叶绿素荧光研究技术-课件.ppt

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 and HirshKautsky and Hirsh（19311931）发现，将）发现，将暗适应的绿色植物突然暴露在可见光下后，暗适应的绿色植物突然暴露在可见光下后，植物绿色组织发出一种暗红色，强度不断变植物绿色组织发出一种暗红色，强度不断变化的荧光（化的荧光（KautskyKautsky效应）。效应）。荧光随时间变化的曲线称为叶绿素荧光荧光随时间变化的曲线称为叶绿素荧光诱导动力学曲线。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（198

2、5）和）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 sit

3、u）信息。）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（

4、LHCLHC），），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（中，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

5、峰值大约为峰值大约为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

6、学反应的速率常数；：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)，必须将测定必须将测定叶片在避光下测定，在照光条件下，仪器无叶片在避光下测定，在照光条件下，仪器无法区分

7、叶绿素荧光和自然光中与荧光波长相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。同的红光和远红光。但是这类荧光仪有很高的分辨率，每秒钟但是这类荧光仪有很高的分辨率，每秒钟能够测定能够测定1010万次荧光变化，因此是研究光合万次荧光变化，因此是研究光合机构中电子传递瞬间变化的有力工具。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)，可以避免可以避免上述问题。在测定时，仪器提供一种脉冲调上述问题。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

8、光信号：它光线同时存在时，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

9、排除前两种信号而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

10、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

11、态上升。上升。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）。）。暗反应暗反应光活化过程光活化过程 X Pheo Q Fd PQ NADP Cytf O2 PC P700 光光 量量 子子H2O Z P680 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

12、及其意义Fo：初始荧光产量（初始荧光产量（Original fluorescence yield）也也 称基础荧光，是称基础荧光，是PS反应中心（经过充分暗适反应中心（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。应以后）处于完全开放状态时的初始荧光产量。Fm：最大荧光产量（最大荧光产量（Maximal fluoreseence yield），），是是PS反应中心完全关闭时的荧光产量。通常叶片反应中心完全关闭时的荧光产量。通常叶片经暗适应经暗适应20min后测得。后测得。Fv=Fm-Fo：可变荧光，反映可变荧光，反映PS的电子传递最大潜的电子传递最大潜力。经暗适应后测得。力。经暗适应后

13、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

14、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):稳态荧光产量稳态荧光产量 steady-state fluorescence yield。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)：photochemical quenching 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

15、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 Fm/Fm-1 ：非光化学猝灭：非光化学猝灭 non-photochemical quenchingETR=PS absorbed PFD 0.5：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

16、 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 过去人们把光抑制与光破坏等同起来，认过去人们把光抑制与光破坏等同起来，认为发生了光抑制就意味着光合机构遭到破坏。为发生了光抑制就意味着光合机构遭到破坏。甚至把甚至把

17、光抑制光抑制 、光破坏、光漂白、光氧化、光破坏、光漂白、光氧化等等概念通用。概念通用。光抑制光抑制:photoihibition:photoihibition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

18、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 光合机构的破坏。光合机构的破坏。PSII是光抑制损伤的主要场所，破坏也是光抑制损伤的主要场所，破坏也可能发生在反应中心也可能发生在与次级电子受体结合的蛋可能发生在反应中心也可能发生在与次级电子受体结合的蛋白上。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。产生光破坏的原因：产生光破坏的原因：过剩光能产生的高能电子无法利用，过剩光能产生的高能电子无法利用，产生如产生如 chl*,单线态氧、超氧阴离子等氧化性很强的分子破单线态氧、超氧阴离子等氧化性很强的分子破

19、坏光合机构。坏光合机构。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蛋白的降解及光合机构的光氧化等。光氧化等。3P680+O2 P680+1O2 氧化性极强的氧化性极强的1 1O O2 2首先攻击反应中心色素首先攻击反应中心色素P P680680，使，使PSPS反应中反应中心失去电荷分离能力，最终引起心失去电荷分离能力，最终引起D D1 1蛋白降解蛋白降解.PS.PS受体侧受体侧电子传电子传递受阻时易产生此种

