叶绿素荧光研究技术.ppt

《叶绿素荧光研究技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《叶绿素荧光研究技术.ppt（113页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 叶绿素荧光分析技术在植叶绿素荧光分析技术在植物生理生态研究中的应用物生理生态研究中的应用 Kautsky Kautsky and and HirshHirsh（19311931）发发现现，将将暗暗适适应应的的绿绿色色植植物物突突然然暴暴露露在在可可见见光光下下后后，植植物物绿绿色色组组织织发发出出一一种种暗暗红红色色，强强度度不不断断变变化化的荧光（的荧光（KautskyKautsky效应）。效应）。荧荧光光随随时时间间变变化化的的曲曲线线称称为为叶叶绿绿素素荧荧光光诱导动力学曲线。诱导动力学曲线。叶绿素荧光现象的发现叶绿素荧光现象的发现 上世纪上世纪80年代，年代，gren（1985）和）

2、和Schreiber（1986）相继创制出便）相继创制出便携的调制式荧光仪，并实现了商品携的调制式荧光仪，并实现了商品化。化。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、叶绿素荧光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、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“原位原位”的（的（in situ）信息

3、。）信息。3、操作步骤简单快捷。操作步骤简单快捷。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应用 直观的叶绿素荧光现象直观的叶绿素荧光现象叶绿素溶液在投射光下呈绿色，叶绿素溶液在投射光下呈绿色，在反射光下呈红色的现象。在反射光下呈红色的现象。荧光现象的本质是什么？为什么荧光现象的本质是什么？为什么活体植物的叶片看不到荧光现象活体植物的叶片看不到荧光现象？叶绿体吸收光后，激发了捕光色素蛋白复合体叶绿体吸收光后，激发了捕光色素蛋白复合体（LHCLHC

4、），），LHCLHC将其能量传递到光系统将其能量传递到光系统2 2或光系统或光系统1 1。其间。其间所吸收的光能有所损失，大约所吸收的光能有所损失，大约3%-9%3%-9%的所吸收的光能被重的所吸收的光能被重新发射出来，其波长较长新发射出来，其波长较长,也即叶绿素荧光也即叶绿素荧光.透射光下透射光下反射光下反射光下当一个叶绿素分子当一个叶绿素分子a a的电子从激发态回到到基态的去激过程中，的电子从激发态回到到基态的去激过程中，一小部分激发能（一小部分激发能（3-9%3-9%）以红色的荧光形式耗散。）以红色的荧光形式耗散。在生理温度下，叶绿素荧光的波长在生理温度下，叶绿素荧光的波长峰值大约为峰值

5、大约为685nm的红光，并且一致延的红光，并且一致延伸到伸到800nm的远红光处的远红光处 荧光是研究光能分配的探针荧光是研究光能分配的探针激发能激发能光化学反应光化学反应形成同化力形成同化力热耗散热耗散荧光荧光CO2固定光呼吸Mehler 反应N代谢通过调节通过调节PSII反应中心的开放的程度干涉荧光的反应中心的开放的程度干涉荧光的发射，根据不同情况下荧光的变化来分析光合机发射，根据不同情况下荧光的变化来分析光合机构运行情况。构运行情况。F=kfkf+kp+kdF F:叶绿素荧光产量；叶绿素荧光产量；k kf f：叶绿素荧光的速率常数；叶绿素荧光的速率常数；k kp p：光化学反应的速率常数

6、；：光化学反应的速率常数；k kd d：热耗散的速率常数：热耗散的速率常数 荧光发射与原初光化学活动、热耗散过程是互相竞荧光发射与原初光化学活动、热耗散过程是互相竞争的一种关系。因此，荧光产量的变化反映了光化学效争的一种关系。因此，荧光产量的变化反映了光化学效率和热耗散能力的变化。率和热耗散能力的变化。如何测定叶绿素荧光？如何测定叶绿素荧光？现有两类荧光仪可以用来测定叶绿素荧光。现有两类荧光仪可以用来测定叶绿素荧光。1.1.续激发式荧光仪（如续激发式荧光仪（如PEA)PEA)，必须将测必须将测定叶片在避光下测定，在照光条件下，仪器定叶片在避光下测定，在照光条件下，仪器无法区分叶绿素荧光和自然光

7、中与荧光波长无法区分叶绿素荧光和自然光中与荧光波长相同的红光和远红光。相同的红光和远红光。但是这类荧光仪有很高的分辨率，每秒但是这类荧光仪有很高的分辨率，每秒钟能够测定钟能够测定1010万次荧光变化，因此是研究光万次荧光变化，因此是研究光合机构中电子传递瞬间变化的有力工具。合机构中电子传递瞬间变化的有力工具。2.2.脉冲调制式荧光仪（如脉冲调制式荧光仪（如FMS-2)FMS-2)，可以避可以避免上述问题。在测定时，仪器提供一种脉冲调免上述问题。在测定时，仪器提供一种脉冲调制式光，能诱导出的脉冲式的荧光。当有其它制式光，能诱导出的脉冲式的荧光。当有其它光线同时存在时，会产生以下三种光信号：光线同

