TP A gázcsere mérése: IRGA módszertan
Mielőtt belekezdenénk a technikai szempontokba, tekintsük át a nettó széncsere fogalmát: CO 2 A szójabab növényeinek ezeken a levelein, amelyeket a fotón látunk, a CO 2 fotoszintézissel asszimilálódik (piros nyíl), másrészt: CO 2 -kibocsátás olyan folyamatokkal, mint a sötét lélegeztetés és a fényelégzés (világoskék nyíl). A két szénfluxus között (asszimiláció mínusz emisszió) a CO 2 nettó cseréje jön létre
Ez a nettó CO 2 (INC) cseréje ekkor lesz: INC (= An) = A bruttó (Rd + FR) Ahol: - A nettó asszimilációs CO 2 - A bruttó bruttó asszimiláció vagy teljes fotoszintézis (a vörös nyíl a diagram) - Rd sötét vagy mitokondriális légzés - FR fotoreszpiráció - (Rd + FR) a CO 2 -kibocsátó folyamatok összege (a kék nyíl a diagramon)
An (= INC) = A bruttó (Rd + FR) CO 2 A fehér nyíl a nettó szén-fluxust, ebben az esetben a nettó asszimilációs sebességet jelenti.
Ez a megközelítés alkalmazható más helyzetek szénfluxusára is INC (= An) = A bruttó (Rd + FR) CO 2 INC (= An) = A bruttó Rd növényi levél C 4 Ebben az esetben az FR kifejezés eltűnik ( fotorezerváció C növényekben 4)
CO 2 INC = Rd heterotróf szervek (gyümölcs, gyökér, törzs, gumó stb.) Ezekben a példákban nincs asszimiláció, és csak nettó fluxusként használjuk a CO 2 légzéssel történő kibocsátását
A fotoszintetikus szervek esetében az INC (An) általában a levél területe és ideje alapján fejeződik ki. Például: μmol CO 2 m -2 s -1 (azt mutatja, hogy mennyi CO 2 asszimilálódik nettó formában egy adott fotoszintetikus területen és időegységenként) CO 2 CO 2
Heterotróf szervek esetében az INC (Rd) kifejezhető tömeg alapján (ideális esetben száraz tömeg vagy friss tömeg), pl. Mol CO 2 g -1 h -1 (vagy olyan egységek, mint μl CO 2 Kg -1 PF min -1) CO 2 INC = Rd heterotróf szervek (gyümölcs, gyökér, törzs, gumó stb.) Megállapodás szerint a légzésszám pozitív jelet mutat (bár tudjuk, hogy ez a szerv szénvesztesége)
Hogyan mérhetjük meg a széncserét? (vagy asszimilációs sebessége, vagy légzési sebessége az esettől függően) A CO 2 -cserék mérésére a legszélesebb körben alkalmazott módszer az IRGA néven ismert technika. Az IRGA rövidítése: Infra Red Gas Analyzer Vagyis infravörös gázelemző
Gázcsere-mérési módszertan az IRGA segítségével Mi az indoklás: A heteroatomos molekulák (például a CO 2 és a H 2 O) elnyelik az infravörös hullámhosszait (800 nm = 0,8 μm). A CO 2 és H 2 O molekulák ezt a tulajdonságát használják számszerűsítse ezen gázok szintjét egy levegőmintában
A CO 2 abszorpciós csúcsa a = 4,25 μm H 2 O = 2,59 μm (µm)
A megfelelő IRGA vázlata - Tegyük fel, hogy egy CO 2 -tartalmú gáz kering egy csőben (amely átlátszó az IR-nek) - A cső egyik oldalán van egy IR-sugárzó (pl. Egy izzó volfrámszál). - Van egy infravörös detektor a csatorna másik oldalán - Minél magasabb a CO 2 szintje kering a csövön, annál kevesebb jelet fog regisztrálni az IR CO 2 detektor. A kvantifikálás módja analóg a spektrofotométerrel (csak a a látható sugárzás abszorbanciája, ezt az IR-ben végzi) IR-sugárzó IR-detektor Valójában az IR-sugárzás abszorpciója a Lambert-Beer törvényt követi Abszorbancia = C . L