20、破坏。递受阻时易产生此种破坏。Fd+O2 Fd+O2 O O2 2。启动类囊体膜的脂质过氧化，破坏光合色素、类囊体系启动类囊体膜的脂质过氧化，破坏光合色素、类囊体系统以及膜结合酶使电子传递效率下降，严重时使统以及膜结合酶使电子传递效率下降，严重时使电子传递系统电子传递系统失活失活。P P680680+-Car P-Car P680680 +-Car-Car+PSPS供体侧供体侧 H2OH2O的光解受阻时易产生此种破坏。的光解受阻时易产生此种破坏。P P680680+还能氧还能氧化化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

21、一切影响一切影响CO2CO2同化的外接界同化的外接界因素如低温、高温、水分因素如低温、高温、水分亏缺、矿质元素亏缺等都亏缺、矿质元素亏缺等都会减少对光能的利用，、会减少对光能的利用，、导致过剩光能增加，进而导致过剩光能增加，进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

22、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 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 第一道防线：天线热耗散（又称第一道防线：天线热耗散（又称“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）类囊体膜内外的）类囊体膜内外的pH梯度（梯度（非环式电子传递、非环式电子传递、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

23、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 叶黄素循环的运转被跨膜叶黄素循环的运转被跨膜pH促进，此外叶促进，此外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。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色素蛋白复合物与叶黄素各自形成聚色素蛋白复合物与叶黄素各自形成聚集态并互相靠近，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。OOOHHOH2O2H(NADPH)+O22H(ASCORBATE)H2OHOOOHH2O2H(ASCORBATE)O22H

24、(NADPH)+H2OOHHOVIOLAXANTHINANTHERAXANTHINZEAXANTHIN紫黄质花药黄质玉米黄质叶黄素循环中三种色素的相互转变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 主要是通

25、过主要是通过PSII反应中心的可逆（或不可反应中心的可逆（或不可逆）失活，使一部分逆）失活，使一部分PSII反应中心由原来的反应中心由原来的光能转化中心变为过剩光能耗散中心，但是，光能转化中心变为过剩光能耗散中心，但是，这种耗散方式实际上已经使一部分这种耗散方式实际上已经使一部分PSII复合复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的失活可能与天线的脱离有关。的失活可能与天线的脱离有关。正常的正常的PSII反应中心位于基粒类囊体膜，反应中心位于基粒类囊体膜，电子传

26、递功能正常；电子传递功能正常；失活的失活的PSII反应中心位于间质片层膜，不反应中心位于间质片层膜，不能还原能还原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。失活的反应中心可以修复，涉及失活的反应中心可以修复，涉及D1蛋白的蛋白的磷酸化。磷酸化。失活反应中心可形成围绕失活反应中心可形成围绕PSII的循环电子的循环电子流流（P680PheoCyb559P680）,电子进行无效循电子进行无效循环。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

27、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

28、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：活性氧清除通过以上两道防线仍未被耗散掉通过以上两道防线仍未被耗散掉的激发能，可能在的激发能，可能在PSII中转移给中转移给O2而形成而形成1O2，或以激发态电子的，或以激发态电子的形式在形式在PSI受体端交给受体端交给O2而形成氧而形成氧自由基自由基O2-这时便需要通过酶促的或非酶

29、促这时便需要通过酶促的或非酶促的途径将活性氧加以清除的途径将活性氧加以清除。SODCATO2O2.-2O2.-+2H+O2+H2O2 ;2H2O2 O2 +2H2O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，而且光照愈强，逆境危害愈重；且光照愈强，逆境危

30、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化学效率可避免地降低了光化学效率,按传统按传统的

31、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标志；下降是热耗散增加的标志；Fo升高是作用中心

32、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qP.5.6.7.8.9Fv/Fm.4.5.6.7.8NaCl(mmol/L)050100150200250PSII.2.3.4.5(A)(B)(C)NaCl胁迫对杂交酸模叶片光胁迫对杂交酸模叶片光化学猝灭系数（化学猝灭系数（qP）、）、PSII反反应中心光能捕获效率应中心光能捕获效率（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)273033363

