网络出版时间：2014-04-25 14:14
网络出版地址：https://www.doczj.com/doc/511429341.html,/kcms/doi/10.13287/j.1001-9332.20140425.001.html
遮阴对堇叶紫金牛光合特性和叶绿素荧光参数的影响*
张云1, 2, 3夏国华2,3**马凯4李根有2代英超2
(1浙江农林大学风景园林与建筑学院，浙江临安311300；2浙江农林大学林业与生物技术学院，浙江临安311300；3浙江
农林大学亚热带森林培育国家重点实验室培育基地，浙江临安311300；4杭州市旅游职业学校，杭州310052)
摘要堇叶紫金牛是一种特产于浙江和台湾的珍稀濒危植物。为了解堇叶紫金牛对光的需求及适应
规律，研究不同光照强度(遮阴率90%、60%、25%及全光照)对其光合特性和叶绿素荧光参数的影响。
结果表明：全光照条件下堇叶紫金牛净光和速率(P n)、气孔导度(G s)日变化曲线均呈“双峰型”，出现光
合“午休现象”，而遮阴处理下均呈“单峰型”。随遮阴率的增加，堇叶紫金牛叶片P n和表观量子效率(AQY)
均呈先升高后降低的趋势，光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)均呈降低趋势，G s、蒸腾速率(T r)、原初光
能转换率(F v/F m)和PSII潜在活性(F v/F o)均呈升高趋势。遮阴造成叶绿素总量、类胡萝卜素(Car)含量的
增加和Chla/b的降低。遮阴率25%条件下，堇叶紫金牛根冠比(R/T)和比叶重(LMA)均达到最大值。堇
叶紫金牛对不同光环境表现出较强的适应性和可塑性，表明光照不足不是其野外种群致濒的主要原因。
关键词堇叶紫金牛遮阴光合特性叶绿素荧光
文章编号中图分类号Q945 文献标识码A
Effects of shade on photosynthetic characteristics and chlorophyll fluorescence of Ardisia violacea.
ZHANG Yun1,2,3, XIA Guo-hua2,3, MA Kai4, LI Gen-you2, DAI Ying-chao2(1School of Landscape Architecture,Zhejiang Agricultural and Forestry University,Lin’an311300, Zhejiang,China;2School of Forestry and Biotechnology, Zhejiang Agricultural and Forestry University, Lin'an 311300, Zhejiang,China;
3Nurturing Station for State Key Laboratory of Subtropical Silviculture, Zhejiang Agricultural and Forestry University, Lin'an311300,Zhejiang,China; 4Hangzhou Tourism Vocational School,Hangzhou 310052,
China)
Abstract: Ardisia violacea is one of the rare and endangered species, and distributes only in Zhejiang and Taiwan Provinces in China. In order to understand the light requirement and adaptability of A. violacea, the effects of different light intensity (shading rate of 90%, 60%, 25%, and the full light) on leaf photosynthetic characteristics and chlorophyll fluorescence of A. violacea were studied. The photosynthetic rate (P n) and stomatal conductance (G s) of A. violacea had bimodal curve and ‘midday depression’ phenomenon occurred
in full bright light, but unimodal curve in the shading treatments. With the increasing shading degree, the P n
and apparent quantum efficiency (AQY) first increased, and then decreased, the light compensation point (LCP) and light saturation point (LSP) decreased,G s, transpiration rate(T r), original light energy conversion (F v/F m) and potential activity of PSII (F v/F o) increased. The total quantity of chlorophyll and the carotenoid (Car) content increased, and Chla/b decreased under shading conditions. When the shading rate was 25%, the specific leaf mass (LMA) and root to shoot (R/T) ratio of A. violacea reached the maximum. A. violacea possessed strong plasticity and fitness to different light environments, suggesting light could not be the main limiting factor for natural regeneration of A. violacea populations.
Key words:Ardisia violacea; shade; photosynthetic characteristics; chlorophyll fluorescence.
植物对环境的响应首先表现在生理和生态功能上，如光合作用类型、水分利用程度、生长发育差异等，然后才表现出形态、结构上的差异[1]。光是影响植物生长、存活和分布的重要生态因子，它以
环境信号的形式作用于植物，通过光敏色素等作用途径调节植物生长、发育和形态建成，使植物更好
地适应外界环境[2-4]。研究表明，光影响植物叶片形态、解剖结构、光合生理特性、营养物质的吸收及
营养物质在植物体内的重新分配等一系列生理过程，使植物生长发育受到不同程度的影响[5-7]。遮阴条
*浙江农林大学科研发展基金项目(2008FK53)、国家自然科技资源平台项目(2005DKA21403)和浙江省重大科技攻关项目
(2006C12059-2)资助.
**通讯作者. E-mail: zjfc_ghxia@https://www.doczj.com/doc/511429341.html,
件下，植物通常通过降低根冠比(R/T)、减小比叶重(LMA)和增大比叶面积(SLA)、降低光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)、增大表观量子效率(AQY)、增加光合色素含量和降低Chla/b等进行植物光合作用和光形态建成[8-12]。植物耐阴性是指植物在弱光条件下的生活能力，是由植物的遗传特性和植物对外部光环境变化的适应性两方面决定的[13-14]。近年来，有关光环境对珍稀濒危植物影响的研究得到重视，如报春苣苔(Primulina tabacum) [14 ]、川贝母(Fritillaria cirrhosa)[15 ]、崖柏(Thuja sutchuenensis) [16 ]、金花茶(Camellia chrysantha) [17 ]、欧洲红豆杉(Taxus baccata) [18 ]等对不同光强的光合特性和其他生理特性的响应[14-18]。这些研究有助于理解濒危植物对光环境的适应机制，为它们的就地或异地保存提供依据[16-19]。
堇叶紫金牛(Ardisia violacea)，又名裹堇紫金牛，属紫金牛科紫金牛属，是一种特产于浙江和台湾的珍稀濒危植物，对研究海峡两岸的植物区系具有较高的学术价值。马凯等[20-21]研究发现，堇叶紫金牛主要分布在光照、土壤、水分、养分等相对充足的林窗、林斑和岩石缝隙，在乔、灌木层不发达，在林下环境较为宽松的杉阔混交林中形成大量群聚；其幼龄级数量比较丰富，生长较好；幼苗很容易在生长过程中受到光照、水分等环境因素的制约，种内、种间竞争可以导致成年植株数量减少。本文研究不同光强(遮阴)处理下，堇叶紫金牛的光合特征及叶绿素荧光参数，从生理学角度探讨光照对堇叶紫金牛生长更新的影响，以期为堇叶紫金牛的种群保育和复壮提供科学依据。
1 研究地区与研究方法
1.1研究区概况
试验于2011年4—10月在浙江省临安市浙江农林大学试验基地进行(30°15′54.56″N，119°43′15.45″E)，该区位于中亚热带季风气候区南缘，温暖湿润，光照充足，雨量充沛，四季分明。年均降水量1613.9 mm，降水日数158 d，全年降水多集中在5—9月，年均温15.8℃，1月均温3.4℃，7月均温28.1℃，无霜期237d。
1.2试验设计
