氧電極法測(cè)定植物組織的光合與呼吸速率

1、實(shí)驗(yàn)20氧電極法測(cè)定植物組織的光合與呼吸速率氧電極是為測(cè)定水中溶解氧含量而設(shè)計(jì)的一種極譜電極。目前通用的是薄膜氧電極，又稱Clark電極，由鑲嵌在絕緣材料上的銀極（陽(yáng)極）和鉑極（陰極）構(gòu)成，電極表面覆蓋一層厚約20～25μm的聚四氟乙烯或聚已烯薄膜，電極和薄膜之間充以KCl溶液作為支持電解質(zhì)。由于水中溶解氧能透過(guò)薄膜而電解質(zhì)不能透過(guò)，因而排除了被測(cè)溶液中各種離子電極反應(yīng)的干擾，成為測(cè)定溶解氧的專用電極。氧電極具有靈敏度高，反應(yīng)快、可連續(xù)

2、測(cè)量記錄，能夠追蹤反應(yīng)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程等特點(diǎn)，因而在葉綠體及線粒體懸浮液的光合放氧和呼吸耗氧，某些耗氧或放氧的酶促反應(yīng)，以及葉碎塊或游離葉細(xì)胞的光合放氧等的研究上，都得到了廣泛的應(yīng)用?！驹怼垦蹼姌O法測(cè)定水中溶解氧屬于極譜分析的一種類型。當(dāng)兩極間外加的極化電壓超過(guò)氧分子的分解電壓時(shí)，透過(guò)薄膜進(jìn)入KCl溶液的溶解氧便在鉑極上還原：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－銀極上則發(fā)生銀的氧化反應(yīng)：4Ag＋4Cl－＝4AgCl＋4e－此時(shí)電極間產(chǎn)生電解

3、電流。由于電極反應(yīng)的速度極快，陰極表面的氧濃度很快降低，溶液主體中的氧便向陽(yáng)極擴(kuò)散補(bǔ)充，使還原過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行，但氧在水中的擴(kuò)散速度則相對(duì)較慢，所以電極電流的大小受氧的擴(kuò)散速度的限制，這種電極電流又稱擴(kuò)散電流。在溶液靜止、溫度恒定的情況下，擴(kuò)散電流受溶液主體與電極表面氧的濃度差控制。隨著外加電壓的加大，電極表面氧的濃度必然減小，溶液主體與電極表面氧的濃度差加大，擴(kuò)散電流也隨之加大。但當(dāng)外加的極化電壓達(dá)到一定值時(shí)，陰極表面氧的濃度趨近于零，于

4、是擴(kuò)散電流的大小完全取決于溶液主體中的氧的濃度。此時(shí)再增加極化電壓，擴(kuò)散電流基本不再增加，使極譜波（即電流電壓曲線）產(chǎn)生一個(gè)平頂。將極化電壓選定在平頂?shù)闹胁浚梢允箶U(kuò)散電流的大小基本不受電壓微小波動(dòng)的影響。因此，在極化電壓及溫度恒定的條件下，擴(kuò)散電流的大小即可作為溶解氧定量測(cè)定的基礎(chǔ)。電極間產(chǎn)生的擴(kuò)散電流信號(hào)可通過(guò)電極控制器的電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出，用自動(dòng)記錄儀進(jìn)行記錄?！緝x器設(shè)備】用氧電極法測(cè)定溶解氧的專用儀器國(guó)內(nèi)外均有定型產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)有上

5、海植物生理研究所生產(chǎn)的簡(jiǎn)易測(cè)氧裝置；新華儀表廠生產(chǎn)的CYⅡ型測(cè)氧儀等。國(guó)外產(chǎn)品有英國(guó)Hansatech科學(xué)儀器公司生產(chǎn)的CHOLAB1、CHOLAB2液態(tài)氧電極等型號(hào)，美國(guó)YellowSprings儀器有限公司生產(chǎn)的YSI53型生物氧監(jiān)測(cè)儀等?，F(xiàn)將YSI53型生物氧監(jiān)測(cè)儀的主要部件及其所需其它部件介紹如下：電極控制器：其主要作用是給電極提供極化電壓；給電磁攪拌器提供工作電壓；將電極電流轉(zhuǎn)換成適當(dāng)大小的電壓輸出，并通過(guò)記錄儀進(jìn)行記錄；調(diào)節(jié)

