Газоанализатор растений – профессиональное оборудование для контроля газообмена, применяемое в умном сельском хозяйстве, растениеводстве, экологическом мониторинге, на карбоновых полигонах и в других схожих областях.
В данной информационной заметке мы хотим поговорить о газообмене растений, используемом для этого оборудовании и особенностях поставляемого нами изделия АТОН-12-ФАР.
Если Вам требуется заказать поставку газоанализатора растений – отправьте запрос нашим специалистам.
Газообмен и дыхание растений
Во многих отношениях дыхание и фотосинтез — это два разных процесса.
Растения используют углекислый газ из окружающей среды для производства сахаров и кислорода, который служит для них источником энергии. В то время как фотосинтез происходит только в листьях и стеблях, процесс дыхания затрагивает листья, стебли и корнях растения.
В целом процесс дыхания не относится к какому-либо времени суток – растения дышат и днем, и ночью, потребляя при этом кислород. Процесс фотосинтеза, в свою очередь, относится только к дневному времени, когда в наличии солнечный свет и кислород.
Фотосинтез требует, чтобы растения имели надлежащий запас углекислого газа для производства кислорода, воды и энергии. Так же, как процесс газообмена происходит через легкие у животных, у растений есть устьица для осуществления этого процесса. При этом более высокая концентрация устьичных клеток находится по направлению к нижней поверхности листа.
Как происходит газообмен в растениях?
Каждое устьице окружено двумя замыкающими клетками, содержащими хлоропласты. Под каждым устьицем находится дыхательное отверстие, и процесс открытия и закрытия устьиц зависит от наличия сахара и крахмала в этих замыкающих клетках. Днем замыкающие клетки содержат достаточно сахара, синтезируемого присутствующими в них хлоропластами. Сахар растворим, и он увеличивает концентрацию сока, присутствующего в замыкающих клетках. По мере того, как концентрация становится выше, вода из соседних клеток поступает в замыкающую клетку путем осмоса, и они становятся тургесцентными, из-за чего остаются открытыми.
При отсутствии света сахар, присутствующий в замыкающих клетках, превращается в крахмал. Крахмал нерастворим, и поэтому сок замыкающих клеток остается гораздо более низкой концентрации, чем в соседних клетках, и эти клетки забирают воду из замыкающих клеток путем осмоса, заставляя устьица закрыться.
Факторы, влияющие на движение устьиц
Свет: устьица обычно контролируют наличие света и закрываются в темноте. Некоторым растениям требуется достаточное количество солнечного света, чтобы устьица оставались открытыми, но другие могут держать устьица открытыми даже при лунном свете.
Температура: обычно устьица открываются при повышении температуры, при условии, что вода не становится ограничивающим фактором. У некоторых видов растений устьица остаются закрытыми при постоянном освещении при температуре 0 градусов.
Доступность воды: в случае, если скорость транспирации у растений больше, доступность воды становится меньше, и они испытывают стресс. Большинство видов закрывают устьица в таких условиях, чтобы защитить их от повреждений, которые могут возникнуть из-за сильного дефицита влаги. Как только водный потенциал восстанавливается, возобновляется и процесс дыхания. Этот тип контроля называется гидропассивным контролем.
Концентрация углекислого газа: снижение концентрации CO 2 является благоприятным условием для открытия устьиц, а увеличение его концентрации приводит к закрытию. Обычно это происходит при дневном свете. Эти виды устьиц обычно открываются в темноте. Это состояние возникает, когда CO2, захваченный внутри листа, потребляется в процессе фотосинтеза. Это показывает, что вместо атмосферного газа внутренняя концентрация CO2 листа отвечает за открытие устьиц.
Газоанализаторы для измерения газообмена растений
Измерения газообмена позволяют получить механистическое представление о процессах, лежащих в основе потоков углерода и воды в листьях растений, что, в свою очередь, дает представление о связанных процессах в различных масштабах от отдельных клеток до целых экосистем.
Гомеостатическое поддержание физиологических и биохимических процессов является ключевым требованием для выживания и адаптивных реакций многоклеточных организмов, таких как растения.
