叶绿素荧光原理及理论
叶绿素荧光实验报告
一、实验目的1. 了解叶绿素荧光的产生原理。
2. 掌握叶绿素荧光光谱的测定方法。
3. 分析叶绿素荧光光谱与植物光合作用的关系。
二、实验原理叶绿素荧光是指植物在吸收光能后，部分能量以荧光形式释放出来的现象。
叶绿素荧光的产生原理是：在光合作用过程中，叶绿素分子吸收光能后，电子从基态跃迁到激发态，当电子从激发态回到基态时，释放出光子，形成荧光。
叶绿素荧光光谱反映了叶绿素分子吸收、传递和转化光能的能力，是研究植物光合作用的重要手段。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：新鲜叶片（如菠菜、小麦等）2. 实验仪器：荧光分光光度计、剪刀、研钵、紫外灯、比色皿、水浴锅、移液器、超纯水等四、实验步骤1. 制备叶绿素提取液：取新鲜叶片，用剪刀剪碎，加入少量石英砂和碳酸钙粉，用研钵研磨成匀浆。
将匀浆转移至比色皿中，加入适量超纯水，搅拌均匀。
2. 荧光光谱测定：将制备好的叶绿素提取液置于荧光分光光度计中，设置激发波长为400nm，扫描范围为400-800nm，记录荧光光谱。
3. 比较不同处理叶片的荧光光谱：将叶片分为对照组和实验组，对照组置于正常光照条件下，实验组置于黑暗条件下处理一段时间。
处理完毕后，分别测定两组叶片的荧光光谱，比较其差异。
4. 分析荧光光谱：根据荧光光谱，分析叶绿素分子在吸收、传递和转化光能过程中的变化。
五、实验结果与分析1. 叶绿素荧光光谱特征通过荧光分光光度计测定，得到叶绿素荧光光谱。
结果表明，叶绿素荧光光谱具有以下特征：（1）叶绿素荧光光谱在450-650nm范围内有较强的荧光峰，这是由于叶绿素分子在吸收光能后，电子从基态跃迁到激发态，随后以荧光形式释放出来的能量。
（2）叶绿素荧光光谱在665nm附近存在一个较强的荧光峰，这是由于叶绿素分子在吸收光能后，部分能量通过能量传递过程传递给其他叶绿素分子，再以荧光形式释放出来的能量。
2. 不同处理叶片的荧光光谱比较对照组和实验组叶片的荧光光谱存在显著差异。
叶绿素荧光原理及理论
叶绿素荧光原理及理论
叶绿素荧光原理及理论
叶绿素荧光原理及理论
叶绿素荧光原理及理论
第二部分：脉冲调制荧光参数测定原理及意义
叶绿素荧光原理及理论
一：叶绿素荧光的五个基本参数
FO； FM； FS； FM’； FO’
叶绿素荧光原理及理论
FO ：最小荧光（或基础荧光等）；充分暗适应的光合机构全部 PS
● ФPSII（ Ф II）+ ФNPQ + Ф NO = 1 ФPSII：实际光化学效率
（光化学量子产额）
ФNPQ：包括天线耗散和反应
中心的失活
ФNO：非光诱导的淬灭
叶绿素荧光原理及理论
● 表示光合电子传递去向的荧光参数：
Je(PSII) =0.5 × α× ФPSⅡ × PFD；单位时间内通过PSII的全部电子流
1 荧光参数在文献中常见的出现形式
Sakamoto W, Takahashi Y. The Plant Cell, 2003(15), 2843-2855
叶绿素荧光原理及理论
●：33% ○：78% ▼：100%
图示：不同展开程度的大豆叶片荧光参数Fv/Fm的日变化
叶绿素荧光原理及理论
Jiang CD et al. EEB 2006
叶绿素荧光原理及理论
5 盐击过程中电子传递过程的研究
盐击
21% O2
▲: 净光合速率 ■: PSII实际光
化学效率
2% O2
盐击
盐击过程中光合速率（Pn， ▲）和PSII光量子效率（ΦPSII，■）的变化
叶绿素荧光原理及理论
◆ ：21% O2 ■ ：2％ O2
A: 气孔导度（Gs） B：光化学猝灭系数（qP） C：光能捕获效率（Fv’/Fm’） D: 非光化学猝灭系数（NPQ）
叶绿素荧光理论概述
.55
.50
.45 .6 (C) .5
.4
.3
.2
.1 0 100 200 300
NaCl (mmol/L)
Ca2+ 对NaCl胁迫下杂交酸模 叶片PSII光化学反应的影响
●： ck ○： 8 mmol/L Ca2+
Ca2+ 对不同浓度NaCl胁迫 下杂交酸模叶片光化学猝灭 （qP），PSII反应中心光 能捕获效率（Fv’/Fm’）和 PSII光量子效率(ΦPSII, ) 的影响