8、时存在时，会产生以下三种光信号：1.1.自然光中具有荧光波长的红光信号自然光中具有荧光波长的红光信号2.2.自然光诱导的非脉冲荧光信号自然光诱导的非脉冲荧光信号3.3.脉冲调制光诱导的脉冲荧光信号脉冲调制光诱导的脉冲荧光信号 脉冲调整式叶绿素荧光仪原理图脉冲调整式叶绿素荧光仪原理图1：调制测量光；：调制测量光；2：作用光；：作用光；3：饱和脉冲光；：饱和脉冲光；4：远红光；：远红光；5：检测器及放大器；：检测器及放大器；6：短波通过滤光片；：短波通过滤光片；7：长波通过滤光片；：长波通过滤光片；8：样品：样品（5）（6）7）8 高选择性监测器可以排除前两种信号高选择性监测器可以排除前两种信号而

9、只保留脉冲过程中所产生的荧光信号。而只保留脉冲过程中所产生的荧光信号。用脉冲调制式方法，可以在全光照情况用脉冲调制式方法，可以在全光照情况下测量叶绿素荧光信号，而不被其它光下测量叶绿素荧光信号，而不被其它光所干扰。所干扰。当对暗适应叶片照光时，叶绿素荧光迅速上升，随后当对暗适应叶片照光时，叶绿素荧光迅速上升，随后有一系列的慢的波动，逐渐下降到稳态。这称为有一系列的慢的波动，逐渐下降到稳态。这称为“Kautsky“Kautsky Effect”Effect”，是，是KautskyKautsky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

10、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将时间标尺放大后的荧光动力学曲线将时间标尺放大后的荧光动力学曲线对（对（Kautsky EffectKautsky Effect）的解释）的解释 ：连续光下荧光产量瞬态上升，这是：连续光下荧光产量瞬态上升，这是因为照光后某些碳同化酶需要光活化，因此碳同化途径产生延迟。因为照光后某些碳同化酶需要光活化，因此碳同化途径产生延迟。这这使得照光初期相当多的使得照光初期相当多的Q QA A处于还原状态，从而导致了荧光产量的瞬态处于还原状态，从而导致了荧光产量的瞬态上升。上升。这

11、之后，由于光化学过程和热耗散过程的发生，荧光产量产生这之后，由于光化学过程和热耗散过程的发生，荧光产量产生淬灭到一个稳态数值（淬灭到一个稳态数值（F Ft t）。）。暗暗反反应应光活化过程光活化过程 XPheoQFdPQNADPCytfO2PCP700光光量量子子H2OZP680光光量量子子 光光合合电电子子传传递递链链Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm ；qP=(Fm-Ft)/(Fm-Fo)；PSII=(Fm-Ft)/Fm；NPQ=(Fm-Fm)/Fm；qNP=(Fm-Fm)/(Fm-Fo)t(Fs)主要荧光参数及其意义主要荧光参数及其意义Fo：初初始始荧荧光光产产量量（Originalflu

12、orescenceyield）也也称称基基础础荧荧光光，是是PS反反应应中中心心（经经过过充充分分暗暗适适应应以以后）处于完全开放状态时的初始荧光产量。后）处于完全开放状态时的初始荧光产量。Fm：最最大大荧荧光光产产量量（Maximalfluoreseenceyield），是是PS反反应应中中心心完完全全关关闭闭时时的的荧荧光光产产量量。通通常常叶叶片片经暗适应经暗适应20min后测得。后测得。Fv=Fm-Fo：可可变变荧荧光光，反反映映PS的的电电子子传传递递最最大大潜潜力。经暗适应后测得。力。经暗适应后测得。Fv/Fm：暗适应下暗适应下PS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

13、化学效率，反映光化学效率，反映PS反应中心最大光能反应中心最大光能转换效率。转换效率。Fv/Fo：代表代表PS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。Fo：光适应下初始荧光。光适应下初始荧光。Fm：光适应下最大荧光。光适应下最大荧光。Fv=Fm-Fo：光适应下可变荧光。：光适应下可变荧光。Fv/Fm：光适应下光适应下PS最大光化学效率，它反映有最大光化学效率，它反映有热耗散存在时热耗散存在时PS反应中心完全开放时的反应中心完全开放时的光化学光化学效率，也称为最大天线转换效率效率，也称为最大天线转换效率。Ft(或或Fs):稳态荧光产量

