TP Измерване на газообменна методология IRGA - PDF безплатно изтегляне
TP Измерване на газообмен: IRGA методология
Преди да влезем в технически аспекти, нека да разгледаме концепцията за нетен обмен на въглерод: CO 2 В тези листа на соеви култури, които виждаме на снимката, има асимилация на CO 2 чрез фотосинтеза (червена стрелка), а от друга страна, емисия на CO 2 чрез процеси като тъмно дишане и фотодишане (светлосиня стрелка). Между двата въглеродни потока (асимилация минус емисии) се установява нетен обмен на CO 2
Тогава този нетен обмен на CO 2 (INC) ще бъде: INC (= An) = брутен (Rd + FR) Където: - нетен асимилация CO 2 - брутен брутен асимилация или обща фотосинтеза (червената стрелка на диаграмата) - Rd тъмно или митохондриално дишане - FR фотодишане - (Rd + FR) е сумата от процесите, които отделят CO 2 (синята стрелка на диаграмата)
An (= INC) = брутен (Rd + FR) CO 2 Бялата стрелка представлява нетния поток на въглерод, в този случай нетната скорост на усвояване
Този подход може да се приложи към въглеродния поток при други ситуации INC (= An) = A брутен (Rd + FR) CO 2 INC (= An) = A брутен Rd Растителни листа C 4 В този случай терминът FR изчезва (липса на фотодишане в C растения 4)
CO 2 INC = Rd Хетеротрофни органи (плодове, корен, ствол, грудка и др.) В тези примери няма асимилация и имаме само като нетен поток емисията на CO 2 чрез дишане
В случай на фотосинтетични органи, INC (An) обикновено се изразява въз основа на площта на листата и времето. Например: μmol CO 2 m -2 s -1 (представлява колко CO 2 се усвоява в нетна форма в дадена фотосинтетична област и за единица време) CO 2 CO 2
В случай на хетеротрофни органи, INC (Rd) може да се изрази на база тегло (в идеалния случай сухо тегло или прясно тегло), напр. Мол CO 2 g -1 h -1 (или единици като μl CO 2 Kg -1 PF min -1) CO 2 INC = Rd Хетеротрофни органи (плодове, корен, ствол, грудка и др.) По споразумение честотата на дишане ще има положителен знак (въпреки че знаем, че това е загуба на въглерод за органа)
Как можем да измерим въглеродния обмен? (или скоростта на асимилация, или честотата на дишане в зависимост от случая) Най-широко използваната методология за измерване на обмена на CO 2 е техниката, известна като IRGA IRGA е съкращение от: Infra Red Gas Analyzer, т.е.
Методология за измерване на газовия обмен от IRGA Какво е обосновката: Хетероатомните молекули (като CO 2 и H 2 O) абсорбират дължините на вълните в инфрачервеното (800 nm = 0,8 μm) Това свойство на молекулите CO 2 и H 2 O се използва за определете количествено нивата на тези газове във въздушна проба
CO 2 има пик на абсорбция при a = 4.25 μm H 2 O = 2.59 μm (µm)
Диаграма на собствена IRGA - Да предположим, че газ, съдържащ CO 2, циркулира вътре в тръба (която е прозрачна за IR). - От едната страна на тръбата имаме IR излъчвател на излъчване (напр. Нажежаема жичка от волфрам). - Има IR детектор от другата страна на канала - Колкото по-високо е нивото на CO 2, циркулиращо през тръбата, толкова по-малко сигнал ще регистрира IR CO 2 детекторът Този начин на количествено определяне е аналогичен на спектрофотометър (само вместо да се използва абсорбция на видимо излъчване, то го прави в IR) IR излъчвател IR детектор Всъщност поглъщането на IR излъчване следва закона на Ламберт-Бир Абсорбция = C . L
1. А сега, представете си, че имаме IRGA, включена в газова циркулационна верига (задвижвана от помпа). 2. В тази система има и водонепропусклива камера (изолирана отвън и с прозрачна повърхност, която позволява осветление) и в който се поставя лист или част от лист 3. Да предположим, че въздухът навлиза в камерата с концентрация на CO 2 = 380 ppm (нормално атмосферно ниво) (модифициран от Varela et al, 2000) 4. Ако листът асимилира CO 2 чрез фотосинтеза, как ще бъде нивото на CO 2 на изхода от запечатаната камера? Равен, по-висок или по-нисък? 5. От разликата в ppm на CO 2 на входа спрямо изхода на камерата и знаейки изложената площ на листата и изминалото време, можем да разберем нетната скорост на усвояване на този лист
Затворена конфигурационна система Тази, която току-що описахме, е от затворен тип: въздухът циркулира под формата на верига между помпа, камера, IRGA и т. Н. Ето какви са били по-старите системи IRGA. Какви недостатъци имат?: - Когато въздухът циркулира през камерата отново и отново, нивата на CO 2 намаляват и това променя условията на измерване. - В същото време влажността вътре в камерата се увеличава с изпотяване на листа. (Извлечено от Varela et al, 2000) - Можете също така да увеличите Tº на въздуха и листа в камерата (в зависимост от вида на използвания източник на светлина)
В друг тип система, наречена отворена конфигурация (еднопосочен поток), има две вериги паралелно, всяка със собствена IRGA: - еталонна верига, която НЕ преминава през камерата, където е листът - верига с пробата, която преминава през камерата, където листът фотосинтезира (или диша само ако е на тъмно или ако е хетеротрофен орган) Разликата в концентрацията на CO 2, която се записва между еталонната верига и тази на пробата, ще бъде пропорционална на листата скорост на фотосинтеза (за листна площ и разглеждано време) По тази причина тези видове системи се наричат диференциали
Предимство на отворените системи (в сравнение със затворения тип): - Нивото на CO 2 може да се поддържа постоянно, без намаления (ако е фотосинтезиращ лист) или надморска височина (ако е хетеротрофно дишане на органи) - Съвременните системи контролират различни променливи в измервателна камера: - Температура (те имат система на Пелтие и дисипатори) - Те могат да контролират влажността на камерата (с десикант), полученото от листа осветление (светодиоди), нивото на CO 2 (инжектор с компресиран CO 2 касети) и понякога нивото на кислорода (за това трябва да добавите устройство, което смесва въздуха с N 2. и по този начин разрежда атмосферния O 2)
ИНФРАЧЕРВЕН ГАЗЕН АНАЛИЗАТОР (IRGA), използван в TP: CIRAS 2 (PP системи)
В TP ще използваме отворена система CIRAS-2 (PP Systems). Потокът на газ е еднопосочен Диференциален режим CO 2 на референтна система (без лист) се сравнява спрямо система за анализ (въздух, преминал през камерата, където е листа)
Конзола CIRAS-2 с преносим компютър Вътре са IRGA, помпи, филтри, батерии, сушител, разходомери и др. Това е преносима система: може да се използва на полето в естествена среда или в култури.Чрез вътрешността на тази мрежа маркучите, които свързват скобата (камерата) с конзолата, както и електрическа и информационна връзка. Скоба, камерата, където е поставен листът или част от него (вижте повече подробности на следващия слайд)