原文以 Quantifying and manipulating the angles of light in experimental measurements of plant gas exchange 为标题发表在Plant, Cell & Environment上
作者 | Z. Carter Berry 等
叶片气体交换测量是研究植物生理学的基础，这类实验可以使用光合作用测量系统来完成。光合作用测量系统可以控制多种环境因子：温度、相对湿度、二氧化碳浓度、光质、光强等，这些通常被认为是影响叶片光合气体交换的关键。然而，除了以上这些因素，光线的入射角度也会显著影响叶片的光合作用。光合作用测量系统的光源一般由LED组成，这种人工光源会安装在叶室顶部，光照入射时可认为其方向与叶片表面垂直。而在自然条件下，植物叶片接受的光照既有直射，也有各个角度的散射。大气中的气溶胶态污染物或云会将太阳光“打散”，这直接改变了光照的入射角度。即便是在晴朗的天气条件下，散射光的比例也能达到15%，在正午时甚至能达到30%-40%。有研究表明，2000年全年的散射光比例可达44%，这比1900年增加了15%。散射光会影响叶片气体交换过程，最终，这会对生态系统水平的碳水交换产生影响。一些研究显示，散射光对光合作用有正向的促进作用，而也有一些研究结果则相反。对于这些观测数据的解释包括：叶片表皮透镜作用（Epidermal Lensing）、叶片结构对透光率的调节、叶绿体效率和垂直分布、CO2可获得性改变等。因此有必要深入研究入射光角度，对植物光合气体交换的影响。目前的光合作用测量系统，还不能实现对入射光角度的模拟调控。为此，研究者们开发了一个积分球装置，在联合LI-6800高级光合-荧光测量系统后，可实现对入射光角度的精准控制，这实现了对晴天和多云天气的有效模拟，从而为进行气候变化模拟实验提供了新工具。研究者们使用带有积分球附件的LI-6800光合-荧光测量系统，探究了三种植物在直射光和散射光条件下的光合速率。结果显示：甜橙（Citrus sinensis）叶片的光合速率随散射光比例的增加而显著增加；柳叶石楠（Heteromeles arbutifolia）叶片的光合速率随散射光比例的增加而显著降低；鳄梨（Persea americana）叶片的则没有显著变化。
LI-6800高级光合-荧光测量系统在本研究中的作用
LI-6800高级光合-荧光测量系统
使用LI-6800高级光合荧光测量系统，配备6800-03红绿蓝白四色大光源。在该系统基础上，安装可调节光纤，精确控制不同角度的进光量。光纤与光谱仪连接，同时记录光强和光谱数据。为了评估光照角度对光合作用的影响，研究者们共选取了3种植物：富勒顿植物园的甜橙和柳叶石楠，查普曼大学的鳄梨。在2020年2月-3月，对甜橙和柳叶石楠叶片进行测量（n=5）；在2020年6月-9月，对鳄梨叶片进行测量（n=8）。使用积分球装置，在5个角度（0°、22.5°、45°、67.5°、90°）分别测量叶片的气体交换参数。叶室内的环境条件如下：光合有效辐射1295μmol m-2 s-1，温度27℃、CO2浓度410ppm，相对湿度50%，风扇转速10000rpm，流速介于500-1000μmol s-1。
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