14、稳态荧光产量steady-statefluorescenceyield。PS=(Fm-Fs)/Fm：PS实际光化学效率，它反实际光化学效率，它反映在照光下映在照光下PS反应中心部分关闭的情况下的反应中心部分关闭的情况下的实际光化学效率。实际光化学效率。qP=(Fm-Fs)/(Fm-Fo)：photochemicalquenching光化学猝灭系数，它反映了光化学猝灭系数，它反映了PS反应中心的开反应中心的开放程度。放程度。1-qP 用来表示用来表示PS反应中心的关闭程度。反应中心的关闭程度。qNP=(Fm-Fm)/(Fm-Fo)：非光化学猝灭系数：非光化学猝灭系数NPQ=(Fm-Fm)/Fm

15、Fm/Fm-1：非光化学猝灭：非光化学猝灭non-photochemicalquenchingETR=PSabsorbed PFD0.5：PSII电子电子传递传递速率速率Relationship between PSII and CO2 in maize leaves grown in the field at different dates.荧光参数是研究植物光化学效率、荧光参数是研究植物光化学效率、光抑制与光破坏防御的有效的工具光抑制与光破坏防御的有效的工具 该技术被广泛的使用在植物生态、植物抗该技术被广泛的使用在植物生态、植物抗逆性、筛选高光效或抗逆品种、转基因植物逆性、筛选高光效或抗逆

16、品种、转基因植物的功能分析、光抑制和光破坏的防御机制等的功能分析、光抑制和光破坏的防御机制等方面的研究。方面的研究。光抑制光抑制概念:强光造成光合功能下降的过程称为光抑制强光造成光合功能下降的过程称为光抑制 特征：光合效率下降；特征：光合效率下降；Fv/Fm Fv/Fm 及及AQY AQY 下降下降 过过去去人人们们把把光光抑抑制制与与光光破破坏坏等等同同起起来来，认认为为发发生生了了光光抑抑制制就就意意味味着着光光合合机机构构遭遭到到破破坏坏。甚甚至至把把光光抑抑制制 、光光破破坏坏、光光漂漂白白、光光氧氧化化等等概念通用。概念通用。光抑制光抑制:photoihibition:photoih

17、ibition光氧化光氧化:photooxidation:photooxidation光钝化光钝化:photoinactivation:photoinactivation光破坏光破坏:photodamage:photodamage光破坏光破坏:solarigation:solarigation光漂白光漂白:photobleaching:photobleaching 光抑制的基本特征光抑制的基本特征AQY及及Fv/Fm下降下降.说明叶片吸收的光能不能有效地转化为化学能。说明叶片吸收的光能不能有效地转化为化学能。光抑制的机理光抑制的机理光光合合机机构构的的破破坏坏。PSII是是光光抑抑制制损损伤伤

18、的的主主要要场场所所，破破坏坏也也可可能能发发生生在在反反应应中中心心也也可可能能发发生生在在与与次次级级电电子子受受体体结结合合的的蛋蛋白上。发生光破坏后的结果：电子传递受阻，光合效率下降。白上。发生光破坏后的结果：电子传递受阻，光合效率下降。产产生生光光破破坏坏的的原原因因：过过剩剩光光能能产产生生的的高高能能电电子子无无法法利利用用，产产生生如如chl*,单单线线态态氧氧、超超氧氧阴阴离离子子等等氧氧化化性性很很强强的的分分子子破破坏光合机构。坏光合机构。光破坏的概念光破坏的概念l当过剩的光能不能及时有效地排散当过剩的光能不能及时有效地排散时，对光合机构造成不可逆的伤害，时，对光合机构造

19、成不可逆的伤害，如对光合色素造成光漂白、光合作如对光合色素造成光漂白、光合作用中心用中心D D1 1蛋白的降解及光合机构的光蛋白的降解及光合机构的光氧化等。氧化等。3P680+O2P680+1O2 氧氧化化性性极极强强的的1 1O O2 2首首先先攻攻击击反反应应中中心心色色素素P P680680，使使PSPS反反应应中中心心失失去去电电荷荷分分离离能能力力，最最终终引引起起D D1 1蛋蛋白白降降解解.PS.PS受受体体侧侧电电子子传传递受阻时易产生此种破坏。递受阻时易产生此种破坏。Fd+O2Fd+O2 O O2 2。启启动动类类囊囊体体膜膜的的脂脂质质过过氧氧化化，破破坏坏光光合合色色素素

20、、类类囊囊体体系系统统以以及及膜膜结结合合酶酶使使电电子子传传递递效效率率下下降降，严严重重时时使使电电子子传传递递系系统统失活失活。P P680680+-Car P-Car P680680 +-Car-Car+PSPS供供体体侧侧 H2OH2O的的光光解解受受阻阻时时易易产产生生此此种种破破坏坏。P P680680+还还能能氧氧化化D D1 1蛋白肽链中酪氨酸残基和叶绿素等色素。蛋白肽链中酪氨酸残基和叶绿素等色素。激发态叶绿素的4种去激发途径l一一切切影影响响CO2CO2同同化化的的外外接接界界因因素素如如低低温温、高高温温、水水分分亏亏缺缺、矿矿质质元元素素亏亏缺缺等等都都会会减减少少对对

