1 LI-6400光合仪的测量原理

前 言1996年以来，在不同时期，公司多次组织技术支持工程师和维修工程师撰写过多个版本的LI-6400系列光合仪的使用手册。

这些使用手册为用户尽快掌握LI-6400系列光合仪的基本原理、操作过程、维护保养和常见问题等发挥了积极的作用，但均存在不同程度的内容偏多、编排不够系统等缺点。

因此，我们在多年培训工作的基础上，结合用户的使用经验和实验需求，对这些使用手册进行了重新整合和优化，进一步提高了使用手册前后的连贯性和一致性。

该使用手册的主要内容包括光合作用测量的理论基础、LI-6400系列光合仪的发展、硬件介绍、使用方法、应用实例、维护和保养等。

对于初学者，该使用手册将缩短其学习时间，达到事半功倍的效果；对于熟练掌握者，该使用手册将进一步提高其应用水平。

第一章光合作用测量的理论基础绿色植物吸收阳光的能量，同化CO2和水，制造有机物并释放氧的过程，称为光合作用。

光合作用所产生的有机物质主要是糖类，贮藏着能量。

一、光合作用的重要性1、把无机物转变成有机物绿色植物合成的有机物质，可直接或间接作为人类或全部动物界的食物（如粮、油、糖等和牧草饲料、鱼饵等），也可以作为某些工业的原料（如棉、麻、橡胶、糖等）。

换句话说，今天人类所吃的食物和某些工业原料，都是直接或间接地来自光合作用。

2、蓄积太阳能光合作用形成的有机物所贮藏的化学能，除了供植物本身和全部异养生物之用外，更重要的可供人类营养和活动的能量来源。

人类所利用的能源，如煤炭、天然气、木材等等，都是现在或过去的植物通过光合作用形成的。

因此，光合作用是今天能量的主要来源。

3、环境保护从清除空气中过多的CO2和补充消耗掉O2的角度来衡量，绿色植物被认为是一个自动的空气净化器。

光合作用的研究在理论上和实践上都具有重要的意义。

光合作用是地球上普遍存在而又特有的一个过程，是其它生物生存的基础，因此光合作用的研究有助于生物科学中其它课题的阐明。

由此可见，光合作用是农业生产中技术措施的核心，也是植物生理学中的主攻方向之一，又是自然科学中的一个重要研究项目。

植物学通报刊996，13（增刊）：72-76Chinese Bulletin of BotanyLI-6400光合作用测定系统：原理、性能、基本操作与常见故障的排除蒋高明（中国科学院植物研究所，北京100093）LI-6400 PORTABLE PHOTOSYNTHESES SYSTEM：PRINCIPLE，FUNCTION，BASIC OPERATIONAND MAIN PROBLEMS AND SOLUTIONSDURING MEASUREMENTJiang Gao-ming(Institute fo Bolany,Academia Sinica,Beijing 100093)LI-6400光合作用系统（LI-COR,1995）是美国拉哥公司在已有的LI-6200（LI-COR,1990）光合作用系统基础上改进而来。

LI-6200为封闭型光合作用测定装置，在测定过程中叶室内的CO2浓度不断减少或升高，仪器根据一定时间内CO2浓度的变化以及气体流速、温度、大气压等环境参数计算光合作用或呼吸作用速率.这种设计的主要缺陷是；在光合作用测定过程中，叶室封闭，CO2、水分、温度等变化很大，影响植物正常的气体交换。

鉴于此，拉哥公司新近推出了LI-6400开放型光合作用系统，于 1995年2月份上市.作者在美国哥伦比亚大学生物圈二号研究中心工作期间，利用这种仪器在该中心内进行了半年的光合作用测试，取得了一定经验.鉴于我国植物生理生态工作者可能在不久将接触此仪器，加上该仪器的英文说明书为专业人员所写，涉及仪器工作原理内容较多，某些操作步骤介绍过繁，而另一些步骤则过简或不提及，可能使初用者感到困惑；另外，我们在美国使用该仪器过程中发现的问题，可直接与拉哥公司联系解决，这在国内难以做到.因此；特将该仪器主要原理、性能、基本操作步骤、常见故障分析等问题，总结出来，以期对我国有关科研人员使用此仪器时有所帮助。

原理在LI-6200的基础上，LI-6400光合作用系统在两个方面作了明显的改进：第一，气路为开放式，即从进气口进入仪器主机的气体经主机内部流速测定计后一分为二，25％进入参考气体红外分析仪；75％进入样品气体红外分析仪，然后气体各自排出仪器，气路开放.除这种方式外，仪器在自动平衡（Automatch，是测定过程中重要的步骤，下面还要介绍），从样品气体红外分析仪排出的气体进入参考气体红外分析仪再排出机外。

