一種測(cè)定植物呼吸作用的實(shí)驗(yàn)裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測(cè)定植物呼吸作用的實(shí)驗(yàn)裝置及其方法，實(shí)驗(yàn)裝置主要由氣體給排單元、由PLC控制器控制的水冷可控溫可控壓可控濕度式呼吸室及可實(shí)時(shí)控制的CO2吸收測(cè)定單元組成；該實(shí)驗(yàn)裝置采取的技術(shù)方案是：植物在去除了CO2的空氣載氣中進(jìn)行呼吸，通過PLC控制器自動(dòng)調(diào)控植物呼吸室內(nèi)部的溫度、濕度和壓強(qiáng)保持恒定狀態(tài)，最后利用堿吸收方法實(shí)現(xiàn)可控環(huán)境條件下植物呼吸作用的實(shí)時(shí)定量研究，該裝置及其方法能夠最大程度地模擬自然狀態(tài)下整株植物長時(shí)間多次連續(xù)的呼吸強(qiáng)度測(cè)定，其測(cè)定方法簡單、易于操作，避免使用昂貴的監(jiān)測(cè)儀器和復(fù)雜的操作程序，提高了測(cè)定整株植物呼吸強(qiáng)度的準(zhǔn)確性。
【專利說明】一種測(cè)定植物呼吸作用的實(shí)驗(yàn)裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及一種植物呼吸作用監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種測(cè)定植物呼吸作用的實(shí)驗(yàn)裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]呼吸作用是有機(jī)體生命活動(dòng)的基本代謝過程，是植物生長進(jìn)行的最重要的生理活動(dòng)之一。植物呼吸代謝與多種大分子物質(zhì)的合成、分解代謝過程密切相關(guān)，能為它們的生命活動(dòng)提供所需能量和必要的中間物質(zhì)，對(duì)植物有著十分重要的意義。目前的研究工作中，關(guān)于植物呼吸作用的測(cè)定方法較多，包括密閉靜止法、氣流法、氣相色譜法、紅外線CO2分析儀等多種方法，其中氣相色譜法、紅外線CO2分析儀等方法都需要使用很昂貴的檢測(cè)儀器、操作程序和方法較復(fù)雜，并且一般只是針對(duì)植物組織如葉片進(jìn)行的，不能測(cè)定和評(píng)價(jià)整株植物呼吸作用情況；密閉靜止法實(shí)驗(yàn)裝置較簡易，不需要特殊設(shè)備，但由于裝置的密閉性不能長時(shí)間保證呼吸室內(nèi)部環(huán)境正常(如溫度、濕度和氣壓等)，所以密閉靜止法一般只針對(duì)種子呼吸作用的測(cè)定，同時(shí)準(zhǔn)確性也較差；一般常用氣流法由于密閉環(huán)境的溫度、濕度、氣壓等環(huán)控因子的擾動(dòng)，不能進(jìn)行長時(shí)間、連續(xù)性的測(cè)定；可見，目前植物呼吸作用的測(cè)定方法仍存在一定程度的不足，亟待開發(fā)一種簡單易行、可靠精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0003]該實(shí)驗(yàn)裝置是植物在去除了 CO2的空氣載氣中進(jìn)行呼吸，通過PLC控制器自動(dòng)調(diào)控植物呼吸室內(nèi)部的溫度、濕度和壓強(qiáng)保持恒定狀態(tài)，最后利用堿吸收方法實(shí)現(xiàn)可控環(huán)境條件下植物呼吸作用的實(shí)時(shí)定量研究，該裝置及其方法能夠最大程度地模擬自然狀態(tài)下整株植物長時(shí)間多次連續(xù)的呼吸強(qiáng)度測(cè)定，其測(cè)定方法簡單、易于操作，避免使用昂貴的監(jiān)測(cè)儀器和復(fù)雜的操作程序，提高了測(cè)定整株植物呼吸強(qiáng)度的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明創(chuàng)造的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可連續(xù)多次長時(shí)間測(cè)定植物呼吸作用的實(shí)驗(yàn)裝置及其方法，能夠?qū)χ参锖粑抑袦囟?