光合作用做為植物最核心的代謝過程，科研人員早就希望能對其進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)境因子的改變對植物生理狀態(tài)的影響，但傳統(tǒng)的測定方法難以滿足這種要求。光合作用研究的三大技術(shù)包括氣體交換、葉綠素?zé)晒?/STRONG>和氧電極，這三種技術(shù)互為補(bǔ)充且各有優(yōu)缺點(diǎn)。氧電極法測定光合放氧會對樣品造成破壞，不適于野外監(jiān)測研究；普通的光合氣體交換系統(tǒng)也可進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，但一天只能測定幾個(gè)點(diǎn)，監(jiān)測密度很低，且儀器較重，測定費(fèi)時(shí)費(fèi)力。如進(jìn)行單點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測，一次也只能監(jiān)測一片葉子，而且長時(shí)間閉合葉室還會嚴(yán)重影響植物的正常生長，可行性不高；調(diào)制式葉綠素?zé)晒?/STRONG>儀（PAM）具有方便、快速、可進(jìn)行無損測定等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于植物光合生理研究中，但普通的葉綠素?zé)晒鈨x因受電池、防水等因素的限制，不適用于野外長期監(jiān)測。另外僅通過光合生理指標(biāo)也很難全面反映植物整體的生理狀態(tài)，還需要其他生理指標(biāo)及環(huán)境因子的數(shù)據(jù)作為補(bǔ)充。
針對以上問題，澤泉生態(tài)開放實(shí)驗(yàn)室推出了一套植物光合生理連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)解決方案，以期為植物生理生態(tài)研究、作物栽培、灌溉決策、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化控制、長期定位生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域的科研工作者提供一套植物科學(xué)研究和應(yīng)用的有力工具。
這套“植物光合生理連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)解決方案”的目的是在不影響植物正常生長的條件下，實(shí)現(xiàn)對植物光合氣體交換、葉綠素?zé)晒獾裙夂仙碇笜?biāo)進(jìn)行長期多點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測，結(jié)合對其他生理指標(biāo)及多種環(huán)境因子的監(jiān)測，從而精確反映環(huán)境因子的變化對植物光合生理狀態(tài)的動(dòng)態(tài)影響，為植物生理生態(tài)研究、作物栽培、灌溉決策、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化控制、長期定位生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域提供一套有效的解決方案。
這套“植物光合生理連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)解決方案”的功能如下：
1）原位、非破壞地測定植物光合氣體交換和葉綠素?zé)晒鈪?shù)，不影響植物的正常生長
2）長期、定點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測植物光合作用的動(dòng)態(tài)變化
3）可同時(shí)監(jiān)測植物多個(gè)葉片的光合作用變化
4）可同步監(jiān)測多種生理指標(biāo)及環(huán)境因子的變化，獲取信息更加全面
4）全面、靈敏、準(zhǔn)確地反映各環(huán)境因子對植物光合作用及其他生理指標(biāo)的影響
這套“植物光合生理連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)解決方案”的測量指標(biāo)包括：
凈光合速率、呼吸速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、水蒸氣壓差等；Fo、Fm、Fv/Fm、Ft、Fm’、ΦPSⅡ(Yield)、qP、qN、NPQ、qL、Y(NO)、Y(NPQ)、rETR、PAR和溫度等；空氣溫濕度、土壤溫濕度、葉片溫濕度、總輻射、光合有效輻射、莖流速率、莖桿微變化、果實(shí)微變化等。
這套“植物光合生理連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)解決方案”的應(yīng)用領(lǐng)域包括
1）灌溉決策系統(tǒng)
2）長期定位生態(tài)學(xué)
3）農(nóng)作物生理連續(xù)監(jiān)測
4）農(nóng)業(yè)自動(dòng)化控制
5）溫室植物生理監(jiān)測、自控溫室
6）作物栽培
7）植物冠層光合監(jiān)測
8）土壤-植物-大氣連續(xù)體（SPAC）
9）生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)
10）植物生理生態(tài)學(xué)
澤泉生態(tài)開放實(shí)驗(yàn)室利用本方案對盆栽培養(yǎng)的海芋光合生理狀態(tài)進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測過程中伴隨著干旱處理和復(fù)水過程。選用室內(nèi)正常水肥管理的海芋為實(shí)驗(yàn)材料。2008年8月17日開始監(jiān)測，8月20日開始干旱處理，處理一周后于8月26日開始復(fù)水，8月29日結(jié)束監(jiān)測。結(jié)果如下：
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Fig.1 干旱和復(fù)水過程中土壤相對含水量的變化 |
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Fig.2 干旱和復(fù)水過程中凈光合速率的變化 |
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Fig.3 干旱和復(fù)水過程中電子傳遞速率的變化 |
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Fig.4 干旱和復(fù)水過程中非光化學(xué)淬滅系數(shù)的變化 |
這套“植物光合生理連續(xù)監(jiān)測的系統(tǒng)解決方案”實(shí)現(xiàn)了對植物光合生理及環(huán)境因子的全方位立體式連續(xù)監(jiān)測，解決了以往植物研究在時(shí)間和空間上的不連續(xù)性，能夠更為準(zhǔn)確迅速地反映環(huán)境因子的變化對植物生理特性的影響。系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，可實(shí)現(xiàn)溫室自動(dòng)控制或農(nóng)田自動(dòng)灌溉等功能，這將是高科技農(nóng)業(yè)的重要發(fā)展方向。該系統(tǒng)可用于植物生理生態(tài)研究、作物栽培、灌溉決策、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化控制、長期定位生態(tài)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。
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