叶绿素荧光在生理生态研究中的应用 ppt课件

光活化过程
对（Kautsky Effect）的解释 ：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。这使得照光初期相当多的QA处于还原状态，从而导致了荧光产 量的瞬态上升。这之后，由于光化学过程和热耗散过程的发生，荧 光产量产生淬灭到一个稳态数值（Ft）。
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 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 作物对强光十分敏感，因为光合器对吸收光 能的利用下降，过剩激发能增多，而且活性 氧清除能量下降所造成。 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。
HO
V D E 的 作 用
VDE：紫黄质脱环氧化酶
叶黄素循环中三种色素的相互转变
依赖于叶黄素循环的热耗散
叶黄素循环的运转被跨膜ΔpH促进，此外叶黄素 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： 1.玉米黄质的直接淬灭单线态叶绿素（1Chl）； 2. Z通过调节PSII天线系统的构象起到能量耗散 作用。Z与与质子化的LHCII 相互作用形成聚集态, 发 生 “ 会 聚 淬 灭 ” （ concentration quenching），耗散过剩光能。
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。 产生光破坏的原因： 过剩光能产生的高能电 子无法利用，产生如 3Chl, 单线态氧、超氧阴 离子等氧化性很强的分子破坏光合机构。
X Pheo
QA QB PQ Cytf PC H2O Z P680 光量子 P700 光量子 O2
强光下，PSII吸收过多激发能（状态II） PQ处于过度还原态 LHCII磷酸激酶被激活 LHCII磷酸化 LHCII与PSII反应中心脱离，向PSI靠近 PSII捕光截面变小，PSI捕光截面变大（状态I）

Fm Fm’
＝Fm’-Fs
Fs
Fs为照光条件下产生 的稳态叶绿素荧光， 因为照光下，部分反 应中心关闭，所以荧 光发射较高。
t
Fo
M -脉冲调制光 S- 饱和脉冲光
叶绿素荧光诱导动力学曲线
Fm’： 光适应下最大荧光（在作用光下用饱和脉冲光测定）。 Fo’： 光适应下最小荧光（在作用光下用脉冲调整光测定）。 Fs : 为照光条件下产生的稳态叶绿素荧光。
Handy PEA
PEA
常用荧光参数及其意义
Fo： 初始荧光，是PSⅡ反应中心处于完全开放状态时
（经过 充分暗适应以后）的初始荧光产量。
当反应中心失活或者遭到破坏时，Fo上 升。因此，可以用Fo变化来反映PSII反应 中心的失活状态
Fm ：最大荧光，是PSⅡ反应中心完全关闭时
（强光照射后）的荧光产量。
用连线激发式荧光仪测定的荧光诱导曲线
Relative fluorescence intensity 1 .2 1 .0 .8 .6 .4 .2 0 .0 100 101 102
b' c'
O
K
J
c a ( a ')
I
P
b
103
104
105
106
107
T im e ( μ s )
连续激发式荧光仪有：Handy PEA， PEA，Pocket PEA， PEA Senior, M-PEA 等
.3
(C)
.2 0 50 100 150 200 250 NaCl (mmol/L)
.9 (A) .8 .7 qP .6 (C)
.7 .6 .5 ΦP39;/Fm' .6 .5 .4 .3 .2 27 30 33 36 39 42 45 48 27 30 33 36 39 42 45 48 Tem perature ( o C) (B) (D)

FR-弱远红光，7-10mmolm-2s-1；l >700nm ；
D-荧光检测器；A-信号放大器；SF-短波滤光片；LF-长波滤光片 18
荧光猝灭－任何使荧光产额低于其最大值的过程。
光化学猝灭－由光化学反应引起的荧光产额的降低，它
依赖于氧化态QA的存在。 非光化学猝灭－由非光化学过程如热耗散过程引起的荧 光产额的降低。
●Fv/Fo： 是Fv/Fm的另一种表达形式，但从度量上，该
指标变化范围大，比Fv/Fm更易区别不同处理间的差别。
两个指标的意义基本相同。一般没有必要同时用Fv/Fm和
Fv/Fo来表示PSII最大光化学效率。
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在非胁迫条件下，Fv/Fm的值很稳定， 据Bjorkman and Demmig对大量植物的测定， 其平均值为0.832+0.004，但在逆境条件下， Fv/Fm显著降低。正因为如此，所以Fv/Fm 的降低常作为发生光抑制或PSII遭受其他伤 害的指标。
叶绿素荧光是研究光合作用的探针
叶绿素荧光是研究光合作用的一个敏感的探针，叶 绿素荧光分析具有灵敏、简便，快速和对植物无破坏损 伤的特点。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。
1.光化学反应（光合作用、光呼吸、氮代谢） 2. 放热，又称非辐射能量耗散 3. 发射荧光 这三者之间存在此消彼长的竞争关系，所以可以通过 荧光的变化探测光合作用的变化。
通常色素分子是处于能量的最低状态－基态，吸收一
个光量子后，会引起原子结构内电子分布的重新排列。其
中一个低能的电子获得能量而成为激发态。
100 m mol m-2 s-1 PFD. ▲, chilling treatment under low irradiance;

一切影响CO2同化的外接界因 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。
光破坏防御机制
热耗散
激发能
光化学反应 形成同化力 荧光
CO2固定 光呼吸 Mehler 反应 N代谢
活性氧 高能电子
光破坏
热耗散过程虽然能耗散过剩光能,保护 植物不被强光破坏,但却不可避免地降低 了光化学效率,按传统的观点凡是导致光 化学效率降低的过程都称为光抑制。 由此可见,光破坏的防御机制也是光抑 制的一种形式,实际上在自然条件下,大多 数的光抑制都是由光破坏防御机制造成的。 那么如何区分光破坏与热耗散？
●
荧光淬灭参数：
qP =(Fm’ -Fs)/(Fm’-Fo’) ： photochemical quenching 光化学淬灭系数，它反 映了PSⅡ反应中心的开放程度。 1- qP 用来表示PSⅡ反应中心的关闭程度。 NPQ = (Fm-F’m)/F’m ＝Fm/Fm’-1 ：非光化学淬灭 non-photochemical quenching NPQ反映了热耗散的程度
叶绿素荧光分析技术在植物 生物学研究中的应用 高辉远
山东农业大学生命科学学院
农业生产中的一且措施都是围绕改 善光合性能进行的。 所以光合作用的研究几乎涉及到植 物生物学的各个领域。 而叶绿素荧光的检测和分析在光合 作用研究中所起的作用越来越突出。
叶绿素荧光现象
Kautsky 等（1931）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, 称为Kautsky效应。
Handy PEA
PEA
常用荧光参数及其意义
Fo： 初始荧光，是PSⅡ反应中心处于完全开放状态时