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主要功能
測(cè)量光合作用、蒸騰作用、呼吸作用、葉綠素?zé)晒猓蛇x)
氣體交換和熒光參數(shù)的光響應(yīng)曲線(xiàn)和 CO2 響應(yīng)曲線(xiàn)
同步測(cè)量 CO2 氣體交換與其它光合指標(biāo)
測(cè)量參數(shù)
凈光合速率,呼吸速率,蒸騰速率,氣孔導(dǎo)度,胞間二氧化碳濃度,葉綠素?zé)晒鈪?shù)(可選)等
應(yīng)用領(lǐng)域
植物生理、植物生態(tài)、農(nóng)學(xué)、林學(xué)、園藝學(xué)等。
主要技術(shù)參數(shù)
CO2/H2O分析器
CO2 測(cè)量:兩個(gè)絕對(duì)獨(dú)立的測(cè)量探頭,測(cè)量范圍 0~5000 ppm,分辨率 0.01 ppm。
H2O 測(cè)量:兩個(gè)絕對(duì)獨(dú)立的測(cè)量探頭,測(cè)量范圍 0~75000 ppm,分辨率 0.01 ppm。
絕對(duì)模式下的最大噪音:CO2 < 0.2 ppm(0.2 μmol mol-1);H2O < 30 ppm(30 μmol mol-1)。
氣壓測(cè)量:范圍:60~110 kPa;精度:±0.1%。
流速測(cè)量:熱氣流計(jì),范圍 0~1500 μmol s-1;精度:±1%。
用戶(hù)面板:全新彩色觸摸顯示屏,安裝專(zhuān)為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 Windows 操作系統(tǒng)。背景光 7 級(jí)可調(diào),陽(yáng)光下能清晰顯示。觸摸屏可用手指直接操作,也可用附帶的塑料觸摸筆操作。有效顯示面積 10 cm × 13 cm。
CO2 控制:通過(guò)熱動(dòng)式調(diào)節(jié)閥控制 CO2 濃度,范圍 0~2000 ppm;CO2 可由 CO2 小鋼瓶(通過(guò) CO2 注入系統(tǒng))或外接罐裝大鋼瓶(通過(guò)減壓閥)提供。
H2O 控制:獨(dú)特的干、濕雙重控制系統(tǒng),無(wú)論葉室內(nèi)空氣過(guò)度干燥或濕潤(rùn),均可迅速調(diào)節(jié)到所需濕度;范圍 0~100 % rh(非冷凝)。
電源供應(yīng):14.4V/6.7 Ah 96Wh可充電eSMART電池,2塊電池即可運(yùn)行機(jī)器,標(biāo)配 4塊,可不間斷測(cè)量更換電池;可外接交流電適配器 3020-N。
工作時(shí)間:2 塊電池工作時(shí)間~4.5小時(shí),4塊電池,2組,工作時(shí)間 ~9 小時(shí),可選擇加配電池。
工作溫度: -5℃ ~+45℃。
葉室
溫度測(cè)量范圍: -10℃ ~+50℃,精度 ±0.1℃。
溫度控制:3 種控溫模式:(控制)葉室溫度跟隨環(huán)境溫度變化;設(shè)定恒定葉室溫度(葉片溫度可變);設(shè)定恒定葉片溫度(葉室溫度可變)。葉室溫度可控范圍:低于環(huán)境溫度 10℃ ~+50℃。
葉片溫度測(cè)量:熱電耦,測(cè)量范圍 -10℃ ~+50℃,精度 ±0.2℃。
外置光量子傳感器:測(cè)量光合有效輻射(PAR),測(cè)量范圍 0~2500 μmol m-2 s-1,精度 ±5%,Cosine 校正。
葉室內(nèi)置光量子傳感器:測(cè)量光合有效輻射(PAR),測(cè)量范圍 0~2500 μmol m-2 s-1,精度 ±10%。兩個(gè)傳感器,分別測(cè)量葉片正面和背面 PAR 變化。
葉室通風(fēng)系統(tǒng):葉室上、下部各有一個(gè)風(fēng)扇,由各自獨(dú)立的電機(jī)控制,速度可調(diào),可對(duì)葉室(葉片)上、下部分別通風(fēng),保證葉室內(nèi)氣體均勻混合。
葉面積:標(biāo)準(zhǔn) 8 cm2,更換配件后可選擇測(cè)量面積 1~12.5 cm2,可適應(yīng)不同的葉形。
葉室體積:標(biāo)準(zhǔn)40 ml。
工作溫度: -5℃ ~+45℃。
紅藍(lán)LED光源
