本發(fā)明涉及一種植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及方法，具體地說(shuō)是馬鈴薯氣孔導(dǎo)度測(cè)定儀及使用該測(cè)定儀的測(cè)定氣孔導(dǎo)度的方法。

背景技術(shù)：

氣孔是植物保衛(wèi)細(xì)胞之間形成的凸透鏡狀的小孔，氣孔通常多存在于植物體的地上部分，尤其是在葉表皮上，在幼莖、花瓣上也少量存在。形成氣孔的保衛(wèi)細(xì)胞區(qū)別于表皮細(xì)胞的特征是保衛(wèi)細(xì)胞含有葉綠體，體積較小，數(shù)目也較少，片層結(jié)構(gòu)發(fā)育不良，能進(jìn)行光合作用合成糖類(lèi)物質(zhì)。緊接氣孔下面海綿組織間有寬的細(xì)胞間隙（氣室）。氣孔在碳同化、呼吸、蒸騰作用等植物氣體代謝中，作為空氣和水蒸氣的通路，其通過(guò)量是由保衛(wèi)細(xì)胞的開(kāi)閉作用來(lái)調(diào)節(jié)。因此，氣孔的開(kāi)放調(diào)節(jié)在植物生理上具有重要的意義。

氣孔導(dǎo)度表示的是氣孔張開(kāi)的程度，影響光合作用，呼吸作用及蒸騰作用。植物在光下進(jìn)行光合作用，經(jīng)由氣孔吸收CO₂，所以氣孔必須張開(kāi)，但氣孔開(kāi)張又不可避免地發(fā)生蒸騰作用。氣孔可以根據(jù)環(huán)境條件的變化來(lái)調(diào)節(jié)自己開(kāi)度的大小而使植物在損失水分較少的條件下獲取最多的CO₂。氣孔開(kāi)度一般用氣孔導(dǎo)度表示，其單位為mmol?m^-2?s^-1。

氣孔的開(kāi)閉過(guò)程稱為氣孔運(yùn)動(dòng)，氣孔運(yùn)動(dòng)跟多種植物代謝過(guò)程相關(guān)。保衛(wèi)細(xì)胞的葉綠體在光照下進(jìn)行光合作用，利用CO₂，使細(xì)胞內(nèi)pH值增高，淀粉磷酸化酶水解淀粉為磷酸葡萄糖，細(xì)胞內(nèi)水勢(shì)下降．保衛(wèi)細(xì)胞吸水膨脹，氣孔張開(kāi)；黑暗里呼吸產(chǎn)生的CO₂使保衛(wèi)細(xì)胞的pH值下降，淀粉磷酸化酶又把葡萄糖合成為淀粉，細(xì)胞液濃度下降，水勢(shì)升高，保衛(wèi)細(xì)胞失水，氣孔關(guān)閉。此外，保衛(wèi)細(xì)胞的滲透系統(tǒng)也可由K⁺來(lái)調(diào)節(jié)。光合作用光反應(yīng)產(chǎn)生ATP，通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸逆離子濃度吸收K⁺，降低保衛(wèi)細(xì)胞水勢(shì)，保衛(wèi)細(xì)吸水使氣孔張開(kāi)。如果光照強(qiáng)度在光補(bǔ)償點(diǎn)以下，氣孔關(guān)閉；在引起氣孔張開(kāi)的光質(zhì)上以紅光與藍(lán)紫光效果最好；景天科植物夜晚氣孔張開(kāi)，吸收和貯備CO₂，白天氣孔關(guān)閉，蘋(píng)果酸分解成丙酮酸釋放CO₂進(jìn)行光合作用。

低濃度CO₂促進(jìn)氣孔張開(kāi)，高濃度CO₂使氣孔迅速關(guān)閉，無(wú)論光照或黑暗皆如此。抑制機(jī)理可能是保衛(wèi)細(xì)胞pH下降，水勢(shì)上升，保衛(wèi)細(xì)胞失水，必須在光照一段時(shí)間待CO₂逐漸被消耗后，氣孔才迅速?gòu)堥_(kāi)。

氣孔張開(kāi)度還受溫度影響，一般隨溫度的上升而增大，在30℃左右達(dá)到最大，低溫(如10℃以下)雖長(zhǎng)時(shí)間光照，氣孔仍不能很好張開(kāi)，主要是淀粉磷酸化酶活性不高之故，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致蒸騰作用過(guò)強(qiáng)，保衛(wèi)細(xì)胞失水而氣孔關(guān)閉。