21、光光能能的的利利用用，、导导致致过过剩剩光光能能增增加加，进进而而加重光破坏加重光破坏。激发能激发能光化学反应光化学反应形成同化力形成同化力热耗散热耗散荧光荧光 光破坏防御机制光破坏防御机制CO2固定光呼吸Mehler 反应N代谢 植物防御光破坏的措施植物防御光破坏的措施1 减少对光能的吸收减少对光能的吸收 增加叶片的绒毛、蜡质增加叶片的绒毛、蜡质 减少叶片与主茎的夹角减少叶片与主茎的夹角 2 2 增强代谢能力增强代谢能力 碳同化碳同化 光呼吸与活性氧清除系统光呼吸与活性氧清除系统 氮代谢氮代谢 Mehler Mehler反应与活性氧清除系统反应与活性氧清除系统 3.3.增加热耗散增加热耗散

22、依赖叶黄素循环的热耗散依赖叶黄素循环的热耗散作用中心可逆失活作用中心可逆失活 状态转换状态转换第第一一道道防防线线：天天线线热热耗耗散散（又又称称“高高能态耗散能态耗散”）此类热耗散依赖于：此类热耗散依赖于：（1）类类囊囊体体膜膜内内外外的的pH梯梯度度（非非环环式式电电子子传传递递、假环式电子传递和环式电子传递均可加大假环式电子传递和环式电子传递均可加大pH梯度梯度）（2）叶黄素循环）叶黄素循环光合机构处理过剩激发能的方式依赖于叶黄素循环的热耗散依赖于叶黄素循环的热耗散叶叶黄黄素素循循环环的的运运转转被被跨跨膜膜pH促促进进，此此外外叶叶黄素循环库在强光下明显增大。黄素循环库在强光下明显增大

23、。叶黄素循环耗散过剩光能的机理：叶黄素循环耗散过剩光能的机理：玉米黄质的直接作用（猝灭三线态叶绿素）；玉米黄质的直接作用（猝灭三线态叶绿素）；LHCII色色素素蛋蛋白白复复合合物物与与叶叶黄黄素素各各自自形形成成聚聚集态并互相靠近，有利于过剩光能的热耗散集态并互相靠近，有利于过剩光能的热耗散。ZE：玉米黄质环氧化酶玉米黄质环氧化酶ZE的的作作用用VDE的的作作用用VDE：紫黄质脱环氧化酶紫黄质脱环氧化酶天线热耗散的最大特点是在天线热耗散的最大特点是在过剩光能尚未引起过剩光能尚未引起PSII反应中反应中心电荷分离之前，就在天线中心电荷分离之前，就在天线中将其耗散，这种对过剩激发能将其耗散，这种对

24、过剩激发能处理的方式处理的方式一是安全可靠一是安全可靠二是反应快速二是反应快速 第二道防线：第二道防线：反应中心耗散反应中心耗散 主主要要是是通通过过PSII反反应应中中心心的的可可逆逆（或或不不可可逆逆）失失活活，使使一一部部分分PSII反反应应中中心心由由原原来来的的光光能能转转化化中中心心变变为为过过剩剩光光能能耗耗散散中中心心，但但是是，这这种种耗耗散散方方式式实实际际上上已已经经使使一一部部分分PSII复复合合体受到暂时的或永久性的损伤。体受到暂时的或永久性的损伤。是光抑制的狭义的概念。是光抑制的狭义的概念。PSIIPSII反应中心可逆失活的特点反应中心可逆失活的特点 PSII的失活

25、可能与天线的脱离有关。的失活可能与天线的脱离有关。正正常常的的PSII反反应应中中心心位位于于基基粒粒类类囊囊体体膜膜，电电子传递功能正常；子传递功能正常；失失活活的的PSII反反应应中中心心位位于于间间质质片片层层膜膜，不不能能还原还原QB，失活反应中心的失活反应中心的Fo增高，增高，Fm降低。降低。失失活活的的反反应应中中心心可可以以修修复复，涉涉及及D1蛋蛋白白的的磷磷酸化。酸化。失失活活反反应应中中心心可可形形成成围围绕绕PSII的的循循环环电电子子流流（P680PheoCyb559P680）,电子进行无效循环。电子进行无效循环。第三条防线第三条防线:状态转换状态转换光合机构通过可逆磷

26、酸化光合机构通过可逆磷酸化,调节调节PSIIPSII捕光捕光色素复合体色素复合体(LHCII)(LHCII)的捕光量的捕光量,从而实现从而实现激发能在两个光系统间均衡分配的过程。激发能在两个光系统间均衡分配的过程。能量满溢（能量满溢（PSIIPSII向基粒边缘的向基粒边缘的PSIPSI靠近）靠近）强光下，强光下，PSIIPSII吸收过多激发能（状态吸收过多激发能（状态IIII）PQPQ处于过度还原态处于过度还原态蛋白磷酸激酶被激活蛋白磷酸激酶被激活LHCIILHCII磷酸化磷酸化LHCIILHCII与与PSIIPSII反应中心脱离，向反应中心脱离，向PSIPSI靠近靠近PSIIPSII捕光截面

