5种叶绿素荧光参数

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。

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=10－15s ）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。

植物表型组学研究技术（一） ——FluorCam叶绿素荧光成像技术FluorCam叶绿素荧光成像技术Rousseau等（High throughput quantitative phenotyping of plant resistance using chlorophyll fluorescence image analysis.Plant Methods, 2013, 9:17），利用FluorCam开放式叶绿素荧光成像系统作为高通量表型分析平台，采用图像阈值分割等分析方法，对植物病原体感染进行了定量分析检测，根据Fv/Fm将感染分为不同阶段／等级，特别是可以将用其它方法难以分辨出来的感染前期加以分辨，并对5个品种的菜豆对普通细菌性疫病的抗性进行了定量分析评价。

PSI公司首席科学家Nedbal教授与公司总裁Trtilek博士等首次将PAM叶绿素荧光技术（Pulse Amplitude Modulated technique——脉冲调制技术）与CCD技术结合在一起，于1996年在世界上成功研制生产出FluorCam叶绿素荧光成像系统（Heck等，1999；Nedbal等，2000；Govindjee and Nedbal, 2000）。

FluorCam叶绿素荧光成像技术成为上世纪90年代叶绿素荧光技术的重要突破，使科学家对光合作用与叶绿素荧光的研究一下子进入二维世界和显微世界，广泛应用于植物生理生态、植物胁迫与抗性监测、作物育种、植物表型分析等。

不同于其它成像分析技术，FluorCam叶绿素荧光成像只对叶绿素荧光波段敏感，可以有效避免环境光的干扰，特异性、高灵敏度反映植物生理生态状况。

主要功能特点如下：1)高灵敏度CCD，时间分辨率可达50帧／秒，有效抓取叶绿素荧光瞬变；可选配高分辨率CCD，分辨率1392x1040像素，用于气孔功能成像分析、稳态荧光如GFP荧光测量等2)具备完备的自动测量程序（protocol），可自由对自动测量程序进行编辑：a)Fv/Fm：测量参数包括Fo，Fm，Fv，QY等b)Kautsky诱导效应：Fo，Fp，Fv，Ft_Lss，QY，Rfd等荧光参数c)荧光淬灭分析：Fo，，Fm，Fp，Fs，Fv，QY，ΦIINPQ，Qp，Rfd，qL等50多个参数d)光响应曲线LC：Fo，Fm，QY，QY_Ln等荧光参数e)PAR吸收f)GFP等静态荧光测量g)OJIP与JIP-test（FKM与封闭式荧光成像系统）：Fo，Fj，Fi，P 或Fm，Mo（OJIP曲线初始斜率）、OJIP固定面积、Sm（对关闭所有光反应中心所需能量的量度）、QY、PI等26个参数3)自动重复实验功能，可无人值守自动循环完成选定的实验程序，重复次数及间隔时间客户自定义，成像测量数据自动按时间日期存入计算机4)FluorCam成像分析软件：具在线功能（Live）、实验程序选配功能（Protocols）、成像预处理功能（Pre-processing）及成像分析结果展示报告功能（Result）四大功能模块a)在线功能（live）：可对仪器和样品进行在线测试调试、快照、显示实验进度、在线显示荧光瞬变动态视频等b)实验程序选配功能（protocols）：可选配不同的实验程序，并可对实验程序进行编辑、设置、储存（以备以后使用同样的实验程序）等c)成像预处理功能：可浏览整个测量视频及任何点、任何区域的荧光动态变化曲线，可进行“选区操作”或“分级操作”（图像阈值分割功能）；选区操作可对成像进行自动或手动选区（ROI），还可使用“模具”包括多孔板模具、培养皿模具、桌面模具进行模具选区；分级操作具备荧光强度刻度标尺和四个“游标”，通过移动4个游标可以将成像按不同强度划分成不同的荧光范围组进行分析处理，可设置不同的阈值进行图像阈值分割d)结果展示报告功能：可展示所有选区（ROI）的叶绿素荧光参数值及其图像、每个参数的频率直方图及每个ROI的荧光动态图等，可对原数据（kinetic）、叶绿素荧光参数等导出到excel表，还可对每个参数成像图存储成位图5)数据分析具备“信号计算再平均”模式（算数平均值）和“信号平均再计算模式”两种功能模式，在高信噪比的情况下选用“信号计算再平均”模式，在低信噪比的情况下选择“信号平均再计算”模式以过滤掉噪音带来的误差FluorCam叶绿素荧光参数：参数符号概念描述Size 面积（像素值），经校准可测量实际面积Fo 暗适应后的最小荧光Fo_Dn 暗松弛最小荧光，红外光诱导PSIFo_Ln 光适应后的最小荧光，红外光诱导PSIFo_Lss 光适应后稳态最小荧光，红外光诱导PSIFm 暗适应后最大荧光Fm_Dn 暗松弛最大荧光Fm_Ln 光适应最大荧光Fm_Lss 光适应稳态最大荧光Fp Kautsky诱导效应最大荧光Ft_Dn 暗松弛即时荧光Ft_Ln 光适应即时荧光Ft_Lss 光适应稳态荧光Fv Fm-FoNPQ_Dn 暗松弛非光化荧光淬灭，＝(Fm-Fm_Dn)/Fm_DnNPQ_Ln 光适应非光化荧光淬灭，＝(Fm-Fm_Ln)/Fm_LnNPQ_Lss 稳态非光化荧光淬灭，＝(Fm-Fm_Lss)/Fm_LssqP_Dn 暗松弛光化学荧光淬灭，＝(Fm_Dn−Ft_Dn)/Fm_Dn−Fo_DnqP_Ln 光适应光化学淬灭，＝(Fm_Ln−Ft_Ln)/(Fm_Ln−Fo_Ln)qP_Lss 稳态光适应光化学淬灭，＝(Fm_Lss−Ft_Lss)/(Fm_Lss−Fo_Lss)qL_Ln 基于“Lake”模型的光适应光化学淬灭qL_Lss 基于“Lake”模型的稳态光适应光化学淬灭QY_Dn 暗松弛光量子效率，＝(Fm_Dn−Ft_Dn)/Fm_DnQY_Ln或ΔF/Fm 光适应光量子效率，＝(Fm_Ln−Ft_Ln)/Fm_LnQY_Lss 稳态光量子效率，＝(Fm_Lss−Ft_Lss)/Fm_LssFv/Fm或QY_max 最大光量子效率Fv/Fm_Ln 光适应光量子效率，＝(Fm_Ln−Fo_Lss)/Fm_LnFv/Fm_Lss 稳态光量子效率，＝(Fm_Lss−Fo_Lss)/Fm_LssRfd_Ln 光适应荧光衰减率，用于评估植物活力，＝(Fp−Ft_Ln)/Ft_LnRfd_Lss 稳态荧光衰减率，用于评估植物活力，＝(Fp−Ft_Lss)/Ft_Lss除上述叶绿素荧光参数外，还可以成像测量PAR吸收、植物光谱反射指数NDVI等，叶片大小（或植物大小）可以反映植物的生长等。