葉片含水量也影響氣孔運(yùn)動(dòng)，白天若蒸騰過(guò)于強(qiáng)烈，保衛(wèi)細(xì)胞失水氣孔關(guān)閉，陰雨天葉子吸水飽和，表皮細(xì)胞含水量高，擠壓保衛(wèi)細(xì)胞，故白天氣孔也關(guān)閉。

綜上所述，氣孔導(dǎo)度以及氣孔運(yùn)動(dòng)的是植物生理的一個(gè)重要的指標(biāo)，常用于植物蒸騰作用強(qiáng)弱，抗旱性的評(píng)價(jià)?，F(xiàn)有技術(shù)中已有三種方法測(cè)定氣孔導(dǎo)度的方法。第一種是用透明膠布粘葉片的表面，輕輕撕下透明膠布后在顯微鏡下觀察氣孔留下的痕跡；這種方法操作簡(jiǎn)單，但清晰度和準(zhǔn)確性不高。第二種方法是將葉片帶回實(shí)驗(yàn)室，將表皮撕下來(lái)制成裝片，在顯微鏡下觀察；這種方法清晰度高，但保衛(wèi)細(xì)胞離體時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，氣孔仍會(huì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差大，且完整撕下表皮比較困難。第三種方法，是采用CO₂或O₂傳感技術(shù)，將氣孔吸收或釋放的氣體濃度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量；這種技術(shù)靈敏度高，但儀器昂貴，保養(yǎng)和維護(hù)成本高，很多實(shí)驗(yàn)室無(wú)力購(gòu)買(mǎi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種馬鈴薯氣孔導(dǎo)度測(cè)定儀及其測(cè)定方法，采用針頭穿透葉片上表皮和柵欄組織到達(dá)海綿組織的氣室，再采用一定氣壓的氣流由氣孔進(jìn)入葉片后從針頭流出，最后通過(guò)測(cè)定從針頭流出的氣體的流量，可轉(zhuǎn)化氣流受到的阻力，即為氣孔導(dǎo)度。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

馬鈴薯氣孔導(dǎo)度測(cè)定儀，其包括：氣流系統(tǒng)，葉片固定裝置和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。所述氣流系統(tǒng)包括針頭、氣流表、氣泵、穩(wěn)壓器和氣壓表；所述葉片固定裝置包括操作臺(tái)、鎖定旋鈕、密封碗、鎖定齒條和壓板；所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括底座、立柱、升降臺(tái)、粗準(zhǔn)螺旋和細(xì)準(zhǔn)螺旋。針頭固定在升降臺(tái)上，而升降臺(tái)固定在立柱上并通過(guò)螺旋（粗準(zhǔn)螺旋和細(xì)準(zhǔn)螺旋）調(diào)節(jié)升降。氣體由氣泵驅(qū)動(dòng)進(jìn)入穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓器能夠調(diào)節(jié)并控制氣壓，并能在氣壓表上顯示氣壓；恒壓的氣體通過(guò)管道進(jìn)入密封碗，密封碗位于操作臺(tái)中央，上方設(shè)有用于固定葉片的壓板，壓板通過(guò)鎖定旋鈕和鎖定齒條進(jìn)行鎖定。

優(yōu)選地，所述針頭的數(shù)量為1-64根，呈矩陣排列，針頭的直徑為0.1-20mm，以適應(yīng)不同植物。其采用可拆卸設(shè)置與升降臺(tái)連接，以便更換針頭。

優(yōu)選地，所述壓板中央還設(shè)有一個(gè)小孔，能使針頭穿過(guò)壓板到達(dá)葉片。

優(yōu)選地，所述密封碗由橡膠制成，設(shè)置在操作臺(tái)中央，采用可拆卸設(shè)置，并設(shè)有不同大小規(guī)格，以適應(yīng)不同數(shù)量的針頭。

優(yōu)選地，所述粗準(zhǔn)螺旋和細(xì)準(zhǔn)螺旋能夠調(diào)節(jié)升降臺(tái)升降，粗準(zhǔn)螺旋能夠快速調(diào)節(jié)升降臺(tái)，細(xì)準(zhǔn)螺旋緩慢調(diào)節(jié)升降臺(tái)。粗準(zhǔn)螺旋和細(xì)準(zhǔn)螺旋設(shè)有刻度，旋轉(zhuǎn)一周升降臺(tái)移動(dòng)的距離能夠從刻度上獲得。粗準(zhǔn)螺旋旋轉(zhuǎn)一周升降臺(tái)移動(dòng)0.1-5mm，細(xì)準(zhǔn)螺旋旋轉(zhuǎn)一周升降臺(tái)移動(dòng)0.01-1mm。