27、变小，捕光截面变小，PSIPSI捕光截面变大捕光截面变大用荧光动力学曲线用荧光动力学曲线区分过剩光能耗区分过剩光能耗散的不同方式散的不同方式可将非光化学猝灭可将非光化学猝灭qNP区分为三部分：区分为三部分：qNPqE+qT+qIqE高能态荧光猝灭高能态荧光猝灭qT与状态转换有关的荧光猝灭与状态转换有关的荧光猝灭qI与光抑制有关的荧光猝灭与光抑制有关的荧光猝灭 暗驰豫时间：暗驰豫时间：qE40min 第四道防线：活性氧清除第四道防线：活性氧清除通通过过以以上上两两道道防防线线仍仍未未被被耗耗散散掉掉的的激激发发能能，可可能能在在PSII中中转转移移给给O2而而形形成成1O2，或或以以激激发发态态

28、电电子子的的形形式式在在PSI受受体体端端交交给给O2而而形形成成氧氧自由基自由基O2-这这时时便便需需要要通通过过酶酶促促的的或或非非酶酶促促的途径将活性氧加以清除的途径将活性氧加以清除。叶绿体中活性氧清除酶系以上四道防线可以对过剩激发能进行层层阻截，以减轻其危害。但是，当强光与多种逆境同时存在、这四条途径未能奏效的情况下，将不可避免地产生大量活性氧，造成光破坏。最常见的结果D1蛋白的破坏，更加严重的是叶绿素和类胡萝卜素的降解，使叶片发生“光漂白”。由此也便不难理解，为什么在黑暗中逆境由此也便不难理解，为什么在黑暗中逆境对植物的危害较小，而在光下危害较重，而对植物的危害较小，而在光下危害较重

29、，而且光照愈强，逆境危害愈重；且光照愈强，逆境危害愈重；此外，处于衰老阶段或长期在弱光下生长的此外，处于衰老阶段或长期在弱光下生长的作物对强光十分敏感。这正是植物体内过剩作物对强光十分敏感。这正是植物体内过剩激发能的生成与光合器对同化力的利用和对激发能的生成与光合器对同化力的利用和对过剩激发能的处理两方面相互较量的结果。过剩激发能的处理两方面相互较量的结果。这也正是不同种类的逆境胁迫对植物危害机这也正是不同种类的逆境胁迫对植物危害机理的共同性之所在。理的共同性之所在。热耗散过程虽然能耗散过剩光热耗散过程虽然能耗散过剩光能能,保护植物不被强光破坏保护植物不被强光破坏,但却不但却不可避免地降低了光

30、化学效率可避免地降低了光化学效率,按传统按传统的观点凡是导致光化学效率降低的的观点凡是导致光化学效率降低的过程都称为光抑制过程都称为光抑制。由此可见由此可见,光破坏的防御机光破坏的防御机制也是光抑制的一种形式制也是光抑制的一种形式,实际上在实际上在自然条件下自然条件下,大多数的光抑制都是由大多数的光抑制都是由光破坏防御机制造成的光破坏防御机制造成的。激发能激发能光化学反应光化学反应形成同化力形成同化力热耗散热耗散荧光荧光如何区分光破坏与热耗散如何区分光破坏与热耗散?荧光是研究光能分配的探针荧光是研究光能分配的探针CO2固定光呼吸Mehler 反应N代谢NPQ 增加、增加、Fm下降是热耗散增加的

31、标志；下降是热耗散增加的标志；Fo升高是作用中心破坏的标志升高是作用中心破坏的标志叶绿素荧光分析应用实例叶绿素荧光分析应用实例NaCl胁迫对杂交酸模叶片光化胁迫对杂交酸模叶片光化学猝灭系数（学猝灭系数（qP）、）、PSII反应反应中心光能捕获效率中心光能捕获效率（Fv/Fm）、和）、和PSII量子效量子效率率(PSII)的影响的影响 A A：光化学猝灭系数（：光化学猝灭系数（qP）B B：光能捕获效率（：光能捕获效率（Fv/Fm）C C：PSII量子效率量子效率(PSII)对照叶片和盐胁迫叶片光化学猝灭系数（对照叶片和盐胁迫叶片光化学猝灭系数（qP）、）、PSII光能捕获光能捕获效率（效率（F