LI-6400XT便携式光合作用测量系统LI-6400XT便携式光合作用测量系统代表了当今国际上叶片水平光合作用测量仪器的最高水平。

可以控制叶片周围CO2浓度、H2O浓度、温度、相对湿度、光照强度和叶室温度等相关环境因子。

配置6400-40荧光叶室，系统可同时测量叶片的气体交换、荧光参数和呼吸参数等指标。

重要特性◆整合性：LI-6400XT将气体交换和荧光测量完美地融合在一起，是迄今为止集成度最高的气体交换-荧光测量系统◆自动控制：LI-6400XT软件可以控制所有参数的测量和计算。

光响应曲线和CO2响应曲线等可由自动程序产生，避免了人为因素引起的偶然误差。

◆CO2和H2O零平衡：LI-6400XT不仅可以控制进入叶室气体的CO2和H2O浓度，而且能够控制（零平衡）叶室内的CO2和H2O浓度◆分析器：LI-6400XT的四通道红外CO2/H2O分析器位于叶室头部，消除了使用长管将叶室气体引入分析器时产生的测量时滞和误差；精度高、响应快◆操作系统：LI-6400XT软件界面友好且可编程，数据和图形的显示可灵活改变。

数据可保存在主机内64M存储器中，也可以存入1G CF卡中，导入导出灵活方便◆LED红/蓝光源（6400-02B）：LED红/蓝光源可在0~2000 µmol·m-2·s-1间连续变化，且几乎不产生热量，不会对叶片产生扰动，无需另配电池◆RGB红绿蓝光源（6400-18）：可与多种透明大叶室（簇状叶室、拟南芥叶室、狭长叶室、自制叶室等）组合进行控光实验，为测定整株小植物（莲座状叶丛和簇状短枝）的光响应/CO2响应曲线测定提供了强大工具。

●可选红光、绿光、蓝光、白光，或者各色光的任意比例组合●持续的可变光强可生成自动光曲线，与LI-6400/6400XT完全整合●冷光源、发光均匀：LED的独特设计保证了光在叶片表面分布均匀，低产热量减少了光源对叶片的影响◆整株拟南芥叶室（6400-17）：整株植物可置入，彻底解决了小植株簇状叶植物的气体交换测定问题，更便于对植株的整个生长过程进行重复测定。

LI-6400 系列光合仪的原理与结构在LI-6200基础上，LI-6400系列光合仪在两个方面做了明显改进（1）气路为开放式（2）CO2/H2O分析器位于传感器的头部，与叶室紧紧相连，缩短了气体流动过程中气路过长产生的误差。

LI-6400系列光合仪的传感器头部有两个完整的、双通道、非扩散的红外气体分析仪，能够同时测量叶室中的CO2和H2O的绝对浓度。

LI-6400 系列光合仪的特点（1）开路式系统，保证了叶室内外环境条件的一致与同步变化，同时保证了被测量叶片的环境因子的稳定；（2）CO2/H2O 分析器位于传感器的头部，消除了气体交换测量的时滞；（3）可自动或手动控制叶室内部的环境条件（CO2浓度、光照强度、相对湿度、温度等）；（4）具有多个自动测量程序，如光响应曲线、CO2 响应曲线、光诱导曲线、光呼吸曲线、荧光CO2 响应曲线、荧光光响应曲线、荧光动力学曲线、荧光循环曲线等。

LI-6400/XT光合仪日常检查和校准一、LI-6400/XT光合仪日常检查1、预热期间检查1.1 检查光源和光量子传感器检查光源是否工作，且工作正常；检查g行ParIn_μm 和ParOut_μm传感器是否有响应。

1.2 检查温度检查h行三个温度值Tblock, Tair和Tleaf，是否合理，且彼此相差应该在1℃以内；直接测量叶片温度时，叶温热电偶的结点位置应高于叶室垫圈约1mm，保证夹叶片时能与叶片充分接触；如果使用能量平衡方法测量叶片温度，则结点位置应低于叶室垫圈1mm，确保夹叶片时，接触不到叶片。

1.3 检查大气压传感器检查g行Prss_kPa值是否合理。

一般在海平面大气压值约100kPa ，海拔300m大气压为97 kPa ，海拔1500约83 kPa且随天气变化，大气压可能会有1到2 kPa的变化。

1.4 检查叶室混合扇在测量菜单中，按3F3(在LI-6400XT,按2F1)，按O关闭，或按F打开叶室混合扇，将分析器头部放到耳朵旁边，听分析器头部声音是否有变化，如果有变化，表示正常。