設(shè)計(jì):24 個(gè)紅色發(fā)光二極管(LED)和 2 個(gè)藍(lán)色 LED 組成的 LED 陣列。
光強(qiáng)范圍:0~2000 μmol m-2 s-1,92% 的紅光(650 nm)和 8% 的藍(lán)光(470 nm)。
光場(chǎng)勻質(zhì)性: ±20%
葉面積:8 cm2
電量消耗:最大 5 W
工作溫度: -5℃ ~+45℃
全方位的PAR測(cè)量設(shè)計(jì)
GFS-3000 系統(tǒng)具備全方位的 PAR 測(cè)量設(shè)計(jì):三個(gè) PAR 傳感器(下圖紅圈部分),分別測(cè)量環(huán)境 PAR,葉室內(nèi)部葉片正面 PAR,以及葉室內(nèi)部葉片背面 PAR。本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于不會(huì)忽略葉片背面的光合作用測(cè)量。
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全方位的溫度測(cè)量設(shè)計(jì)
獨(dú)特的四溫度測(cè)量設(shè)計(jì):
Tleaf:熱電偶,測(cè)量葉片溫度
Tcuv:Pt-100 熱敏電阻,測(cè)量葉室溫度
Tamb:Pt-100 熱敏電阻,測(cè)量環(huán)境溫度
Ttop:Pt-100 熱敏電阻,測(cè)量葉室上部溫度
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多種葉室可供選擇
GFS-3000 標(biāo)準(zhǔn)葉室的設(shè)計(jì)允許快速、簡(jiǎn)便的更換各種滿(mǎn)足特殊需要的葉室。紅藍(lán) LED 光源 3040-L 可與所有葉室連接使用。
標(biāo)準(zhǔn)葉室
適合多數(shù)葉片,標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量面積 8 cm2,可更換配件滿(mǎn)足 1~12.5 cm2 的測(cè)量面積。
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柱狀葉室
適合地衣、苔蘚、土壤樣品和小動(dòng)物等。
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針葉葉室
適合各種針葉植物葉片或小枝條。
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擬南芥植株葉室
大容積,可放進(jìn)(盆)直徑 55 cm~70 mm 的盆栽擬南芥或其它小植株。
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同步測(cè)量植物 CO2 氣體交換與其它光合指標(biāo)的解決方案
光合作用是地球上重要的化學(xué)反應(yīng)之一,是整個(gè)生物圈物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)的基礎(chǔ)。測(cè)量生物的光合作用一直是科研界的熱點(diǎn)。
傳統(tǒng)的光合作用測(cè)量主要包括調(diào)制葉綠素?zé)晒猓≒AM 技術(shù))、CO2 氣體交換和光合放氧三大技術(shù),幾十年來(lái)在國(guó)際科研界均得到了廣泛應(yīng)用。由于調(diào)制葉綠素?zé)晒夂?CO2 氣體交換都可以做到無(wú)損、原位、活體測(cè)量,對(duì)同一個(gè)樣品可以進(jìn)行長(zhǎng)期的脅迫處理研究(光合放氧需要破碎葉片),因此應(yīng)用更廣泛一些。