優(yōu)選地，所述氣泵使用移動(dòng)低壓電源，使整個(gè)裝置能夠在野外使用。

優(yōu)選地，所述穩(wěn)壓器能夠穩(wěn)定氣壓，并能調(diào)節(jié)氣壓大小以適應(yīng)不同氣孔導(dǎo)度下的測(cè)量，氣壓大小通過(guò)氣壓表進(jìn)行顯示。

一種馬鈴薯氣孔導(dǎo)度測(cè)定方法，包括以下操作步驟：

（1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：將上述馬鈴薯氣孔導(dǎo)度測(cè)定儀帶到溫室或者田間，放置在便攜折疊凳上，折疊凳高度與馬鈴薯株高相當(dāng)，能實(shí)現(xiàn)不摘下葉片就能將葉片放置在操作臺(tái)上。

（2）葉片前處理：用游標(biāo)卡尺測(cè)量葉片厚度，測(cè)量時(shí)避開(kāi)葉脈。將葉片上表面涂上凡士林，同時(shí)將密封碗的邊緣也涂上凡士林。

（3）固定葉片：將葉片放置在操作臺(tái)上（葉片不離植株），使待測(cè)區(qū)域?qū)?zhǔn)密封碗，將壓板放下，通過(guò)鎖定旋鈕壓緊葉片，葉片與密封碗密封良好。

（4）穿刺：調(diào)節(jié)粗準(zhǔn)螺旋，使針頭恰好接觸葉片；將步驟2所得葉片厚度的1/3至2/3換算成細(xì)準(zhǔn)螺旋的旋轉(zhuǎn)角度。輕輕旋轉(zhuǎn)細(xì)準(zhǔn)螺旋使針頭向下穿刺葉片，使針頭穿過(guò)角質(zhì)層、上表皮和柵欄組織到達(dá)由海綿組織構(gòu)成葉片氣室，從而使針頭與通過(guò)下表皮上的氣孔與密封碗連通。

（5）測(cè)量：?jiǎn)?dòng)氣泵，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器使氣壓穩(wěn)定，讀取氣流表讀數(shù)，氣流表讀數(shù)越大，氣體越容易通過(guò)氣孔，則氣孔導(dǎo)度越大。

有益效果：本發(fā)明機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低，操作簡(jiǎn)單，并能夠?qū)崿F(xiàn)葉片的不離體測(cè)量。測(cè)量過(guò)程對(duì)葉片幾乎無(wú)損傷（僅有幾個(gè)針頭穿刺孔），測(cè)量過(guò)的葉片還可以在其他時(shí)間進(jìn)行再次測(cè)量，使實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛑貜?fù)，結(jié)果更準(zhǔn)確。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明馬鈴薯氣孔導(dǎo)度測(cè)定儀的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明馬鈴薯氣孔導(dǎo)度測(cè)定儀操作臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明馬鈴薯氣孔導(dǎo)度測(cè)定儀穿刺葉片示意圖。

具體實(shí)施方式

為使發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。這些優(yōu)選實(shí)施方式的示例在附圖中進(jìn)行了例示。附圖中所示和根據(jù)附圖描述的本發(fā)明的實(shí)施方式僅僅是示例性的，并且本發(fā)明并不限于這些實(shí)施方式。

在此，還需要說(shuō)明的是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種馬鈴薯氣孔導(dǎo)度測(cè)定儀，如圖1所示，該測(cè)定儀包括：氣流系統(tǒng)，葉片固定裝置和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；。所述氣流系統(tǒng)包括針頭7、氣流表9、氣泵15、穩(wěn)壓器14和氣壓表13；所述葉片固定裝置包括操作臺(tái)2、鎖定旋鈕3、密封碗4、鎖定齒條5和壓板6；所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括底座1、立柱10、升降臺(tái)8、粗準(zhǔn)螺旋11和細(xì)準(zhǔn)螺旋12。針頭1固定在升降臺(tái)8上，而升降臺(tái)8固定在立柱10上并通過(guò)螺旋（粗準(zhǔn)螺旋11和細(xì)準(zhǔn)螺旋12）調(diào)節(jié)升降。氣體由氣泵15驅(qū)動(dòng)進(jìn)入穩(wěn)壓器14，穩(wěn)壓器14能夠調(diào)節(jié)并控制氣壓，并能在氣壓表13上顯示氣壓；恒壓的氣體通過(guò)管道進(jìn)入密封碗4，密封碗4位于操作臺(tái)2中央，上方設(shè)有用于固定葉片的壓板6，壓板6通過(guò)鎖定旋鈕3和鎖定齒條5進(jìn)行鎖定。