Fo 当PSII 反应中心都处于开放状态时的最小荧光。

Fm 暗适应后执行饱和脉冲当PSII 反应中心都处于关闭状态时的最大荧光产量Fo’ 光下最小荧光Fo’ = 1/(1/Fo-1/Fm+1/Fm’)Fm’光下执行饱和脉冲当PSII 反应中心都处于关闭状态时的最大荧光产量F’ 执行饱和脉冲前的实时荧光产量。

Fv/Fm and Y(II) PSII 的最大量子产量（Fv/Fm）和实际量子产量（Y(II)）这两个参数表示的都是PSII 将吸收的光能转化成化学能的效率。

测Fv/Fm 前，样品必需经过充分的暗适应以确保PSII 所有的反应中心都处于开放状态并且非光化学淬灭达到最小。

不同植物的暗适应时间不同，阴生叶片和阳生叶片的暗适应时间也不相同。

Y(II)反映的是光下叶片的实际光能转化效率。

只有当照光强度（光化光）达到一定水平时Y(II)的信息才能真实的反映光合的状态，因为在光强很弱时卡尔文碳同化过程可能无法正常运转而Y(II)可能会比较高。

qP and qL 光化学淬灭系数这两个参数表示的是PSII 中处于开放状态的反应中心所占的比例。

其中qP 是基于沼泽模型的（puddle model，Schreiber et al. 1986 as formulated by van Kooten and Snel, 1990）。