1. Most képzelje el, hogy az IRGA egy gázkeringési körbe tartozik (egy szivattyú hajtja). 2. Ebben a rendszerben van egy vízzáró kamra is (kívülről izolált, átlátszó felülettel, amely lehetővé teszi a világítást) amelyben egy lap vagy egy laprész van elhelyezve 3. Tegyük fel, hogy a levegő a kamrába CO 2 = 380 ppm (normál légköri szint) koncentrációval kerül be (módosítva: Varela et al., 2000) 4. Ha a lap asszimilálja a CO 2 fotoszintézissel, milyen lesz a CO 2 szintje, amikor elhagyja a lezárt kamrát? Ugyanaz, magasabb vagy alacsonyabb? 5. A bejáratnál mért CO 2 ppm különbségétől a kamra kijáratánál, valamint a kitett levélfelület és az eltelt idő ismeretében megismerhetjük a levél nettó asszimilációs sebességét
Zárt konfigurációs rendszer Ez a most leírt zárt típusú rendszer: a levegő áramkör formájában kering a szivattyú, a kamra, az IRGA és így tovább. Így voltak a régebbi IRGA rendszerek. Milyen hátrányaik vannak?: - Amint a levegő újra és újra kering a kamrán, a CO 2 szintje csökken, és ez megváltoztatja a mérési feltételeket. - Ugyanakkor a kamra belsejében a páratartalom növekszik, ahogy a lap izzad. (Kivonat: Varela et al., 2000) - Emelheti a kamrában lévő levegő és levél Tº-ját is (az alkalmazott fényforrás típusától függően)
A nyílt konfigurációnak (egyirányú áramlásnak) nevezett másik típusú rendszerben két áramkör van párhuzamosan, mindegyiknek megvan a maga IRGA-ja: - egy referencia áramkör, amely NEM megy át azon a kamrán, ahol a lap van - egy áramkör a mintával, amely átmegy azon a kamrán keresztül, ahol fotoszintetizálja a levelet (vagy csak akkor lélegzik, ha sötétségben van, vagy ha heterotróf szerv) A referencia áramkör és a minta közötti rögzített CO 2 koncentráció különbsége arányos lesz a levél fotoszintetikus sebessége (a levél területére és a figyelembe vett időre). Ezért ezeket a rendszereket differenciálnak nevezzük
A nyitott rendszerek előnyei (a zárt típusokhoz képest): - A CO 2 szint állandóan tartható, redukciók (ha fotoszintetizáló levél) vagy emelkedések (ha heterotróf szervi légzés) nélkül - A modern rendszerek különböző változókat vezérelnek a mérőkamra: - Hőmérséklet (Peltier rendszerrel és diszipátorokkal rendelkeznek) - Szabályozhatják a kamra nedvességtartalmát (szárítószerrel), a lap által kapott besugárzást (LED-ek), a CO 2 szintjét (injektor tömörített CO 2 -val patronok), és néha az oxigénszint (ehhez hozzá kell adni egy olyan eszközt, amely a levegőt N 2-vel keveri és ezáltal hígítja a légköri O 2 -et)
A TP-ben használt INFRA VÖRÖS GÁZELEMZŐ (IRGA): CIRAS 2 (PP Systems)
A TP-ben a CIRAS-2 (PP Systems) nyílt rendszert fogjuk használni. A gázáram egyirányú Differenciál üzemmód. Egy referencia rendszer (lap nélküli) CO 2 -jét összehasonlítjuk egy elemző rendszerrel (levegő, amely áthaladt a kamrán, ahol van) a lap)
CIRAS-2 konzol noteszgéppel Az IRGA-k, szivattyúk, szűrők, akkumulátorok, szárítószerek, áramlásmérők stb. Ez egy hordozható rendszer: alkalmazható terepen természetes környezetben vagy növényekben. Ennek a hálónak a belsején keresztül haladnak át a bilincset (kamerát) a konzollal összekötő tömlők, valamint elektromos és információs csatlakozás. Csipesz, az a kamera, ahová a lap vagy annak egy része kerül (további részletek a következő dián találhatók)
