LI-6400型便携式光合作用测量系统使用简介

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。下面只讲一下叶室的闭合、蓄电池的安装、CO2缓冲系统的安装。

IRGA叶室连接好后要轻压手柄将其关闭，并确定叶室密闭合适，其方法是先通过调节螺丝使上下叶室刚刚接触到，然后再张开叶室，调紧螺丝半圈，最后再关上叶室，这样松紧正好，既不会过松而漏气，也不会过紧而影响叶室泡沫垫的使用寿命。

电池在安装前要保证有足够电量，否则要先进行充电。一般两块充满电的电池可供野处测量用使用3~5小时，具体使用时间与电池本身容量及使用过程有关。装电池时将电源输出口朝外，用另一端将电池仓上面的弹簧卡朝上顶,然后将电池朝里推，直到听到“咔”的一声即表示电池已安装到位，待两个电池全部装入电池仓后将电源输出口插入到操作控制台的接口中。

仪器带有CO2注入系统，但有时测量时只需利用大气中的CO2即可，因外界环境中的CO2浓度易受到植物光合、呼吸，气体流动，操作者呼吸等影响，为了保证进入叶室的CO2浓度的稳定性，一般需接入一个气体缓冲系统。气体缓冲系统可找一个较大的塑料瓶（如可乐瓶），在瓶盖上打两个小孔，小孔孔径与连接用的塑料管粗细相宜，然后将塑料管一端插入塑料瓶内，伸入底部，另一端接到操作台一侧（电池仓上端右侧）的进气口中，测量时将塑料瓶挂入高处，以减少环境变化的影响。

第二个步骤：程序加载

仪器连接好后就进入了第二个步骤，即开机加载OPEN程序的过程。

OPEN程序是LI-6400的操作系统，类似于计算机的WINDOWS系统。通过这一程序，用户能够完成各种操作。OPEN程序有不同的版本，各台机上装的版本不相同,本机上装的是4.03版本。

开机即打开电源开关后仪器即开始进行OPEN程序安装，这需要有十几分钟左右，并且在程序安装过程中需用户进行以下两项选择，用户可用控制台表面的箭头键上下移动进行选择。

1．配置文件的选择

此处的配置文件一定要正确选择，并且应与IRGA分析器头部所安装的叶室类型一致。厂家默认配置（Factory Default）是2×3cm标准叶室，即利用太阳光源，不能对叶室中的光照强度进行控制。我们通常选自定义的2×3cm叶室(2×3 opaque LED)，虽然这一配置与厂家默认配置的叶室面积一致，但它增加了可使用人工光源的功能。

2．给IRGA供电前问叶室是否连接好

当显示“Is the chamber/IRGA connected?(Y/N)”时选择选择“Y”。

这两个选择结束后，OPEN程序便可自行加载结束，最后进入OPEN主程序界面。OPEN主界面显示了OPEN程序的版本、用户硬盘的使用空间、仪器的电压、当前的时间等信息，另外，还有 “Welcome Menu（欢迎菜单）”、“Config Menu（配置菜单）”、“Calib Menu（校准菜单）”、“New Msmnts（新测量菜单）”和“Utility Menu（实用菜单）”五个一级菜单，这五个菜单分别与功能键f1、f2、f3、f4、f5对应，即可按屏幕下方的f1、f2、f3、f4、f5等键来选择一级菜单再进入下一级菜单。

让我们来看一下这几个主菜单中有用的几个选项。“Welcome Menu（欢迎菜单）”中我们常用的有最后一个选项“Quit OPEN-IRGAs OFF”，即将主程序和红外线气体分析仪都关闭，是进行关机的操作。“Config Menu（配置菜单）”中是一些设定的配置，一般不轻易更改。“Calib Menu（校准菜单）”和“New Msmnts（新测量菜单）”是最常用的两个菜单，等一下测量时要讲到。“Utility Menu（实用菜单）”最常用的有“File Exchange Mode”即文件交流模式，通过这一命令可以实现光合仪与计算机之间的数据交流；还有一个“Sleep mode”即睡眠模式，在较长一段时间内不需要测量但又不想关机的情况下可以置于这一模式下节省电源。

第三个步骤：仪器校正

因为周围环境条件的变化，仪器的零点将发生变化，因而使用前必需要校正，否则数据就不可靠。仪器校正时需要在OPEN主程序界面下选择f3即可进入“Calib Menu（校准菜单）”。进入校准菜单后显示屏上显示出七个二级菜单，其中第1项“FLOW Meter Zero”(流量计调零)、第2项“IRGA Zero”(红外线气体分析仪调零，即对CO2、H2O零点进行校正)是每次开机后都必需进行的操作，在这里介绍一下，其它校准不需要每次都进行，在此就不作介绍了。