选取生长健壮的堇叶紫金牛扦插苗进行盆栽(上口径16.5 cm，下口径13.6 cm，高17 cm)，栽培基质按田园土:腐叶土:粗沙=2:3:1(V:V:V)的比例混合。2011年4月上旬上盆，盆栽适应30 d后，选择生长一致的60盆，用竹子搭建2 m高的荫棚，用黑色塑料遮阴网和白色纱网进行遮阴处理，分别固定黑色塑料遮阴网两层、黑色塑料遮阴网一层、白色纱网遮阴，遮阴网四周底线离地面40 cm，便于通风。在不同光强下用ZDS-10型自动换挡数字式照度计反复测定不同处理的遮阴率，分别为90%、60%、25%，以全光照(遮阴率为0)为对照。遮阴处理4个月后进行采样，每次采样时随机采取3盆植株上部成熟叶2~3片，每次采样3次重复，采样后的植株不再重复采样。叶片去除叶柄后装入封口袋编号，置入冰桶中带回实验室备用。
1.3测定项目与方法
1.3.1叶片光合参数测定2011年9月21日和22日，采用Li-6400便携式光合仪，选择配备红蓝光源的2~3 cm标准叶室。7:00—10:00测定光响应曲线，通过光合仪的自动记录功能在光合有效辐射(P AR)0~1500μmol·m-2·s-1连续测定，光照强度梯度为1500、1200、1000、800、600、400、300、200、150、100、80、50、20、0μmol·m-2·s-1，平均每次测定时间为200s，记录堇叶紫金牛的净光和速率(P n)和相关指标。7:00—18:00测定P n日变化，全天测9次，即7:00、8:30、9:30、10:30、12:00、13:30、15:00、16:30、18:00，同时测定胞间CO2浓度(C i)、蒸腾速率(T r)和气孔导度(G s)。
1.3.2叶绿素荧光参数测定采用Li-6400配备荧光叶室6400-40，9月23日7:00—18:00，全天测定9次，即7:00、8:30、9:30、10:30、12:00、13:30、15:00、16:30、18:00。测定指标初始荧光(F o)、最大荧光(F m)、可变荧光(F v)和PSII最大光化学效率(F v/F m)，每次测定6个叶片，取平均值。
1.3.3叶绿素含量和叶形态参数的测定9月27日选取新鲜叶片，擦拭干净，去主脉，剪碎混匀。称取0.2 g，每处理3次重复，以95%乙醇研磨，提取，过滤，定容至25 mL，采用分光光度计测定提取液的吸收光谱，然后读出各提取液分别在664、647、466 nm处的吸光度。按照Arnon[4]公式，计算出每克叶片的叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)和类胡萝卜素(Car)含量。
9月24日用Li-6400便携式光合仪测定叶片面积，每次测定采6株，每株采6片叶，每叶测定3
次。称鲜质量后于105℃烘箱杀青30 min，80℃烘至恒量，分别称取根、茎、叶干质量。计算比叶重(LMA)=叶干重/叶面积，比叶面积(SLA)=叶面积/叶干重，根冠比(R/T)=根生物量/茎、叶生物量之和[9-10,22]。
1.4 数据处理
采用Excel 2010软件对数据进行统计分析，采用单因子方差分析(one-way ANOV A)和LSD法进行方差分析和多重比较(P<0.05)，图表中数据为平均值±标准误。
2 结果与分析
2.1遮阴对堇叶紫金牛叶片光合日变化的影响
由图1可知，4种处理下堇叶紫金牛叶片叶室空气温度和叶片温度的平均值均无显著差异，并且变化趋势相同。全光照条件下堇叶紫金牛P n和G s日变化曲线均呈“双峰型”，出现光合“午休现象”；而遮阴处理下均呈“单峰型”。遮阴率25%和60%处理下，P n峰值均出现在8:30，分别为5.86和6.16 μmol CO2·m-2·s-1；全光照条件下2个峰值出现在9:30和12:00，分别为4.05和2.83 μmol CO2·m-2·s-1；遮阴率90%条件下，P n峰值出现最晚，为3.53 μmol CO2·m-2·s-1。全光照、遮阴率25%、遮阴率60%处理下，G s均在9:30达到全天最高值，分别为27.41、31.35和32.26 mmol H2O·m-2·s-1；而遮阴率90%处理下，峰值出现在12:00，为27.91 mmol H2O·m-2·s-1。4种遮阴处理下，C i日变化均先下降后上升，但出现低谷的时间不同：在遮阴率60%和90%处理下，C i出现低谷的时间为9:30，分别为79.66和114.92 μmol CO2·m-2·s-1，而在全光照和遮阴率25%处理下，C i出现低谷的时间为8:30，分别为109.15和64.75μmol CO2·m-2·s-1。T r日变化先上升后下降，呈“单峰型”。遮阴率60%处理下，T r峰值出现最早，为9:30，峰值为1.33 mmol H2O·m-2·s-1；而全光照条件下，T r峰值出现最晚，为13:30，且峰值最高，为1.49 mmol H2O·m-2·s-1。
图1不同遮阴处理下堇叶紫金牛的光合日变化
Fig. 1Diurnal variation of photosynthesis of Ardisia violacea in different shading treatments.
T air: Air temperature; T leaf: Leaf blade temperature; P n: Net photosynthetic rate, G s:Stomatal conductance, C i: Intercellular CO2 concentration; T r: Transpiration rate. Ⅰ: 遮阴率90% Shading rate of 90%；Ⅱ: 遮阴率60% Shading rate of 60%；Ⅲ: 遮阴率25% Shading rate of 25%；Ⅳ: 遮阴率0 Shading rate of 0. 下同The same below.
2.2遮阴对堇叶紫金牛叶片光合-光响应曲线的影响
2.2.1遮阴对堇叶紫金牛LCP、LSP和P max的影响由图2可知，不同遮阴处理下P n均高于全光照，且以遮阴率60%处理下P n最高。P n随P AR增加而上升，当P AR在0~400 μmol·m-2·s-1时，P n上升迅速；当P AR为400 μmol·m-2·s-1P n上升速度逐渐减慢，当P AR>800 μmol·m-2·s-1，P n趋于稳定。
与全光照相比，遮阴处理下堇叶紫金牛叶片P n、表观量子效率(AQY)均增加(表1)，而LSP、LCP 则表现出不同程度的下降趋势(表2)。全光照条件下，堇叶紫金牛光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)均最高，分别为1000和25.3 μmol·m-2·s-1；而全光照下最大净光合速率(P max)最低，仅为2.21 μmol CO2·m-2·s-1，AQY也最低，为0.0191。遮阴率25%和60%处理下，堇叶紫金牛叶片LSP均下降至800 μmol·m-2·s-1，但P max较高，分别为3.21和3.93 μmol CO2·m-2·s-1，AQY分别为0.0279和0.0292。遮阴率90%处理下，堇叶紫金牛叶片LSP最低，仅为400 μmol·m-2·s-1，而此时LCP为12.9 μmol·m-2·s-1，与遮阴率60%处理下相当，且P max保持在一个较高的水平。
图2不同遮阴处理下堇叶紫金牛光合-光响应曲线
Fig. 2 Net photosynthetic rate-light response curves of Ardisia violacea leaves in different shading treatments.
表1不同遮阴处理下堇叶紫金牛表观量子效率及回归方程
Table 1 AQY and the regression equation of Ardisia violacea leaves in different shading treatments
遮阴率表观量子效率回归方程R2
Shade rate (%)AQY Regression equation
00.0191y=0.0191x-0.48390.91 250.0279y=0.0279x-0.40180.98 600.0292y=0.0292x-0.37670.95 900.0270y=0.0270x-0.34830.98
表2不同遮阴处理下堇叶紫金牛叶片LCP、LSP和P max
Table 2 LCP、LSP and P max of Ardisia violacea leaves in different shading treatments
遮阴率Shade rate(%)
LSP
(μmol·m-2·s-1)
LCP
(μmol·m-2·s-1)
P max
(μmol CO2·m-2·s-1)
图3不同遮阴处理下堇叶紫金牛叶片G s 、C i 、T r 和WUE 对光强的响应
Fig. 3Response of stomatal conductance (G s ), intercellular CO 2 concentration (C i ), transpiration rate (T r ), water use efficiency
遮阴率
Shade
rate (%)
F o F m F v F v /F m F v /F o
13.03±0.86b 42.40±1.77c 29.37±1.51c 0.69±0.01b 2.26±0.18b 25
13.70±1.07b 68.83±1.96b 55.13±2.85b 0.80±0.01a 4.05±0.34a 60
14.10±0.56b 71.13±0.49b 57.03±1.35b 0.80±0.01a 4.05±0.17a 9016.20±0.72a 82.00±1.31a 65.80±1.73a 0.80±0.01a 4.07±0.15a 同列不同字母表示处理间差异显著(P ＜0.05)Different letters in the same column meant significant difference among treatments at 0.05 level. 下同The same below.
