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1、叶绿素荧光在植物生理生叶绿素荧光在植物生理生态态研究中的应用探讨研究中的应用探讨案例分析案例分析中国科学院植物研究所中国科学院植物研究所姜闯道姜闯道 博士博士 副研究员副研究员编辑课件目录目录一一.叶绿素荧光的发现及开叶绿素荧光的发现及开展展二二.重要的荧光参数及其意重要的荧光参数及其意义义三三.荧光技术在逆境研究中荧光技术在逆境研究中的应用案例的应用案例四四.相关汉语文献及其他相关汉语文献及其他编辑课件一一.叶绿素荧光的发现及开展发现叶绿素荧光的发现及开展发现德德国国植植物物生生理理学学家家Kautsky于于1931年年发现发现叶绿素荧光动力学现象。叶绿素荧光动力学现象。上上世世纪纪80年年
2、代代，gren1985和和Schreiber1986相相继继创创制制出出便便携携的的调调制制式式荧荧光光仪仪，并并实实现现了了商商品品化化。成成为为光光合合作作用用研研究究的的新新热热点点，极极大大地地推推动动了了光光合合过过程程中中光光能能利利用用、逆逆境境条条件件下下光光合合作作用用的的光光抑抑制制、光光破破坏及其防御机制的研究。坏及其防御机制的研究。编辑课件叶绿素荧光动力学研究得到广泛应用的原因叶绿素荧光动力学研究得到广泛应用的原因1 1、叶绿素荧光动力学特性包含着光合作用、叶绿素荧光动力学特性包含着光合作用过程的丰富信息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
3、量的传递与分配 反响中心的状态反响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、可以对光合器官进行、可以对光合器官进行“无损伤探查，无损伤探查，获得获得“原位的原位的in situin situ信息。信息。3 3、近年来测定仪器的性能和自动化程度越、近年来测定仪器的性能和自动化程度越来越高，操作步骤越也来越简便。来越高，操作步骤越也来越简便。编辑课件由于以上原因由于以上原因叶绿素荧光动力学技术在：叶绿素荧光动力学技术在：光合作用生理生态光合作用生理生态逆境生理逆境生理等研究领域得到了较快的普及和等研究领域得到了较快的普及和广泛的应用广泛的
4、应用 编辑课件编辑课件二二.重要的荧光参数重要的荧光参数根底荧光参数根底荧光参数Fo：最小荧光产量：最小荧光产量(Minimalfluorescence)，也称初始荧光产量，也称初始荧光产量(Originalfluorescence)或根底荧光或根底荧光产量产量。是对充分暗适应叶片。是对充分暗适应叶片PS反响中心处于完全开放状态照以反响中心处于完全开放状态照以极弱的测量光后发出的荧光。此时极弱的测量光后发出的荧光。此时光化学猝灭系数光化学猝灭系数qP1，非光化学猝，非光化学猝灭系数灭系数qNP0。一般认为，这局部。一般认为，这局部荧光是在天线中的激发能尚未被反荧光是在天线中的激发能尚未被反响中
5、心捕获之前，由天线叶绿素发响中心捕获之前，由天线叶绿素发射出的。当存在天线热耗散时，射出的。当存在天线热耗散时，Fo会降低；当反响中心失活或遭到破会降低；当反响中心失活或遭到破坏时，坏时，Fo会提高。过高的温度往往会提高。过高的温度往往使使PSII放氧复合体脱离，反响中心失放氧复合体脱离，反响中心失活。此时活。此时Fo会明显提高。因此，可会明显提高。因此，可以用以用Fo随温度的变化动态来反映高随温度的变化动态来反映高温对光合器的危害，并用来评价植温对光合器的危害，并用来评价植物的抗热性。物的抗热性。编辑课件Fm：最大荧光产量：最大荧光产量(Maximalfluorescence)，是是PS反响