1．“FLOW Meter Zero”——流量校正

该过程是完全自动的，选择“Flow Meter Zero”后，流量计将关闭，10秒后流量信号应该在1mv以内。如果数值过大或过小，则选择adjust↓或adjust↑来调整，当流量信号在1mv范围内波动时，就选择OK（f5），再选择esc返回校正主菜单。

2．“IRGA Zero”——CO2和H2O零点校正

选择“IRGA Zero”菜单后，仪器会提醒用户注意校正CO2和H2O零点时必须关闭叶室并且保持叶室中不能夹入叶片，而且利用新鲜的碱石灰和干燥剂。这时有两步操作需进行，一是确保叶室关闭并且里面是空的即没有夹东西；二是将水分干燥管和碱石灰管上方控制H2O和CO2进入量的调节螺母指向Scrub，要旋紧，即全滤除状态（录相上先操作的水分后操作的CO2）。

当你确认这些操作已进行后选择“Y”进入下一界面。

校正时一般先校正CO2零点后校正H2O零点接着再进行同时调零。调零方法如下：

CO2零点校正：等待CO2R或CO2S基本稳定（最大波动幅度在0. 1μmol/mol范围内）后按f1（AutoCO2），过一段时间后CO2R和CO2S接近于”0”，两者之差应在±0.1μmol/mo范围内，调零即完成，若波动幅度大于这一范围，需再次按f1进行CO2零点校正。
H2O零点校正：等待H2OR or H2OS稳定（最大波动范围在0.01 mmol/mol范围内），且等待至少一刻钟以上，然后，按F2 (AutoH2O)， 过一段时间后，H2OR or H2OS均在“0”附近，两者差值在±0.01mmol/mo范围内，调零即完成。

CO2和H2O同时调零：如果是希望对CO2和H2O都同时进行校正，则按F3 (AutoAll)，直到CO2和H2O的数值在相应范围内即可，倘一次不行可进行第二次校正。

注意，若CO2和H2O校正时数值一直无法调到规定的范围内，则必需检查碱石灰管和水分干燥管上方的调节螺母是否关紧，即处于全滤除状态，还要检查叶室是否关紧且没有杂物夹在中间。

CO2和H2O零点校正后按f5（Quit）返回Calibration Menu（校准菜单）。

第四个步骤：数据测量

数据测量是LI-6400 使用的关键步骤。数据测量在 OPEN 主界面的 f4（New Msmnts，新测量菜单）下。进行实验数据测量前，应该将H2O和CO2控制旋钮调至BYPASS（如果使用CO2 注入系统则CO2控制旋钮应该调至SCRUB）。下面以利用LED红蓝光源、使用自然界中空气CO2浓度测定叶片光合为例来说明测量过程：

1. 打开水气通道

①将H2O控制旋钮调至BYPASS状态，打开就可以了，不一定要到全旁路状态。

②将CO2控制旋钮调至BYPASS，要调到底，即让空气中的CO2顺畅地进入仪器中，这样，进入叶室中的CO2浓度与外界CO2浓度基本一致了。

2. 进入新测量菜单

在OPEN主程序界面下选择f4进入 “New Msmnts（新测量菜单）”；

进入“New Msmnts（新测量菜单）”后，可看到屏幕上面有三行数据，分别用a、b、c（在数值左侧）表示，数值上面有参数名称及单位（有些没有单位），如a行出现CO2R（参比室CO2浓度）的数值(因为未用钢瓶注入CO2，所以此读数为环境大气浓度，一般在360~420μmol/mol范围内，如数值偏小，则要看一下碱石灰管上方的调节螺母是否处于全旁路位置)，其实还有许多行数据因屏幕太小而没有显示出来，可按d、e、f、g等键进行翻页来查看。

进入“New Msmnts（新测量菜单）”后，屏幕最下方出现的是操作指令行，左侧标有阿拉伯数字1，同样，还有一些操作指令未列出，可按键盘中的2、3、4、5等键来翻页进行查看。

3.光照强度控制

在第2行操作命令中选f5，进入下一页面后选择控制参数并设定其大小，通常控制量子流量密度即光强。操作方法：选择响应的控制参数然后回车（enter），输入要控制参数大小的目的值（如1500）。

4. 建立文件名和增加记录号

在“New Msmnts（新测量菜单）”中选择f1(Open LogFile)，即打开或新建一个保存测量数据的文件；在下一页面中选择一个已有的或输入一个保存测量数据的目的文件名，如cd0402；当提示“Enter/Edit Remarks”时增加标记，以便于数据的分析，如0101，注意，每测量一张新的叶片时，都要增加一个标记，以标明样品的编号，否则仪器自动地记为上一次的标记，这样不便于以后的数据分析。