、濕度和壓?qiáng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定量監(jiān)控植物呼吸作用產(chǎn)生的CO2含量。為實(shí)現(xiàn)上述研究目的，采取的技術(shù)方案是:該測(cè)定植物呼吸作用的實(shí)驗(yàn)裝置是使植物處于接近實(shí)驗(yàn)環(huán)境狀態(tài)中進(jìn)行呼吸，可在一定條件下進(jìn)行長時(shí)間多次性連續(xù)測(cè)定，測(cè)定時(shí)以去除了 CO2的空氣作為載氣；通過氣泵將呼吸室中植物呼吸時(shí)釋放的CO2氣體主動(dòng)帶入收集瓶，被收集瓶中定量的Ba(OH)2溶液和少量正丁醇混合溶液所吸收，加入適量酚酞指示劑用草酸滴定后，根據(jù)反應(yīng)關(guān)系式計(jì)算出CO2量，呼吸強(qiáng)度可用單位時(shí)間內(nèi)每千克植物樣品在呼吸過程中釋放出的CO2的量表示；期間可準(zhǔn)確計(jì)時(shí)設(shè)定若干不同時(shí)間段進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，不需要打開呼吸室重復(fù)操做或間斷實(shí)驗(yàn)即可實(shí)現(xiàn)；它包括氣體給排單元20、由PLC控制器23控制的水冷可控溫可控壓可控濕度式呼吸室21及可實(shí)時(shí)控制的CO2吸收測(cè)定單元22。
[0005]氣體給排單元20，由用氣管或?qū)Ь€連接裝有去除了 CO2氣體的空氣載氣氣瓶12、進(jìn)氣泵11、進(jìn)氣電磁閥門18、壓強(qiáng)傳感器10、排氣口 7、排氣閥門8、氣泵28，干燥管29、干燥管31、第一氣閥17、第二氣閥26、第三氣閥27、第四氣閥33和第五氣閥34組成；壓力傳感器10通過PLC控制器23連接進(jìn)氣泵11和進(jìn)氣電磁閥門18，PLC控制器23通過反饋信號(hào)來調(diào)節(jié)并保持植物呼吸室3內(nèi)部壓強(qiáng)恒定不變，可避免呼吸作用消耗O2和CO2被吸收后植物呼吸室3內(nèi)部壓強(qiáng)改變而導(dǎo)致呼吸作用測(cè)定的不準(zhǔn)確性；氣泵28主動(dòng)抽氣將植物呼吸作用產(chǎn)生的氣體送入CO2收集瓶15中被Ba (OH) 2溶液和少量正丁醇混合溶液14吸收，其余氣體通過出氣口返回植物呼吸室3中循環(huán)，保證植物呼吸產(chǎn)生的CO2完全被Ba (OH) 2溶液和少量正丁醇混合溶液14吸收，同時(shí)維持植物呼吸室3內(nèi)部氣體的良好流動(dòng)性；干燥管29是固定除濕部件，其作用是去除植物在密閉環(huán)境中進(jìn)行呼吸作用產(chǎn)生的水汽，干燥管31是選擇性除濕部件,其作用是去除氣體通過Ba(OH)2溶液和少量正丁醇混合溶液14后產(chǎn)生的水汽，干燥管31選擇性使用能夠有效控制植物呼吸室3內(nèi)部的濕度；第四氣閥33與U型管32連接，用于檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置是否漏氣時(shí)使用，檢漏完成后即關(guān)閉第四氣閥33 ;第五氣閥34通過硅膠塞25 —端接入CO2收集瓶15上部，另一端與外部環(huán)境連通，在試驗(yàn)期間第五氣閥34始終處于關(guān)閉狀態(tài)，僅在實(shí)驗(yàn)完成用草酸滴定時(shí)，打開第五氣閥34，有利于滴定反應(yīng)產(chǎn)生氣體的排放。
[0006]由PLC控制器23控制的水冷可控溫可控壓可控濕度式呼吸室21由恒溫水循環(huán)器