2.4遮阴对堇叶紫金牛叶片叶绿素含量的影响
由表5可知，堇叶紫金牛叶片Chla 、Chlb 、Chl(a+b)和Car 含量均随遮阴率增加而升高，且均在遮
阴率90%处理下达到最大值，分别为1.75、1.02、2.78和0.38 mg·g-1，与全光照相比分别增加1.3倍、2.1倍、1.5倍和49.6%。Chla和Chl(a+b)在遮阴率25%和60%处理间差异不显著，其余各处理间差异均显著。Chlb和Car含量在遮阴率90%与其他3个处理间差异显著，其余各处理间差异不显著。Chla/b 随遮阴率增加呈下降趋势，在遮阴率90%处理下最小，为1.72，并与其他3个处理差异显著。
表5不同遮阴处理下堇叶紫金牛叶片光合色素含量
Table 5Photosynthetic pigment contents of Ardisia violacea leaves in different shading treatments
遮阴率Shade rate (%)Chl(a+b)
(mg·g-1)
Chla
(mg·g-1)
Chlb
(mg·g-1)
Chla/b Car
(mg·g-1)
0 1.11±0.03c0.78±0.00c0.33±0.03b 2.34±0.19a0.26±0.01b
25 1.23±0.07b0.84±0.04b0.39±0.03b 2.17±0.10ab0.24±0.01b
60 1.38±0.11b0.94±0.06b0.45±0.04b 2.08±0.06b0.25±0.02b
3.1遮阴对堇叶紫金牛叶片光合参数日变化的影响
植物叶片P n的大小是衡量植物光合作用能力强弱的重要指标，影响P n的因素主要有C i、G s和T r，它们在植物光合作用过程中共同作用，保障光合作用的顺利进行。气孔是CO2进入和水分散失的门户，G s的变化直接影响光合作用和蒸腾作用。G s受环境因子的影响很大，适宜的光强和温度有利于气孔开张，气孔阻力降低，G s增大；否则，G s降低，C i下降，影响光合作用[24]。由于早上光强较低，以及晚上呼吸作用积累了较多的CO2，所以堇叶紫金牛早上C i较高。遮阴处理下G s日变化呈先上升后下降趋势，C i反之，反映出G s与C i的反馈调节作用。遮阴降低了堇叶紫金牛的T r，但对其日变化总体趋势影响不大。在全光照条件下，堇叶紫金牛出现了“光合午休”现象，这是因为外界环境中光强和温度升高，超出其光合作用的最高点，强光和高温对植株的胁迫作用，导致气孔完全或部分关闭从而引起了“光合午休”现象的发生[25]。从外界环境的光强、温度日变化(7:00—10:00)看，P n的增加与P AR和温度呈正相关；10:30—12:00后光强和温度的继续上升超过了光合作用的最适条件，G s下降，而此时蒸腾速率(T r)并未下降，说明气孔并非其限制因子，可能是与非气孔限制因素，如酶的作用、羧化效率的变化以及
叶绿体内部和叶片结构等的改变共同作用的结果[26]。在遮阴率25%和60%处理下P max均高于全光照，说明适度遮荫提高了气孔导度，降低了气孔限制值，CO2和水蒸气进出气孔阻力小，有利于光合速率的提高[27]。遮阴率90%处理下P n低于全光照，说明重度遮阴抑制了堇叶紫金牛的光合能力。堇叶紫金牛在全光照条件下生长正常，叶片没有受到日灼的危害，且P n、G s、T r均较低，说明堇叶紫金牛叶表面保护组织比较发达。
3.2遮阴对堇叶紫金牛光响应参数的影响
植物光响应曲线变化是研究植物光合能力的一种重要手段[10]。不同遮阴处理下堇叶紫金牛叶片P n 均随P AR的增加而上升，上升到一定程度后趋于稳定。表观量子率(AQY)是光合作用中光能转化效率的一种量度，反映叶片在弱光情况下的光合能力。AQY越大，植物利用弱光能力越强[5,16,27]。堇叶紫金牛在弱光下的AQY比全光环境下高，说明它对弱光具有较强的适应性。
光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)反映了植物叶片对光强和弱光的利用能力，代表了植物的需光特性和需光量[28]。较低的LCP和LSP使植物在有限的光照条件下以最大能力利用低光量子密度，这与低光强下单位叶面积叶绿素含量升高和呼吸速率降低有关，进行最大可能的光合作用，从而促进有机物的积累，维持碳平衡以满足其生存生长的能量需要。一般来说，LCP低且LSP也低的植物具有很强的耐阴性[29]。全光照条件下堇叶紫金牛LCP和LSP分别为25.3和1000 μmol·m-2·s-1；而在3个遮阴处理下LCP和LSP均有很大程度的降低，这表明堇叶紫金牛具有较强的耐阴性。
本研究中，不同遮阴处理下G s均高于全光照，表明堇叶紫金牛叶片G s随遮阴率增加而升高，遮阴有利于堇叶紫金牛气孔开放。堇叶紫金牛C i随着P AR的增加而下降，在遮阴率90%处理下，堇叶紫金牛C i较全光照高，这也可能是重度遮阴处理下堇叶紫金牛P n比全光照高的一个原因[9-10,30]。全光照条件下，堇叶紫金牛P AR增加时，G s平稳上升，C i下降；而遮阴条件下，G s与C i的变化与全光照一致，且遮阴条件下P n均高于全光照，说明遮阴条件下并未发生气孔抑制[9,15]，适度遮阴提高了堇叶紫金牛的光能利用效率。堇叶紫金牛T r随P AR增加而上升，遮阴率90%和60%处理下，堇叶紫金牛T r
较全光照高，而遮阴率25%处理下T r较全光照低。叶片水分利用率(WUE)是植物在有限水分条件下的重要生理指标[31]。堇叶紫金牛WUE在遮阴处理下均高于全光照，且随P AR增加而上升。相关性分析表明，堇叶紫金牛叶片P n与T r、G s呈显著正相关，其中，P n与T r相关性最高(r=0.975)，说明P n受T r 影响最大。遮阴下WUE高于全光照，且其与P n呈显著正相关，表明蒸腾作用促进气孔开放，CO2和水蒸气进出气孔阻力小；另外，T r的提高有利于水分、矿质营养和碳水化合物等的运输，进而促进了堇叶紫金牛P n的提高[27,30]。
3.3遮阴条件下叶绿素荧光参数变化分析
叶绿素荧光与光合作用效率密切相关，任何环境因素对光合作用的影响都可以通过叶绿素荧光反映出来。环境胁迫会引起F o的升高和F m的降低。PSII潜在活性F v/F o和PSII最大光化学效率F v/F m可作为是否发生光抑制的指标，F v/F m越大，表明PSII的原初光能转换效率越高。随着遮阴率的增加，F o、F m、F v、F v/F m和F v/F o均增大。正常光照条件下，植物的F v/F m一般在0.75~0.85[31-33]。而全光照条件下堇叶紫金牛的F v/F m为0.69，说明在全光照条件下堇叶紫金牛的生长受到一定程度的强光胁迫[16]，这与光合日变化和AQY的推论具有一致性，而在3种遮阴处理条件下，F
/F m均为0.8左右，进一
v
步证明了堇叶紫金牛更适应光照较弱的环境。
3.4 遮阴条件下堇叶紫金牛叶绿素含量变化分析
叶绿素在光合作用中起着光能吸收、传递和转化的作用，而类胡萝卜素参与光能捕获和光破坏防御两个重要过程。不同光环境中，植物通常会通过改变这2种光合色素的比例适应环境因子的变化[34]。堇叶紫金牛叶片Chla、Chlb、Chl(a+b)和Car含量均随遮阴率增加而升高，而Chla/b随遮阴率增加而下降，这与薛伟等[10]对疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia)遮阴条件下叶绿素参数响应的结果一致。遮阴条件下Chlb、Chl(a+b)和Car含量均升高，Chla/b降低，这是植物对弱光利用能力强的反应[22,35-37]。阳性植物的Chla/b约为3，而耐荫植物的Chla/b约为2.3[38]，堇叶紫金牛在全光照条件下Chla/b为2.34，这也说明堇叶紫金牛能够忍耐很大程度的荫蔽。
3.5遮阴对堇叶紫金牛叶片形态参数的影响