此外,還有一種差式吸收技術(shù),可以通過(guò)測(cè)量光合組分在氧化還原(或加亞基、去亞基)過(guò)程中的差式吸收來(lái)反映他們的活性。如通過(guò)測(cè)量光系統(tǒng) I 反應(yīng)中心葉綠素 P700 的差式吸收來(lái)測(cè)量光系統(tǒng)I的活性(DUAL-PAM-100),通過(guò)測(cè)量 P515/535 的差式吸收來(lái)測(cè)量跨膜質(zhì)子梯度 ΔpH 和玉米黃素(Zea)的變化(DUAL-PAM-100 的 P515/535 模塊),通過(guò)測(cè)量 500-570 nm 的差式吸收來(lái)測(cè)量 C550、Cyt b559、Cyt b563、Cyt c556、Cyt c6、Cyt f 等的活性變化(KLAS-100)。這種技術(shù)信號(hào)弱、難度高,但也具有無(wú)損、原位、活體測(cè)量的特點(diǎn)。隨著雙通道 PAM-100 測(cè)量系統(tǒng) DUAL-PAM-100 的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn),差式吸收技術(shù)已在國(guó)際光合作用學(xué)界得到廣泛應(yīng)用。
更加可喜的是,可以同步測(cè)量 C550、Cyt b559、Cyt b563、Cyt c556、Cyt c6、Cyt f、P515、Scatt(散射信號(hào))、Zea(玉米黃素)等活性的動(dòng)態(tài) LED 陣列差示吸收光譜儀 KLAS-100 也已研發(fā)成功,大大拓展了差示吸收技術(shù)在光合作用研究領(lǐng)域的應(yīng)用。
除了利用上述幾種技術(shù)進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量外,從上世紀(jì) 80 年代后期,逐漸開(kāi)始了兩種技術(shù)的同步測(cè)量,如同步測(cè)量調(diào)制葉綠素?zé)晒馀c CO2 氣體交換、同步測(cè)量調(diào)制葉綠素?zé)晒馀c光合放氧等。
隨著技術(shù)的進(jìn)步,有越來(lái)越多的指標(biāo)可以同步測(cè)量,而且即使是兩種指標(biāo)的同步測(cè)量(如調(diào)制葉綠素?zé)晒馀c CO2 氣體交換),也可以有多種測(cè)量模式可供選擇。
德國(guó) WALZ 公司擁有 CO2 氣體交換、調(diào)制葉綠素?zé)晒夂筒钍轿杖N核心技術(shù)。為了方便廣大科研工作者更深入的了解各種光合作用的同步測(cè)量技術(shù),澤泉生態(tài)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室(Zealquest Laboratory for Ecological Research)總結(jié)出了一套 CO2 氣體交換與其它光合指標(biāo)的同步測(cè)量解決方案,希望能為相關(guān)單位提供參考。
方案功能與設(shè)備
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CO2 氣體交換與調(diào)制葉綠素?zé)晒?、差式吸收等技術(shù)的同步測(cè)量,有很多模式可供選擇。下面將根據(jù)技術(shù)難度從低到高的順序,分 5 方面進(jìn)行介紹。
同步測(cè)量一:同步測(cè)量 CO2 氣體交換與葉綠素?zé)晒?/span>
CO2氣體交換與葉綠素?zé)晒獾耐綔y(cè)量,主要有以下幾種模式:
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模式一(GFS-3000/FL):便攜式光合儀 GFS-3000 連接熒光附件 3057-FL,在儀器提供的人工光下同步測(cè)量氣體交換與葉綠素?zé)晒狻?057-FL 不能單獨(dú)使用。 | 模式二(GFS-3000/F):便攜式光合儀 GFS-3000 連接熒光附件 3050-F,在自然光下或人工光下同步測(cè)量氣體交換與葉綠素?zé)晒狻?050-F 不能單獨(dú)使用。 | |
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模式三(GFS-3000/M):便攜式光合儀 GFS-3000 連接超便攜式調(diào)制熒光儀 MINI-PAM,在自然光下或人工光下同步測(cè)量氣體交換與葉綠素?zé)晒狻INI-PAM 可單獨(dú)使用。 | 模式四(GFS-3000/J):便攜式光合儀 GFS-3000 連接基礎(chǔ)型調(diào)制熒光儀 JUNIOR-PAM,在自然光下或人工光下同步測(cè)量氣體交換與葉綠素?zé)晒狻UNIOR-PAM 可單獨(dú)使用。 |