Magában a bilincsben (ahol a lap beszorul) van egy üveg, amely bezárja a kamerát (a fotón nem látható). Ebben a példában, mivel mesterséges fénnyel mérik, fent egy kockát látunk rácsozattal a LED-ekből, és ezért a bilincskamra felső része nem figyelhető meg A hőt elvezető ventilátor A bilincs képe, amely egy vad faj fotoszintézisét méri, ebben az esetben a napfényt. A fotoszintézis mérése mesterséges fénnyel Milyen előnyei vannak a műfénnyel való munkának ?: - Függetlenné válhatunk a besugárzás természetes körülmények között bekövetkező változásaitól, amelyek zavarják a mérést (napszak, felhősség) (lásd a lenti diát) - Néha azonban a vizsgálati céltól függően valós körülmények között is mérni kell a helyszínen (természetes fény)
Noha nem adunk technikai részleteket a berendezés használatáról (ami meghaladja a növényfiziológiai szakirány célkitűzéseit), néhány alapvető dolgot elárulunk. Cső CO 2 elnyelővel Az akkumulátor részben eltávolítva, hogy képes legyen Figyelembe kell venni a nedvességet elnyelő csövet, a színjelző CO 2 injektorkazettával eltávolítva. Ez a konzol hátulnézete, ahol láthatók a csövek szárítószerrel (hasonló szilikagél) és CO 2 nedvszívó anyaggal (sodalime). Ezeket a csöveket a berendezés gázáramkörébe helyezik, és a felhasználó döntése szerint szabályozzák a mérőkamra páratartalmát és CO 2 -szintjét. Megfigyelhetők a cserélhető elemek és a CO 2 -injektor (patronos CO2-sűrített mintával) ) A következő youtube linken videót láthatsz a CIRAS 3-ról (modernebb modell). Azok számára, akik nem értenek angolul, még mindig segít meglátni az ilyen típusú berendezések különböző jellemzőit https://www.youtube.com/watch?v=wyacotzpody
Néhány szempont. 1. Emlékeztetni kell arra, hogy An egy paraméter a levelek szintjén. 2. A fénytelítettség nettó asszimilációs sebessége (A sat) az (In in situ) fotoszintetikus kapacitásának mértéke. 3. Az An A levél területe (ezért befolyásolja a levél vastagsága) 4. A levél típusának és a mérések idejének szabványosítása 5. Pontmérések vs. Válaszgörbék Elemezzük egy kicsit ezeket a kérdéseket
1. Emlékeztetni kell arra, hogy az An értéke, amelyet kapunk, levélszintű paraméter. Tegyük fel, hogy a növény 2. levelének ezt a szektorát befogjuk (kör alakú terület szaggatott vonallal): 1. A nettó asszimilációs ráta a beszerzés nem feltétlenül azonos a többi levélével (eltérő N-szinttel, ontogenitással, expozícióval stb.) 2. Az egész növény asszimilációja különbözik az egyes levelekétől, mivel más szervek széncseréje nincs benne (pl. szárlégzés, birtoklás)
2. A fénytelítettséghez való nettó asszimiláció sebessége (A sat) a fotoszintetikus kapacitás mértéke (An in situ). Folytatva az előző példát . - Ha a fotoszintézist telítődő sugárzással mérünk (pl. 1000 μmol fotonok m -2 s -1 egy C 3 növény esetében), az An értéke, amelyet kapunk, a fotoszintetikus kapacitása lesz (vagyis az An lehetséges maximális értéke). - Az An tényleges értéke in situ attól függ, hogy a penge mely pillanatban van (például fénytől), a vizsgálat céljától függően a szakember az An értékét a valós körülmények között in situ fogja mérni, vagy besugárzással fénytelítettség mellett