1、植物呼吸室3、PLC控制器23和水冷板2組成；恒溫水循環(huán)器I的進(jìn)出水孔分別連接水冷板2的進(jìn)出水孔，恒溫水循環(huán)器I通過PLC控制器23連接植物呼吸室3內(nèi)部的溫度傳感器5，通過信號(hào)反饋PLC控制器23來調(diào)節(jié)植物呼吸室3底部水冷板2的溫度，恒溫水循環(huán)器I設(shè)定溫度與植物呼吸室3所需溫度差為I?10°C，從而達(dá)到有效控制植物呼吸室3的溫度；為了能精確測(cè)定植物暗呼吸作用，避免植物光合作用吸收CO2影響測(cè)定結(jié)果，植物呼吸室3整體表面是不透光材質(zhì)制成，內(nèi)部可以放置待測(cè)植物樣品16 ;植物呼吸室3上方配有不透明密閉蓋24，密閉蓋24頂部使用硅膠塞19進(jìn)行密封，硅膠塞19連接進(jìn)氣管為待測(cè)植物樣品提供呼吸所需的氣體，密閉蓋24內(nèi)壁有光源設(shè)備LED燈條4，LED燈條4由紅、藍(lán)和遠(yuǎn)紅光LED燈組成，各色LED燈開關(guān)獨(dú)立控制并安裝有調(diào)光器，可根據(jù)不同植物品種或不同光色下植物的不同需求來調(diào)節(jié)光譜和光強(qiáng)，它不僅能在實(shí)驗(yàn)人員需要觀察植物呼吸室3內(nèi)部時(shí)提供光源，還可以滿足不同實(shí)驗(yàn)人員在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)植物光源的需求；植物呼吸室3內(nèi)壁安裝有溫度傳感器5、監(jiān)控?cái)z像頭6、風(fēng)扇9、U型管32、壓力傳感器10和濕度傳感器30 ;監(jiān)控?cái)z像頭6可實(shí)時(shí)監(jiān)控植物呼吸室3內(nèi)部的植物樣品和固件設(shè)備運(yùn)行情況；風(fēng)扇9可以給植物呼吸室通風(fēng)并混勻內(nèi)部氣體；濕度傳感器30通過PLC控制器23與第二氣閥26和第三氣閥27連接，當(dāng)植物呼吸室3內(nèi)部濕度高于設(shè)定值，PLC控制器23自動(dòng)控制打開第二氣閥26，同時(shí)關(guān)閉第三氣閥27，此時(shí)氣體流動(dòng)經(jīng)過干燥管31可有效降低植物呼吸室3內(nèi)部濕度逐漸達(dá)到設(shè)定值；當(dāng)植物呼吸室3內(nèi)部濕度低于設(shè)定值時(shí)，PLC控制器23自動(dòng)控制打開第三氣閥27，同時(shí)關(guān)閉第二氣閥26，此時(shí)氣流不經(jīng)過干燥管31從而有效增加植物呼吸室3內(nèi)部濕度逐漸達(dá)到設(shè)定值；U型管32內(nèi)部裝有適量的水，其作用是檢查植物呼吸作用實(shí)驗(yàn)裝直是否漏氣。
[0007]可實(shí)時(shí)控制的CO2吸收測(cè)定單元22由CO2收集瓶15和注射器13組成，CO2收集瓶15上部使用硅膠塞25密封，硅膠塞25分別連接進(jìn)氣管第一氣閥17、出氣管第二氣閥26及第三氣閥27，第二氣閥26和第三氣閥27通過一個(gè)三通接口連接，連接第一氣閥17的進(jìn)氣管一端通過硅膠塞25插入CO2收集瓶15內(nèi)部盛放的Ba(OH)2溶液和少量正丁醇混合溶液14中，其中正丁醇可增加CO2吸收效率；另一端與植物呼吸室3底部連通；連接第二氣閥26和第三氣閥27出氣管一端通過硅膠塞25進(jìn)入CO2收集瓶15上部即可，另一端與植物呼吸室3上部連通；C02收集瓶15側(cè)壁裝有硅膠膜固定注射器13，注射器13中含有一定濃度的H2C2O4溶液；當(dāng)定時(shí)測(cè)量完成后關(guān)閉第一氣閥17、第二氣閥26和第三氣閥27，同時(shí)打開第五氣閥34，注射器13緩慢注入一定量H2C2O4溶液，中和Ba(OH)2溶液和少量正丁醇混合溶液14中Ba(OH)2吸收CO2產(chǎn)生的白色沉淀，滴定并計(jì)算呼吸作用產(chǎn)生的CO2含量。
[0008]所述水冷板2，位于植物呼吸室3底部，內(nèi)部均勻排布不銹鋼水管，外部包裹保溫棉，水管直徑為5?20mm ；
[0009]所述硅膠塞19，硬度為30?100A ;
[0010]所述硅膠塞25，硬度為40?90A;