上述 4 種模式可以根據(jù)需要靈活選擇,特別是模式三,既可同步測(cè)量,也可分開(kāi)測(cè)量。由于光合儀比較沉重,在許多條件苛刻的場(chǎng)合就可以攜帶極便攜的 MINI-PAM 進(jìn)行測(cè)量。
同步測(cè)量二:同步測(cè)量 CO2 氣體交換與葉綠素?zé)晒獬上?/span>
CO2 氣體交換與葉綠素?zé)晒獬上竦耐綔y(cè)量,主要有一下幾種模式【技術(shù)文獻(xiàn)見(jiàn)“代表文獻(xiàn)”部分】。
模式一:與 MINI-IMAGING-PAM 聯(lián)用 測(cè)量面積 2 x 3.2 cm | 模式二:與 MAXI-IMAGING-PAM 聯(lián)用 測(cè)量面積 10 x 13 cm | |
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GFS-3000/IM-MINI 連接標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量葉室,適合大多數(shù)樣品測(cè)量。 | ||
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GFS-3000/IM-MINI-Arabidopsis 連接擬南芥整株葉室,適合小植株的整株測(cè)量。 | GFS-3000/IM-MAXI 連接特制大葉室,適合大型葉片的測(cè)量。 |
由于 M 系列 IMAGING-PAM 可以共用一個(gè)主機(jī)分別連接多個(gè)測(cè)量面積不同的探頭(MAXI-,MINI-,MICROSCOPY-),而 GFS-3000 又有多種葉室可供選擇,這就極大豐富了同步測(cè)量 CO2 氣體交換與葉綠素?zé)晒獬上竦哪J?。如分別與 IMAGING-PAM 的 MAXI- 和 MINI- 探頭連接,就可在不同的測(cè)量面積上同步測(cè)量。另外,與擬南芥整株葉室結(jié)合,就可測(cè)量小植株的整株氣體交換和熒光成像。
GFS-3000 設(shè)計(jì)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是,標(biāo)準(zhǔn)葉室、柱狀葉室、針葉/簇狀葉室、擬南芥整株葉室的上表面是相同的,都可以與 MINI-IMAGING-PAM 結(jié)合使用,更進(jìn)一步擴(kuò)大了同步測(cè)量的應(yīng)用范圍。
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同步測(cè)量三:同步測(cè)量 CO2 氣體交換、P700 與葉綠素?zé)晒?/span>
光合儀 GFS-3000 與 DUAL-PAM-100 測(cè)量系統(tǒng)聯(lián)用,完美實(shí)現(xiàn)了氣體交換、葉綠素?zé)晒馀c差式吸收同步測(cè)量。同步測(cè)量 CO2 氣體交換與 葉綠素?zé)晒夂蚉700 。
系統(tǒng)組成
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DUAL-PAM-100 | 3010-DUAL | GFS-3000 |
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GFS-DUAL |
主要功能
同步測(cè)量 P700、葉綠素?zé)晒馀c氣體交換
同步測(cè)量 P700、葉綠素?zé)晒馀c氣體交換的暗-光誘導(dǎo)曲線(xiàn)
同步測(cè)量 P700、葉綠素?zé)晒馀c氣體交換的光響應(yīng)曲線(xiàn)和 CO2 響應(yīng)曲線(xiàn)
典型的氣體交換測(cè)量,如光合作用、蒸騰作用、呼吸作用
典型的葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量,如誘導(dǎo)曲線(xiàn)、快速光曲線(xiàn)、淬滅分析、暗馳豫等
典型的 P700 曲線(xiàn)測(cè)量
葉綠素?zé)晒馀c P700 的快速誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)等
編程進(jìn)行復(fù)雜的同步或獨(dú)立測(cè)量
測(cè)量參數(shù)