叶片是对环境变化较敏感且变异性和可塑性较大的器官[27]。比叶重(LMA)是影响叶片光合能力的重要因素，它与光合能力呈正相关。同时，LMA降低是植物对低光环境的典型形态学反应。比叶面积(SLA)是表示叶厚的指标，SLA越小，说明单位叶面积越小，叶片越厚，这是植物减少光能捕获，避免光合机能遭受强光破坏的策略之一。根冠比(R/T)大小反映了植物地下部分与地上部分的相关性[3,13,39]。遮阴条件下，植物叶形态的适应性改变主要表现在叶片SLA增加，LMA和R/T降低以及生物量的增加等[19,39]。堇叶紫金牛在遮阴率60%和90%处理下，SLA比全光照条件下高，而LMA、R/T比全光照条件下低；说明在中、重度遮阴条件下，堇叶紫金牛通过扩大叶面积、增加生物量等来最大限度地进行光合作用，制造有机物，满足生长发育的需求。弱光下，与非耐荫植物相比，耐荫植物的SLA较小，而R/T较高。植物生物量在地上部分和地下部分的分配可能存在着权衡机制，弱光下，植物生物量分配向地上部分转移，降低了地下贮藏物质的积累[40-41]。本研究中，堇叶紫金牛的LMA和R/T随遮阴率的增加先升高后降低，在遮阴率25%处理下，达到最大。这可能是植株在地上部分充足的营养物质储备和弱光下的形态学可塑性之间进行权衡的结果[41]，全光照条件下，植物为了避免吸收过量的光能引起光抑制，会减小对叶片生物量的投入，缩小叶面积[13]。
阴生植物捕光能力强，光合效率较高，易发生强光抑制；阳生植物对强光的适应性高，光合效率较高[15]。本研究表明，堇叶紫金牛既不是典型的阴生植物，也不是典型的阳生植物，轻度(遮阴率25%)和中度(遮阴率60%)遮阴有利于提高其光合作用。从而推测，光环境不是其野外群体致濒的主要原因。要探求堇叶紫金牛的致濒机制需进一步研究。
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作者简介张云,女,1988年生,硕士研究生. 主要从事野生植物资源引种及应用研究. E-mail: sweets-2008@https://www.doczj.com/doc/511429341.html, 责任编辑孙菊
叶绿素的光敏性质探究（与二氢卟吩e4对比） 研究背景 光敏剂的光漂白（photobleaching）是指在光的照射下，光敏剂所激发出来的荧光强度随着时间推移逐步减弱乃至消失的现象，这是光动力诊断临床应用中考虑光剂量和检测需用时间的一个重要因素。 长波红光在组织中具有较大的穿透深度，从而能保证足够的治疗深度：大的吸光度能保证充分利用光能量和尽可能减少药物剂量；光敏剂吸光度的大小是决定药物剂量的理论依据。过多的光敏剂分布于癌组织中势必会影响光的穿透深度，然而使用过少的光敏剂又不能产生应有的疗效。因此，光敏剂的使用剂量要依据其吸光度的大小和肿瘤组织的大小来权衡。 对于同一种光敏剂，它的漂白时间将随入射光的光能流率的增大而减小。再次，除了与光敏剂的类型有关外，还与初始浓度和入射光源的波长有关。初始浓度越大，光漂白时间越长。 实验意义：探究不同浓度的叶绿素在不同光源、不同时间的照射下，其吸光度随时间的变化，探测其光漂白特性，为更好地在临床应用上要保持光敏剂的有效杀伤浓度，且控制好光敏剂的激发时间，这样才能保证治疗的效果。 初步设想： 探究叶绿素在不同浓度，不同光源，不同光照时间对光的敏感性：（1）用紫外检测得到叶绿素的紫外可见吸收光谱，与二氢卟吩e4的光谱图比较。（最好能同时测定荧光光谱） （2）在叶绿素的最大吸收波长处检测浓度为0.05 mg/ml ，0.1 mg/ml ，0.2 mg/ml ，0.3 mg/ml， 0.4mg/ml的叶绿素的吸光度，并制作曲线图，验证其是否符合朗伯-比尔定律。 （3）实验设置了不同的六组光源：白光、红外光、黄光、绿光、蓝光、紫外光，分别对0.4mg/ml的叶绿素待测样品进行垂直照射10min、20min、30min、40min、50min、60min、80min、100min，取照射后的各样品进行紫外-可见吸收光谱的检测，通过光谱的变化，探究光敏剂叶绿素明显的光漂白特性。
第一节 叶绿素荧光参数及其意义 韩志国，吕中贤（泽泉开放实验室，上海泽泉科技有限公司，上海，200333） 叶绿素荧光技术作为光合作用的经典测量方法，已经成为藻类生理生态研究领域功能最强大、使用最 广泛的技术之一。由于常温常压下叶绿素荧光主要来源于光系统II 的叶绿素a ，而光系统II 处于整个光合 作用过程的最上游，因此包括光反应和暗反应在内的多数光合过程的变化都会反馈给光系统II ，进而引起 叶绿素a 荧光的变化，也就是说几乎所有光合作用过程的变化都可通过叶绿素荧光反映出来。与其它测量 方法相比，叶绿素荧光技术还具有不需破碎细胞、简便、快捷、可靠等特性，因此在国际上得到了广泛的 应用。 1 叶绿素荧光的来源 藻细胞内的叶绿素分子既可以直接捕获光能，也可以间接获取其它捕光色素（如类胡萝卜素）传递来 的能量。叶绿素分子得到能量后，会从基态（低能态）跃迁到激发态（高能态）。根据吸收的能量多少， 叶绿素分子可以跃迁到不同能级的激发态。若叶绿素分子吸收蓝光，则跃迁到较高激发态；若叶绿素分析 吸收红光，则跃迁到最低激发态。处于较高激发态的叶绿素分子很不稳定，会在几百飞秒（fs ，1 fs=10－15 s ）内通过振动弛豫向周围环境辐射热量，回到最低激发态（图1）。而最低激发态的叶绿素分子可以稳定 存在几纳秒（ns ，1 ns=10－9 s ）。 波长吸收荧光红 B 蓝 荧光 热耗散 最低激发态较高激发态基态吸收蓝光吸收红光能量A 图1 叶绿素吸收光能后能级变化（A ）和对应的吸收光谱（B ）（引自韩博平 et al., 2003） 处于最低激发态的叶绿素分子可以通过几种途径（图2）释放能量回到基态(韩博平 et al., 2003; Schreiber, 2004)：1）将能量在一系列叶绿素分子之间传递，最后传递给反应中心叶绿素a ，用于进行光化 学反应；2）以热的形式将能量耗散掉，即非辐射能量耗散（热耗散）；3）放出荧光。这三个途径相互竞 争、此消彼长，往往是具有最大速率的途径处于支配地位。一般而言，叶绿素荧光发生在纳秒级，而光化 学反应发射在皮秒级（ps ，1 ps=10－12 s ），因此在正常生理状态下（室温下），捕光色素吸收的能量主要用 于进行光化学反应，荧光只占约3%～5%(Krause and Weis, 1991; 林世青 et al., 1992)。 在活体细胞内，由于激发能从叶绿素b 到叶绿素a 的传递几乎达到100％的效率，因此基本检测不到 叶绿素b 荧光。在常温常压下，光系统I 的叶绿素a 发出的荧光很弱，基本可以忽略不计，对光系统I 叶 绿素a 荧光的研究要在77 K 的低温下进行。因此，当我们谈到活体叶绿素荧光时，其实指的是来自光系 统II 的叶绿素a 发出的荧光。
部分叶绿素荧光动力学参数的定义： F0：固定荧光，初始荧光(minimalfluorescence)。也称基础荧光，0水平荧光，是光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心处于完全开放时的荧光产量，它与叶片叶绿素浓度有关。 Fm：最大荧光产量(maximalfluorescence)，是PSⅡ反应中心处于完全关闭时的荧光产量。可反映经过PSⅡ的电子传递情况。通常叶片经暗适应20 min后测得。 F：任意时间实际荧光产量(actualfluorescence intensity at any time)。 Fa：稳态荧光产量(fluorescence instable state)。 Fm/F0：反映经过PSⅡ的电子传递情况。 Fv=Fm-F0：为可变荧光(variablefluorescence)，反映了QA的还原情况。 Fv/Fm：是PSⅡ最大光化学量子产量(optimal/maximal photochemical efficiency of PSⅡin the dark)或(optimal/maximalquantum yield of PSⅡ)，反映PSⅡ反应中心内禀光能转换效率(intrinsic PSⅡefficiency)或称最大PSⅡ的光能转换效率(optimal/maximalPSⅡefficiency)，叶暗适应20 min后测得。非胁迫条件下该参数的变化极小，不受物种和生长条件的影响，胁迫条件下该参数明显下降。 Fv’/Fm’：PSⅡ有效光化学量子产量(photochemicalefficiency of PSⅡin the light)，反映开放的PSⅡ反应中心原初光能捕获效率，叶片不经过暗适应在光下直接测得。 (Fm’-F)/Fm’或△F/Fm’：PSⅡ实际光化学量子产量(actual photochemical efficiency of PSⅡin the light)(Bilger和Bjrkman,1990),它反映PSⅡ反应中心在有部分关闭情况下的实际原初光能捕获效率,叶片不经过暗适应在光下直接测得。 