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托普雲(yun) 農(nong) 便攜式光合作用測定儀(yi) (以TP-PM係列為(wei) 代表,如TP-PM-1、TP-PM-5等)是由kaiyun开云真人研製的科研級氣體(ti) 交換分析係統。該儀(yi) 器基於(yu) 紅外氣體(ti) 分析原理(Infra-Red Gas Analysis, IRGA),通過構建可控微環境葉室,實時監測氣流經活體(ti) 葉片前後CO₂吸收量與(yu) H₂O釋放量之差,結合Farquhar氣體(ti) 交換模型與(yu) Fick擴散定律解算淨光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、胞間CO₂濃度(Ci)及瞬時水分利用率(WUE),實現植物光合—蒸騰生理的原位、非破壞性、多參數同步量化。
一、測量原理與(yu) 理論基礎
紅外氣體(ti) 差分檢測:利用CO₂與(yu) H₂O分子對特定紅外波段的特征吸收特性,內(nei) 置非擴散式或雙通道差分紅外CO₂/H₂O分析器,分別測定參比室(進氣)與(yu) 樣品室(葉室出氣)氣體(ti) 濃度微差ΔC(CO₂)與(yu) ΔC(H₂O)。
質量平衡與(yu) 氣體(ti) 交換解算:依據已知葉麵積(A)、氣體(ti) 體(ti) 積流速(u)及理想氣體(ti) 狀態方程修正溫壓影響,由濃度差經質量平衡方程計算碳同化通量與(yu) 水分蒸騰通量,進而推導氣孔導度與(yu) 胞間CO₂濃度(Ci = Ca − Pn / Gs × ...)。
開放式氣路設計:多采用開放式氣路使環境大氣流經葉室,最大限度模擬葉片原生微氣候,減小密閉係統因氣體(ti) 積累或耗竭引入的係統偏差;部分型號具備閉式/半閉式切換功能以適應特殊實驗需求。
微環境變量修正:同步采集葉溫(Tleaf)、氣溫(Tair)、相對濕度(RH)及光合有效輻射(PAR),用於(yu) 氣體(ti) 濃度溫壓補償(chang) 與(yu) 光合光響應函數擬合。
二、硬件係統構成
紅外氣體(ti) 分析單元:集成高精度非擴散式紅外CO₂與(yu) H₂O傳(chuan) 感器,具備參比—樣品雙通道差分檢測能力,內(nei) 置極值濾波與(yu) 零點漂移校正算法。
可控光源葉室組件:標配透明視窗葉室,內(nei) 置可調紅藍光LED陣列(模擬自然光譜並可設定PPFD),支持光響應曲線(A–Q)與(yu) CO₂響應曲線(A–Ci)自動測定;葉室麵積可按單/雙子葉、針葉等材料定製更換,部分型號可選配半導體(ti) 溫控模塊穩定葉室溫度。
微環境傳(chuan) 感器陣列:葉室及進氣端集成熱電偶溫度傳(chuan) 感器、薄膜電容濕度傳(chuan) 感器及矽光電二極管PAR傳(chuan) 感器,同步監測葉溫、氣溫、水汽壓及光照強度。
主機控製與(yu) 交互終端:嵌入式處理器配彩色觸控屏(安卓係統),集成微型氣泵、電子流量控製器、可充電鋰電池及數據存儲(chu) 模塊;支持USB導出、藍牙/Wi-Fi上傳(chuan) 至配套雲(yun) 平台,具備實驗備注標注、時序自動采集及斷電數據保護功能。
三、核心功能
1、全新外觀:光合作用測定儀(yi) 采用10寸安卓彩色觸控屏,自帶wifi功能,操作界麵清晰簡潔,操作簡單。軟件支持在線升級。軟件中文操作界麵,支持中英文語言,切換係統語言即可同步成英文模式。