32、v/Fm）、）、PSII量子效率量子效率(PSII，)、非光化学猝灭、非光化学猝灭(NPQ，D)对温度的响应。对温度的响应。示示NaClNaCl处理增加叶片的抗高温能力处理增加叶片的抗高温能力，对照；对照；，200 mmol/L NaCl Ca2+对不同浓度对不同浓度NaCl胁迫胁迫下杂交酸模叶片光化学猝灭下杂交酸模叶片光化学猝灭（qP），），PSII反应中心光反应中心光能捕获效率（能捕获效率（Fv/Fm）和）和PSII光量子效率光量子效率(PSII,)的的影响影响：ck ：8 mmol/L Ca2+Ca2+对NaCl胁迫下杂交酸模叶片PSII光化学反应的影响 图图9 9 高高温温（4 4 2

33、 2 ,2 24 4h h）处处理理前前后后阴阴生生和和阳阳生生玉玉米米叶叶片片 PSII、Fv/Fm，qP对对光光强强的的响响应应高温对不同叶龄沙地榆叶片Fo、Fm的影响强光下对照与缺锰强光下对照与缺锰叶片叶片PSII实际光化实际光化学效率（学效率（PSII）和电子传递速率和电子传递速率（ETR）和光化学和光化学猝灭猝灭qP的变化。的变化。不同温度不同温度下、强光下、强光对玉米叶对玉米叶片最大光片最大光化学效率化学效率的影响的影响 低低温温和和低低温温弱弱光光胁胁迫迫下下甜甜椒椒Fv/FmFv/Fm的的响响应应及及其其随随后后的的恢复。恢复条件为恢复。恢复条件为25 25 C C和和100

34、100 mol mmol m-2-2 s s-1-1光强。光强。，低温弱光胁迫；，低温弱光胁迫；，低温黑暗胁迫。，低温黑暗胁迫。低低温弱光胁迫对甜椒叶片线性电子传递的影响温弱光胁迫对甜椒叶片线性电子传递的影响，对对照照；，低低温温弱弱光光胁胁迫迫（4和和100molm-2s-1光光强强）；，MV处处理理（4和和100molm-2s-1光光强强）；，AsA处处理理（4和和100molm-2s-1光强）光强）经经1200molm1200molm-2-2ss-1-1强光及不同浓度强光及不同浓度PEGPEG处理处理4 4小时后，小时后，不同节位大豆离体叶片不同节位大豆离体叶片Fv/FmFv/Fm、PS

35、IIPSII、P Praterate、及、及NPQNPQ的变化的变化 田间大豆不同节位离体叶片的田间大豆不同节位离体叶片的Fv/FmFv/Fm、及、及PSIIPSII在在4040下对强光下对强光（1200mol1200mol）及弱光（）及弱光（400mol400mol）的反应以及随后的暗恢复过程）的反应以及随后的暗恢复过程PFD20PFD20PFD400不同年代玉米品种果穗叶不同年代玉米品种果穗叶PS在衰老过程中的变化在衰老过程中的变化不同年代玉米品种果穗叶不同年代玉米品种果穗叶qE在衰老过程中的变化在衰老过程中的变化不同年代玉米品种果穗叶不同年代玉米品种果穗叶qT在衰老过程中的变化在衰老过程

36、中的变化不同年代不同年代玉米品种果穗叶玉米品种果穗叶qI在衰老过程中的变化在衰老过程中的变化叶绿素荧光用于能量分配的研究叶绿素荧光用于能量分配的研究长期干旱长期干旱(D)、淹涝、淹涝(W)及正常浇水及正常浇水(CK)大豆倒数第大豆倒数第1、4、7位叶片光合日变化位叶片光合日变化1st node4th node7th node长期干旱及淹涝胁迫大豆叶绿素荧光参数的日变化的比较长期干旱及淹涝胁迫大豆叶绿素荧光参数的日变化的比较长长期期干干旱旱及及淹淹涝涝胁胁迫迫大大豆豆一一天天中中对对吸吸收收光光能能分分配配的的平平均均值值及及中中午午时时对对吸吸收收光光能能的的分分配配叶片由黑暗转入强光后叶绿素

37、荧光的猝灭过程叶片由黑暗转入强光后叶绿素荧光的猝灭过程叶绿素荧光用来研究光合机构在光下叶绿素荧光用来研究光合机构在光下的启动过程的启动过程结荚期大结荚期大豆功能叶豆功能叶和老叶和老叶PnPn、GsGs、对强、对强光的响应光的响应由黑暗由黑暗转转入入强强光后，不同叶光后，不同叶龄龄大豆叶片大豆叶片PSPS、NPQNPQ等等的的变变化化 充分暗适应栽培大豆充分暗适应栽培大豆()和野生种大豆和野生种大豆()叶片由黑叶片由黑暗转到暗转到1200molm-2s-1光强光强下，净光合速率下，净光合速率(Pn),气孔气孔导度（导度（Gs)和和PSII光化学效光化学效率（率（PSII）对光强的响应。对光强的响

