葉綠素?zé)晒庋芯勘尘爸R(shí)介紹

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1、GeneCompanyLimited基因有限公司葉綠素?zé)晒庋芯勘尘爸R(shí)介紹前言近些年來，葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)已經(jīng)逐漸成為植物生理生態(tài)研究的熱門方向。熒光數(shù)據(jù)是植物光合性能方面的必要研究內(nèi)容。目前這種趨勢由于葉綠素?zé)晒鈾z測儀的改進(jìn)而得到發(fā)展。然而熒光理論和數(shù)據(jù)解釋仍然比較復(fù)雜。就我們所了解的情況來看，目前許多研究者對(duì)熒光理論不是很清楚，儀器應(yīng)用僅僅限于簡單的數(shù)據(jù)說明的基礎(chǔ)上，本文在此基礎(chǔ)上，目的在于簡單明晰地介紹相關(guān)理論和研究要點(diǎn)，以求簡單明確地使用葉綠素?zé)晒鈾z測設(shè)備，充分分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)在于植物生理生態(tài)學(xué)技術(shù)的應(yīng)用和限制。熒光測量基礎(chǔ)植物葉片所吸收的光

2、的能量有三個(gè)走向：光合驅(qū)動(dòng)、熱能、葉綠素?zé)晒?。三個(gè)過程之間存在競爭，其中任何一個(gè)效率的增加都將造成另外兩個(gè)產(chǎn)量的下降。因此，測量葉綠素?zé)晒猱a(chǎn)量，我們可以獲得光化學(xué)過程與熱耗散的效率的變化信息。盡管葉綠素?zé)晒獾目偭亢苄?一般僅占葉片吸收光能總量的1-2%)，測量卻非常簡單。熒光光譜不同于吸收光譜，其波長更長，因此熒光測量可以通過把葉片經(jīng)過給定波長的光線的照射，同時(shí)測量發(fā)射光中波長較長的部分光線的量來實(shí)現(xiàn)。有一點(diǎn)需要注意的是，這種測量永遠(yuǎn)是相對(duì)的，因?yàn)楣饩€不可避免會(huì)有損失。因此，所有分析必須把數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，包括其進(jìn)一步計(jì)算的許多參數(shù)也是如此。調(diào)制

3、熒光儀的出現(xiàn)是熒光研究技術(shù)的革命性的創(chuàng)新。在這類儀器中，測量光源是調(diào)制(高頻率開關(guān))的，其檢測器也被調(diào)諧來僅僅檢測被測量光激發(fā)的熒光。因此，相對(duì)的熒光產(chǎn)量可以在背景光線(主要是指野外全光照的條件下)存在的條件下進(jìn)行測量。目前絕大多數(shù)的熒光儀采用了調(diào)制系統(tǒng)，同時(shí)也強(qiáng)烈建議選擇調(diào)制熒光儀(KateMaxwell,2000)。為什么熒光產(chǎn)量會(huì)發(fā)生改變？Kautsky效應(yīng)和Beyond葉綠素?zé)晒猱a(chǎn)量的變化最早在1960年被Kautsky和其合作者發(fā)現(xiàn)。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把植物葉片從黑暗中轉(zhuǎn)入光下，熒光產(chǎn)量瞬間上升(大約在1秒左右)這種上升可以解釋為光合途徑中電子

4、受體的還原(可接受電子的受體的減少)。一旦PSII吸收光能，初級(jí)電子受體QA(質(zhì)體醌)接受了電子，它將不能再接受電子，直到它把電子傳遞給下一級(jí)電子載體QB7GeneCompanyLimited基因有限公司。此期間，反應(yīng)中心是關(guān)閉的，反應(yīng)中心關(guān)閉的比例導(dǎo)致光化學(xué)效率的整體下降，進(jìn)而造成熒光產(chǎn)量的增長。當(dāng)葉片從黑暗條件轉(zhuǎn)入光下，PSII(光系統(tǒng)2)反應(yīng)中心逐漸關(guān)閉，這造成了葉綠素?zé)晒猱a(chǎn)量(1秒鐘之內(nèi))的上升，在此之后，熒光產(chǎn)量開始下降，持續(xù)大約幾分鐘或幾十分鐘，這種現(xiàn)象，被稱為熒光淬滅。首先，電子被從PSII傳遞走的速率開始上升，這是由于光誘導(dǎo)對(duì)C代謝