荧光淬灭分两种:光化学淬灭和非光化学淬灭。光化学淬灭：以光化学淬灭系数代表：qP=(Fm’-F)/(Fm’-F0’)；非光化学淬灭，有两种表示方法，NPQ=Fm/Fm’-1或qN=1-(Fm’-F0’)/(Fm-F0)=1-Fv’/Fv。 表观光合电子传递速率以[(Fm’-F)Fm’]×PFD表示，也可写成：△F/Fm’×PFD×0.5×0.84，其中系数0.5是因为一个电子传递需要吸收2个量子，而且光合作用包括两个光系统，系数0.84表示在入射的光量子中被吸收的占84%，PFD是光子通量密度；表观热耗散速率以(1-Fv’/Fm’)×PFD表示。 Fmr：可恢复的最大荧光产量，它的获得是在荧光P峰和M峰后，当开放的PSⅡ最大荧光产量平稳时，关闭作用光得到F0’后，把饱和光的闪光间隔期延长到180s/次，得到一组逐渐增大(对数增长)的最大荧光产量，将该组最大荧光产量放在半对数坐标系中即成直线，该直线在Y轴的截距即为Fmr。以(Fm-Fmr)/Fmr可以反映不可逆的非光化学淬灭产率，即发生光抑制的可能程度。 FO(初始荧光),Fm(最大荧光),Fv= Fm-FO(可变荧光),Fv /Fm(PSII最大光化学效率或原初光能转换效率),Fv /FO(PSII的潜在活性),Yield(PSII总的光化学量子产额),ETR(表观电子传递速率),PAR(光合有效辐射),LT(叶面温度)。其中FO、Fm、Fv /FO测定前将叶片暗适应20 min。各参数日变化从6: 00～18: 00,每2h测定一次。 （Fv /Fm）和（Fv /FO）分别用于度量植物叶片PSII原初光能转换效率和PSII潜在活性,-（Yield）是PSII的实际光化学效率,反映叶片用于光合电子传递的能量占所吸收光能的比例,是PSII反应中心部分关闭时的光化学效率,其值大小可以反映PSII反应中心的开放程度。常用来表示植物光合作用电子传递的量子产额,可作为植物叶片光合电子传递速率快慢的相对指标。即在光合作用进程中,PSII每获得一个光量子所能引起的总的光化学反应。因此,较高的Yield值,有利于提高光能转化效率,为暗反应的光合碳同化积累更多所需的能量,以促进碳同化的高效运转和有机物的积累。同样毛蕊红山茶和长毛红山茶的Yield值也较高。
上肠ｋｓｄ．（湖泊科学），２０１０，２２（６）：９６５－９６８ ｈｔｔｐ：∥ｗｗｗ．ｊｌａｋｅｓ．ｏｒｇ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｈｋ∞＠ＩｌｉｇＩａｓ．ａｃ．ｃｎ ＠２０ｌＯｂｙ如￡册耐矿ｋｋｓｃ泐鲫 ＹＳＩ（多参数水质检测仪）测定叶绿素ａ浓度的准确性及误差探讨‘刘苑１”，陈宇炜Ｈ。，邓建明１’２ （１：中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室，南京２１０００８） （２：中国科学院研究生院，北京ｌｏ００４９） 摘要：Ｙｓｌ（多参数水质检测仪）由于其快速、轻便的特点，已广泛应用于野外水体中时绿素ａ的测定．通过将Ｙ跚溯得的叶绿素ａ值与分光光度法测定值进行比较，对Ｙｓｌ６６００水质测定的准确性和数据采集进行评估．结果显示，Ｙｓｌ测定值多数偏低。且与分光光度法测定值之间存在显著性差异；时间上，冬季比夏季具有更大的线性相关性．分段同归结果显示，随着叶绿素ａ浓度不断增大．两组数据的差值也不断增大．ＹｓＩ测定误差产生于３个方面：（１）测定前ＹｓＩ校准方法的不同；（２）其它种类具有荧光特性色素的存在；（３）ＹｓＩ自身结构． 关键词：叶绿素ａ浓度；ＹＳＩ；分光光度法；误差 ＤｉｓＣｕｓｓｉＯｎ０ｎａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｅｒｒＯｒＳｆｏｒｐｈｙｔｏｐＩａｎＩ∞ｎｃｈｌｏｒｏｐｈｙ¨－ａｃｏｎｃｅｎｔｒａ埘０ｎａｎａＩｙＳｉＳｕｓｉｎｇＹＳｌ（ＭｕＩｔＩ－ｐａｒａｍｅｔｅｒｗａｔｅｒａｎａｌｙｚｅｒ） Ｕ［ＵＹｕ觚１ｒ，Ｃ胍ＮＹｈｗｅｉｌ＆ＤＥＮＧＪｉ柚ｍｉｎ９１．２ 巧ｓｃｉｅ，ｌｃｅｓ．Ｎｎ嘲ｉ他２、０００ｓ．Ｐ．Ｒｃｈｔ舱）（１：胁把研ｋ幻加ｆｏ秽巧上４妇＆妇懈４耐勖佃研珊跏ｆ，觑ｌ咖ｇ肺咄姚可＆珊，印砂研ｄ肠彻咖，劭加甜ＰＡｃ扭娜（２：Ｇ，眦妇纪＆幻Ｄｚ盯ｃＪ咖ｅ卵Ａ棚ｄ唧矿＆￡伽，＆驴ｆ，增ｌ（－Ｄ０４９，Ｐ．尼西ｆ，埘） Ａｂｓｔ陀ｃｔ：ＹｓＩ（Ｍｌｌｌｔｉ?ｐａ强ｌｎ曲盱ｗａｌｅｒ锄ａｌｙ蹭ｒ）ｉｓ诵ｄｅｌｙｕｓｅｄｔｏ山把皿ｉ肿ｐｈｙｔｌＤｍ锄ｋｔｏｎ ６ｅＩｄｓｃｈｌ啪ｐｈｙｌｌ－ａｃｏｎｃｅｎｔｒ撕加ｉｎｍ蛐ｙｂｅｃ舢卵０ｆｉｔｓｒａｐｉｄｎｅ睇锄ｄｐｏｒｔａｂｌｅｎｅ鹄．Ｔｂｅｐｕ叩∞ｅ０ｆｔｌｌｉｓ咖由ｉ８ｔ０ｅｖａｌｕ砒ｅｔＩｌｅｅ伍ｃ卵ｙ０ｆｔ王ｌｅＹＳＩＥｎ“姒蛐ｅｎｔａｌＭｏ＿Ｉｌｉ试ｎｇｓｙｅ锄ｈｗ栅ｑＩｌａｌｉｔｙⅡ地ａ棚他眦“ｔｓａｎｄｄａｌａｃｏｕｅｃｔｉｏｎｂｙｃｏｍｐｆａｒｉＩｔｇｔｗ０ｇｒｏｕｐ邑０ｆｄａｌａ憾ｉｌｌｇ蚰啪ｌｔｏｒｙ耐｝
叶绿素荧光研究背景知识介绍 前言 近些年来，叶绿素荧光技术已经逐渐成为植物生理生态研究的热门方向。荧光数据是植物光合性能方面的必要研究内容。目前这种趋势由于叶绿素荧光检测仪的改进而得到发展。然而荧光理论和数据解释仍然比较复杂。就我们所了解的情况来看，目前许多研究者对荧光理论不是很清楚，仪器应用仅仅限于简单的数据说明的基础上，本文在此基础上，目的在于简单明晰地介绍相关理论和研究要点，以求简单明确地使用叶绿素荧光检测设备，充分分析实验数据，重点在于植物生理生态学技术的应用和限制。 荧光测量基础 植物叶片所吸收的光的能量有三个走向：光合驱动、热能、叶绿素荧光。三个过程之间存在竞争，其中任何一个效率的增加都将造成另外两个产量的下降。因此，测量叶绿素荧光产量，我们可以获得光化学过程与热耗散的效率的变化信息。尽管叶绿素荧光的总量很小(一般仅占叶片吸收光能总量的1-2%)，测量却非常简单。荧光光谱不同于吸收光谱，其波长更长，因此荧光测量可以通过把叶片经过给定波长的光线的照射，同时测量发射光中波长较长的部分光线的量来实现。有一点需要注意的是，这种测量永远是相对的，因为光线不可避免会有损失。因此，所有分析必须把数据进行标准化处理，包括其进一步计算的许多参数也是如此。 调制荧光仪的出现是荧光研究技术的革命性的创新。在这类仪器中，测量光源是调制(高频率开关)的，其检测器也被调谐来仅仅检测被测量光激发的荧光。因此，相对的荧光产量可以在背景光线(主要是指野外全光照的条件下)存在的条件下进行测量。目前绝大多数的荧光仪采用了调制系统，同时也强烈建议选择调制荧光仪(Kate Maxwell,2000)。 为什么荧光产量会发生改变？Kautsky效应和Beyond 叶绿素荧光产量的变化最早在1960年被Kautsky和其合作者发现。他们发现，当把植物叶片从黑暗中转入光下，荧光产量瞬间上升(大约在1秒左右)这种上升可以解释为光合途径中电子受体的还原(可接受电子的受体的减少)。一旦PSII吸收光能，初级电子受体Q A(质体醌)接受了电子，它将不能再接受电子，直到它把电子传递给下一级电子载体Q B。此期间，反应中心是关闭的，反应中心关闭的比
实验报告 课程名称： 植物生理学（乙）指导老师： 廖敏 成绩： 实验名称： 叶绿素理化性质和含量 实验类型： 定量探究型 同组学生姓名： 方昊 一、实验目的和要求（必填） 三、主要仪器设备（必填） 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得 二、实验内容和原理（必填） 四、操作方法和实验步骤 六、实验结果与分析（必填） 一、实验目的和要求 掌握植物中叶绿体色素的分离和性质鉴定、定量分析的原理和方法； 二、实验内容和原理 以青菜为材料，提取和分离叶绿体色素并进行理化性质测定和叶绿素含量 分析。原理如下： 1. 叶绿素和类胡萝卜素均不溶于水而溶于有机溶剂，常用95%的乙醇或80%的丙酮提取； 2. 叶绿素是二羧酸酯，与强碱反应，形成绿色的可溶性叶绿素盐，就可与有机溶剂中的类胡萝卜素 分开； 3. 在酸性或加温条件下，叶绿素卟啉环中的Mg++可依次被H+和Cu++取代形成褐色的去镁叶绿素和绿色的铜代叶绿素； 4. 叶绿素受光激发，可发出红色荧光，反射光下可见红色荧光； 5. 叶绿素吸收红光和蓝紫光，红光区可用于定量分析，其中645和663用于定量叶绿素a 、b 及总量，而652可直接用于总量分析。 专业：农业资源与环境 姓名： 吴主光 学号： 3110100403 日期： 2013.10.17 地点： 生物实验中心 装 订 线
