氧电极法测定植物光合速率和呼吸速率

氧电极法测定植物光合速率和呼吸速率一、原理氧电极（oxygenelectrode）是测定水中溶解氧含量的一种极谱电极。目前通用的是薄膜氧电极，又称Clark电极，由镶嵌在绝缘材料上的银极（阳极）和铂极（阴极）构成。电极表面覆以聚四氟乙烯薄膜，在电极与薄膜之间充以氯化钾溶液作为电解质，两极间加0.6~0.8V的极化电压，透过薄膜进入氯化钾溶液的溶解氧便在铂极上还原：此时电极间产生扩散电流，此电流与透过膜的氧量成正比。电极间产生的电流讯号通过电极控制器的电路转换成电压输出，用自动记录仪记录，再换算成氧量。由于聚四氟乙烯薄膜只允许氧透过而不能透过各种有机及无机离子，故可排除待测溶液中溶解氧以外的其他成分的干扰。二、材料、仪器设备及试剂（一）材料待测植物叶片。（二）仪器设备（1）氧电极与控制器：用氧电极法测定溶解氧的专用仪器国内外均有定型产品。国内有上海植物生理研究所生产的简易测氧装置；新华仪表厂生产的CY豇型测氧仪等。国外产品有YSI-53型生物氧监测仪等，其主要部件均为氧电极及电极控制器，后者的作用是给电极提供极化电压，调节记录仪的灵敏度和记录笔的位置，将电极电流转换成适当大小输出，借记录仪进行记录；（2）自动记录仪：可用上海大华仪表厂生产的多量程自动记录仪，根据不同类型的控制器改变量程；（3）电磁搅拌器：搅拌反应液用；（4）超级恒温水浴：提供恒温循环水以控制反应杯温度；（5）反应杯：可根据电极类型自制，容积1～4mL，外有隔水层，通过超级恒温水浴的水维持所需温度；（6）光源：可用幻灯机聚光灯泡，并于灯前放置方形玻璃缸，盛水以隔热，再于缸后放置一聚光透镜聚光于反应杯上，使光强大于900μmol/（m2·s）。（三）试剂（1）0.5mol/L氯化钾溶液。（2）0.1mol/L碳酸氢钠溶液。亚硫酸钠饱和液（临用前配制）。实验步骤1.仪器安装本实验以国产CY-Ⅱ型测氧仪为主机、配以反应杯、磁力搅拌器、超级恒温水浴、自动记录仪、光源等，按图2-17-1所示组装成测定溶解氧的成套设备。2.测氧仪的检查（1）开启电源。将波段开关拨至"电池电压"档（图2-17-2），检查电池电压是否正常（满量程为10V），如果电压低于7V，则须更换电池，安装时须注意正负极。（2）将波段开关拨至“极化电压”档，检查加于电极两端的电压是否为0.7V，偏高或偏低时，可调节“极化微调”使电位器恰好为0.7V。（3）将波段开关拨至“零位调节”档，电表指针应在“0”点，否则，可调节“零位”电位器。3.电极的安装电极包括下列部件：氧电极、电极套、电极套螺塞、聚乙烯薄膜、"O"型橡皮圈。另外还有氯化钾溶液，薄膜安装器（图2-17-3A）。从电极套取出电极，将薄膜小圆片放在电极套的顶端。把薄膜安装器的凹端压在电极套的顶端，再将"○"形圆推入套端的凹槽内（图2-17-3B）；轻拉膜，使薄膜与电极套贴合，但不能拉得太紧而使薄膜变形。将0.5mol/L氯化钾溶液滴入电极套内，慢慢向下推，直到电极头与薄膜接触。将电极套螺塞拧紧，使电极凸出电极套0.5mm左右（图2-17-3C）。擦去电极套外的氯化钾液滴。4.灵敏度的标定及结果计算用在一定温度和大气压下被空气饱和的水中氧含量进行标定。在反应杯中加满蒸馏水，杯内放一细玻管封住的小铁棒，向反应杯的双层臂间通入30℃（或实验要求的温度）的温水，开启电磁搅拌器，搅拌5~10min，使水中溶解氧与大气平衡，将电极插入反应杯（注意电极附近不得有气泡）。将测氧仪灵敏度粗调旋钮拨至适当位置，再调灵敏度旋钮，使记录笔达满度，灵敏度旋钮不要再动。然后向反应杯注入0.1mL饱和亚硫酸钠溶液，除尽水中之氢，记录笔退回至"0"刻度附近。根据当时的水温查出溶氧量以及记录笔横向移动的格数，算出每小格代表的氧量。例如，反应体系温度为25℃，由表上查得饱和溶氧量为0.253pmol/mL，反应体系体积为3mL，若此时记录笔在100格处，注人亚硫酸钠后退回了80格，则每小格代表的氧量为0.253μmol/ml×3mL/80格=0.00949unol/格。在正式测定时，若加入3mL反应液，经温度平衡后，记录仪记录笔在第92格处、经5min反应后，记录笔移到第66格，则溶液中含氢量的降低值为：（92-66）×0.00949=0.393μmol，该值为5min内的实际耗氧量。5、光合及呼吸速率的测定（1）材料准备。取菠菜或蚕豆等植物的功能叶，切取1cm²大小的叶片数块，放在20mL的注射器中加水抽气，使叶肉细胞间隙的空气排出。然后取出--块再切成1mm×1mm的小块。（2）呼吸速率测定用蒸馏水洗净反应杯，加入3ml.水，将总面积为1cm的叶小块移人反应杯，电极插入反应杯，注意电极下面不得有气泡，开启电磁搅拌器和恒温水浴水泵、经3~4min、温度达到平衡、用黑布遮住反应杯、开启记录仪，调好笔速（XWC型记录仪可调至最大笔速，即2mm/min），记下记录笔的起始位置。由于叶片（或其他组织）呼吸耗氧，记录笔逐渐向左移动。3~5min后，记下笔所移动的格数（移动30~40小格即可）.（3）光合速率测定。测定呼吸后，去掉反应杯上的黑右罩，打开光源灯，灯光应通过盛满冷水的玻璃缸射到反应杯上，以降低温度。照光3~5min后，由于叶片进行光合作用，溶液中溶氧增加，记录笔逐渐向右移动，记下记录笔的起始位置，待笔移动约30～40小格时，关闭光源灯，记下笔所走的小格数。可按照呼吸一光合一呼吸一光合的顺序重复三次。无须更换样品，但测定时间不能太长。（4）结果计算：【注意事项】氧电极对温度变化非常敏感，测定时需要维持温度恒定。（2）样品管中不应有气泡，否则会造成指针不稳，记录线扭曲。（3）由黑暗转人照光后，光合作用常有一段滞后期，需延迟数分钟才开始