荧光随时间变化的曲线称为 叶绿素荧光诱导动力学曲线
Fluorescence intensity Fluorescence intensity
5000 P
4000
3000
2000
1000 O
0 0
100
200
Time (s)
5000
A
B
P
4000
3000
T O
2000 T
1000
0 300 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103
用连线激发式荧光仪测定的荧光诱导曲线
Relative fluorescence intensity
1.2
O
KJ I
P
1.0
c
.8
a()
.6
c'
b
.4
.2
b'
0.0 100 101 102 103 104 105 106 107
Time (s)
连续激发式荧光仪有：Handy PEA， PEA，Pocket PEA， PEA Senior, M-PEA 等
叶绿素荧光研究技术
叶绿素荧光研究技术叶绿素荧光是研究光合作用和植物生理过程的一个重要手段。
叶绿素荧光是叶绿素分子受到光照激发后，发射出的荧光信号。
该技术能够监测光合能力和光合调节机制，了解植物正常或异常生长状况，研究非光合组织如果实和种子的生理过程，评估植物生长环境的适应性等。
一、叶绿素荧光测量原理叶绿素分子吸收光能后，能量被转移给氧化还原反应中心。
当光强过大或光能无法被消耗时，多余的光能会被氧化还原反应中心转化为热量，导致光合系统的损伤。
而当光合系统接受的光能较少时，荧光的发射会增加。
因此，测量叶绿素荧光的强度和特性可以反映光合系统工作的性能。
二、叶绿素荧光参数1.Fv/Fm：最大光化学效率，反映PSII反应中心的状态，值接近0.8时表明植物处于良好的生长状态；2.Fv/Fo：PSII光化学效率，反映感光物质的活性；3.Fm/Fo：光合色素电子传递量，反映光合色素的电子传递能力；4.ETR：PSII电子传递速率，根据荧光叶片的调制的能量进行计算；5.NPQ：非光化学淬灭，表征过量光能和植物应激状态的多巴胺合成。
三、叶绿素荧光测量方法1.便携式叶绿素荧光仪（PAM）：PAM技术适用于野外生态学、环境评估和植物生理等领域研究。
优点是操作简单，适用范围广，可以直接用于测量植物的光合效率、叶片蒸腾等。
2.受控环境下的叶绿素荧光分析仪：此类仪器通常配备一个收集样本荧光的光电探测器和一个稳定的光源。
与PAM相比，仪器的体积较大，需要受控环境条件下进行测量，但有更高的精度和稳定性。
3.瞬态叶绿素荧光测量：瞬态叶绿素荧光测量方法能够提供叶绿素荧光曲线的全面信息。
它利用激光闪光对植物进行刺激，然后通过检测荧光信号的时间和强度来得到更准确的数据，并推断光合电子传递的很多参数。
四、叶绿素荧光研究应用1.光合调节机制研究：通过测量叶绿素荧光参数，可以识别植物光合调节机制的不同特征，对了解光合作用的调控机制具有重要意义。
2.植物逆境胁迫研究：叶绿素荧光参数能够反映植物受到逆境胁迫时的生理和生化变化，如光强强度、干旱和高温等环境条件下的光合能力和耐受性。
叶绿素荧光遥感的原理
叶绿素荧光遥感的原理叶绿素荧光遥感的原理主要基于植物叶片吸收光辐射后，叶绿色分子将其转化为荧光的过程。
这种荧光现象与植物的光合作用密切相关，因此可用于检测植被状况和估算总初级生产力，即植物通过光合作用固定的碳总量。
当植物受到光照时，大部分能量用于进行光合作用，而一部分能量则转化为热量耗散掉。
很少一部分能量转化为波长更长的光，即叶绿素荧光。
这种荧光现象本身并不是新发现，早在几十年前，植物学家就已经认识到它是有效监测植物生理状态变化的直接无损方法。
叶绿素荧光的强度和光谱特征可以反映植物的光合作用能力和健康状况。
当植物受到胁迫或环境变化的影响时，其叶绿素荧光特性会发生变化，因此可以作为植被状况的敏感指示器。
遥感技术则利用卫星或飞机搭载的传感器来探测地球表面的信息，包括叶绿素荧光信号。
通过测量不同地点的叶绿素荧光强度和光谱特征，可以反演植物的光合作用能力和健康状况，进而估算区域或全球尺度的植被生产力、碳汇等参数。
这种方法的优点是能够快速获取大范围的数据，并可以对植物生长状况进行长期监测。