三、主要仪器设备 1. 天平（万分之一）、可扫描分光光度计、离心机、研具、各种容（量）器、洒精灯等 四、操作方法、实验步骤以及实验现象 定性分析： 鲜叶5g+95%30ml（逐步加入）,磨成匀浆 过滤入三角瓶中，观察荧光现象：透射光绿色，反射光红色。 皂化反应（3ml）：加KOH数片剧烈摇均，加石油醚5ml和H2O1ml分层后观察：上层呈黄色，为类胡萝卜素，吸收蓝紫光；下层呈绿色，为叶绿素，吸收红光和蓝紫光。 取代反应（1）：加醋酸约2ml，变褐（去镁叶绿素）；取1/2加醋酸铜粉加热，变鲜绿色，为铜代叶绿素。 取代反应（2）：鲜叶2-3cm2，加Ac-AcCu 20ml加热，观察： 3 min变为褐绿色的去镁叶绿素， 5 min后，变为深绿色的铜代叶绿素。 叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱测定： 皂化反应的上层黄色石油醚溶液（稀释470nm OD 0.5-1） 反复用石油醚粹取，直到无类胡萝卜素，离心得叶绿素(盐)（稀释663nm OD 0.5-1) 在400-700nm处扫描光谱，分别测定类胡萝卜素和叶绿素的吸收峰. 叶绿素定量分析：鲜叶0.1g，加1.9mlH2O，磨成匀浆，取0.2ml加80%丙酮4.8ml,摇匀，4000转离心3min,上清液在645，652，663测定OD，计算Chla,Chlb 和Chl总量的值。 五、实验数据记录和处理
中国农业科学 2010,43(15):3176-3183 Scientia Agricultura Sinica doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2010.15.015 平邑甜茶叶片光合速率及叶绿素荧光参数 对氯化镉处理的响应 王 利1，2，杨洪强1，3，范伟国3，张 召2 （1山东农业大学资源与环境学院农业资源利用博士后流动站，山东泰安 271018；2山东农业大学林学院农业生态与环境重点实验室， 山东泰安 271018；3山东农业大学园艺科学与工程学院/作物生物学国家重点实验室，山东泰安 271018） 摘要：【目的】研究氯化镉处理对平邑甜茶叶片光系统Ⅱ（PSⅡ）活性、光合速率影响及其相互关系，为进一步揭示镉伤害机理提供理论依据。【方法】平邑甜茶在含不同浓度氯化镉1/2 Hoagland营养液中培养30 d后， 测定其叶片光合速率（Pn）、气孔导度、胞间CO2浓度和荧光参数等，分析氯化镉处理后这些参数间的关系。【结果】 在氯化镉处理下，平邑甜茶叶片光合速率和气孔导度显著降低，胞间CO2浓度增加，300 μs时的叶绿素荧光强度 （Fk）提高，PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm，φPo）、用于电子传递的量子产额（φEo）、光化学性能指数（PI ABS）以及 有活性的反应中心的密度（RC/CS）明显下降，并且这些参数的变化幅度随着氯化镉浓度的增加而提高；通径分析 显示，300 μs时的相对可变荧光强度（V K）及其可变荧光Fv占（J相的荧光强度Fj-O相的荧光强度Fo）振幅的 比例（W K）对Pn的直接作用高于其它荧光参数。【结论】氯化镉使平邑甜茶叶片PSⅡ供体侧、受体侧和反应中心 受到显著伤害，从而降低了PSⅡ活性和光合速率；在氯化镉处理下，V K和W K对Pn的直接作用比较大。 关键词：平邑甜茶；氯化镉；光合速率；光系统Ⅱ；叶绿素荧光 Effect of CdCl2 Treatment on Photosynthetic Rate and Chlorophyll Fluorescence Parameters in Malus hupehensis Leaves WANG Li 1,2, YANG Hong-qiang 1,3, FAN Wei-guo3, ZHANG Zhao2 (1Post-Doctoral Mobile Station of Agricultural Resource Utilization, College of Resources and Environment, Shandong Agricultural University, Taian 271018, Shandong; 2Key Laboratory of Agricultural Ecology and Environment, College of Forestry, Shandong Agricultural University, Taian 271018, Shandong; 3State Key Laboratory of Crop Biology/College of Horticultural Science and Engineering, Shandong Agricultural University, Taian 271018, Shandong) Abstract: 【Objective】For discovering the mechanism of Cd damage on leaves of Malus hupehensis Rehd., the activity of photosystemⅡ (PSⅡ), net photosynthetic rate (Pn) and their correlation in leaves treated with CdCl2 were studied. 【Method】 After 30 days of treatment by CdCl2 in 1/2 Hoagland solution, the Pn, stomatal conductance (Gs), intercellular CO2 concentration (Ci) and chlorophyll fluorescence parameters in leaves of Malus hupehensis Rehd. were measured, and the relationship between these parameters under CdCl2 treatment were analyzed. 【Result】Under the treatment of CdCl2, the Pn and Gs reduced, the Ci and the fluorescence intensity Fk at 300 μs increased, and the maximum photochemistry efficiency of PSⅡ(Fv/Fm, φPo), the quantum yield for electron transport (φEo) , the performance index on absorption basis (PI ABS) and the density of active reaction center (RC/CS) all decreased significantly. Furthermore, the range of variation of these parameters increased with the increasing of CdCl2 concentration. The direct effect of the relatively variable fluorescence intensity V K and the ratio of variable fluorescence Fv on the amplitude Fj-Fo (W K) at 300 μs for Pn were higher than that of others through the path analysis. 【Conclusion】 CdCl2 damaged the sides of acceptor and donor and the reaction centers of PSⅡ of leaves of Malus hupehensis Rehd. The activity of PSⅡand Pn decreased, and the direct 收稿日期：2009-12-02；接受日期：2010-03-01 基金项目：山东农业大学博士后项目、国家自然科学基金项目（30671452） 作者简介：王利，副教授，博士。E-mail：liwang6868@https://www.doczj.com/doc/511429341.html,。通信作者杨洪强，教授。E-mail：hqyang@https://www.doczj.com/doc/511429341.html,