33、9424548Fv/Fm.2.3.4.5.6.7.8PSII.1.2.3.4.5.6.7qP.4.5.6.7.8.9Temperature(oC)2730333639424548NPQ0.0.51.01.52.02.53.03.54.0(A)(B)(C)(D)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（Fv/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

34、mmol/L NaCl NaCl(mmol/L)0100200300PSII.1.2.3.4.5.6Fv/Fm.45.50.55.60.65.70.75qP.50.55.60.65.70.75.80(A)(B)(C)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,)的影响的影响：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PFD(mol m-2 s-1)0200 400 600

35、800100012001400 PSII0.0.2.4.6.8HL(t)maizeHLmaize0200 400 600 8001000120014000.0.2.4.6.8LL(t)maizeLLmaize PSII0200 400 600 800100012001400Fv/Fm0.0.2.4.6.80200 400 600 800100012001400Fv/Fm0.0.2.4.6.8LL(t)maizeLLmaize0200 400 600 800100012001400qP0.0.2.4.6.81.01.20200 400 600 8001000120014000.0.2.4.6.8

36、1.01.2qPPFD(mol m-2 s-1)PFD(mol m-2 s-1)PFD(mol m-2 s-1)PFD(mol m-2 s-1)PFD(mol m-2 s-1)LL(t)maizeLLmaizeLL(t)maizeLLmaizeHL(t)maizeHLmaizeHL(t)maizeHLmaize 图图9 9 高温高温（4 2 ,4 2 ,24h24h）处理）处理前后阴生和前后阴生和阳生玉米叶阳生玉米叶片片PSII、Fv/Fm，qP对光强的对光强的响应响应APo(in%relative to 25 oC)204060801001203 d7 d11 d80BFo(in%relat

37、ive to 25 oC)80901001101201301401500CTemperature(oC)20253035404550Fm(in%relative to 25 oC)6070809010011080高温对不同叶龄沙地榆叶片Fo、Fm的影响00.20.40.60.82 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30Time(min)PSIICK-Mn0501001502002 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30Time(min)ETRCK-Mn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

38、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。00.20.40.60.811.20306090120150180Time(min)qP CK-Mn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Time(h)0510152025Fv/Fm0.0.2.4.6.81.0RecoveryStress 低温和低温弱光胁迫下甜椒低温和低温弱光胁迫下甜椒Fv/FmFv/Fm的响应及其随后的的响应及其随后的恢复。恢复条件为恢复。恢复条件为25 25 C C和和100 100 mol mmol m-2-2 s

39、 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。Time(h)02468ETR(mol m-2s-1)0816243240 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，对照；，对照；，低温弱光胁迫（，低温弱光胁迫（4 和和100 mol m-2 s-1光强）；光强）；，MV处理（处理（4 和和100 mol m-2 s-1光强）；光强）；，AsA处理（处理（4 和和100 mol m-2 s-1光强）光强）00.20.40.60.81PSll0.20.40.60.8105101520PEG(%)Fv/Fm14790.

40、0020.0040.0060.008NPQ0200400600800100005101520PEG(%)P rate(mol.m-2.s-1)1479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、PSIIPSII、P Praterate、及、及NPQNPQ的变化的变化PFD 1200 PFD 20 4000.20.40.60.810246PSll PFD 12000.40.50.60.70.80.90246Time(hour)Fv/Fm14810PFD

41、400 PFD 20 40 00.20.40.60.810246PSll0.40.60.810123456Time(hoour)Fv/Fm1479 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图1 800.050.10.150.20.250.3012345ontogenetic periodsP S50s70s90s图2 10.30.40.50.60.70

42、.8012345ontogenetic periodsqE50s70s90s图2 200.050.10.150.20.250.3012345ontogenetic periodsqT50s70s90s图2 300.10.20.30.40.5012345ontogenetic periodsqI50s70s90s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Pn010203040681012141618Time of the day(hour)Pn(mol.m-2.s-1)CK1D1W 1Pn-50510152025681012141618Time of the day(hoour)P