2、檢測參數:光合作用測定儀(yi) 可檢測環境溫濕度、葉室溫濕度、CO2氣體(ti) 濃度、光合有效輻射強度、葉麵溫度、葉片淨光合速率、氣孔導度、蒸騰速率、胞間CO2濃度、瞬時水分利用率12項參數。
3、原理升級:主機內(nei) 置非擴散式紅外CO2分析器,能準確測定空氣中的CO2濃度;開機默認進行氣路循環,開放式氣路係統更接近植物真實生長環境。核心紅外CO2模塊增加CO2極值濾波處理,大大縮短了CO2穩定時長,有效提升各項光合參數的穩定性和實驗效率。
4、操作簡便:測量設置均默認給出,用戶可自定義(yi) 修改,支持用戶填寫(xie) 實驗備注(隨數據一同導出)。一鍵測量,各項參數均為(wei) 自動采集,每2min自動采集一組數據,程序運行完成後會(hui) 自動結束並保存數據,也可手動結束測量進程,測量過程中查看已采集數據時不會(hui) 影響測量進程。
5、數據管理:光合作用測定儀(yi) 支持根據時間範圍快速查詢數據,可進行查看、上傳(chuan) 、導出、刪除操作。支持曲線圖和表格2種展示形式,按曲線圖展示時可雙擊放大單圖查看,便於(yu) 直觀展示數據變化趨勢。
6、數據存儲(chu) /導出:本地存儲(chu) 8G大內(nei) 存,配置USB接口,支持excel格式文件導出本地/U盤,導出的文件可直接使用無需轉換。數據自動保存:若儀(yi) 器意外關(guan) 閉,已測量的數據會(hui) 自動保存不丟(diu) 失。
7、配備“數智農(nong) 業(ye) 雲(yun) "平台:儀(yi) 器聯網狀態下,可手動將測量數據上傳(chuan) 到物聯網4.0雲(yun) 平台,用戶登錄賬號即可查看,可在雲(yun) 端對實驗數據進行管理和分析,支持對比分析各項光合指標,支持圖表2種展示形式。
8、設備單機即可使用,含有使用教程視頻,手機掃描二維碼即可查看儀(yi) 器安裝方式和操作流程等。
9、電池容量大,滿電狀態下野外支持連續使用8小時以上。
10、配置支架,適用於(yu) 野外一定時間監測,主機支架高度可調,葉室三腳架高度角度均可調,適用不同生長角度的葉片,避免對葉片拉扯造成破壞,無需實驗人員背著儀(yi) 器,減少人力消耗,擴大使用場景。
四、科研適用場景
植物生理與(yu) 逆境生物學:幹旱、鹽堿、高溫、重金屬等脅迫下光合限製因子分解(氣孔限製 vs. 非氣孔/葉肉限製,基於(yu) Ci判據),光合日變化與(yu) 季節動態監測。
作物遺傳(chuan) 育種與(yu) 種質篩選:高代品係碳同化能力與(yu) 水分利用效率的大樣本初篩,配合光/CO₂響應曲線量化光合潛能差異。
生態學與(yu) 全球變化研究:野外原位測定C₃/C₄植物、木本與(yu) 草本植物氣體(ti) 交換特征,服務於(yu) 生態係統碳—水通量尺度拓展。
精準栽培與(yu) 肥效評估:氮素、水分及不同栽培措施對葉片光合能力的調控效應驗證。
五、學術價(jia) 值評述
托普雲(yun) 農(nong) 便攜式光合作用測定係統將植物光合生理研究從(cong) 傳(chuan) 統的破壞性取樣、生物量累積推算法推進至活體(ti) 原位氣體(ti) 交換精密分析層麵,通過開放式IRGA氣路、多傳(chuan) 感器同步采集與(yu) 國產(chan) 化算法平台的結合,為(wei) 植物碳—水耦合機製解析、基因型—環境互作(G×E)分析及抗逆種質評價(jia) 提供了可重複、標準化的現場測量手段,是銜接葉片微觀生理過程與(yu) 冠層/生態係統尺度碳通量研究的關(guan) 鍵基礎儀(yi) 器。
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