第３ ２卷，第５期 光谱学与光谱分析Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．５，ｐｐ １２８７－１２９１２ ０ １ ２年５月 Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｍａｙ，２ ０１２ 利用高光谱植被指数监测紧凑型玉米叶绿素荧光参数Ｆｖ ／Ｆｍ谭昌伟１，黄文江２，金秀良１，王君婵１，童 璐１，王纪华２，郭文善１＊ １．扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室／农业部长江中下游作物生理生态与栽培重点开放实验室，江苏扬州 ２２５００９２．国家农业信息化工程技术研究中心，北京 １０００９７ 摘 要 为进一步评价遥感监测紧凑型玉米叶绿素荧光参数Ｆｖ／Ｆｍ的可行性，通过开展小区紧凑型玉米试验，分析紧凑型玉米整个生育期Ｆｖ／Ｆｍ与高光谱植被指数的相关关系，建立紧凑型玉米Ｆｖ／Ｆｍ高光谱监测模型。结果表明，紧凑型玉米Ｆｖ／Ｆｍ与选取的高光谱植被指数均呈极显著正相关，其中结构敏感色素指数（ＳＩＰＩ）与Ｆｖ／Ｆｍ的相关性最好，相关系数（ｒ）为０．８８。用ＳＩＰＩ建立紧凑型玉米Ｆｖ／Ｆｍ的监测模型，其决定系 数（Ｒ２ ）为０．８１２ ６，均方根误差（ＲＭＳＥ）为０．０８２。研究表明，利用高光谱植被指数可以有效地监测紧凑型玉米整个生育期的Ｆｖ／Ｆｍ。 关键词 高光谱植被指数；Ｆｖ／Ｆｍ；监测模型；紧凑型玉米 中图分类号：Ｓ１２７ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ ．ｉｓｓｎ．１０００－０５９３（２０１２）０５－１２８７－０５ 收稿日期：２０１１－１０－３０，修订日期：２０１２－０１－ ２５ 基金项目：国家自然科学基金项目（ ４０８０１１２２，４１１０１３９５），江苏高校优势学科建设工程项目和公益性行业（农业）科研专项经费项目（２００８０３０３７ ）资助 作者简介：谭昌伟，１９８０年生，扬州大学农学院讲师 ｅ－ｍ ａｉｌ：ｔａｎｗｅｉ０１０＠１２６．ｃｏｍ＊通讯联系人 ｅ－ｍａｉｌ：ｇ ｕｏｗｓ＠ｙｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ引 言 国内外大量的研究表明，叶绿素荧光（ｃｈｌｏｒｏｐｈｙ ｌｌ ｆｌｕｏ－ｒｅｓｃｅｎｃｅ，ＣＦ）作为光合作用的指示性探针，已被广泛应用于光合作用机理研究、分析植物对环境胁迫的响应机理和探测 植物体内光合器官运转状况等［ １－ ３］。随着高光谱遥感技术的迅速发展，其很快的被广泛应用到农业的品质鉴定、估产和 病虫害等各方面。Ｗｒｉｇｈｔ［４］和王纪华等［５］ 对小麦的蛋白质品质进行了研究；Ｗｉｍ等［６］利用ＴＭ影像数据源，使用影像融 合技术重新构建了ＮＰＰ估产模型，分别对小麦和水稻进行 估产，任建强等［７］ 使用ＭＯＤＩＳ数据源、ＣＡＳＡ模型对黄淮 海平原的冬小麦进行估产并取得了较好的效果；Ｂｒｏｎｓｏｎ［８］和Ｈａｎｓｅｎ等［９］对作物的氮素含量和氮素利用率、Ｆｅｎｓｈｏｌｔ等［１０ ］对叶面积指数（ＬＡＩ ）进行了研究；在作物的病害方面：Ａｄａｍｓ等 ［１１］ 分别对大豆和蚕豆斑点葡萄孢子病和大豆黄痿 病进行了研究，并建立相关的评估指标。然而对于叶绿素荧光参数与光谱植被指数关系的研究鲜见报道。本工作以紧凑型玉米（以下称为玉米）作为研究对象，利用获取的叶绿素荧光参数与植被指数，构建以光谱植被指数为支撑的叶绿素荧光参数的遥感监测模型，实时准确获取玉米的叶绿素荧光参数信息。 １ 实验部分 １．１ 试验设计 ２０１０年７月至９月间试验在扬州大学试验农场（１１９°１８′ Ｅ，３２°２６′Ｎ） 开展，供试品种为３个紧凑型品种（系）：农华８号、金海５号和郑单９５８。对玉米冠层进行了光谱测量和光合有效辐射测定。为了在田间栽培条件下更大范围地表现出玉米长势差异和生化组分变异，于拔节期安排了一个从不施 氮到施重氮（级差４５０ｋｇ，０～９００ｋｇ ·ｈａ－１ ）３个氮肥水平处理，即Ｎ１：不施氮肥；Ｎ３：施氮４５０ｋｇ·ｈａ－１ ；Ｎ４：施氮９００ｋｇ ·ｈａ－１ ，使之表现为缺氮、适量氮、过量氮。３次重复，行距×株距为７０ｃｍ×６０ｃｍ，每区面积为２０ｍ×２０ｍ。 常规水分管理。１．２ 光谱测试 分别在玉米拔节期（７月２３日）、喇叭口期（８月７日）、吐丝期（８月２９日）、乳熟期（９月５日） 进行４次光谱测定。采用美国ＡＳＤ Ｆｉｅｌｄｓｐ ｅｃ ＦＲ２ ５００型野外光谱辐射谱仪，光谱范围３５０～２ ５００ｎｍ，分辨率在３５０～１ ０００ｎｍ光谱区为１．４ｎｍ，１ ０００～２ ５００ｎｍ区为２ｎｍ，光谱重采样间隔为１ｎｍ。在晴朗无云、北京时间１０：３０～１４：００，选择代表性植株进行测定，测定前后用参考板标定，测定时传感器探头向下，距
叶绿素中存在一定量的叶绿素蛋白复合物，其中影响光能吸收的因素是叶绿素蛋白复合物的含量和成分比例，捕光蛋白复合体中叶绿素a/b值较为关键，较高比例的捕光蛋白复合体（LHCP）有利于弱光下植物吸收和利用光能(Sane,1977)。叶绿素a/b值，即叶绿素a与叶绿素b的比值，也与光合作用速率有密切关系：比值低，有利于吸收光能；比值高，在强光下的光合速率通常较高，抵抗光抑制能力较强(储钟稀等，1986)。同时，叶绿素含量与该比值呈负相关，即叶绿素含量高，叶绿素a/b 比值较低，作物叶色较深。也有人报道认为叶绿素a/b比值与光合作用速率呈显著的负相关，该比值也可能是影响光合作用速率的内在因子之一。 “光能被色素分子吸收以后，并不是全部用于光合作用：一部分光能被传递到光反应中心，用于光化学反应；一部分光能可以辐射成荧光的方式被耗散掉；另一部分光能以热辐射的方式耗散掉，色素发射荧光的能量与用于光合作用的能量相互竞争，这是以叶绿素a荧光通常被作为光合作用无效指标的依据”(植物生理学2003:123)，此外分子的荧光特性是由该分子的化学性质和周围环境因素的相互作用所控制的，因此叶绿素荧光测量是以叶绿素a荧光作为探针，探测和研究植物光合生理状况及各种外界因子对其的影响，是无损伤研究光合作用过程的重要手段(林世青等1992; Krause and Weis 1988)。 植物叶片荧光动力学参数与光合特性的关系 在自然条件下，叶绿素荧光和光合作用的关系十分密切(Bolhar-Nordenkampf H Ret al. 1989；Genty B et al. 1989；Schreiber U et al. 1994 )，一方面是当强光持续照射植物时，为了避免叶绿体吸收光能超过光合作用过程中光化学反应的消耗能力及过量的光能灼伤光合机构，荧光起到了重要的保护作用：一部分光能以荧光的方式被耗散掉(Gilmore A and Gofindjee，1999)；另一方面，自然条件下叶绿素荧光和光合速率一般是呈负相关的，当荧光变弱时光合速率就高，反之亦然，植物的营养受胁程度与光合作用的荧光特性有着密切的关系(徐彬彬等2000；Krause G H and Weis E 1984；Liehtenthaler H K and Rinderle U 1984；Mefarlane J C er al. 1980；Sehreiber U and Bilger W 1987；)，因此叶绿素荧光可作为营养诊断探测叶片光合功能的快速、无损伤探针(张木清2005)通过植物荧光特性探测可以了解植物的生长发育以及对逆境胁迫、病虫害等的生理响应，与“表观性”的气体交换指标相比叶绿素荧光更具有反映“内在性”的特点(Lin S Q etal. 1992)。 有关植物叶片荧光与光合特性的关系已经有很多学者研究过(Rosema A et al.