PS II 參數(shù):Fo, Fm, F, Fm’, Fv/Fm, Y(II), Fo’, qP, qL, qN, NPQ, Y(NPQ), Y(NO) 和 ETR(II) 等
PS I 參數(shù):P700, Pm, Pm’, P700red, Y(I), Y(ND), Y(NA) 和 ETR(I) 等
氣體交換參數(shù):參比室和樣品室的 CO2 絕對(duì)值(CO2abs,CO2sam),參比室和樣品室的 H2O 絕對(duì)值(H2Oabs,H2Osam),流速(gas flow),環(huán)境氣壓(Pamb),葉室溫度(Tcuv),葉片溫度(Tleaf),環(huán)境溫度(Tamb),環(huán)境 PAR(PARamb),葉室內(nèi)葉片正面 PAR(PARtop),葉室內(nèi)葉片背面 PAR(PARbot),葉室相對(duì)濕度(rH),蒸騰速率(E),水氣壓飽和虧(VPD),葉片氣孔導(dǎo)度(GH2O),凈光合速率(A),胞間 CO2 濃度(Ci),環(huán)境 CO2 濃度(Ca),植物水分利用效率,CO2 響應(yīng)曲線(xiàn),光響應(yīng)曲線(xiàn)等
DUAL-PAM 氣體交換葉室——3010-DUAL
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3010-DUAL | 3010-DUAL 與 DUAL-PAM-100 的測(cè)量頭連接 |
專(zhuān)為 DUAL-PAM-100 與 GFS-3000 的同步測(cè)量設(shè)計(jì),由特制葉室(帶溫度和 PAR 傳感器)、風(fēng)扇、導(dǎo)光桿、電子盒與支架構(gòu)成。同步測(cè)量時(shí),光源完全由 DUAL-PAM-100 的測(cè)量頭提供,氣體交換由 GFS-3000 的紅外分析器檢測(cè),P700和葉綠素?zé)晒庥?DUAL-PAM-100 的檢測(cè)器測(cè)量。
需要注意的是,3010-DUAL 可以連接 DUAL-PAM-100 的 DUAL-DB 測(cè)量頭,但不能連接 DUAL-DR 測(cè)量頭。DUAL-DR 的光學(xué)單元太復(fù)雜,連接 3010-DUAL 容易損傷 DUAL-DR。
測(cè)量實(shí)例
下面的兩個(gè)圖是以洋常春藤(Hedera helix)為材料,利用本系統(tǒng)同步測(cè)量的 P700、葉綠素?zé)晒夂蜌怏w交換的誘導(dǎo)曲線(xiàn)。
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洋常春藤(Hedera helix)的 P700(藍(lán)色)和葉綠素?zé)晒猓t色)的誘導(dǎo)曲線(xiàn) |
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洋常春藤(Hedera helix)的凈光合速率(紅色)和氣孔導(dǎo)度(藍(lán)色)的誘導(dǎo)曲線(xiàn) |
同步測(cè)量四:同步測(cè)量 CO2 氣體交換與跨膜質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)(pmf)、跨膜質(zhì)子梯度(ΔpH) 、跨膜電位(ΔΨ)和玉米黃素(Zea)
P515/535 模塊是 WALZ 公司為 DUAL-PAM-100 設(shè)計(jì)的測(cè)量模塊,可以直接連接 DUAL-PAM-100 的主機(jī),測(cè)量 550-510 nm 的差式吸收以及 535 nm 波長(zhǎng)的信號(hào)變化。P515/535 模塊可以測(cè)量光合器官的跨膜質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)(pmf)、跨膜電位(Δψ)、跨膜質(zhì)子梯度(ΔpH)和玉米黃素(Zea)變化等內(nèi)容。此外,該模塊還提供一種特殊的 “P515 Flux” 操作模式,可讓光化光以光-暗脈沖形式打開(kāi)-關(guān)閉(1/1調(diào)制光/暗),原位測(cè)量活體樣品處于穩(wěn)態(tài)的偶聯(lián)電子和質(zhì)子的流動(dòng)速率。
