利用光偏转和荧光淬灭实时监测植物表面物质移动的新型光学系统的开发

摘要

本论文利用光偏转技术和荧光淬灭法开发了一种能够同时监测距离植物表面近旁几微米处的物质移动，并对其中溶解氧(DO)和溶解二氧化碳(DCD)的浓度变化进行定量分析的新型的实时原位监测植物表面的光学监测系统。本文在原本光学系统的基础上进行了改良，对系统中温度对荧光的影响和荧光法计算溶解氧浓度的算法进行了改进，并对实验中两种不同荧光剂的荧光和植物光合作用LED光源进行了有效的分离和分析。在这个系统中，植物呼吸和光合作用时距离叶面不同距离处的DO浓度依赖的Ru(Ⅱ)(Tris(2，2'-bipyridyl)ruthenium(Ⅱ)chloride)荧光、DCD浓度依赖的HPTS(8-Hydroxypyrene-1，3，6-trisulfonic acid)和光偏转信号被同时监测记录和分析。同时，改变LED灯开关状态时植物表面近旁物质移动的变化也进行了设计实验和讨论。实验结果显示植物呼吸作用时发生了与光合作用完全相反的物质移动。在呼吸作用中，DO减少了1.5～2ppm，DCD增加了1～1.5ppm;在光合作用中DO增加了2～2.5ppm，DCD减少了1.1～3ppm。本系统对植物表面的荧光和光偏转信号具有最高感性，并对LED开关状态改变时植物生理活动的改变具有较快的反应。本光学系统为植物研究方法提供了一个新的思路。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景

1．1．1水生植物在水环境中的作用

1．1．2实验植物样本

1．1．3目前研究植物的仪器和方法

1．2光偏转技术

1．2．1物理原理

1．2．2光偏转技术的应用

1．3荧光淬灭法

1．3．1反应原理与应用

1．3．2 Ru(II)complex氧气—荧光淬灭法

1．3．3氧气—荧光淬灭中溶解氧的计算方法与温度校正

1．3．4荧光法测液相中溶解的二氧化碳

1．3．5 HPTS的物理化学性质与反应机制

1．4前人的研究和亟待解决的问题

1．5研究目标

2实验装置与实验设计

2．1实验装置

2．1．1初始的实验装置

2．1．2实验装置的一次改进

2．1．3植物固定方法改进

2．1．4实验装置的二次改进

2．2植物样品与试剂

2．2．1植物样品

2．2．2试剂和培养液的配制与准备

2．3实验流程与操作

2．3．1荧光光谱的测定

2．3．2实验部分

3一次改良装置实验的结果与讨论

3．2．1隔热性试验结果

3．2．2植物设定实验

3．3温度校正实冯硷

3．3．2指数函数法(Exponential equation(EE)method)

3．3．3三维图像法(Three dimensional (3DD)method)

3．3．4三项式法、指数函数法和三维图像法的比较实验

3．4水盾草生理活动中表面近旁的物质移动监测实验

3．4．1 LED关闭和打开时Ru(Ⅱ)complex培养液中各个信号基线的测定

3．4．2水盾草呼吸作用与光合作用的测定实验

3．4．3 0μm、10μm、30μm处水盾草呼吸和光合作用的测定实验

3．5本章总结

3．5．1实验成果

3．5．2不足与改良

4二次改良装置实验的结果与讨论

4．1．1 HPTS的激发光谱和荧光光谱

4．1．2HPTS与酸碱度的实验关系

4．2混合植物培养液稳定性测试

4．3水盾草实时监测实验

4．3．1 LED开关单次连续实验

4．3．2 LED开关多次连续试验

4．4本章总结

4．4．1实验成果

4．4．2不足之处及改进讨论

5结论

致谢

参考文献

附录