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1 引言
植物的生存環境并不總是適宜的，常會遭受到高低溫、凍害、光照、水分、營養元素、CO2、化學元素、大氣污染、除草劑和殺蟲劑等各種環境因子復雜多變的逆境脅迫。植物對環境脅迫的*直觀反應表現在形態上，但往往滯后于生理反應，一旦傷害已經造成，則難以恢復。通過研究植物對環境脅迫的生理反應，不但有助于揭示植物適應逆境的生理機制，更有助于生產上采取切實可行的技術措施，提高植物的抗逆性或保護植物免受傷害，為植物的生長創造有利條件。
20 世紀 80 年代以來，便攜式光合作用測定系統和葉綠素熒光儀等生理生態測試儀器的問世，為研究植物逆境生理及其響應提供了新的研究手段，產生了大量的研究成果。但另一方面，它們又都有各自的局限性。當氣孔不均勻關閉現象出現時，葉片氣體交換測量系統計算得到的Ci 會被高估；另外，不同生境之間葉片光合速率大小比較沒有直接的意義，而且比較費時費力。葉綠素熒光雖然容易測定，但如果實驗設計不夠好，結果將很難解釋。
2 觀測系統設計
2.1 目標
植物逆境生理研究需要測量的指標**葉綠素熒光參數，葉綠素熒光反應是植物光化學反應的指示物，與物種、季節、環境、樣品情況和其它影響植物生理作用的因素有關。因此，可測定葉綠素熒光的變化來反映植物對環境脅迫的反應。
植物生長區域的降水、光照、氣溫、土壤水分等環境因子指標與植物逆境生理脅迫水平密切相關，對其進行實時觀測，有利于精確反映環境因子的變化對植物逆境生理狀態的動態影響。
同步測定活體葉片氣體交換和葉綠素熒光對闡述植物對環境因子逆境脅迫的響應，結合環境因子的同步測量可提供更有意義的結果。
AZ-B0300植物逆境生理觀測系統能同時測量植物的氣體交換參數、熒光參數和環境因子，可用于植物多種類型環境因子的逆境脅迫研究。
2.2 植物逆境種類及熒光參數測量方法
脅迫類型 | 研究方法和測量參數 |
水分脅迫 | 測量凈光合速率、氣孔導度和水分利用效率等氣體交換參數； 測量加熱處理（39℃）前后的Yield； C4植物測量ETR/A； C3、C4和CAM植物的中度水分脅迫，測量Fs/Fo & Fo； OJIP曲線和K-Step熒光動力學曲線參數。 |
光脅迫 | 測量凈光合速率、氣孔導度和水分利用效率等氣體交換參數； 熒光淬滅和淬滅弛豫測量---研究光保護機制下類囊體膜⊿ph變化的**方法；OJIP參數比Fv/Fm對光脅迫更敏感（Thach 2007）。 |
高溫脅迫 | 測量凈光合速率、氣孔導度和水分利用效率等氣體交換參數； 熒光淬滅和淬滅弛豫測量---適于研究中度高溫脅迫（≥35℃）； 光響應曲線Fv/Fm，Yield，OJIP參數 （Dascaliuc A.， Ralea t.， Cuza P.，2007) (Schreiber U. 2004) (Strasser 2004) |
低溫脅迫 | 測量凈光合速率、氣孔導度和水分利用效率等氣體交換參數； ETR/CO2同化率；Yield；Fv/Fm；ETR；熒光淬滅及弛豫參數（NPQ， qN， qP， qL， qE， qT， qI，Y(NPQ)， Y(NO)），光響應曲線 (Cavender-Bares J.， Bazzaz F.， 2004) (Krause 1994) (Adams1994， 1995) |
凍害脅迫 | Yield；Fv/Fm；ETR；熒光淬滅及弛豫參數（NPQ， qN， qP， qL， qE， qT， qI，Y(NPQ)， Y(NO).）(Ball 1994，1995)， (Krause 1994)， (Adams1994， 1995) |
CO2脅迫 | 測量凈光合速率、氣孔導度和水分利用效率等氣體交換參數； FV/Fm，OJIP參數對CO2脅迫很敏感； qP能很好的反映出水分、光照和CO2復合脅迫情況； Yield和NPQ參數對CO2脅迫不敏感(Siffel & Braunova 1999)。 |
大氣污染（O3） 脅迫 | Yield，Fv/Fm，qP，NPQ等參數均對O3脅迫很敏感 (Calatayud，Pomares，Barreno 2006) |
除草劑 脅迫 | VJ-OJIP對于多種農藥脅迫敏感；Yield & NPQ；NPQ對于DDT和DCMU脅迫敏感。(Christiansen， Teicher and Streibig 2003) (Percival 2005) |
化學元素 脅迫 | 鋁、鎘、鈷、銅、鋅、鎳元素等…… |
營養元素 脅迫 | 氮素、硫元素、硼元素、鈣元素、氯元素、鐵元素等…… |
2.3 觀測內容
熒光指標：FRFexd360/FRFecx440（主要用于測量氮脅迫。這是區分氮脅迫和硫脅迫的重要測量方法）
Kramer Lake模型熒光淬滅參數：Y（II），qL ，Y（NPQ），Y（NO）