[0011]所述干燥管29和干燥管31，盛裝無水硫酸銅顆粒；
[0012]上述所用的Ba(OH)2溶液和少量正丁醇混合溶液14，其中Ba(OH)2溶液濃度為0.1?1.0mol/L,體積為0.01?1.0L ;正丁醇，加入體積為0.1?ImL ；
[0013]上述所用的H2C2O4溶液濃度為0.05?0.5mol/L ；
[0014]有益效果:本發(fā)明不僅可以實(shí)時(shí)定量測(cè)定活體整株植物或植物器官(果實(shí)、種子、蔬菜等)呼吸作用釋放出的CO2量，為了避免植物呼吸一段時(shí)間后產(chǎn)生一定熱量、水或氧分壓的改變影響測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，該實(shí)驗(yàn)裝置通過PLC控制器全自動(dòng)控制植物呼吸室內(nèi)部溫度、濕度和壓強(qiáng)的持續(xù)穩(wěn)定；植物呼吸室溫度調(diào)控實(shí)現(xiàn)方式是通過水冷板熱傳導(dǎo)和風(fēng)扇通風(fēng)散熱兩種方式協(xié)同；植物呼吸室壓強(qiáng)主要是通過PLC控制器控制進(jìn)氣閥和進(jìn)氣泵輸入去除了 CO2氣體的空氣載氣來實(shí)現(xiàn)；植物呼吸室濕度主要是通過PLC控制器自動(dòng)控制氣閥開關(guān)，氣流選擇性的是否通過裝配有干燥管的管路來實(shí)現(xiàn)；植物呼吸室內(nèi)壁安裝監(jiān)控?cái)z像頭可以隨時(shí)觀測(cè)植物呼吸室內(nèi)部植物的動(dòng)態(tài)變化；植物呼吸室的密封蓋上設(shè)有由紅、藍(lán)和遠(yuǎn)紅光LED燈組成的LED燈條，各色LED燈開關(guān)獨(dú)立控制并安裝有調(diào)光器，可根據(jù)不同植物品種或不同光色下植物的不同需求來調(diào)節(jié)光譜和光強(qiáng)，它不僅能在實(shí)驗(yàn)人員需要觀察植物呼吸室3內(nèi)部時(shí)提供光源，還可以滿足不同實(shí)驗(yàn)人員在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)植物光源的需求；本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置及其方法能夠最大程度地模擬自然狀態(tài)下整株植物長時(shí)間多次連續(xù)的呼吸強(qiáng)度測(cè)定，其測(cè)定方法簡單、易于操作，避免使用昂貴的監(jiān)測(cè)儀器和復(fù)雜的操作程序，提高了測(cè)定整株植物呼吸強(qiáng)度的準(zhǔn)確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖中:1.恒溫水循環(huán)器，2.水冷板，3.植物呼吸室，4.LED燈條，5.溫度傳感器，
6.監(jiān)控?cái)z像頭，7.排氣口，8.排氣閥門，9.風(fēng)扇，10.壓強(qiáng)傳感器，11.進(jìn)氣泵，12.氣瓶，13.注射器，14.Ba(OH)2溶液和少量正丁醇混合溶液，15.CO2收集瓶，16.待測(cè)植物樣品，17.第一氣閥，18.進(jìn)氣電磁閥門，19.密封塞，20.氣體給排單元，21.由PLC控制器23控制的水冷可控溫可控壓可控濕度式呼吸室單元，22.可實(shí)時(shí)控制的CO2吸收測(cè)定單元，23.PLC控制器，24.密封蓋，25.硅膠塞，26.第二氣閥，27.第三氣閥，28.氣泵，29.干燥管，30.濕度傳感器，31.干燥管，32.U型管，33.第四氣閥，34.第五氣閥【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明裝置主要由氣體給排單元20、由PLC控制器，23控制的水冷可控溫可控壓式呼吸室21及可實(shí)時(shí)控制的CO2吸收測(cè)定單元22。具體操作過程如下:
[0019]1.實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性檢查