6、記錄儀的滿度等。故在其背面有電極插孔，電磁攪拌器插座，記錄儀信號(hào)輸出接線柱（＋、―），以及記錄儀調(diào)整螺拴。面板上有電源開(kāi)關(guān)及指示燈，電極選擇開(kāi)關(guān)（有兩個(gè)電極可供選擇），電極調(diào)節(jié)螺栓，指針式表頭，以及測(cè)量選擇開(kāi)關(guān)等。電極調(diào)節(jié)螺栓用以校準(zhǔn)電極滿度；表頭刻度指示待測(cè)溶液中占飽和含氧量的百分?jǐn)?shù)；測(cè)量選擇開(kāi)關(guān)共有五檔，其中零位檔（AMPZERO）零位調(diào)節(jié)螺栓供調(diào)零用，空氣檔（AIR）、氧氣檔（O2）系指測(cè)量時(shí)與溶液相平衡的氣體成分。平衡。（6）（

7、6）制動(dòng)磁塊后，把電極插入樣品管中，從狹槽中排出全部空氣，然后放松磁塊制動(dòng)器。（7）（7）調(diào)整AMP零位使儀表指針指零。（8）（8）調(diào)整記錄儀指針指零。（9）（9）將選擇開(kāi)關(guān)旋到“空氣”檔，電極開(kāi)關(guān)旋到“電極Ι”，調(diào)整“電極Ι”調(diào)節(jié)螺栓使儀表達(dá)滿度。（10）調(diào)整53型電極控制器后部“記錄儀調(diào)整”檔，使記錄儀指針達(dá)滿度。（11）從記錄儀圖錄上觀察系統(tǒng)穩(wěn)定性，圖錄應(yīng)無(wú)噪音，15min內(nèi)漂移不大于0.5％。3電極的標(biāo)定及結(jié)果計(jì)算通常用在一定溫

8、度和大氣壓下被空氣飽和的水中氧含量進(jìn)行標(biāo)定。空氣飽和水中氧的含量可由手冊(cè)查出（表201）。向反應(yīng)杯中加入3ml蒸餾水，放松攪拌制動(dòng)器，攪拌5min左右，使之充分被空氣飽和。然后插入電極，將選擇開(kāi)關(guān)旋到“空氣”檔，按前述調(diào)試步驟9及10調(diào)節(jié)使表頭及記錄儀均達(dá)到滿度。此時(shí)，可根據(jù)當(dāng)時(shí)水溫查出溶氧量。例如，若水溫為25℃，由表上查得飽和溶氧量為0.253μmolml，所以3ml水中的總含氧量為30.253＝0.759μmol，記錄紙上每格代表

9、的含氧量為0.759100＝0.00759μmol格。在正式測(cè)定時(shí)，若加入3ml反應(yīng)液并經(jīng)溫度平衡后，記錄儀指針指在第92格，經(jīng)過(guò)5min反應(yīng)后，指針移到第66格，則溶液中含氧量降低值為(92～66)0.00759＝0.197μmol，此即5min內(nèi)的實(shí)際耗氧量。4光合速率及呼吸速率的測(cè)定（1）材料準(zhǔn)備取菠菜或蠶豆等植物的功能葉，切成1cm2大小的葉塊，放在注射器中加水抽氣，使葉肉細(xì)胞間隙內(nèi)的空氣排出。然后取出一塊再切成1mm1mm的小

10、塊。（2）呼吸測(cè)定按上述步驟調(diào)好儀器后，用蒸餾水洗凈反應(yīng)杯，加入3ml0.1molL磷酸緩沖液，將總面積為1cm2的小塊移入反應(yīng)杯，電極插入反應(yīng)杯，注意電極下面不得有氣泡。開(kāi)啟電磁攪拌器和恒溫水浴，經(jīng)3～4min，溫度達(dá)到平衡，用黑布遮住反應(yīng)杯，開(kāi)啟記錄儀，調(diào)好走紙速度，待信號(hào)穩(wěn)定后，落下記錄筆開(kāi)始記錄。記錄筆向左移動(dòng)約10格即可停止記錄。（3）光合速率測(cè)定測(cè)定完呼吸速率后，去掉反應(yīng)杯上的黑罩，打開(kāi)光源，燈光應(yīng)通過(guò)盛滿冷水的玻璃缸再照射

11、到反應(yīng)杯上以隔熱。照光3～5min后，由于葉片進(jìn)行光合作用，溶液中溶氧增加，記錄筆逐漸向右移動(dòng)，待信號(hào)穩(wěn)定后，落下記錄筆進(jìn)行記錄，記錄筆移動(dòng)約10格即可停止記錄?？砂凑蘸粑夂虾粑夂系捻樞蛑貜?fù)3次。無(wú)須更換樣品，但測(cè)定時(shí)間不能太長(zhǎng)。（4）結(jié)果計(jì)算：呼吸強(qiáng)度（CO2mgdm2h）＝(an110060)(At)(441000)光合強(qiáng)度（CO2mgdm2h）＝(an210060)(At)(441000)a－記錄紙每小格代表的氧量(μmol)