Kughammer簡化Lake模型熒光淬滅參數：Y（II），Y（NPQ），Y（NO），NPQ
Puddle模型熒光淬滅參數：qP，qN，NPQ，qE（光保護機制導致的非光化學淬滅），qT（穩態躍遷過程導致的非光化學淬滅），qI（光抑制和光破壞機制導致的非光化學淬滅）
其它常規熒光參數:Y、Fv/Fm、ETR、PAR、葉片溫度、Fo、Fm、Fv、Ft、Fod、Fms、Fs、OJIP曲線
光合參數：光合速率、蒸騰速率、氣孔導度等
環境參數：溫濕度、輻射、土壤水分溫度、土壤元素
2.4 系統組成和技術指標
AZ-B0300植物逆境生理觀測系統可測量、存儲光合、熒光和環境因子參數。
光合測量單元：
測量范圍：CO2 0-3000ppm，分辨率1ppm，H2O 0-75 mbar，分辨率0.1mbar，
PAR 0-3000μmol m-2 s-1，余弦校正；
可控條件： CO2控制**2000ppm；H2O控制可高于或低于環境條件；溫度由微型peltier元件控制，可高于或低于環境10℃； PAR控制由高效、低熱 紅/藍LED陣列單元控制，**2000μmol m-2 s-1；
葉綠素熒光測量單元：
測量模式：Fv/Fm，Yield常規測量模式、Lake和Puddle模型熒光淬滅測量模式、Kinetic熒光動力學測量模式、OJIP測量模式、多次飽和光閃測量模式。
多功能PAR葉夾：通常情況下，如果植物受到了氮素脅迫，則植物表皮會積聚一種對紫外光吸收能力強的物質，FRFex360/FRFex440多功能PAR葉夾即是通過測量這種情況下的紫外光和藍光激發的紅外熒光值比率來判斷植物的氮素脅迫水平。
a雙光源飽和脈沖：690nm鹵素燈與雙通道660nm 和450nm可調 LED。
鹵光燈**光強0-15，000μmolm-2s-1，LED 0-4，500μmolm-2s-1。
光化學光：LED光源0-3，000 μmolm-2s-1，鹵素燈光源0-6，000μmolm-2s-1。
遠紅外光源：735nmLED(用來測定Fod)，強度可調。
數據存儲：1Gb的內存容量，能存儲上萬組數據，可擴展SD卡。
環境因子：
總輻射0-2000 W·m-2，分辨率1 W·m-2；降雨量0.005mm~250mm，分辨率0.005mm；
光合有效輻射0~500W·m-2，分辨率1 W·m-2，采樣頻率6次/min，滑動平均值作為結果；
空氣溫度-30℃~+70℃，分辨率0.1℃，采樣頻率6次/min，滑動平均值作為結果；
空氣相對濕度0-100%，分辨率1%，采樣頻率6次/min，滑動平均值作為結果；
地表溫度-30℃~+50℃，分辨率0.1℃，采樣頻率6次/min，滑動平均值作為結果；
土壤溫度-30℃~+100℃，分辨率0.1℃，采樣頻率6次/min，滑動平均值作為結果；
降雨形態
數據采集器：有16 個可編程、多功能通道，每個通道自由編程，可擴展。測量范圍 40mV 至25V，每個通道可賦予數學計算。
操作軟件：包含有系統設置軟件和數據報告軟件。系統設置軟件用于設置系統的各通道及計算公式，數值平均方法，數據文件命名方式，WEB 頁設置，Ethernet 口設置。數據報告軟件提供滑動平均值（sliding average），矢量平均和分級平均。
土壤水分：水分0-100%，精度±2%；溫度-15℃~+50℃，精度±0.2℃。測管長度0.6m， 1m，1.5m， 2m，2.5m， 3m可選。采用掌上電腦和藍牙無線通訊。
土壤元素
3 數據處理
利用AZ-B0300植物逆境生理測量系統所獲得的氣體交換參數和熒光參數測量結果，與各環境因子或人工處理條件的測量數據之間進行相關分析或主成分分析。從而分析各環境因子對植物逆境脅迫的影響機理和貢獻率。
4 應用案例
4.1 植物水分脅迫/輕度干旱脅迫測量的新方法(John Burke 2010)
用熒光儀測量C3和C4植物的水分脅迫和輕度干旱脅迫一直是個難題。早在2007年，美國德克薩斯州植物脅迫研究實驗室的John Burke教授以棉花為研究對象，提供了一個新方法，利用美國OPTIC公司的調制式熒光儀測量40℃加熱處理前后葉片樣品的暗適應參數Fv/Fm’ （△F/Fm’）或光適應參數Yield測量結果，發現該測量值能很好的反映植物水分脅迫和輕度干旱脅迫狀況。
2010年5月份，John Burke教授再次發表了新的研究成果，進一步驗證了這一新方法的可行性和科學性。
Burke 在文中指出C3和C4植物都能用這個方法簡單快速的測量，且一次性可以測量200-300個植物葉片樣品。該方法將未受到脅迫的對照植物和受干旱脅迫植物的測量結果，從灌溉停止后一天開始對比，一直持續好幾天。研究結果顯示，灌溉停止后24小時之內，測量結果很好地反映了水分脅迫狀況，這一結果也得到了其它實驗室的驗證。