3. Az An kifejezést a levél területének egységeiben fejezik ki (ezért befolyásolja a levél vastagsága) Lássuk ezt 3D-ben Hasonlítsuk össze ezt a két helyzetet, két, egyértelműen eltérő vastagságú levelet: - A fotoszintetikus szövet mennyisége, amelyet befogunk A mérőkamra (kör és pontozott vonalakkal a figyelembe vett terület függőleges vetülete) nagyon eltérő lesz, annak ellenére, hogy ugyanaz a területe van. Ha az összehasonlított levelek vastagsága eltérő (vagyis különböző fajlagos lombterület), akkor a értékelje a fotoszintetikust NEM a terület alapján, hanem a száraz tömeg egysége alapján (így a fotoszintetikus szövet mennyisége mindkét esetben összehasonlítható)
4. A laptípus és a mérési ütemezés szabványosítása Összehasonlítanunk kell az egyenértékű szerveket. Az előző diák példáján, ha egy fajtánál a 2. sz. levél, egy másik fajtában ugyanezt a levélfajtát fogjuk mérni. Azokban az esetekben, amikor ez a szabványosítás nehezebb, sokszor alkalmazott kritérium a legfiatalabb levél teljes kiterjedésű mérése. Egy másik fontos szempont, amelyet figyelembe kell venni, az idő (például nem tudjuk összehasonlítani a 9 órai méréseket Mérések 16: 00-kor.) Általában a nap központi sávját használja (például 11-15 óra). Ennek elolvasása során néhányan valószínűleg azt gondolják, hogy van-e mesterséges fényem LED-ekkel, nem érdekel az ütemterv. cri cri cri Ennek azonban jelentősége van, mivel egyes fajok endogén cirkadián ritmusával (a növény belső ritmusa, kb. egy napos ciklussal rendelkezik) sztómáik viselkedésében. Bizonyos esetekben ez problémát jelenthet, és meg kell adnia az ütemtervet a probléma megoldására.
5. Konkrét intézkedések vs. Válaszgörbék Pontmérések: a fotoszintetikus sebességet adott besugárzással mérjük (ha például egy növény két fajtájának fotoszintetikus kapacitását akarjuk összehasonlítani, akkor n mérést hajtunk végre telített besugárzással az A fajtában és n méréseket a B fajtában. ) Görbék válasza: ugyanazon a lapon mérjük a fotoszintézis válaszát az olyan változók változásaira, mint a besugárzás vagy a CO 2 (ezekkel a görbékkel különféle információkat kapunk; lásd alább) 8 6 A sat An (mol CO 2 m -2 s - 1) 4 2 0 PC-fény -2 R n meredekség = A fotoszintézis kvantumhozama (CO2) 0 200 400 600 800 Incidens PPFD (mol fotonok m -2 s -1)
Egyelőre a fotoszintézis besugárzási reakciógörbéire összpontosítunk 8 A sat fotoszintetikus kapacitás 6 An (mol CO 2 m -2 s -1) 4 2 A fotoszintézis és a besugárzás arányának általánosított görbéje (PPFD) 0 - 2 R n fény PC meredekség = A fotoszintézis kvantumhozama (CO2) 0 200 400 600 800 Incidens PPFD (mol fotonok m -2 s -1) (kivonva Tambussi és Graciano 2010-ből)
A TP-ben 3 levéllaphoz hozzuk létre az An besugárzási reakciógörbéjét: - A Glycine max szójabab C 3 apikális levele (nagy besugárzásnak kitéve) - A bazális szójalevel (árnyékolt) - Aleppo cirok levele. gyom C 4 8 Minden görbéből megkapjuk: 6 A sat - A sötét légzési arány - A fény CP (besugárzás, ahol An = 0) - A fotoszintetikus kapacitás (A sat) és a telítettségi besugárzás An (mol CO 2 m - 2 s -1) 4 2 0-2 R n fény PC meredekség = A fotoszintézis kvantumhozama (CO2) 0 200 400 600 800 Incidens PPFD (mol fotonok m -2 s -1)
