LI-6800應(yīng)用案例 | 【ATMOS MEAS TECH】使用LI-6800同步測(cè)量葉片的光合作用和痕量氣體釋放

原文以 Simultaneous leaf-level measurement of trace gas emissions and photosynthesis with a portable photosynthesis system發(fā)表在Atmospheric Measurement Techniques（IF=4.176）上。
作者 | Mj Riches, Daniel Lee, Delphine K. Farmer

翻譯 | 子毅

植物葉片會(huì)釋放揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）或其他痕量氣體，確認(rèn)其化學(xué)成分、量化其釋放速率以及了解其釋放過(guò)程與環(huán)境因子的關(guān)系很有意義。

LI-6800是一個(gè)同步測(cè)量葉片光合作用及痕量氣體釋放的有力工具。

研究者們系統(tǒng)回顧了LI-6800高級(jí)光合-熒光測(cè)量系統(tǒng)的一系列實(shí)用功能，詳細(xì)介紹了如何將其與痕量氣體分析儀（Trace Gas Detectors）聯(lián)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)葉片尺度上光合氣體交換和痕量氣體釋放的同步測(cè)量。

LI-6800高級(jí)光合-熒光測(cè)量系統(tǒng)在本研究中的作用

LI-6800高級(jí)光合-熒光測(cè)量系統(tǒng)

LI-6800可執(zhí)行多種環(huán)境因子的單一或同時(shí)控制，包括溫度、相對(duì)濕度、飽和水汽壓虧缺、光照強(qiáng)度（含波長(zhǎng)比例）以及CO₂濃度等。整個(gè)系統(tǒng)還可精確控制流速以及葉室混合風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片邊界層導(dǎo)度的定量控制。

LI-6800的環(huán)境因子控制能力一覽表

聯(lián)合使用蘇打（LI-COR 9964-090）和CO₂小鋼瓶（LI-COR 9968-227）控制進(jìn)氣CO₂濃度；

聯(lián)合使用加濕顆粒（Stuttgarter Masse，LI-COR 9968-165）和干燥劑（LI-COR 622-4299）控制飽和水汽壓虧缺VPD/相對(duì)濕度RH。

LI-6800的飽和水汽壓虧缺VPD及CO₂濃度控制

（從右至左依次是蘇打管、加濕顆粒管、干燥劑管、CO₂小鋼瓶）

通過(guò)設(shè)置單一環(huán)境因子（如溫度、光照、CO₂濃度、VPD等）的梯度變化，研究葉片的環(huán)境因子光合生理響應(yīng)曲線。

在每一個(gè)新的環(huán)境條件下，等待葉片生理狀態(tài)達(dá)到穩(wěn)定，隨后采集氣體交換參數(shù)和痕量氣體釋放速率數(shù)據(jù)。 

為確保葉片生理狀態(tài)已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定，研究者使用了LI-6800的“Stability”這一功能，選取參數(shù)包括氣孔導(dǎo)度gsw和凈光合速率A。對(duì)氣孔導(dǎo)度gsw而言，該閾值設(shè)置為0.01mol m^-2 s^-1 min^-1（15s內(nèi)）；對(duì)凈光合速率A而言，該閾值設(shè)置為0.5 μmol m^-2 s^-1 min^-1（15s內(nèi)）。這種量化的標(biāo)準(zhǔn)很容易幫助研究者評(píng)判葉片生理狀態(tài)的穩(wěn)定性。

LI-6800的“Stability”用戶自定義功能

數(shù)據(jù)顯示，葉片大約需要30s到15min，就能達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。耗時(shí)長(zhǎng)短主要取決于設(shè)置的數(shù)值和之前葉片所處環(huán)境條件的差距，差距越大，耗時(shí)越長(zhǎng)。

LI-6800使用紅外氣體分析器測(cè)量進(jìn)、出葉室的CO₂和H₂O濃度，進(jìn)而計(jì)算凈光合速率（Assimilation）和蒸騰速率（Transpiration）。

LI-6800的凈光合速率（Assimilation）和蒸騰速率（Transpiration）計(jì)算原理

LI-6800預(yù)留了參比（REF）和樣品腔室（SAM）的氣體采集通道，為測(cè)量葉片表面的痕量氣體釋放提供了便利。

A為葉室，B1為SAM樣品腔室氣體采集通道，B2是Overflow通道，

C1是REF參比腔室氣體采集通道，C2是Overflow通道；D是Sorbent tube，連接外置泵E

來(lái)自REF通道的氣體可作為系統(tǒng)背景（System Background）；來(lái)自SAM通道的氣體，代表了系統(tǒng)背景和葉片表面釋放兩者的加和。因此，SAM和REF的差值，就代表了源自葉片表面的痕量氣體釋放。

LI-6800系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)Online或Offline痕量氣體釋放測(cè)量。使用化學(xué)電離質(zhì)譜儀（CIMS）和外置CO₂分析儀，進(jìn)行Online采樣測(cè)量。研究者們同時(shí)發(fā)現(xiàn)，流速控制原理也同樣適用于其他痕量氣體的測(cè)量，如PTR-MS。使用熱解吸-氣相色譜質(zhì)譜法進(jìn)行Offline分析。

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原文中的主要數(shù)據(jù)圖