5、酶的活化和氣孔開放的活化，這種淬滅被稱為光化學(xué)淬滅。同時(shí)，能量轉(zhuǎn)化為熱能的效率也提高了，這種過程被稱為“非光化學(xué)淬滅”(NPQ)。典型植物中，這兩個(gè)過程變化將在15-20分鐘內(nèi)完成并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)然這種時(shí)間在不同的植物種類之間差異明顯。熒光信號(hào)分析為了通過葉綠素?zé)晒猱a(chǎn)量的測量來獲得植物光合性能的有用信息，我們有必要區(qū)分光化學(xué)過程與非光化學(xué)過程對(duì)淬滅的貢獻(xiàn)的差異。通常的方法是關(guān)閉兩者之一，尤其是光化學(xué)過程，這樣我們就可以測量另外一種情況的影響。傳統(tǒng)的方法是加入化學(xué)物質(zhì)，如敵草隆(DCMU)，這種物質(zhì)抑制PSII活動(dòng)，從而把光化學(xué)降到零?，F(xiàn)在的方法是

6、“加光”技術(shù)，即它允許光化學(xué)淬滅的貢獻(xiàn)瞬時(shí)減低到零。這種方法中，使用了高光強(qiáng)的短持續(xù)時(shí)間的光線(光脈沖，一般在0.8秒左右)，這種方法可以在瞬間關(guān)閉PSII反映中心。假如這種閃光脈沖時(shí)間足夠短的話，沒有非光化學(xué)淬滅的發(fā)生，同時(shí)也沒有誘導(dǎo)光化學(xué)效率的長期變化，那么在閃光期間，此時(shí)的熒光產(chǎn)量相當(dāng)于沒有光化學(xué)淬滅時(shí)達(dá)到的最大熒光(Fm)。如果我們把光照下熒光穩(wěn)定狀態(tài)(Fs)和活化光不存在下熒光產(chǎn)量的數(shù)值(Fo)相比較，我們就得出了光化學(xué)淬滅效率(可以理解為PSII的性能)的信息。隨著光化學(xué)效率的變化，熱耗散(非光化學(xué)效率)效率也發(fā)生了改變，這取決于多種內(nèi)

7、部和外部因素。這種變化可以通過Fm值的變化來體現(xiàn)，和光化學(xué)淬滅不同，我們不可能阻斷熱耗散的發(fā)生，因此不可能測量非光化學(xué)淬滅不存在的時(shí)候葉綠素?zé)晒獾漠a(chǎn)量。因此，所有非光化學(xué)淬滅的估計(jì)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)于暗適應(yīng)點(diǎn)(Fmo)。由于這個(gè)原因，我們有必要設(shè)計(jì)這樣一種實(shí)驗(yàn)，通過這種實(shí)驗(yàn)，我們可以估計(jì)暗適應(yīng)的非脅迫的參考點(diǎn)。這種需求是野外條件(通常估計(jì)Fm的黎明前的值)的主要限制。淬滅分析測量過程可以通過圖1來很好地解釋。測量開始時(shí)首先打開測量光，測量最小熒光信號(hào)(Fo)，然后給一個(gè)強(qiáng)閃光，測量暗適應(yīng)狀態(tài)的最大熒光(Fmo)。緊接著，打開活化光進(jìn)行持續(xù)光照(或者利用野外自

8、然光線進(jìn)行照射)，并且每隔一個(gè)間隔，重復(fù)一次飽和閃光照射，通過這個(gè)過程，光照下的最大熒光Fm’可以測量到。閃光之前的穩(wěn)態(tài)熒