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1、【生态学研究仪器设备技术生态学研究仪器设备技术 】 一、叶绿素荧光分析技术叶绿素荧光分析技术在植物生理生态研究中的应用在植物生理生态研究中的应用 【生态学研究仪器设备技术生态学研究仪器设备技术 】 绿色植物健康的叶片经一段时间的暗处理后突然照光，激绿色植物健康的叶片经一段时间的暗处理后突然照光，激 发态的叶绿素分子能发出暗红色的荧光，叶绿素的这种光效发态的叶绿素分子能发出暗红色的荧光，叶绿素的这种光效应称为荧光效应。应称为荧光效应。叶绿素的荧光是在叶绿素的荧光是在PSIIPSII反应过程释放的，其强度与光照强反应过程释放的，其强度与光照强度成正比，并且随时间不断变化，这种现象称为荧光感应度成正
2、比，并且随时间不断变化，这种现象称为荧光感应（KautskyKautsky感应）。感应）。 荧光随时间变化的曲线称为荧光随时间变化的曲线称为叶绿素荧光诱导动力学曲线。叶绿素荧光诱导动力学曲线。（一）、叶绿素的荧光现象（一）、叶绿素的荧光现象【生态学研究仪器设备技术生态学研究仪器设备技术 】 叶片经暗处理后照光时，叶绿素的荧光迅速上升，随后有一系列的慢叶片经暗处理后照光时，叶绿素的荧光迅速上升，随后有一系列的慢 的波动，逐渐下降到稳态。这现象称为的波动，逐渐下降到稳态。这现象称为 “ “ “ “Kautsky EffectKautsky Effect” ” ” ”，是，是KautskyKauts
3、ky 等在等在19311931年首先报道的。年首先报道的。 荧光产量的变化反映了光化学效率和热耗散能力的变化。荧光产量的变化反映了光化学效率和热耗散能力的变化。最大荧光最大荧光荧光波动荧光波动荧光稳态荧光稳态荧光快速上升过程荧光快速上升过程o叶绿素叶绿素“ “ “ “荧光感应荧光感应” ” ” ”（ Kautsky EffectKautsky EffectKautsky EffectKautsky Effect ）现象）现象【生态学研究仪器设备技术生态学研究仪器设备技术 】 典型的快速叶绿素荧光诱导动力学曲线典型的快速叶绿素荧光诱导动力学曲线 （O-J-I-PO-J-I-P荧光诱导曲线）荧光诱
4、导曲线）Time (s)1e+0 1e+1 1e+2 1e+3 1e+4 1e+5 1e+6 1e+7Fluorescence intensity010002000300040005000OJIP最大荧光最大荧光荧光波动荧光波动荧光稳态荧光稳态荧光快速上升过程荧光快速上升过程oO-P为1秒钟1 -100000微秒1e1e1e1e1 1 1 1- - - - 1e1e1e1e5 5 5 5 微秒微秒【生态学研究仪器设备技术生态学研究仪器设备技术 】 叶绿素叶绿素“ “ “ “荧光感应荧光感应” ” ” ”的特点的特点 在从暗适应到暴露在光下时，荧光强度先上升，然后下降。在从暗适应到暴露在光下时，
5、荧光强度先上升，然后下降。刚暴露在光下时的最低荧光定义为刚暴露在光下时的最低荧光定义为 O O 点，荧光的最高峰定义为点，荧光的最高峰定义为P P 点。点。快速叶绿素荧光诱导动力学曲线快速叶绿素荧光诱导动力学曲线 指的就是从指的就是从O O 点到点到P P点的荧光变化过点的荧光变化过 程，程， （O OI IJ JP P）。）。Time (s)0100200300Fluorescence intensity010002000300040005000Time (s)10-610-510-410-310-210-1100101102103Fluorescence intensity01000200