6、中心完全关闭时的荧光产量。此时光化学和非光化反响中心完全关闭时的荧光产量。此时光化学和非光化学荧光猝灭均为学荧光猝灭均为0(qP0，qNP0)。Fm可反映通过可反映通过PS的电子传递最大潜力。通常叶片经暗适应至的电子传递最大潜力。通常叶片经暗适应至少少20min后照以饱和脉冲光后测得。后照以饱和脉冲光后测得。Fs:稳态荧光产量。即在光照下，光稳态荧光产量。即在光照下，光-暗反响到达动态平衡时暗反响到达动态平衡时的荧光产量。的荧光产量。编辑课件存在的问题存在的问题 关于荧光发射的理论根底和对关于荧光发射的理论根底和对测定结果的理解和解释十分复杂；测定结果的理解和解释十分复杂；局部初学者，对荧光参
7、数的意局部初学者，对荧光参数的意义理解不透，尤其是不了解叶绿素义理解不透，尤其是不了解叶绿素荧光动力学特性在整个光合过程中荧光动力学特性在整个光合过程中所占的地位，因而对荧光参数测定所占的地位，因而对荧光参数测定结果的意义存在一些误解。结果的意义存在一些误解。编辑课件我们的主要应用我们的主要应用光合机构的激发能分配；光合机构的激发能分配；光系统光系统IIII的光抑制；的光抑制；环境胁迫下光系统环境胁迫下光系统IIII活性。活性。编辑课件三三.荧光技术在逆境研究中荧光技术在逆境研究中的应用案例的应用案例一荧光技术在叶片发育一荧光技术在叶片发育中的应用分析中的应用分析选题依据选题依据1、为什么选择
8、生长过程中的、为什么选择生长过程中的叶片进行研究？叶片进行研究？以往对植物环境适应性的研以往对植物环境适应性的研究主要强调植物成熟叶片的究主要强调植物成熟叶片的适应机制；适应机制；叶片生长过程中同样会经历叶片生长过程中同样会经历环境胁迫，而且幼叶对环境环境胁迫，而且幼叶对环境胁迫的适应性也直接关系到胁迫的适应性也直接关系到植物能否适应环境。植物能否适应环境。编辑课件1叶片生长过程中光合能力的变化叶片生长过程中光合能力的变化编辑课件编辑课件编辑课件2叶片生长过程中叶片生长过程中光化学效率和电子光化学效率和电子传递活性的变化传递活性的变化编辑课件3叶绿体色素的变化叶绿体色素的变化编辑课件编辑课件5
9、叶片水分状叶片水分状况与叶黄素组况与叶黄素组分及活性氧去分及活性氧去除酶活性之间除酶活性之间的相关性分析的相关性分析编辑课件RWC(Negativelinearcorrelation)w(Positivelinearcorrelation)9:00AM2:00PM9:00AM2:00PMNPQ0.9580.9910.7600.548(V+A+Z)/Chl0.8950.9410.8790.775(A+Z)/Chl0.9600.9800.6670.617(A+Z)/(V+A+Z)%0.9410.9720.6130.579SODactivity0.9380.9750.8380.770APXactiv
10、ity0.9030.9790.6370.535CATactivity0.9310.9300.7630.620PODactivity0.9010.9630.5790.479GRactivity0.9070.9390.5970.437编辑课件6叶片生长叶片生长过程中叶角过程中叶角的变化及对的变化及对光能截获和光能截获和光抑制的影光抑制的影响响编辑课件编辑课件编辑课件 皇冠草属于泽泻科、刺果泽泻属，多年生挺水植物，原产于南美亚马逊流域及其支流。易驯化为沉水植物。用途：欣赏等。二荧光技术在淹水胁迫中的应用二荧光技术在淹水胁迫中的应用编辑课件科学科学/实践问题：实践问题：源于三峡库区消落带植被修复源于三
11、峡库区消落带植被修复植物淹水后复出后更容易死亡，为什么？植物淹水后复出后更容易死亡，为什么？问题转化问题转化：淹水淹水 陆陆地地 光抑制导致光合器官光抑制导致光合器官/叶片出水后死亡？叶片出水后死亡？强光强光高氧高氧弱光弱光低氧低氧编辑课件试验设计试验设计对照对照全淹全淹淹水淹水离体离体弱光弱光活体活体出水出水强光强光处理处理2020天天编辑课件淹水后叶片形态特征的变化淹水后叶片形态特征的变化编辑课件淹水阶段净光合速率、气孔导度和蒸腾速率的变化淹水阶段净光合速率、气孔导度和蒸腾速率的变化净光合速率净光合速率气孔导度气孔导度蒸腾速率蒸腾速率对照气生叶沉水叶气生叶对照编辑课件淹水阶段叶绿素含量的变