Eredmények An (μmol CO 2 m -2 s -1) PPFD Apikális szójabab Bázis szója μmol fotonok cirka m -2 s -1 Aleppo 0-1,6-0,8-1,55 50 0,3 0,7 - 0,50 100 2,3 2,6 1,5 200 5,6 6,0 4,3 350 8,5 6,9 8,6 500 12,2 7,5 14,0 700 14,5 7,9 17,0 1000 15,7 7,8 22,0 1500 15,4 7,9 27,0 2000 15,5 7,75 35,6
1. A görbék ábrázolhatók egy táblázat (Excel) segítségével. 2. A világító PC-t csak a görbe lineáris szektorának értékeivel lehet megkapni (pl. Az első 5 érték kisebb irriance-okig): Megkapják az egyenletet egyenletét (An a besugárzás függvényében), majd az x változóra megoldják az y változó értékét (vagyis An) = 0 3. A fotoszintetikus kapacitás és a telítettségi besugárzás (PPFD) grafikusan megkapható az egyes görbék megfigyelésével (piros pontozott vonalak a grafikonon) An (mol CO 2 m -2 s -1) 8 6 4 2 0 PC fény A sat -2 R n meredekség = A fotoszintézis (CO2) kvantumhozama 0 200 400 600 800 incidens PPFD (mol fotonok m -2 s -1)
Néhány kérdés, amely útmutatást nyújt az eredmények megvitatásához és értelmezéséhez: a. Hasonlítsa össze a háromféle levél görbéjét. Milyen különbségeket lát? (összpontosítson a fent leírt paraméterekre, a fény CP, a légzés, A sat, telítettségi besugárzás stb.) b. Magyarázza el biokémiai és fiziológiai szempontból az előző kérdésben megfigyelt különbségeket (ne postulálja a típusú érveket, mert az ehhez a feltételhez igazodik vagy akklimatizálódik. Formázzon mechanisztikus magyarázatokat). c. Mi a PC fény biológiai jelentősége? Vagyis mi a következménye a levél C egyensúlyának?
A fent leírt tevékenység elvégzése mellett válaszoljon a következő kérdésekre: 1. A berendezésben mesterséges fényforrásként használt LED-ek pirosak és kékek: szerinted miért választották a gyártók ezeket a színeket? Indokolja. 2. Miért fontos a változók vezérlése abban a kamrában, ahol a penge be van szorítva, mindaddig, amíg a mérés tart? Gondoljon arra, hogy mit befolyásolhat például a hőmérséklet-változás. 3. Korábban elmondtuk, hogy az IRGA-k a CO 2 nettó változásainak mérése mellett számszerűsíteni is tudják a H 2 O szint változását. Más szavakkal, milyen más élettani folyamatot lehetne mérni? 4. Tegyük fel, hogy meg akarja mérni egy korábban sötétben levő levél fotoszintetikus sebességét. Rögzíthetik a pengét a berendezésbe, bekapcsolhatják a LED-eket és azonnal megmérhetik az An értékét? Indokolja fiziológiai és biokémiai összefüggésben. Készítsen jelentést a TP ezen részéről, beleértve a fent felsorolt kérdéseket. Ne felejtse el elküldeni a jelentést a megbízásáért felelős tanárnak e-mailben.
Melléklet: az IRGA módszertan néhány alkalmazásának megemlítése A CO 2 áramlása az ökoszisztémákban A CO 2 érzékelése a posztarvest kamrákban (Eddy kovariancia): annak elemzésére használják, hogy mennyi szén rögzíti az ökoszisztémát (pl. Erdő, dzsungel) Heterotróf szövetek légzése (pl. naplók) A fotoszintézis és a válaszgörbék specifikus mérései: ökofiziológiai vizsgálatokban használták a növények javítására A talaj mikroorganizmusainak légzése
- ÉVFOLYAM N 26. ÉV AUGUSZTUS PDF Ingyenes letöltés
- Táplálkozási ajánlások helyettesített betegeknek - PDF ingyenes letöltés
- Egy robot mentette meg az életemet - PDF ingyenes letöltés
- És a fejlesztési terv - PDF ingyenes letöltés
- CUENCAI EGYETEM ORVOSTUDOMÁNYI KAR ORVOSI ISKOLA - PDF Ingyenes letöltés