6、0300040005000 ABOOPPTT“ “ “ “荧光感应荧光感应” ” ” ”反应了反应了PSPSPSPS的的 原初光化学反应及光合反应部原初光化学反应及光合反应部 位的结构和状态等的变化。位的结构和状态等的变化。下降的阶段反映了光合碳代下降的阶段反映了光合碳代 谢的变化，随着光合碳代谢速谢的变化，随着光合碳代谢速 率的上升，荧光强度逐渐下降率的上升，荧光强度逐渐下降 （Krause Krause Krause Krause 和和Weis 1991Weis 1991Weis 1991Weis 1991）。）。JI叶绿素荧光诱导动力学曲线叶绿素荧光诱导动力学曲线【生态学研究仪器设备技术
7、生态学研究仪器设备技术 】 （二）（二）PEAPEAPEAPEA植物效率分析仪的使用植物效率分析仪的使用【生态学研究仪器设备技术生态学研究仪器设备技术 】 1 1 1 1、仪器用途、仪器用途植物效能分析仪（植物效能分析仪（PEAPEAPEAPEA）是一种野外手持式持续激）是一种野外手持式持续激发型的叶绿素荧光分析仪。它提供了标准水平的激发能量发型的叶绿素荧光分析仪。它提供了标准水平的激发能量和光速探测系统来精确测定荧光感应（和光速探测系统来精确测定荧光感应（KautskyKautskyKautskyKautsky感应），感应），并自动计算出荧光感应的各种有价值的参数，是研究植物并自动计算出荧光
8、感应的各种有价值的参数，是研究植物光合作用中光化学过程的重要工具。光合作用中光化学过程的重要工具。【生态学研究仪器设备技术生态学研究仪器设备技术 】 2 2 2 2、工作原理、工作原理: : : :植物所吸收的光能并不能被植物光合作用完全利用，其中一植物所吸收的光能并不能被植物光合作用完全利用，其中一 部分能量以荧光的形式释放到环境中去，这就是叶绿素荧光。部分能量以荧光的形式释放到环境中去，这就是叶绿素荧光。当叶子处在黑暗中一段时间后，突然受到光线照射时，叶绿当叶子处在黑暗中一段时间后，突然受到光线照射时，叶绿 素立即发生荧光感应。荧光感应强度与光合作用效率密切相素立即发生荧光感应。荧光感应强
9、度与光合作用效率密切相 关。关。 PEA PEA PEA PEA植物效能仪可以检测到微弱的荧光感应，并且通过植物效能仪可以检测到微弱的荧光感应，并且通过 微电脑计算出各种生理参数。微电脑计算出各种生理参数。PEAPEAPEAPEA植物效能仪具有很高的分辨率，每秒钟能够测定植物效能仪具有很高的分辨率，每秒钟能够测定10101010万次万次 荧光变化，因此是研究光合作用中电子传递瞬间变化的有力荧光变化，因此是研究光合作用中电子传递瞬间变化的有力 工具。工具。 【生态学研究仪器设备技术生态学研究仪器设备技术 】 3 3 3 3、主要荧光参数及其意义、主要荧光参数及其意义FoFoFoFo - - -
10、- 初始荧光产量（初始荧光产量（初始荧光产量（初始荧光产量（Original fluorescence yield Original fluorescence yield Original fluorescence yield Original fluorescence yield ）也称基础荧光，是也称基础荧光，是也称基础荧光，是也称基础荧光，是PSPSPSPS反应中心（经过充分反应中心（经过充分反应中心（经过充分反应中心（经过充分暗适应以后）处于完全开放状态时的初始荧光产量。暗适应以后）处于完全开放状态时的初始荧光产量。暗适应以后）处于完全开放状态时的初始荧光产量。暗适应以后）处于完全开放