Эти процессы частично опосредованы различными растительными ферментами и гормонами, многие из которых частично контролируются циклическими нуклеотидами и/или другими сигнальными молекулами. Метод инфракрасного анализа газообмена (IRGA) является одним из наиболее современных и распространенных методик и позволяет быстро и точно измерять циклические нуклеотиды, опосредованные фотосинтетическими реакциями на растительные гормоны, и, таким образом, делает его идеальным инструментом для мониторинга.
IRGA работает по принципу, согласно которому гетероатомные молекулы газа (такие как CO2, H2O, NH3, N2O и т. д.) поглощают инфракрасное излучение в определенных диапазонах волн, и это поглощение подчиняется закону Бера-Ламберта.
Изучение изменений в усвоении углерода и газообмене растений важно для понимания влияния изменения климата на растения. Основными параметрами, связанными с изменением климата, являются CO2 и температура, но другими важными переменными могут быть свет, влажность, концентрация загрязняющих веществ, озона, аэрозолей и т. д.
Измерение CO2 в различных коммерчески доступных моделях систем фотосинтеза выполняется в основном с помощью методов изоляции. Лист помещается в камеру или кювету, после чего специализированное устройство контролирует газообмен (CO2 и H2O). В основном, будет наблюдаться уменьшение CO2 в кювете и увеличение H2O из-за фотосинтеза и транспирации соответственно.
Что такое «система мониторинга фотосинтеза»? Изделие, используемый для измерения фотосинтеза, сам по себе не является единым устройством. Это набор инструментов для измерения CO2, H2O, температуры воздуха и листьев, скорости потока воздуха, ФАР (фотосинтетически активной радиации), барометрического давления, передачи данных на компьютер и т. д.
Эти параметры используются для расчета скорости фотосинтеза, скорости транспирации, устьичной проводимости и т. д. и могут быть сохранены в компьютеризированном регистраторе данных. По этой причине газоанализатор растений более правильно называть системой мониторинга фотосинтетической активности.
Сердцем всей системы является измерительный прибор, называемый инфракрасным газоанализатором или английской аббревиатурой IRGA. Новейшие системы фотосинтеза обладают большими возможностями с точки зрения портативности, и с высокой точностью измеряют окружающую среду, свет, температуру, углекислый газ, относительную влажность и т. д.
Функции мониторинга флуоресценции хлорофилла также часто дополняют такие системы, что позволяет расширить измеряемые параметры.
Режимы измерения CO2 и различные типы IRGA
Углекислый газ можно измерять в двух режимах, а именно в абсолютном и относительном или дифференциальном режиме.
В абсолютном режиме эталон CO2 устанавливается на нулевую концентрацию, и на его основе измеряется концентрация образца. Эталонная ячейка CO2 откачивается и герметизируется для поддержания состояния нулевой концентрации.
В дифференциальном режиме поток одинаковой концентрации двуокиси углерода присутствует как в образце, так и в эталонной ячейке. Здесь эталонная ячейка не герметизируется или не поддерживается на нулевой концентрации. Уменьшение концентрации CO2 в ячейке образца просто отслеживается относительно эталонной.
В зависимости от циркуляции воздуха через кювету или листовую камеру газоанализаторы классифицируются на закрытые, полузакрытые и открытые системы.
В закрытых системах поток воздуха поддерживается в замкнутом контуре, т. е. воздух рециркулируется через измерительную кювету. Таким образом, условия в камере постоянно меняются, и результат наблюдений никогда не представляет собой действительно устойчивое состояние. Поэтому закрытую систему также называют переходной системой. Со временем влажность в кювете увеличивается из-за транспирации и приводит к разбавлению молярной доли других газов, включая CO2. Это можно контролировать, пропуская рециркулируемый воздух через часть осушителя. Поэтому необходимо постоянное параллельное измерение расхода.
В полузакрытой системе концентрация CO2 в камере поддерживается постоянной за счет подачи двуокиси углерода из внешнего источника. Приток CO2 поддерживается на уровне, эквивалентном скорости его поглощения листом, так что достигается устойчивое состояние фотосинтеза. Таким образом, одно из важных преимуществ полузакрытого типа заключается в том, что фотосинтез и транспирация могут изучаться в диапазоне значений концентрации CO2 и H2O путем простого изменения заданных значений в системе.