[0020]按照?qǐng)D1所示，首先，關(guān)閉PLC控制器23和壓強(qiáng)傳感器10的連接；其次，關(guān)閉第一氣閥17、第二氣閥26、第三氣閥27、第五氣閥34和排氣閥門8，打開第四氣閥33 ;最后，打開進(jìn)氣閥門18和進(jìn)氣泵11持續(xù)約2s?IOOs后，此時(shí)U型管32中水的液位上升，關(guān)閉進(jìn)氣閥門18和進(jìn)氣泵11，靜止等待5?15min后，如果U型管32中水的液位沒有改變，說明整個(gè)系統(tǒng)氣密性良好，否則應(yīng)檢查各接口是否漏氣；檢測(cè)漏氣完畢后關(guān)閉第四氣閥33，保持植物呼吸室3內(nèi)部處于不漏氣狀態(tài)。
[0021]2.植物呼吸室平衡
[0022]準(zhǔn)確稱量所要測(cè)定待測(cè)植物樣品重量(m)，將材料放入植物呼吸室3，打開排氣閥門8、進(jìn)氣閥門18和進(jìn)氣泵11持續(xù)運(yùn)行5?30min后，排氣口 7持續(xù)進(jìn)行排氣，使植物呼吸室3中充滿不含CO2氣體的空氣載氣后，關(guān)閉排氣閥門8、進(jìn)氣閥門18和進(jìn)氣泵11，打開PLC控制器23和壓強(qiáng)傳感器10、溫度傳感器5和濕度傳感器30的連接，打開氣泵28、第一氣閥17和第三氣閥27準(zhǔn)備開始實(shí)驗(yàn)。
[0023]3.空白測(cè)定
[0024]用移液管吸取一定量的Ba (OH) 2溶液和少量正丁醇混合溶液14放入三角瓶中，稍微搖晃混勻，然后加入酚酞指示劑2滴，最后用一定濃度的H2C2O4溶液滴定至粉紅色消失即為終點(diǎn)，記錄滴定量，重復(fù)三次，取平均值，即為空白滴定量(V1),所述Ba(OH)2溶液和少量正丁醇混合溶液、酚酞指示劑和H2C2O4溶液的體積和濃度與實(shí)驗(yàn)裝置中可實(shí)時(shí)控制的CO2吸收測(cè)定單元22中各溶液保持一致。
[0025]4.樣品測(cè)定
[0026]當(dāng)植物呼吸室氣體平衡后即可開始實(shí)驗(yàn)，設(shè)定一定時(shí)間(t)后準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，設(shè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)間計(jì)時(shí)到，使用注射器13注射酚酞指示劑2滴，再用一定濃度的H2C2O4溶液滴定，操作同空白滴定，記錄滴定量(V2);實(shí)驗(yàn)期間，植物呼吸室3內(nèi)部的溫度傳感器5、濕度傳感器30和壓強(qiáng)傳感器10可以通過反饋信號(hào)由PLC控制器23全自動(dòng)控制植物呼吸室3內(nèi)部的溫濕度和壓強(qiáng)，為植物提供一個(gè)穩(wěn)定良好的環(huán)境，提聞實(shí)驗(yàn)的精確性。
[0027]5.結(jié)果計(jì)算方法
[0028]呼吸強(qiáng)度以每小時(shí)每千克植物樣品釋放的CO2的質(zhì)量表示，計(jì)算公式如下:
[0029]呼吸強(qiáng)度(mg.kg-1.s_1) = (V1-V2) XcX 22 / m.t
[0030]式中c——H2C2O4溶液物質(zhì)的量濃度，mol/L ；
[0031]V1——空白滴定中草酸溶液用量，mL ；
[0032]V2——測(cè)定滴定中草酸溶液用量，mL ；
[0033]m-植物樣品質(zhì)量，Kg ；
[0034]t——測(cè)定時(shí)間，s ;
[0035]22——測(cè)定中NaOH與CO2的質(zhì)量轉(zhuǎn)換數(shù)(=44/2，“44”為CO2摩爾質(zhì)量，“2”指吸收過程中消耗2mol NaOH相當(dāng)吸收Imol CO2的量)。