11、状态时的初始荧光产量。F F F Fm m m m -最大荧光产量（最大荧光产量（最大荧光产量（最大荧光产量（Maximal fluoreseence yield Maximal fluoreseence yield Maximal fluoreseence yield Maximal fluoreseence yield ），），），），是是是是PSPSPSPS反应中心完全关闭时的荧光产量。反应中心完全关闭时的荧光产量。反应中心完全关闭时的荧光产量。反应中心完全关闭时的荧光产量。通常叶片经暗适应通常叶片经暗适应通常叶片经暗适应通常叶片经暗适应20min20min20min20min后测得。后
12、测得。后测得。后测得。Fv=Fm-FoFv=Fm-FoFv=Fm-FoFv=Fm-Fo - - - -可变荧光，反映可变荧光，反映可变荧光，反映可变荧光，反映PSPSPSPS的电子传递最大潜力。的电子传递最大潜力。的电子传递最大潜力。的电子传递最大潜力。经暗适应后测得。经暗适应后测得。经暗适应后测得。经暗适应后测得。【生态学研究仪器设备技术生态学研究仪器设备技术 】 F F F Fv v v v/F/F/F/Fm m m m - PSPS量子产量，代表暗适应下量子产量，代表暗适应下 PSPS反应中心完全开放时的最大反应中心完全开放时的最大光化学效率，反映光化学效率，反映PSPS反应中心最大光能
13、反应中心最大光能 转换效率。转换效率。F F F Fv v v v/F/F/F/Fo o o o -光化学活性，代表光化学活性，代表PSPS潜在光化学活性，与有活性的反潜在光化学活性，与有活性的反应中应中 心的数量成正比关系。心的数量成正比关系。Ft-Ft-Ft-Ft-稳态荧光产量稳态荧光产量 ( (或或Fs )Fs ) 。PSPSPSPS-PS-PS-PS-PS量子效率，它反映在照光下量子效率，它反映在照光下 PSPSPSPS反应中心部分关闭的反应中心部分关闭的况下的实际光化学效率（况下的实际光化学效率（PSPSPSPS = = = =(Fm(Fm(Fm(Fm -Fs)/Fm-Fs)/Fm-
14、Fs)/Fm-Fs)/Fm ）。）。qP qP qP qP -光化学猝灭系数，光化学猝灭系数， 它反映了它反映了PSPSPSPS反应中心的开放程度反应中心的开放程度（ qPqPqPqP= = = =(Fm(Fm(Fm(Fm -Fs)/(Fm -Fs)/(Fm -Fs)/(Fm -Fs)/(Fm -Fo-Fo-Fo-Fo ) ) ) ) ）。）。【生态学研究仪器设备技术生态学研究仪器设备技术 】 （三）、叶绿素荧光动力学研究得到广泛应用（三）、叶绿素荧光动力学研究得到广泛应用（三）、叶绿素荧光动力学研究得到广泛应用（三）、叶绿素荧光动力学研究得到广泛应用其原因：其原因：1 1 1 1、叶绿素荧光
15、动力学特性包含着光合作用过程的丰富信息叶绿素荧光动力学特性包含着光合作用过程的丰富信息光能的吸收与转换光能的吸收与转换 能量的传递与分配能量的传递与分配 反应中心的状态反应中心的状态过剩光能及其耗散过剩光能及其耗散光合作用光抑制与光破坏光合作用光抑制与光破坏 等等等等2 2 2 2、可以对光合器官进行、可以对光合器官进行“ “ “ “无损伤检测无损伤检测” ” ” ”，获得，获得 “ “ “ “原生态原生态” ” ” ”的的信息。信息。【生态学研究仪器设备技术生态学研究仪器设备技术 】 （四）、测定叶绿素荧光诱导动力学曲线的意义（四）、测定叶绿素荧光诱导动力学曲线的意义1 1 1 1、在植物生理生态学研究中，测定不同生态环境条件下的、在植物生理生态学研究中，测定不同生态环境条件下的 叶绿素荧光变化，了解逆境（如干旱、低温、高温、盐害、叶绿素荧光变化，了解逆境（如干旱、低温、高温、盐害、 酸雨等）条件对植物光合作用的影响。酸雨等）条件对植物光合作用的影响。2 2 2 2、在农业科学研究中，通过植物叶绿素荧光测定