qL 是基于湖泊模型的（lake model, Kramer et al. 2004）。

qN and NPQ 非光化学淬灭参数这两个参数都和基于跨膜质子梯度和玉米黄质的非光化学淬灭相关。

Y(NO) and Y(NPQ) 非光化学淬灭的量子产量这两个是Kramer 等在2004 年提出的新参数。

Y(NPQ)是指PS II 处调节性能量耗散的量子产量。

若Y(NPQ)较高，一方面表明植物接受的光强过剩，另一方面则说明植物仍可以通过调节（如将过剩光能耗散为热）来保护自身。

Y（NPQ）是光保护的重要指标。

叶绿素荧光分析方法叶绿素荧光分析具有观测手续简便,获得结果迅速,反应灵敏,可以定量,对植物无破坏、少干扰的特点。

它既可以用于叶绿体、叶片,也可以遥感用于群体、群落。

它既是室内光合基础研究的先进工具,也是室外自然条件下诊断植物体内光合机构运转状况、分析植物对逆境响应机理的重要方法。

现在人们可以通过叶绿素荧光分析估计量子效率、光合能力,利用荧光参数计算光合电子传递速率、胞间CO2浓度,并且试图利用荧光参数快速筛选遗传变异的植物。

有人甚至预言,将来荧光分析可能会代替气体交换测定。

20世纪80年代以来,调制荧光仪,特别是便携式荧光仪的商品化,使荧光分析在光合作用研究中得到这样广泛的应用,以至如果不懂荧光分析技术,便很难看懂近年的光合作用研究文献。

1.基本原理光合机构吸收的光能有三个可能的去向：一是用于推动光化学反应,引起反应中心的电荷分离及后来的电子传递和光合磷酸化,形成用于固定、还原二氧化碳的同化力(ATP和NADPH)；二是转变成热散失；三是以荧光的形式发射出来。

由于这三者之间存在此消彼长的相互竞争关系,所以可以通过荧光的变化探测光合作用的变化(图4-1)。

实际上,以荧光形式发射出来的光能在数量上是很少的,还不到吸收的总光能的3%。

在很弱的光下,光合机构吸收的光能大约97%被用于光化学反应,2.5%被转变成热散失,0.5%被变成红色(在体内,叶绿京的荧光发射峰在685nm左右)的荧光发射出来；在很强的光下,当全部PSII反应中心关闭时,吸收的光能95%～97%被变成热,而2.5%～5.0%被变成荧光发射[l]。

在体内,由于吸收的光能多被用于光合作用,叶绿素a荧光的量子产额(即量子效率)仅仅为0.03～0.06。

但是,在体外,由于吸收的光能不能图4-1叶绿素分子的光激发被用于光合作用,这一产额增加到0.25～0.30[2]。

在室温条件下,绝大部分荧光来自PS II 天线[1,3],而不是反应中心的叶绿素a分子[4,5]。

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 ，1fs=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。

叶绿素荧光动力学参数作为植物抗盐性评价指标的有效性刘强;王庆成;王占武【摘要】为探讨叶绿素荧光动力学参数作为植物抗盐性评价指标的有效性,以4个抗盐性不同的树种白榆、新疆枸杞、南蛇藤、小叶丁香的1年生实生苗为试验材料,测定几种抗盐性不同的植物盐胁迫下叶绿素荧光动力学参数最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)、初始荧光(Fo)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学效率(φPSⅡ)和非光化学猝灭(NPQ)的变化.结果表明:盐碱胁迫对不同树种苗木PSⅡ的功能产生了抑制,随胁迫强度的增加,4个树种苗木Fm、Fv、Fv/Fm、φPSⅡ总体表现出下降的趋势;Fo表现出上升的趋势;NPQ有的树种呈下降的趋势,有的先升后降.研究表明,盐胁迫下几个树种Fm、Fv、F/Fm的变化与其抗盐性关系较为一致,因此,Fm、Fv、Fv/Fm可以作为不同木本植物抗盐性可靠的评价指标;盐胁迫下Fm、NPQ和φPSⅡ的变化与几个树种抗盐性之间没有普遍联系,不能作为评价木本植物抗盐性的有效指标.【期刊名称】《广东农业科学》【年(卷),期】2014(041)021【总页数】5页(P37-40,74)【关键词】叶绿素荧光参数;抗盐性;评价指标;有效性【作者】刘强;王庆成;王占武【作者单位】吉林师范大学生命科学学院,吉林四平 136000;吉林师范大学生命科学学院,吉林四平 136000;吉林师范大学生命科学学院,吉林四平 136000【正文语种】中文【中图分类】Q945.78一些生长或生理指标可以很好地评价植物的抗盐性,但它们通常耗时很长且工作量大,并且不同处理间的显著差异只有等到不可修复的伤害发生时才能被发现。

而且当需要从大量的繁殖体中筛选出优秀基因型时,这样的有伤害性的、复杂的方法可能就不适用了[1]。

如果某项指标可以在可能导致不可逆伤害的症状出现前就能发现盐分对生理系统的影响,那么这种指标无疑是有效的,叶绿素荧光正是这样的指标。