对于叶绿素荧光全方面的研究 叶绿素荧光现象的发现 将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，强度不断变化的荧光。荧光随时间变化的曲线称为叶绿素荧光诱导动力学曲线。最直观的表现是，叶绿素溶液在透射光下呈绿色，在反射光下呈红色的现象。其本质是，叶绿素吸收光后，激发了捕光色素蛋白复合体，LHC将其能量传递到光系统2或光系统1，期间所吸收的光能有所损失，大约3%-9%的所吸收的光能被重新发射出来，其波长较长，即叶绿素荧光。 叶绿素荧光动力学研究的特点 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 光能的吸收和转换 能量的传递与分配 反应中心的状态 过剩光能及其耗散 光合作用光抑制与光破坏 2、可以对光合器官进行“无损伤探查” 3、操作步骤简单快捷 光合作用的光抑制 光抑制是过剩光能造成光合功能下降的过程。过剩光能指植物所吸收的光能超出光化学反应所能利用的部分。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和机构遭到破坏。甚至把光抑制、光破坏、光氧化等，沦为一体。 光抑制的基本特征表现为： 光合效率下降说明叶片吸收的光能不能有效地转化为化学能。光破坏：PSII 是光破坏的主要场所，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白上。发生光破坏后的结果：电子传递受阻、光合效率下降。当过剩的光能，不能及时有效地排散时，会对光合机构造成不可逆的伤害，如光氧化、光漂白等等。一切影响二氧化碳同化的外界因素，如低温、高温、水分亏缺、矿质元素亏缺等都会减少对光能的利用，导致过剩光能增加，进而加重光破坏。 植物防御破坏的措施 1、减少对光能的吸收 增加叶片的绒毛、蜡质 减少叶片与主茎夹角 2、增强代谢能力 碳同化 光呼吸 氮代谢 3、增加热耗散 依赖叶黄素循环的热耗散 状态转换 作用中心可逆失活 光合作用
西北植物学报!"##$!"$%&&’(""")*""++ ,-./01.20134/5267--894:.2;8:2 文章编号(&###<=#"$%"##$’&&<""")<#> 白刺叶不同水分状况下光合速率及其 叶绿素荧光特性的研究? 何炎红!郭连生@!田有亮 %内蒙古农业大学林学院!呼和浩特#&##&A’ 摘要(采用B C&)&?Q|w U2’M L
一、原理 叶绿素是一种二羧酸—叶绿酸与甲醇和叶绿醇形成的复杂酯，故可与碱起皂化反应而生成醇（甲醇和叶绿醇）和叶绿酸的盐，产生的盐能溶于水中，可用此法将叶绿素与类胡萝卜素分开；叶绿素与类胡萝卜素都具有光学活性，表现出一定的吸收光谱，可用分光镜检查或用分光光度计精确测定；叶绿素吸收光量子而转变成激发态，激发态的叶绿素分子很不稳定，当它变回到基态时可发射出红光量子，因而产生荧光。叶绿素的化学性质很不稳定，容易受强光的破坏，特别是当叶绿素与蛋白质分离以后，破坏更快，而类胡萝卜素则较稳定。叶绿素中的镁可以被H+所取代而成褐色的去镁叶绿素，后者遇铜则成为绿色的铜代叶绿素，铜代叶绿素很稳定，在光下不易破坏，故常用此法制作绿色多汁植物的浸渍标本。 皂化反应式如下： 二、仪器与用具 20ml刻度试管；10ml小试管；试管架；分光镜；石棉网；药匙；烧杯（100ml）；酒精灯；玻棒；铁三角架；刻度吸量管2ml、5ml各1支；火柴。 三、试剂 1. 95%乙醇；苯；醋酸铜粉末；5%的稀盐酸； 2. 醋酸-醋酸铜溶液：6g醋酸酮溶于100ml 50%的醋酸中，再加蒸馏水4倍稀释而成； 3. KOH-甲醇溶液：20g KOH溶于100ml甲醇中，过滤后盛于塞有橡皮塞的试剂瓶中。 四、方法 用叶绿体色素乙醇溶液和水研磨匀浆，进行以下实验。 1.光对叶绿素的破坏作用 （1）取4支小试管，其中两支各加入5ml用水研磨的叶片匀浆，另外两支各加入2.5ml叶绿体色素乙醇提取液，并用95%乙醇稀释1倍。 （2）取1支装有叶绿素乙醇提取液的试管和1支装有水研磨叶片均浆的试管，放在直射光下，另外两支放到暗处，40min后对比观察颜色有何变化，解释其原因。 2.荧光现象的观察 取1支20ml刻度试管加入5ml浓的叶绿体色素乙醇提取液，在直射光下观察溶液的透射光与反射光颜色有何不同？解释原因。 3.皂化作用（绿色素与黄色素的分离） （1）在做过荧光现象观察的叶绿体色素乙醇提取液试管中加入1.5ml 20%KOH-甲醇溶液，充分摇匀。
第四章 叶绿素荧光技术应用 第一节 叶绿素荧光参数及其意义 韩志国，吕中贤（泽泉开放实验室，上海泽泉科技有限公司，上海，200333） 叶绿素荧光技术作为光合作用的经典测量方法，已经成为藻类生理生态研究领域功能最强大、使用最广泛的技术之一。由于常温常压下叶绿素荧光主要来源于光系统 II 的叶绿素 a ，而光系统 II 处于整个光合作用过程的最上游，因此包括光反应和暗反应在内的多数光合过程的变化都会反馈给光系统 II ，进而引起叶绿素 a 荧光的变化，也就是说几乎所有光合作用过程的变化都可通过叶绿素荧光反映出来。与其它测量方法相比，叶绿素荧光技术还具有不需破碎细胞、简便、快捷、可靠等特性，因此在国际上得到了广泛的应用。 1 叶绿素荧光的来源 藻细胞内的叶绿素分子既可以直接捕获光能，也可以间接获取其它捕光色素（如类胡萝卜素）传递来的能量。叶绿素分子得到能量后，会从基态（低能态）跃迁到激发态（高能态）。根据吸收的能量多少，叶绿素分子可以跃迁到不同能级的激发态。若叶绿素分子吸收蓝光，则跃迁到较高激发态；若叶绿素分析吸收红光，则跃迁到最低激发态。处于较高激发态的叶绿素分子很不稳定，会在几百飞秒（fs ，1 fs=10－15 s ）内通过振动弛豫向周围环境辐射热量，回到最低激发态（图 1）。而最低激发态的叶绿素分 子可以稳定存在几纳秒（ns ，1 ns=10－9 s ）。 A 较高激发态 B 热耗散 吸收蓝 光 吸收红光 最低激发态 能量 荧光 基态 蓝 波长 红 荧光 图 1 叶绿素吸收光能后能级变化（A ）和对应的吸收光谱（B ）（引自韩博平 et al., 2003） 处于最低激发态的叶绿素分子可以通过几种途径（图 2）释放能量回到基态(韩博平 et al., 2003; Schreiber, 2004)：1）将能量在一系列叶绿素分子之间传递，最后传递给反应中心叶绿素 a ，用于进行光化学反应；2）以热的形式将能量耗散掉，即非辐射能量耗散（热耗散）；3）放出荧光。这三个途径相互竞争、此消彼长，往往是具有最大速率的途径处于支配地位。一般而言，叶绿素荧光发生在纳秒级，而光化学反应发射在皮秒级（ps ，1 ps=10－12 s ），因此在正常生理状态下（室温下），捕光色素吸收的能量主要用于进行光化学反应，荧光只占约 3%～5%(Krause and Weis, 1991; 林世青 et al., 1992)。 在活体细胞内，由于激发能从叶绿素 b 到叶绿素 a 的传递几乎达到 100％的效率，因此基本检测不到叶绿素 b 荧光。在常温常压下，光系统 I 的叶绿素 a 发出的荧光很弱，基本可以忽略不计，对光系统 I 叶绿素 a 荧光的研究要在 77 K 的低温下进行。因此，当我们谈到活体叶绿素荧光时，其实指的是来自光系统 II 的叶绿素 a 发出的荧光。