12、化淹水阶段叶绿素含量的变化气生叶沉水叶对照编辑课件淹水阶段Fv/Fm和PS的变化沉水叶气生叶对照编辑课件出水后自然状态下叶片出水后自然状态下叶片Fv/FmFv/Fm和和RWCRWC的变化的变化编辑课件出水后弱光环境下出水后弱光环境下Fv/FmFv/Fm的变化的变化编辑课件出水后不同处理的离体叶片在强光下及恢复出水后不同处理的离体叶片在强光下及恢复过程中光抑制的差异过程中光抑制的差异编辑课件三荧光技术在盐胁迫胁迫中的应用三荧光技术在盐胁迫胁迫中的应用科学问题：科学问题：盐胁迫下盐胁迫下PSIIPSII失活与失活速率无关，主要抑失活与失活速率无关，主要抑制失活制失活PSPS反响中心的。反响中心的。
13、极端光强和离体材料极端光强和离体材料田间？田间？编辑课件编辑课件编辑课件编辑课件编辑课件四四.相关汉语文献及其他相关汉语文献及其他相关汉语文献：相关汉语文献：张守仁张守仁 1999 1999 叶绿素荧光动力学参数的意义叶绿素荧光动力学参数的意义及讨论及讨论 植物学通报植物学通报 李鹏民李鹏民 高辉远等高辉远等 2005 2005 快速叶绿素荧光诱快速叶绿素荧光诱导动力学分析在光合作用研究中的应用导动力学分析在光合作用研究中的应用 植物植物生理与分子生物学学报生理与分子生物学学报 编辑课件JiangChuang-Dao,WangXin,GaoHui-Yuan,ShiLei,ChowWahSoon
14、.(2021)Systemicregulation of leaf anatomical structtue,photosynthetic performance and high-lighttoleranceinsorghumseedlings.PlantPhyisol.,155:1416-1424SCI(TOP10)HaoHai-Ping,JiangChuang-Dao(通通讯讯作作者者),ZhangShou-Ren,TangYu-Dan,ShiLei.(2021)Enhanced thermal-tolerance of photosystem II by elevating root
15、zonetemperature in Prunus mira koehne seedlings.Plant Soil,published online(DOI10.1007/s11104-011-1037-y)SCIMaoShu-Yan,JiangChuang-Dao(通通讯讯作作者者),ZhangWen-Hao,ShiLei,ZhangJin-Zheng,Chow Wah-Soon,Yang Jing-Cheng.(2021)Water translocation between ramets ofstrawberryduringsoildryinganditseffectsonphotos
16、yntheticperformance.Physiol.Plant.，137:225-234SCIZhangZhan-Jiang,JiangChuang-Dao,ZhangJin-Zheng,ZhangHui-Jin,ShiLei.(2021)Ecophysiologicalevaluationof the potentialinvasivenessof Rhustyphinain its non-nativehabitats.TreePhysiol.,29:1307-1316SCI(TOP10)JiangChuang-Dao,JiangGao-Ming,WangXianzhong,LiLing-Hao,BiswasDilipKumar,Li Yong-Geng.(2006)Increased Photosynthetic Activities and Thermostability ofPhotosystemIIwithLeafDevelopmentofElmSeedlings(UlmusPunila)ProbedbytheFastFluorescenceRiseOJIP.Envir
