氧電極法測定植物組織的光合與呼吸速率

1、實驗20氧電極法測定植物組織的光合與呼吸速率氧電極是為測定水中溶解氧含量而設計的一種極譜電極。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（陽極）和鉑極（陰極）構成，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薄膜而電解質(zhì)不能透過，因而排除了被測溶液中各種離子電極反應的干擾，成為測定溶解氧的專用電極。氧電極具有靈敏度高，反應快、可連續(xù)

2、測量記錄，能夠追蹤反應的動態(tài)變化過程等特點，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，以及葉碎塊或游離葉細胞的光合放氧等的研究上，都得到了廣泛的應用?！驹怼垦蹼姌O法測定水中溶解氧屬于極譜分析的一種類型。當兩極間外加的極化電壓超過氧分子的分解電壓時，透過薄膜進入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：4Ag＋4Cl－＝4AgCl＋4e－此時電極間產(chǎn)生電解

3、電流。由于電極反應的速度極快，陰極表面的氧濃度很快降低，溶液主體中的氧便向陽極擴散補充，使還原過程繼續(xù)進行，但氧在水中的擴散速度則相對較慢，所以電極電流的大小受氧的擴散速度的限制，這種電極電流又稱擴散電流。在溶液靜止、溫度恒定的情況下，擴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，擴散電流也隨之加大。但當外加的極化電壓達到一定值時，陰極表面氧的濃度趨近于零，于

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

5、海植物生理研究所生產(chǎn)的簡易測氧裝置；新華儀表廠生產(chǎn)的CYⅡ型測氧儀等。國外產(chǎn)品有英國Hansatech科學儀器公司生產(chǎn)的CHOLAB1、CHOLAB2液態(tài)氧電極等型號，美國YellowSprings儀器有限公司生產(chǎn)的YSI53型生物氧監(jiān)測儀等?，F(xiàn)將YSI53型生物氧監(jiān)測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)換成適當大小的電壓輸出，并通過記錄儀進行記錄；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，記錄儀信號輸出接線柱（＋、―），以及記錄儀調(diào)整螺拴。面板上有電源開關及指示燈，電極選擇開關（有兩個電極可供選擇），電極調(diào)節(jié)螺栓，指針式表頭，以及測量選擇開關等。電極調(diào)節(jié)螺栓用以校準電極滿度；表頭刻度指示待測溶液中占飽和含氧量的百分數(shù)；測量選擇開關共有五檔，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）系指測量時與溶液相平衡的氣體成分。平衡。（6）（

7、6）制動磁塊后，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）將選擇開關旋到“空氣”檔，電極開關旋到“電極Ι”，調(diào)整“電極Ι”調(diào)節(jié)螺栓使儀表達滿度。（10）調(diào)整53型電極控制器后部“記錄儀調(diào)整”檔，使記錄儀指針達滿度。（11）從記錄儀圖錄上觀察系統(tǒng)穩(wěn)定性，圖錄應無噪音，15min內(nèi)漂移不大于0.5％。3電極的標定及結(jié)果計算通常用在一定溫

8、度和大氣壓下被空氣飽和的水中氧含量進行標定?？諝怙柡退醒醯暮靠捎墒謨圆槌觯ū?01）。向反應杯中加入3ml蒸餾水，放松攪拌制動器，攪拌5min左右，使之充分被空氣飽和。然后插入電極，將選擇開關旋到“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到滿度。此時，可根據(jù)當時水溫查出溶氧量。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。在正式測定時，若加入3ml反應液并經(jīng)溫度平衡后，記錄儀指針指在第92格，經(jīng)過5min反應后，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)的實際耗氧量。4光合速率及呼吸速率的測定（1）材料準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）呼吸測定按上述步驟調(diào)好儀器后，用蒸餾水洗凈反應杯，加入3ml0.1molL磷酸緩沖液，將總面積為1cm2的小塊移入反應杯，電極插入反應杯，注意電極下面不得有氣泡。開啟電磁攪拌器和恒溫水浴，經(jīng)3～4min，溫度達到平衡，用黑布遮住反應杯，開啟記錄儀，調(diào)好走紙速度，待信號穩(wěn)定后，落下記錄筆開始記錄。記錄筆向左移動約10格即可停止記錄。（3）光合速率測定測定完呼吸速率后，去掉反應杯上的黑罩，打開光源，燈光應通過盛滿冷水的玻璃缸再照射

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