В открытой системе нет рециркуляции воздушного потока через листовую кювету или камеру – воздушный поток проходит через камеру только один раз. В зависимости от расхода воздуха будет умеренное истощение CO2 при высоком расходе и большее истощение при низком. В настоящее время использование систем открытого типа значительно участилось из-за нескольких преимуществ, в том числе благодаря их способности компенсировать истощение CO2.
Газоанализатор растений АТОН-12-ФАР
АТОН-12-ФАР – это портативный комплект для мониторинга газообменных процессов растений, работающий с такими параметрами, как углекислый газ, водяной пар, ФАР и температура.
По своим характеристикам он во многом схож с известной моделью от Li-Cor – системой LI-6800.
АТОН наиболее хорошо зарекомендовал себя при проведении полевых измерений благодаря своему удобству и компактности.
Газоанализатор растений АТОН-12 включает в себя блок электроники, представляющий собой небольшую консоль с экраном, а также соединенный с ней через кабель измерительный комплекс, состоящий из набора сенсоров и измерительной кюветы/листовой камеры. Консоль, оснащенная также средствами подачи CO2, осушителями воздуха и прочими необходимыми элементами, легко переносится на плече при помощи ремня или может быть закреплена на поясе. Ручной измерительный комплекс сконструирован так, чтобы с большинством его функций можно было управиться одной рукой.
Яркий сенсорный экран, служащий средством управления системой, удобен в обращении как в тени, так и при прямом солнечном свете. Удобный интерфейс позволяет оперативно настраивать работу системы и менять активные режимы. На дисплей также можно выводить предварительные отчеты по измерениям, параллельно сохраняя их во встроенной памяти изделия.
Консоль оснащена собственным модулем GPS-навигации и часами. Это позволяет снабжать наборы данных геолокационными и временными метками для последующей работы с картой.
Если дополнительно требуется измерять флуоресценцию хлорофилла в образце, то к консоли можно подключить флуориметр через отдельный разъем для оптоволокна.
Система газоанализатора здесь дифференциального открытого типа, обеспечивающая наиболее точные показания. В измерительной камере поддерживается постоянная величина давления и поток воздуха.
Для повышения универсальности источником света выступает блок RGB светодиодов, дополненный отдельным источником белого света.
Для работы с разными типами растений в комплекте идет набор измерительных камер, изготовленных из высокопрочных материалов. Стекло камеры не восприимчиво к сколам и царапинам, что обеспечивает большее удобство работы в полевых условиях.
Замена камер также значительно облегчена, и при этом не потребуется отключать систему. Газоанализатор растений АТОН-12-ФАР содержит в памяти все подключаемые камеры и настройки для них – пользователю нужно только выбрать нужный режим из списка.
Многие аналогичные системы используют для связи с внешним оборудованием разъемы Ethernet RJ-45, что не всегда бывает удобно. АТОН можно подключить к обычному USB, если нужна прямая передача данных. Также данные можно экспортировать на SD-карту памяти, для которой выделен отдельный слот.
Планировщик тестов дает возможность автоматически проводить необходимую последовательность измерений нажатием одной кнопки. Все полученные данные после этого будут выведены на дисплей консоли.
Для питания прибора используется встроенная батарея повышенной емкости, обеспечивающая непрерывную работу всех функций на протяжении 16 часов.
Заказать газоанализатор растений АТОН-12-ФАР с гарантией 2 года
Вам нужно заказать газоанализатор растений АТОН-12-ФАР для исследований фотосинтетической активности? Требуется проконсультироваться со специалистом о подбору приборов, опций и особенностей доставки в удаленные регионы нашей страны?
По любым вопросам Вы можете получить консультацию профессионалов – просто направьте запрос специалистам нашей компании. Это можно сделать при помощи автоматической формы обратной связи или просто отправив запрос на нашу корпоративную почту.
Наша компания также предлагает дополнительный сервис по запросу заказчика: выезд сотрудника для подключения и установки приборов и средств мониторинга, удаленное (или с выездом) обучение эксплуатации и настройки приборов, поверка датчиков в лабораториях с государственной аккредитацией, разработка индивидуального решения под ТЗ заказчика.
Мы работает с проверенными грузоперевозчиками и готовы отправить оборудование в любые, даже самые удаленные регионы России.