LI-6400系列便携式光合作用测量系统LI-6400系列便携式光合作用测量系统由美国LI-COR公司生产,是国内外研究植物光合生理生态的权威仪器，广泛应用于植物生理学、农学、林学、生态学等领域的研究中。

下面以LI-6400P型便携式光合作用测量系统为例对其功能、构造、使用等内容作一简单介绍。

一、功能LI-6400系列便携式光合作用测量系统最基本的功能是研究植物光合作用，同时还具有呼吸、蒸腾、荧光等多项测量功能。

可以测量的光合与水分生理指标主要有：净光合（呼吸）速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度等。

二、构造LI-6400P型便携式光合作用测量系统主要由IRGA分析器即红外线气体分析器、操作控制台和两者之间的连接电缆三部分组成。

红外线气体分析器包括标准叶室、有效光合辐射传感器、叶片温度热电偶、发光二极管（LED）红/蓝光源、H2O/CO2分析器等构件。

其中标准叶室为长方形，长宽分别为3和2cm，也有其他规格叶室可替换。

叶室上面装有外置光量子传感器，下面可根据需要连接野外用支架。

操作控制台主要由系统控制器组成，系统控制器硬件配置为512K RAM（随机存储器）,6M硬盘，4行/每行40字符的显示屏，66键的键盘；软件为LI-6400的操作系统，操作系统有多个版本,本机为4.03版本。

另外，控制台电池仓内装有两节可充电蓄电池，边上装有一个水分干燥管,内装硅胶用于吸收水分、一个碱石灰管,用于吸收CO2,及一个CO2注入系统，底下有支架。

连接电缆由25针和9针RS-232C线缆组成。

三、使用LI-6400P型便携式光合作用测量系统的使用大致包括仪器连接、程序加载、仪器校正、数据测量、数据传输、关闭仪器等六个步骤，下面分别来做一个介绍。

第一个步骤：仪器连接测量之前首先要看一看仪器是否连接好，要将仪器连接好后再进入后面的步骤。

仪器的连接主要包括连接电缆与操作控制台之间、连接电缆与IRGA之间的连接，但这些步骤最好由对仪器比较熟悉的人员来完成，一般操作人员最好不随意拆卸和连接。

LI-6400XT便携式光合作用测量系统LI-6400XT便携式光合作用测量系统代表了当今国际上叶片水平光合作用测量仪器的最高水平。

可以控制叶片周围CO2浓度、H2O浓度、温度、相对湿度、光照强度和叶室温度等相关环境因子。

配置6400-40荧光叶室，系统可同时测量叶片的气体交换、荧光参数和呼吸参数等指标。

重要特性◆整合性：LI-6400XT将气体交换和荧光测量完美地融合在一起，是迄今为止集成度最高的气体交换-荧光测量系统◆自动控制：LI-6400XT软件可以控制所有参数的测量和计算。

光响应曲线和CO2响应曲线等可由自动程序产生，避免了人为因素引起的偶然误差。

◆CO2和H2O零平衡：LI-6400XT不仅可以控制进入叶室气体的CO2和H2O浓度，而且能够控制（零平衡）叶室内的CO2和H2O浓度◆分析器：LI-6400XT的四通道红外CO2/H2O分析器位于叶室头部，消除了使用长管将叶室气体引入分析器时产生的测量时滞和误差；精度高、响应快◆操作系统：LI-6400XT软件界面友好且可编程，数据和图形的显示可灵活改变。

数据可保存在主机内64M存储器中，也可以存入1G CF卡中，导入导出灵活方便◆LED红/蓝光源（6400-02B）：LED红/蓝光源可在0~2000µmol·m-2·s-1间连续变化，且几乎不产生热量，不会对叶片产生扰动，无需另配电池◆RGB红绿蓝光源（6400-18）：可与多种透明大叶室（簇状叶室、拟南芥叶室、狭长叶室、自制叶室等）组合进行控光实验，为测定整株小植物（莲座状叶丛和簇状短枝）的光响应/CO2响应曲线测定提供了强大工具。

●可选红光、绿光、蓝光、白光，或者各色光的任意比例组合●持续的可变光强可生成自动光曲线，与LI-6400/6400XT完全整合●冷光源、发光均匀：LED的独特设计保证了光在叶片表面分布均匀，低产热量减少了光源对叶片的影响◆整株拟南芥叶室（6400-17）：整株植物可置入，彻底解决了小植株簇状叶植物的气体交换测定问题，更便于对植株的整个生长过程进行重复测定。