GFS-3000 通過(guò)專(zhuān)用氣體交換葉室 3010-DUAL 與 DUAL-PAM-100 以及 P515/535 模塊聯(lián)用后,做到了同步測(cè)量 CO2 氣體交換與跨膜質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)(pmf)、跨膜質(zhì)子梯度(ΔpH) 、跨膜電位(ΔΨ)和玉米黃素(Zea)。由于 ΔpH 和 Zea 都與葉黃素循環(huán)密切相關(guān),而葉黃素循環(huán)是植物光保護(hù)的重要調(diào)節(jié)機(jī)制,再結(jié)合氣體交換指標(biāo)反映的 Calvin 循環(huán)狀況,就可以非常深入的對(duì)植物光保護(hù)調(diào)節(jié)機(jī)制進(jìn)行研究。
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DUAL-PAM-100 P515/535 與 GFS-3000 聯(lián)用 |
同步測(cè)量五:同步測(cè)量 CO2 氣體交換與 C550、Cyt b559、Cyt b563、Cyt c556、Cyt c6、Cyt f、P515、Scatt(散射信號(hào))、Zea(玉米黃素)
傳統(tǒng)的差式吸收技術(shù)每次只能測(cè)量一個(gè)組分的差式吸收變化,而光合機(jī)構(gòu)特別復(fù)雜,很多組分是偶聯(lián)在一起發(fā)揮作用的,幾種組分分開(kāi)測(cè)量的結(jié)果難以完美表征它們?cè)谂悸?lián)的功能體下的實(shí)際作用機(jī)制。
Schreiber 教授花費(fèi) 20 年時(shí)間研制的動(dòng)態(tài) LED 陣列差式吸收光譜儀 KLAS-100 完美的解決了上述缺陷。它采用 500-570 nm的差示吸收光譜技術(shù)來(lái)同步測(cè)量光合膜上 C550、Cyt b559、Cyt b563、Cyt c556、Cyt c6、Cyt f、P515、Scatt(散射信號(hào))、Zea(玉米黃素)等8種組分的氧化還原變化。
著名的 DUAL-PAM-100 測(cè)量系統(tǒng)只有兩個(gè)測(cè)量通道,而 KLAS-100 有 10 個(gè)測(cè)量通道。因此,1 臺(tái) KLAS-100 相當(dāng)于 5 臺(tái) DUAL-PAM-100 的功能。
GFS-3000 通過(guò) 3010-DUAL 專(zhuān)用氣體交換葉室與 KLAS-100 聯(lián)用后,做到了同步測(cè)量 CO2 氣體交換與 C550、Cyt b559、Cyt b563、Cyt c556、Cyt c6、Cyt f、P515、Scatt(散射信號(hào))、Zea(玉米黃素)。
這些測(cè)量指標(biāo)結(jié)合在一起,可以進(jìn)行非常復(fù)雜的、前人未做過(guò)的深入研究。KLAS-100 是剛剛發(fā)展成熟的一種技術(shù),在著名的《Plant Physiology》上發(fā)表了兩篇文獻(xiàn)。
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KLAS-100 |
同步測(cè)量技術(shù)選購(gòu)指南
利用 GFS-3000 與其它技術(shù)(調(diào)制葉綠素?zé)晒?、差式吸收)的?lián)用,可以實(shí)現(xiàn)多種光合指標(biāo)的同步測(cè)量,利用無(wú)損、原位、活體的測(cè)量進(jìn)行非常復(fù)雜、深入的機(jī)理性研究。下表是實(shí)現(xiàn)這些測(cè)量功能的選購(gòu)指南:
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產(chǎn)地:德國(guó) WALZ
代表文獻(xiàn)
數(shù)據(jù)來(lái)源:光合作用文獻(xiàn) Endnote 數(shù)據(jù)庫(kù)
原始數(shù)據(jù)來(lái)源:Google Scholar
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