧電極）的放氧量，從而測得植物的光合速率。

該方法只能測定離體組織的光合速率，測定時需要將葉片浸在含NaHCO₃的溶液中，排除了氣孔因素對光合作用的影響，因此，它測定的光合速率只反映了植物光合速率的最大潛力，無法反映植物處在自然環境中的實際光合速率。

用氧電極研究植物的光合速率目前主要的產品有英國Hansatech科學儀器公司生產的Chlorolab系列及Oxygraph、 Oxytherm等型號的液相氧電極和Leaflab系列的氣相氧電極，美國Yellow Springs儀器有限公司生產的YSI-53型生物氧監測儀等。

二、光合儀（紅外線CO₂分析儀）測定CO₂的吸收

光合儀應用紅外線CO₂分析儀測定光合過程中對CO₂的吸收從而計算凈光合速率。

紅外線CO2分析儀的原理：

許多由異原子組成的具有偶極距的氣體分子，如CO₂、CO、H₂O、SO₂、N₂O、NH₃等，在波長2.5～25微米的中波段紅外光區都有特異的吸收帶，紅外光經過上述氣體分子時，與氣體分子振動頻率相等能夠形成共振的紅外光，便被氣體分子吸收，使透過的紅外光能量減少，被吸收的紅外光能量的多少與該氣體的吸收系數(K)、氣體濃度(C)和氣層的厚度(L)有關，并服從朗伯-比爾定律：

                E=E_oe^KCL

          式中：E_o-入射光能量；E-透射光能量。

CO₂在中段紅外光區的吸收帶有4處，吸收峰分別在波長2.69、2.77、4.26和14.99μm處，其吸收率分別為0.54%、0.31%、23.2%和3.1%。其中峰值為4.26μm的吸收波長最強，且不與H₂O的吸收帶重疊，而2.69和2.77μm的吸收帶則與H₂O的吸收相重疊。

H₂O吸收紅外線的最大吸收峰值為2.59μm，同樣的原理應用紅外線技術可以準確地測量氣體中水分的含量。

因此，我們可以通過紅外線CO₂氣體分析儀檢測植物在光合作用過程中CO₂的變化量來測得植物葉片的光合速率，測定H₂O的變化量來測得植物葉片的蒸騰速率和氣孔導度等相關參數。

目前國產的光合儀不多而且多不易受到研究人員的青睞。進口的光合儀由于在穩定性、操作簡單、準確性方面優于國產光合儀，現在進口光合儀成為光合速率研究中的首選。常見的光合儀有美國（原英國）PP Systems公司的CIRAS-2型便攜式光合儀以及Licor公司的光合儀。

現在隨著科學研究的發展，僅僅測定光合速率，或者測定植物的光合日變化等已經不能達到發表文章的要求了。我們在實驗中應用氧電極和光合儀提供的光合速率等重要數據來說明我們課題要解決的問題，為我們的研究提供真實可靠的資料。