43、n(mol.m-2.s-1)CK2D2W2Pn-4-2024681012681012141618Time of the day(hour)Pn(mol.m-2.s-1)CK3D3W3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 nodePSll00.20.40.60.8168101214161820Time of the day(hour)PSllCK 1CK 2CK 3PSll68101214161820Time of the day(hour)D 1D 2D 3PSl

44、l68101214161820Time of the day(hour)W 1W 2W 3NPQ00.0030.0060.0090.0120.015NPQ(1/Fm)NPQNPQ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C K 1C K 2C K 3C K 1C K 2C K 3W 1W 2W 3W 1W 2W 3D 1D 2D 3D 1D 2D 3正常浇水正常浇水长期淹涝长期淹涝长期干旱长期干旱中午测定值中午测定值一天平均值一天平均值中午测定值中午测定值一天平均值一天平均值中午测定值中午测定值一天平均值一天平均值P37%D56%P34

45、%P29%P58%P55%P53%D58%D63%D36%D41%D43%P16%P15%11%P47%P41%P37%D73%D74%D78%D49%D53%D58%P32%P34%P22%P55%P54%P52%D59%D58%D69%D41%D42%D44%长期干旱及淹涝胁迫大豆一天长期干旱及淹涝胁迫大豆一天中对吸收光能分配的平均值及中中对吸收光能分配的平均值及中午时对吸收光能的分配午时对吸收光能的分配02004006000100200300400500600700800Bits叶片由黑暗转入强光后叶绿素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

46、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 Gs02004006000100200300400Gs(mmol.m-2.s-1)oldyoungPn061218240100200300400Tim （min）Pn(mol.m-2.s-1)oldyoung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转入强光后，不同叶龄大豆叶片由黑暗转入强光后，不同叶龄大豆叶片PSPS、NPQNPQ等等的变化的变化012345051 01 5NPQ5 d2 0 d3 5 d00.10.20.30.40.5051 01 5PSll5 d2 0 d3 5

47、 d5 01 5 02 5 03 5 04 5 05 5 0051 01 5Tim e,m inFs5 d2 0 d3 5 d5 01 5 02 5 03 5 04 5 05 5 06 5 0051 01 5Tim e,m inFm5 d2 0 d3 5 d A A-2024681012010002000300040005000Time(s)PnPnB050100150200250010002000300040005000TimeGs 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()叶片由叶片由黑暗转到黑暗转到1200molm-2s-1光光强下，净光合速率强下，净光合速率(

48、Pn),气气孔导度（孔导度（Gs)和和PSII光化学光化学效率（效率（PSII）对光强的响对光强的响应。应。00.10.20.301000200030004000TimePSII图6 200.20.40.60.811.2110100100010000 100000 1E+06time(s)VtckETHIJPNew approach developped by Prof.Reto Strasser-Geneva University,Bioenergetics Lab.JIP test application and theory of energy flux Time(s)010020030

49、0Fluorescence intensity010002000300040005000Time(s)10-610-510-410-310-210-1100101102103Fluorescence intensity010002000300040005000ABOOPPTT 从从O O点到点到P P点的荧光上升过程称为快速叶绿素点的荧光上升过程称为快速叶绿素荧光诱导动力学曲线，主要反映了荧光诱导动力学曲线，主要反映了PSPS的原初光的原初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点到点到T T点的下降阶段主要反映了光合碳代点的下降阶段主要反映

50、了光合碳代谢的变化，随着光合碳代谢速率的上升，荧光强谢的变化，随着光合碳代谢速率的上升，荧光强度（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制式荧光荧光仪：调制式荧光荧光仪：FMS-1FMS-1、FMS-2FMS-2、PAMPAM等（主等（主要用来研究叶绿素荧光诱导动力学曲线的下降要用来研究叶绿素荧光诱导动力学曲线的下降阶段，即光合作用的暗反应）阶段，即光合作用的暗反应）连续激发式荧光仪：连续激发式荧光仪：PEAPEA、HandyHandyPEAPEA、PEA PEA SeniorSenior（主要用来研究快速叶绿素荧光诱导动（主要用来研究快速叶绿素荧光诱导动力学，即光