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)定植物呼吸作用的實(shí)驗(yàn)裝置及其方法，其特征在于包括氣體給排單元(20)、由PLC控制器(23)控制的水冷可控溫可控壓可控濕度式呼吸室單元(21)及可實(shí)時(shí)控制的CO2吸收測(cè)定單元(22)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)定植物呼吸作用的實(shí)驗(yàn)裝置及其方法，其特征是氣體給排單元(20)，由用氣管或?qū)Ь€連接裝有去除了 CO2氣體的空氣載氣氣瓶(12)、進(jìn)氣泵(11)、進(jìn)氣電磁閥門(18)、壓強(qiáng)傳感器(10)、排氣口(7)、排氣閥門(8)、氣泵(28)，干燥管(29)、干燥管(31)、第一氣閥(17)、第二氣閥(26)、第三氣閥(27)、第四氣閥(33)和第五氣閥(34)組成；壓力傳感器(10)通過PLC控制器(23)連接進(jìn)氣泵(11)和進(jìn)氣電磁閥門(18)，PLC控制器(23)通過反饋信號(hào)來調(diào)節(jié)并保持植物呼吸室(3)內(nèi)部壓強(qiáng)恒定不變；氣泵(28)主動(dòng)抽氣將呼吸作用產(chǎn)生的氣體送入CO2收集瓶(15)中被Ba(OH)2溶液和少量正丁醇混合溶液(14)吸收，其余氣體通過出氣口進(jìn)入植物呼吸室(3)中循環(huán)，保證植物呼吸產(chǎn)生的CO2完全被Ba(OH)2溶液和少量正丁醇混合溶液(14)吸收，同時(shí)維持植物呼吸室(3)內(nèi)部氣體的良好流動(dòng)性；干燥管(29)是固定除濕部件，其作用是去除植物在密閉環(huán)境中進(jìn)行呼吸作用產(chǎn)生的水汽，干燥管(31)是選擇性除濕部件，其作用是去除氣體通過Ba(0H)2溶液和少量正丁醇混合溶液(14)后產(chǎn)生的水汽，干燥管(31)選擇性使用能夠有效控制植物呼吸室(3)內(nèi)部的濕度；第四氣閥(33)與U型管(32)連接，用于檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置是否漏氣時(shí)使用，檢漏完成后立即關(guān)閉第四氣閥(33);第五氣閥(34)通過硅膠塞(25)—端接入CO2收集瓶(15)上部，一端與外部環(huán)境連通，在試驗(yàn)期間第五氣閥(34)始終處于關(guān)閉狀態(tài)，僅在實(shí)驗(yàn)完成用草酸滴定時(shí)，打開第五氣閥(34)，有利于滴定反應(yīng)產(chǎn)生氣體的排放。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)定植物呼吸作用的實(shí)驗(yàn)裝置及其方法，其特征是由PLC控制器(23)控制的水冷可控溫可控壓可控濕度式呼吸室(21)，由恒溫水循環(huán)器(I)、植物呼吸室(3)、PLC控制器(23)和水冷板(2)組成；恒溫水循環(huán)器(I)的進(jìn)出水孔分別連接水冷板(2)的進(jìn)出水孔，恒溫水循`環(huán)器(I)通過PLC控制器(23)連接植物呼吸室(3)內(nèi)部的溫度傳感器(5)，通過信號(hào)反饋PLC控制器(23)來調(diào)節(jié)植物呼吸室(3)底部水冷板(2)的溫度，恒溫水循環(huán)器(I)設(shè)定溫度與植物呼吸室(3)所需溫度差為I~10°C ;植物呼吸室(3)整體表面是不透光材質(zhì)制成，內(nèi)部可以放置待測(cè)植物樣品(16);植物呼吸室(3)上方配有不透明密閉蓋(24)，密閉蓋(24)頂部使用硅膠塞(19)進(jìn)行密封，硅膠塞(19)連接進(jìn)氣管為待測(cè)植物樣品提供呼吸所需的氣體，密閉蓋(24)內(nèi)壁有光源設(shè)備LED燈條(4)，LED燈條(4)由紅、藍(lán)和遠(yuǎn)紅光LED燈組成，各色LED燈開關(guān)獨(dú)立控制并安裝有調(diào)光器，可根據(jù)不同植物品種或不同光色下植物的不同需求來調(diào)節(jié)光譜和光強(qiáng)，它不僅能在實(shí)驗(yàn)人員需要觀察植物呼吸室(3)內(nèi)部時(shí)提供光源，還可以滿足不同實(shí)驗(yàn)人員在