38、应。快速叶绿素荧光诱导动力学的应用快速叶绿素荧光诱导动力学的应用O O，I,J,P I,J,P 分析分析O O O O，I,J,P I,J,P I,J,P I,J,P 曲线包含巨大的信息，是曲线包含巨大的信息，是曲线包含巨大的信息，是曲线包含巨大的信息，是研究植物光合机构功能的有力工具研究植物光合机构功能的有力工具研究植物光合机构功能的有力工具研究植物光合机构功能的有力工具NewapproachdeveloppedbyProf.RetoStrasser-GenevaUniversity,BioenergeticsLab.JIPtestapplicationandtheoryofenergyfl

39、ux叶绿素荧光诱导动力学曲线 从从O O点点到到P P点点的的荧荧光光上上升升过过程程称称为为快快速速叶叶绿绿素素荧荧光光诱诱导导动动力力学学曲曲线线，主主要要反反映映了了PSPS的的原原初初光光化学反应及光合机构的结构和状态等的变化。化学反应及光合机构的结构和状态等的变化。从从P P点点到到T T点点的的下下降降阶阶段段主主要要反反映映了了光光合合碳碳代代谢谢的的变变化化，随随着着光光合合碳碳代代谢谢速速率率的的上上升升，荧荧光光强强度（度（T T）逐渐下降。）逐渐下降。叶绿素荧光诱导动力学曲线的意义调调制制式式荧荧光光荧荧光光仪仪：FMS-1FMS-1、FMS-2FMS-2、PAMPAM等

40、等（主主要要用用来来研研究究叶叶绿绿素素荧荧光光诱诱导导动动力力学学曲曲线线的的下下降降阶段，即光合作用的暗反应）阶段，即光合作用的暗反应）连连续续激激发发式式荧荧光光仪仪：PEAPEA、HandyHandyPEAPEA、PEA PEA SeniorSenior（主主要要用用来来研研究究快快速速叶叶绿绿素素荧荧光光诱诱导导动动力学，即光合作用的光反应）力学，即光合作用的光反应）研究叶绿素荧光诱导动力学曲线的主要手段研究叶绿素荧光诱导动力学曲线的主要手段测定测定O-J-I-PO-J-I-P荧光诱导曲线的仪器及方法荧光诱导曲线的仪器及方法PEA植物效率分析仪植物效率分析仪Handy PEAPEA

41、Senior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-PO-J-I-PO-J-I-P荧光诱导曲线）荧光诱导曲线）荧光诱导曲线）荧光诱导曲线）光合机构中原初光化学反应的简单模型光合机构中原初光化学反应的简单模型O-J-I-PO-J-I-P荧光诱导曲线的意义荧光诱导曲线的意义O O：PSPS的的电电子子受受体体（Q QA A、Q QB B、PQPQ等等）处处于于最最大大程程度度氧氧化化态态时时的的荧荧光光，最最小小荧荧光光。O O点点时时电电子子受受体体主主要要状状态态：Q Q

42、A AQ QB BPQ PQ。O O相相的的荧荧光光强强弱弱与与反反应应中中心心色素含量的多少及组成有关。色素含量的多少及组成有关。J J：PSPS的的电电子子受受体体Q QA A第第一一次次处处于于瞬瞬时时最最大大程程度度还还原原态态时时的的荧荧光光。J J点点时时电电子子受受体体主主要要状状态态：Q QA AQ QB B-，Q QA A-Q QB B-。Yz PYz P680 680 Q QA A Q QB B PQ PQI I：反反应应了了PQPQ库库的的异异质质性性,即即快快还还原原型型PQPQ库库和和慢慢还还原原型型PQPQ库库的的大大小小。I I点点时时电电子子受受体体主主要要状态

43、：状态：Q QA A-Q QB B2-2-。P P：PSPS的的电电子子受受体体（Q QA A、Q QB B、PQPQ等等）处处于于最最大大程程度度还还原原态态时时的的荧荧光光，最最大大荧荧光光。P P点点时时电子受体主要状态：电子受体主要状态：Q QA A-Q QB B2-2-，PQHPQH2 2。Yz PYz P680 680 Q QA A Q QB B PQ PQ苔苔藓藓脱脱水水过过程程中中O-J-I-PO-J-I-P荧光诱导曲线的变化荧光诱导曲线的变化玉玉米米缺缺铁铁后后O-J-I-PO-J-I-P荧光诱导曲线的变化荧光诱导曲线的变化不同逆境下不同逆境下O-J-I-PO-J-I-P荧光

44、诱导曲线的变化荧光诱导曲线的变化烟烟草草叶叶片片高高温温处处理理后后O-J-O-J-I-PI-P荧光诱导曲线的变化荧光诱导曲线的变化大大豆豆叶叶片片衰衰老老后后O-J-I-PO-J-I-P荧荧光诱导曲线的变化光诱导曲线的变化JIP-testJIP-test理论基础：理论基础：生物膜能量流动生物膜能量流动 高度简化的生物膜能量流动模型图高度简化的生物膜能量流动模型图比活性参数（比活性参数（QA处在可还原态时，单位处在可还原态时，单位PS反应中心的活性）反应中心的活性）ABS/RC=MO(1/VJ)(1/Po)单位反应中心吸收的光能TRO/RC=MO(1/VJ)单位反应中心捕获的用于还原QA的能量

