叶绿素荧光介绍.ppt

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1、一、叶绿素荧光动力学理论及其在逆境生理生态学研究中的应用杨志勇,1、光合作用的基本过程,光合作用从光能的吸收、能量转换、电子传递、ATP合成到CO2的固定，共包括60多个步骤，是一个相当复杂的化学反应。光反应：电子从光系统（PS）经过Cyt b6/f复合体传递到光系统（PS）；同时光合膜两侧形成质子梯度；类囊体腔中的质子经过ATP合成酶流到细胞质中驱动ATP的合成；同时生成NADPH。暗反应：Calvin-Benson循环,即光反应得到的ATP和NADPH参与CO2的固定生成葡萄糖。,2、叶绿素荧光的研究历史,1931年，Kautsky（考茨基）发现叶绿素荧光诱导现象并将其与光合作用联系起来（

2、Lichtenthaler1992;Govindjee 1995)。此后，人们对其进行了广泛而深入的研究，并逐步形成了光合作用的荧光诱导理论，被广泛应用于光合作用研究。叶绿素荧光已成为光合作用的有效探针（Papageorgiou 1975;Papageorgiou Papageorgiou&Govindjee 2004)。,植物吸收的阳光（光量子）都被其用于光合作用了吗？如果不是，又是如何利用的呢？叶绿素荧光是如何产生的呢？叶绿素荧光与光合作用有什么样的联系呢？叶绿素荧光技术是如何应用于逆境生理生态学研究的呢？,3、叶绿素荧光的产生,植物叶片呈绿色，是因为它吸收红光和蓝光，反射绿光的缘故。入射

3、到叶片表面的光，经过反射、散射和投射，约有84%被吸收利用。,叶绿素吸收光能后能级的变化,叶绿素分子吸收光量子后，从基态（低能态）跃迁到激发态（高能态）。由于波长越短能量越高，故叶绿素分子吸收红光后，电子跃迁到最低激发态；吸收蓝光后，跃迁到比吸收红光更高的能级（较高激发态）。处于较高激发态的叶绿素分子很不稳定，在几百飞秒（fs,1fs=10-15s)内，向周围环境辐射热量，回到最低激发态。最低激发态的叶绿素分子可以稳定存在几纳秒（ns,1ns=10-9s)。,处于较低激发态的叶绿素分子可通过三种途径释放能量回到稳定的基态：重新放出一个光子，回到基态，即产生荧光。不放出光子，直接以热的形式耗散掉

4、。将能量从叶绿素分子传递给电子受体进行光化学反应。以上这三个过程相互竞争，具有最大速率的过程处于支配地位。对于许多色素分子来说，荧光发生在纳秒级，而光化学反应发生在皮秒级，因此当光合生物处于正常的生理状态时，叶绿素吸收的光能大部分是用来进行光化学反应的，荧光只占很小的一部分。,所以，叶绿素荧光：植物吸收的一小部分光重新以光的形式发射出来。,根据能量守恒：1=光合作用+叶绿素荧光+热。可以得出：叶绿素荧光=1-光合作用-热。,P+D+F=1 F=1-P-D,4、活体叶绿素荧光是光合作用的有效探针,活体状态下，叶绿素荧光几乎全部来源于PS的Chl a，活体叶绿素荧光提供的快速信息反映了PS对激发能

5、的利用和耗散情况。光合作用过程的各个步骤密切偶联，因此任何一步变化都会影响到PS，从而引起荧光变化，也就是说通过叶绿素荧光几乎可以探测所有光合作用过程的变化。,5、叶绿素荧光术语,植物发出的荧光可分为性质不同的两个部分：固定荧光(Fo)和可变荧光(Fv)。Fo：固定荧光或初始荧光产量,也称基础荧光。代表不参与PS 光化学反应的光能辐射部分,是PS 反应中心处于完全开放时的荧光产量,它与叶绿素浓度有关。Fv：可变荧光产量,代表可参与PS 光化学反应的光能辐射部分,反映了PS 原初电子受体QA 的还原情况。Fm:最大荧光产量,是PS 反应中心处于完全关闭时的荧光产量。反映通过PS 的电子传递情况。

6、通常叶片经暗适应20min后测得。Fm=Fo+Fv。Fo：作用光关闭时的原初荧光产量。Fm：作用光打开时的最大荧光产量。Fs：稳态荧光产量。,6、常用叶绿素荧光参数,Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm：PS的最大量子产量，反应了植物的潜在最大光合能力（光合效率）。叶片暗适应1530min 后测得。高等植物一般在之间。当植物受到胁迫（Stress)时，Fv/Fm显著下降！PS=Yield=Fv/Fm：实际光化学量子产量，它反映PS反应中心在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定。,常用叶绿素荧光参数,荧光淬灭分两种：光化学淬灭和非光化学淬灭。光化学淬灭（Photoch

7、emical Quenching，qP)：由光合作用引起的荧光淬灭。以光化学淬灭系数代表：qP=(Fm-F)/(Fm-Fo)。非光化学淬灭（Non-Photochemical Quenching，qN或NPQ)：由热耗散引起的荧光淬灭，即热耗散。有两种表示方法，NPQ=Fm/Fm-1或qN=1-(Fm-F0)/(Fm-Fo)=1-Fv/Fv。NPQ比qN能更准确地反映无性系的非光化学淬灭的情况。光化学淬灭反映了植物光合活性的高低；非光化学淬灭反映了植物耗散过剩光能为热的能力，也就是光保护能力（Muller et al.2001）。,常用叶绿素荧光参数,rETR：光合电子的相对传递速率。rETR

8、=F/FmPAR0.50.84(Genty et al.1989;Schreiber et al.1994)，其中系数0.5是表示一个电子传递需要吸收2个量子，系数0.84 表示在入射的光量子中被吸收的占84%，PAR是光合有效辐射。,7、叶绿素荧光动力学在植物抗逆生理生态学研究中的应用,光是植物最重要的能量来源,植物通过光合作用把光能转变为化学能储藏于体内,但过量的光会抑制光合作用的进行,甚至引起光合机构的光氧化损伤。这种光合机构所吸收光能超过光合作用本身所能利用的能量而引起光合作用效率下降的现象称为光抑制。现已证明,光抑制既是PSII伤害的一种表现形式,又是一种光保护过程。光抑制常用Fv/Fm来检测。,低温胁迫：黄瓜叶片的Fv/Fm发生可逆性下降（周艳虹等，2004）。热胁迫：蜜柑和脐橙叶片的Fv/Fm、ETR下降，Fo升高（郭延平等，2003）。水分胁迫：甘蔗苗期叶片的Fv/Fm、Fv/Fo、Yield随水分胁迫强度的增强而下降。（罗俊等，2004）。盐胁迫：玉米幼苗叶片的Fv/Fm和Fv/Fo明显下降，说明PSII受到损伤（王丽燕等，2005）。营养胁迫：缺水和缺氮时玉米叶片的Fv/Fm极显著减少（Sepheri A et al.2003）。,Thanks!,