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)植物光源的需求；植物呼吸室(3)內(nèi)壁安裝有溫度傳感器(5)、監(jiān)控?cái)z像頭(6)、風(fēng)扇(9)、U型管(32)、壓力傳感器(10)和濕度傳感器(30);監(jiān)控?cái)z像頭(6)可實(shí)時(shí)監(jiān)控植物呼吸室(3)內(nèi)部的植物樣品和固件設(shè)備運(yùn)行情況；風(fēng)扇9可以給植物呼吸室通風(fēng)并混勻內(nèi)部氣體；濕度傳感器(30)通過PLC控制器(23)與第二氣閥(26)和第三氣閥(27)連接，當(dāng)植物呼吸室(3)內(nèi)部濕度高于設(shè)定值，PLC控制器(23)自動(dòng)控制打開第二氣閥(26)，同時(shí)關(guān)閉第三氣閥(27)，此時(shí)氣體流動(dòng)經(jīng)過干燥管(31)可有效降低植物呼吸室(3)內(nèi)部濕度逐漸達(dá)到設(shè)定值；當(dāng)植物呼吸室(3 )內(nèi)部濕度低于設(shè)定值時(shí)，PLC控制器(23 )自動(dòng)控制打開第三氣閥(27 )，同時(shí)關(guān)閉第二氣閥(26)，此時(shí)氣流不經(jīng)過干燥管(31)從而有效增加植物呼吸室(3)內(nèi)部濕度逐漸達(dá)到設(shè)定值；U型管(32)內(nèi)部裝有適量的水，其作用是檢查植物呼吸作用實(shí)驗(yàn)裝置是否漏氣；所述水冷板(2)，位于植物呼吸室(3)底部，內(nèi)部均勻排布不銹鋼水管，外部包裹保溫棉，水管直徑為5~20mm ;所述硅膠塞(19)，硬度為30~100A ;所述硅膠塞(25)，硬度為40~90A。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)定植物呼吸作用的實(shí)驗(yàn)裝置及其方法，可實(shí)時(shí)控制的CO2吸收測(cè)定單元(22)，由CO2收集瓶(15)和注射器(13)組成，CO2收集瓶(15)上部使用硅膠塞(25 )密封，硅膠塞(25 )分別連接進(jìn)氣管第一氣閥(17 )、出氣管第二氣閥(26 )及第三氣閥(27 )，第二氣閥(26 )和第三氣閥(27 )通過一個(gè)三通接口連接，連接第一氣閥(17 )進(jìn)氣管一端通過硅膠塞(25)插入CO2收集瓶(15)內(nèi)部盛放的Ba(OH)2溶液和少量正丁醇混合溶液(14)中，其中正丁醇可增加CO2吸收效率，另一端與植物呼吸室(3)底部連通；連接第二氣閥(26 )和第三氣閥(27 )出氣管一端通過硅膠塞(25 )進(jìn)入CO2收集瓶(15 )上部即可，另一端與植物呼吸室(3)上部連通；C02收集瓶(15)側(cè)壁裝有硅膠膜固定注射器(13)，注射器(13)中含有一定濃度的H2C2O4溶液；當(dāng)定時(shí)測(cè)量完成后關(guān)閉第一氣閥17、第二氣閥26和第三氣閥27，同時(shí)打開第五氣閥34，注射器(13)緩慢注入一定量H2C2O4溶液，中和Ba(OH)2溶液和少量正丁醇混合溶液14中Ba(OH)2吸收CO2產(chǎn)生的白色沉淀，滴定并計(jì)算呼吸作用產(chǎn)生的CO2含量；上述所用的Ba(OH)2溶液和少量正丁醇混合溶液(14)，其中Ba(OH)2溶液濃度為0.1~1.0moI/L,體積為0.01~1.0L ;正丁醇加入體積為0.1~ImL ;上述所用的H2C2O4溶液濃度為0.05~0.5mol/L ;所述干燥管29和干燥管31，盛裝無水硫酸銅顆粒。