45、（在t0时）ETO/RC=MO(1/VJ)O单位反应中心捕获的用于电子传递的能量（在t0时）DIO/RC=(ABS/RC)-(TRO/RC)单位反应中心耗散掉的能量（在t0时）量子产额或能量分配比率量子产额或能量分配比率PoTRO/ABS=1-(FO/FM)最大光化学效率（在t0时）OETO/TRO=(1-VJ)反应中心捕获的激子中用来推动电子传递到电子传递链中超过QA的其它电子受体的激子占用来推动QA还原激子的比率（在t0时）EoETO/ABS=1-(FO/FM)O用于电子传递的量子产额（在t0时）Do1-Po=(FO/FM)用于热耗散的量子比率（在t0时）JIP-testJIP-testJ

46、IP-testJIP-test分析的部分参数分析的部分参数分析的部分参数分析的部分参数58parametersDrought:8.6.2004 Winter WheatVigintaIlonaPobedaAridaEvaStephensBU-9Drought:VigintaIlonaPobedaAridaEvaStephensBU-9杂杂交交酸酸模模（RumexK1）功功能能叶叶（G）衰衰老老叶（叶（S）O-J-I-P荧光诱导曲线参数的比较荧光诱导曲线参数的比较杂交酸膜叶片展开过程中杂交酸膜叶片展开过程中F FV V/F/FM M和和PIPIABSABS的变化的变化 Fv/FmFv/Fm相同时

47、不同高温下大豆叶片相同时不同高温下大豆叶片O-J-I-PO-J-I-P荧光诱导曲线的变化荧光诱导曲线的变化不同高温下大豆叶片不同高温下大豆叶片OECOEC活性的变化活性的变化大豆叶片不同温度处理后有活性的反应中心能量耗散效率的变化大豆叶片不同温度处理后有活性的反应中心能量耗散效率的变化高高温温处处理理后后杂杂交交酸酸膜膜叶叶片片能能流流动动的的变变化化specific fluxes specific fluxes(membrane model)(membrane model)phenomenological fluxes phenomenological fluxes(leaf model)(

48、leaf model)灰霉病菌侵染的黄瓜叶片和对照叶片的第灰霉病菌侵染的黄瓜叶片和对照叶片的第0天天处理前（处理前（A）、第）、第10天（天（B）、第）、第15天（天（C）快速叶）快速叶绿素荧光诱导动力学曲线变化绿素荧光诱导动力学曲线变化灰霉病菌侵染的黄瓜叶片后对荧光参数灰霉病菌侵染的黄瓜叶片后对荧光参数WK的变化。的变化。示光合机构放氧复合体示光合机构放氧复合体(OEC)的破坏的破坏 与与调调制制式式荧荧光光仪仪相相比比，连连续续激激发发式式荧荧光光仪仪有有很很多多优优点点，获获得得信信息息量量大大、操操作作简简便便快快捷捷、易易于于大大量量重重复复、便便携携、存存储储量量大大、价格便宜。价

49、格便宜。对照叶片和盐胁迫（对照叶片和盐胁迫（200 mmol/L）叶片）叶片 QB-非还原性非还原性PSII反应中心反应中心相对含量在热胁迫过程中的变化。相对含量在热胁迫过程中的变化。示盐胁迫增加的叶片对高温的抵抗能力示盐胁迫增加的叶片对高温的抵抗能力，对照；对照；，200 mmol/L NaCl 随随着着光光合合理理论论的的发发展展，叶叶绿绿素素荧荧光光动动力力学学特特别别是是快快速速叶叶绿绿素素荧荧光光诱诱导导动动力力学学获获得得了了迅迅猛猛的的发发展展并并日日趋趋完完善善。由由于于具具有有快快速速和和非非破破坏坏性性的的优优点点，快快速速叶叶绿绿素素荧荧光光诱诱导导动动力力学学目目前前不

50、不仅仅在在植植物物生生理理研研究究中中被被广广泛泛应应用用，它它已已深深入入到到许许多多其其它它领领域域和和应应用用部部门门，如如遗遗传传育育种种、病病虫虫害害防治及污染检测等。防治及污染检测等。我们研究室近几年来利用荧光仪发表的部分论文我们研究室近几年来利用荧光仪发表的部分论文我们研究室近几年来利用荧光仪发表的部分论文我们研究室近几年来利用荧光仪发表的部分论文l1.Ye Liang,Gao Hui-yuan and Zou Qi,(2000)Responses of theantioxidant systems and xanthophyll cycle in Phaseolus vulga