其中，所述針頭7的數(shù)量為9根，呈矩陣排列，針頭7的直徑為0.4mm。其采用可拆卸設(shè)置與升降臺(tái)8連接，以便更換針頭7。

其中，所述壓板6中央還設(shè)有一個(gè)小孔16，能使針頭7穿過(guò)壓板6到達(dá)葉片。

其中，所述密封碗4由橡膠制成，設(shè)置在操作臺(tái)2中央，采用可拆卸設(shè)置，并設(shè)有不同大小規(guī)格，以適應(yīng)不同數(shù)量的針頭7。

其中，所述粗準(zhǔn)螺旋11和細(xì)準(zhǔn)螺旋12能夠調(diào)節(jié)升降臺(tái)8升降，粗準(zhǔn)螺旋11能夠快速調(diào)節(jié)升降臺(tái)8，細(xì)準(zhǔn)螺旋12緩慢調(diào)節(jié)升降臺(tái)8。粗準(zhǔn)螺旋11和細(xì)準(zhǔn)螺旋12設(shè)有刻度，旋轉(zhuǎn)一周升降臺(tái)8移動(dòng)的距離能夠從刻度上獲得。粗準(zhǔn)螺旋旋轉(zhuǎn)11一周升降臺(tái)移動(dòng)0.5mm，細(xì)準(zhǔn)螺旋12旋轉(zhuǎn)一周升降臺(tái)移動(dòng)0.02mm。

其中，所述氣泵15使用移動(dòng)低壓電源，使整個(gè)裝置能夠在野外使用。

其中，所述穩(wěn)壓器14能夠穩(wěn)定氣壓，并能調(diào)節(jié)氣壓大小以適應(yīng)不同氣孔導(dǎo)度下的測(cè)量，氣壓大小通過(guò)氣壓表13進(jìn)行顯示。

如圖2所示，操作臺(tái)2中央設(shè)有密封碗4，壓板6位于操作臺(tái)2上方，一端固定，另一端通過(guò)鎖定齒條5穿過(guò)鎖孔17由鎖定旋鈕3鎖定。壓板6中央設(shè)有小孔16，壓板6放下時(shí)小孔16恰好與密封碗4吻合。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供了一種馬鈴薯氣孔導(dǎo)度測(cè)定方法，如圖1和3所示，該測(cè)定方法包括以下操作步驟：

（1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：將上述馬鈴薯氣孔導(dǎo)度測(cè)定儀帶到溫室或者田間，放置在便攜折疊凳上，折疊凳高度與馬鈴薯株高相當(dāng)，能實(shí)現(xiàn)不摘下葉片就能將葉片放置在操作臺(tái)上。

（2）葉片前處理：用游標(biāo)卡尺測(cè)量葉片厚度，記錄厚度，測(cè)量時(shí)避開(kāi)葉脈。將葉片上表面涂上凡士林，同時(shí)將密封碗4的邊緣也涂上凡士林。

（3）固定葉片：將葉片放置在操作臺(tái)上（葉片不離植株），使待測(cè)區(qū)域?qū)?zhǔn)密封碗，將壓板放下，通過(guò)鎖定旋鈕壓緊葉片，葉片與密封碗密封良好。

（4）穿刺：調(diào)節(jié)粗準(zhǔn)螺旋，使針頭恰好接觸葉片；將步驟2所得葉片厚度的1/3至2/3換算成細(xì)準(zhǔn)螺旋的旋轉(zhuǎn)角度。輕輕旋轉(zhuǎn)細(xì)準(zhǔn)螺旋使針頭向下穿刺葉片，使針頭7穿過(guò)角質(zhì)層18、上表皮19和柵欄組織20到達(dá)由海綿組織21構(gòu)成葉片氣室，從而使針頭7與通過(guò)下表皮22上的氣孔23與密封碗4連通。

（5）測(cè)量：?jiǎn)?dòng)氣泵15，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器14使氣壓穩(wěn)定，氣體沿著附圖3中箭頭方向流動(dòng)，氣體流動(dòng)的主要阻力來(lái)自于氣孔23；讀取氣流表9讀數(shù)，氣流表9讀數(shù)越大，氣體越容易通過(guò)氣孔23，則氣孔導(dǎo)度越大。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種馬鈴薯氣孔導(dǎo)度測(cè)定儀及其測(cè)定方法，采用針頭穿透葉片上表皮和柵欄組織到達(dá)海綿組織的氣室，再采用一定氣壓的氣流由氣孔進(jìn)入葉片后從針頭流出，最后通過(guò)測(cè)定從針頭流出的氣體的流量，再可轉(zhuǎn)化氣流受到的阻力，即為氣孔導(dǎo)度。

以上所述僅是本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本申請(qǐng)?jiān)淼那疤嵯拢€可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。