[发明专利]可见光诱导延迟发光的光合速率快速测量方法与装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种光合作用速率测量技术，特别涉及一种利用可见光诱导的延迟发光进行光合速率检测的方法及其装置。

(二)背景技术

目前在光合作用速率测量中，普遍使用的仪器是LI-62XX系列光合速率测定仪。其原理为根据叶片在单位时间、单位面积上CO₂的减少量来确定叶片的光合速率。该仪器存在诸多的问题，主要表现在以下几个方面：(1)在测量过程中该仪器受外界环境因素的制约比较严重。如光强、湿度、CO₂浓度瞬间的改变都会给测量结果带来很大的差异。因此，测量一组有效的数据往往要花费很长的时间。(2)由于测量时，持续的时间较长，而外界的环境状态时刻在变，因此，测得的数据是一系列随机数，不能够反映被测植株在当时所处生理条件下的光合速率。(3)叶室的设计限制了对叶片的测量。由于叶室尺寸的固定，测量的叶片叶面过大或过小都会给测量带来不便，甚至给测量结果带来误差。(4)由于在测量过程中植物叶片的呼吸和蒸腾作用，使得叶室内的环境条件(CO₂浓度、湿度等)和外界的条件不一致，而仪器本身不能对该差异进行很好的补偿。(5)该仪器造价比较昂贵，不利于在农业生产中的普及使用。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种通过可见光诱导的延迟发光进行光合速率快速检测方法。主要是使用对叶片无损害的可见光对叶片进行短时间的激发，诱导叶绿体产生较长时间的延迟发光，并利用此延迟发光来表征叶片的光合速率。

本发明的另一目的在于提供一种实现上述方法的可见光诱导的延迟发光光合速率快速检测装置。

本发明的目的通过下述技术方案实现，本可见光诱导的延迟发光光合速率检测方法包括如下步骤：

(1)将叶片置于暗室，暗适应10～20s；

(2)用光强为2750～5500lux、波长范围为400～760nm的可见光激发光源均匀辐照叶片0.2～20s，诱导叶片叶绿体产生较长时间的延迟发光；

(3)利用光接收组件接收此来自叶片的延迟发光信号，并将其转换成电信号；

(4)将电信号通过模数转换器转换为数字信号；

(5)利用软件对数字信号进行数据处理，得到叶片整体或局部的延迟发光强度。

(6)在已建立的延迟发光强度与光合速率相对应的数据库中对比此发光强度，得到被测叶片的光合速率。

所选用的激发光光源的波长可选择在可见光的波长范围内，激发光光强低于叶片损伤阈值。

用激发光源均匀辐照叶片诱导叶绿体产生较长时间的延迟发光后关闭光源，暗化2～10s这样可以避免来自叶绿素a的荧光的干扰；因延迟发光随时间快速衰减，缩短暗化时间，可提高延迟发光信号强度。

上述激发光源为光强为2750～5500lux的激发光源时，均匀辐照叶片0.2～20s，可以得到持续时间较长的延迟发光信号。

本发明可见光诱导的延迟发光光合速率检测装置包括可见光激发组件、光接收组件、数模转换器、计算机、光激发组件与计算机之间的电连接、光接收组件与数模转换器之间的电连接、模数转换器与计算机之间的信号连接。

所述光接收组件是用于探测光的装置，因光诱导延迟发光相对来说较为微弱，可以采用弱光探测系统，例如各种光电倍增管、CCD或增强型CCD成像系统(ICCD)等。

所述模数转换器可采用通用的模数转换器，或带有模数转换功能的其他装置。例如National Instruments公司生产的系列图像采集卡，或Princeton Instruments公司生产的CCD控制器。

所述计算机内装有通用的数据信号处理软件，如NationalInstruments公司开发的LabVIEW软件或Princeton Instruments公司开发的WINVIEW软件，用于叶片延迟发光信号的处理。

本发明与现有技术相比具有如下优点及效果：

(1)本可见光诱导的延迟发光光合速率快速检测方法结合了可见光的短时间辐照延迟发光及光学成像(接收组件为CCD或者ICCD时)的优点，可以从形态学的角度来描述叶片的光合作用的强弱，不但能反映出整个叶片的平均光合作用速率，而且还能反映叶片不同部位光合速率的强弱，和传统的检测方法相比具有更直观、清晰全面的优点。

(2)本可见光诱导的延迟发光光合速率快速检测是在暗环境(叶室)中进行。激发时利用自带的激发光源，对每组测量可以固定激发光的强度，避免了传统方法检测过程中由于光强的瞬间改变而带来的测量数据的误差，因此，该方法具有稳定、精确、省时的优点。