5.一種測(cè)定植物呼吸作用的實(shí)驗(yàn)方法，使用如權(quán)利要求1所述的一種測(cè)定植物呼吸作用的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括以下操作步驟: Cl)實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性檢查 按照?qǐng)D1所示，首先，關(guān)閉PLC控制器(23)和壓強(qiáng)傳感器(10)的連接；其次，關(guān)閉第一氣閥(17)、第二氣閥(26)、第三氣閥(27)、第五氣閥(34)和排氣閥門(8)，打開第四氣閥(33);最后，打開進(jìn)氣閥門(18)和進(jìn)氣泵(11)持續(xù)約2s~IOOs后，此時(shí)U型管(32)中水的液位上升，關(guān)閉進(jìn)氣閥門(18)和進(jìn)氣泵(11)，靜止等待5~15min后，如果U型管(32)中水的液位沒有改變，說明整個(gè)系統(tǒng)氣密性良好，否則應(yīng)檢查各接口是否漏氣；檢測(cè)完畢后關(guān)閉第四氣閥(33)，保持植物呼吸室(3)內(nèi)部處于不漏氣狀態(tài)。 (2)植物呼吸室平衡 準(zhǔn)確稱量所要測(cè)定待測(cè)植物樣品重量U)，將材料放入植物呼吸室(3)，打開排氣閥門(8)、進(jìn)氣閥門(18)和進(jìn)氣泵(11)持續(xù)運(yùn)行5~30min后，排氣口(7)持續(xù)進(jìn)行排氣使植物呼吸室(3)中充滿不含CO2氣體的空氣載氣后，關(guān)閉排氣閥門(8)、進(jìn)氣閥門(18)和進(jìn)氣泵(11)，打開PLC控制器(23 )和壓強(qiáng)傳感器(10 )、溫度傳感器(5 )和濕度傳感器(30 )的連接，打開氣泵(28)、第一氣閥(17)和第三氣閥(27)準(zhǔn)備開始實(shí)驗(yàn)。 (3)空白測(cè)定 用移液管吸取一定量的Ba (OH) 2溶液和少量正丁醇混合溶液(14)，稍微搖晃混勻，然后加入酚酞指示劑2滴，最后用一定濃度的H2C2O4溶液滴定至粉紅色消失即為終點(diǎn)，記錄滴定量，重復(fù)三次，取平均值，即為空白滴定量(V1)，所述Ba(OH)2溶液和少量正丁醇混合溶液、酚酞指示劑和H2C2O4溶液的體積和濃度與實(shí)驗(yàn)裝置中可實(shí)時(shí)控制的CO2吸收測(cè)定單元(22)中各溶液保持一致。 (4)樣品測(cè)定當(dāng)植物呼吸室氣體平衡后即可開始實(shí)驗(yàn)，設(shè)定一定時(shí)間(t)后準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，設(shè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)間計(jì)時(shí)到，使用注射器(13)注射酚酞指示劑2滴，再用一定濃度的H2C2O4溶液滴定，操作同空白滴定，記錄滴定量(V2);實(shí)驗(yàn)期間，植物呼吸室(3)內(nèi)部的溫度傳感器(5)、濕度傳感器(30)和壓強(qiáng)傳感器(10)可以通過反饋信號(hào)由PLC控制器(23)全自動(dòng)控制植物呼吸室(3)內(nèi)部的溫濕度和壓強(qiáng)，為植物 提供一個(gè)穩(wěn)定良好的環(huán)境，提高實(shí)驗(yàn)的精確性。 (5)結(jié)果計(jì)算方法 呼吸強(qiáng)度以每小時(shí)每千克植物樣品釋放的CO2的質(zhì)量表示，計(jì)算公式如下:
呼吸強(qiáng)度(mg.kg-1.S-1) = (V1-V2) XcX22 / m.t
式中c——H2C2O4溶液物質(zhì)的量濃度，mol/L ； V1——空白滴定中草酸溶液用量，mL ； V2——測(cè)定滴定中草酸溶液用量，mL ； m——植物樣品質(zhì)量，Kg ； t-測(cè)定時(shí)間，s ； 22——測(cè)定中NaOH與CO2的質(zhì)量轉(zhuǎn)換數(shù)(=44/2，“44”為CO2摩爾質(zhì)量，“2”指吸收過程中消耗2mol NaOH相當(dāng)吸收Imol CO2的量)。
【文檔編號(hào)】G01N21/82GK103698330SQ201410019523
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】付玉明, 王敏娟, 劉紅 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)