5. 夹样品

首先按一下手柄打开叶室，将叶片展平铺好后再按一下手柄夹入叶片。

注意，如叶片较大时，要让叶片盖住叶室，这样测量面积就是3×2平方厘米了。夹叶片的动作要轻，且夹住叶片后不能再拉动叶片，尤其是象水稻这样边缘带锯齿的叶片，否则易磨损叶室泡沫垫。

测量时还需注意选取样品的典型性，如测量叶脉较明显的叶片的光合时，最好不要将主脉对准叶室。

6.保存测量数据

进行到这一程序时，“New Msmnts（新测量菜单）”下屏幕上面三行就显示出了测量数据，当c行的Photo值趋于稳定时（一般变化幅度﹤0.5，并能持续15秒以上），我们就可以用第1行操作命令中的“Log”（f1）键来保存测量数据，Log键下方有一个数字，它显示的是文件中记录号的数量。如果记录数据后发现数据又大幅变化，则可以等稳定后再按一次“Log”（f1）键重新记录一个数据来更新原来的数据，这两次读数都在同一记录号下，且都会保留而不会后者覆盖前者。

7. 新叶片测量及叶面积更改

继续测量另一张叶片时，先要在第1行命令中选择“Add Remark”(f4)来增加一个记录号（如0102）,然后重复5～6步即可，但当测量禾本科植物等狭长的叶片，即长度远大于3厘米，而宽度达不到2厘米时就需要进行叶面积调整，方法如下：测量一下叶片宽度（如1.1），然后计算一下夹入叶室的面积(3×1.1=3.3)，然后在 “New Msmnts（新测量菜单）”页面中先按键盘中的“3”键，调出第3行操作指令，然后选f1(Area=6.00)，并输入实测的叶面积。

8. 退出测量

当完成一个实验时，用户需关闭温度、光强控制。

选择第1行命令中的“Close File”（f3）来关闭保存测量数据的文件，否则数据易丢失。如要需要开始新的实验，可以重新命名一个文件后进行测量。

选择第2行命令中的f5来关闭电源。

这时，测量已经结束，在等待将数据传输到计算机的过程中，我们可以进入“Sleep Mode”以节省电源，然后将仪器拎到有计算机的房间内。

第五个步骤：数据传输

到了有计算机的房间内，我们首先按任意健让仪器从睡眠状态回到正常状态，然后进行下列操作以将仪器中的数据复制到电脑中：

①用电缆将仪器和装有WinFX软件的计算机连接好；

②在仪器OPEN主程序界面下选择f5进入 “Utility Menu（实用菜单）”；

③在“Utility Menu（实用菜单）”中选择“File Exchange Mode（数据交换模式）”；

④在电脑中打开WinFX程序，选择与仪器连接的接口（com 1 或com 2）

⑤在左边框内选择计算机内将要存放数据的文件夹；

⑥在右边框内选择要光合仪内储存的需转移的文件；

⑦选择左移箭头即可将光合仪内储存的数据传输到电脑内。

注意：进入到电脑内的文件为文本格式，可用Excel软件打开，在打开过程中，需将文本导入向导步骤2中的分隔符号选中“逗号”。

第六个步骤：关闭仪器

当仪器使用结束后，需关闭仪器，这一功能在OPEN主程序界面下的 “Welcome Menu（欢迎菜单）”中，按f1进入，进入后，有四项选择，选择第4项“_Quit OPEN—IRGAS OFF”(关闭主程序，关闭IRGAS电源) ，然后就可以关闭电源开关从而最终关机。

另外，有时在在不测定时，并不需要立即关机，如在野外测量结束后需回到实验室内以将文件导入电脑，在这一过程中可以暂不关闭仪器，免得数据传输时又需再次花费大量时间开机，而这一过程中为了省电，可以将仪器置于省电模式，这一功能在OPEN主程序界面下选择f5进入“Utility Menu（实用菜单）”，然后选择“Sleep mode”（睡眠模式），按回车键确认即可。

有关参数及单位：

Photo:即photosynthetic rate (Pn)，光合速率，单位：µmolCO2•m-2•s-1

Cond:即stomatal conductance (GS),气孔导度，单位：mmolH2O m-2 s-1

Ci：即Intercellular CO2concentration(Ci),胞间CO2浓度，单位：µmolCO2 • mol-1

Trmmol: 即Transpiration rate (Tr),蒸腾速率，单位：mmolH2Om-2 s-1