在叶绿素荧光遥感中，红边区和蓝边区是两个关键的光谱区域。
叶绿素在红边区（约680-750纳米）和蓝边区（约450-490纳米）有较强的吸收峰，因此在这两个区域测量到的荧光信号可以反映叶绿素的状态和含量。
同时，由于叶绿素荧光与光合作用的直接关系，测量到的荧光信号也可以反映植物的光合作用能力。
此外，PRI（Photochemical Reflectance Index）是一种常用的植被指数，用于估算叶绿素荧光和光合作用效率。
其原理在于，当植物接收到超过本身碳同化的能量时，就要耗散掉过剩光能以避免“光氧化”或“光抑制”。
一种方式是叶绿素a的PSII以荧光的形式向外发出，另一种方式是热耗散。
PRI可以通过测量叶片在531纳米和570纳米两个波长处的反射率来计算，其公式为PRI=（R531−R570）/（R531+R570）。
PRI与叶黄素循环脱环氧化状态有关，可以反映叶绿素荧光的非光化学淬灭动态变化。
叶绿素荧光技术在环境污染监测中的应用
叶绿素荧光技术在环境污染监测中的应用叶绿素是一种重要的植物色素，它不仅是进行光合作用的关键物质，也是水生及陆生生物生态系统中的一个指示性测量参数。
叶绿素荧光则作为一种非常有效的分析方法广泛应用于环境污染监测中，为科学家们提供了一种新的视角来观测生态系统的变化。
叶绿素荧光技术的原理叶绿素荧光是叶绿素在光照条件下发出的一种微弱荧光。
光合反应链中的光能起到激发叶绿素分子的作用，激发后的叶绿素通过一系列光合作用反应链将光能转化为化学能，并且向氧化还原电位较高的物质传递。
在某些状况下，氧化还原过程被阻碍，电能产生积累，而此时就会发生光能自发的发光，这种光即为叶绿素荧光。
在叶绿素荧光技术中，使用荧光仪激光来激发植物叶片产生荧光，并通过检测荧光的强度来分析叶片中叶绿素的含量等关键参数。
这种荧光强度通常用FP值来表示，因此叶绿素荧光可以被用于检测植物的光合作用强度、重金属污染、突变等方面。
叶绿素荧光在环境污染监测中的应用叶绿素荧光技术被广泛地应用于环境污染监测中。
在监测水体污染方面，通过检测水中的原生质或藻类叶绿素荧光，人们能够了解当前水体中的营养物浓度和藻类生物群落的状况。
几乎所有光合生物植物都含有叶绿素，它们之间的叶绿素含量差别可以用来检测植物在污染环境下的适应性变化。
因此，这种技术在监测工业或农业污染排放中具有重要作用。
叶绿素荧光技术在农业方面的应用也逐渐涉及到了环境污染控制。
植物生长环境中的化学物质和其他污染因素可以对叶绿素产生影响，因此科学家可以通过对叶绿素荧光的分析来了解到植物生长环境的重要参数，例如温度、光照和水分等。
通过利用这些数据来对植物种植环境进行改善，可以提高植物的生产效率和减少对环境的负面影响。
未来展望虽然叶绿素荧光技术已经被广泛地应用于环境污染监测和植物生长环境控制方面，但是随着相关技术的不断发展和科学家对其作用的深入研究，叶绿素荧光技术在环境科学领域中的应用前景仍然十分广阔。
未来，此技术可能成为环境污染监测和生态保护的主要方法之一，其在工业生产和农业领域中的应用也将不断扩大。
植物日光诱导叶绿素荧光的遥感原理及研究进展
植物日光诱导叶绿素荧光的遥感原理及研究进展一、本文概述植物叶绿素荧光作为一种非侵入性的生物光学现象，已经成为遥感科学领域的研究热点。
叶绿素荧光主要来源于植物在吸收阳光能量后，经过一系列光化学反应产生的能量释放。
这一过程不仅能够反映植物的光合作用活性，还能提供关于植物生理状态、环境胁迫和生态系统功能的重要信息。
本文旨在深入探讨植物日光诱导叶绿素荧光的遥感原理，总结并分析近年来该领域的研究进展，以期为叶绿素荧光遥感技术的发展和应用提供理论支撑和实践指导。
文章首先将对植物叶绿素荧光的产生机制进行详细阐述，包括其光化学过程和影响因素。
在此基础上，进一步介绍叶绿素荧光遥感的基本原理和技术方法，包括荧光信号的获取、传输和处理等关键环节。
接着，文章将重点综述近年来植物叶绿素荧光遥感在生态系统监测、环境胁迫评估、作物生理状态诊断等方面的应用实例和研究成果。
文章还将对叶绿素荧光遥感面临的挑战和未来发展趋势进行探讨，以期为相关领域的研究者和技术人员提供有益的参考和启示。
二、植物叶绿素荧光的产生机制植物叶绿素荧光，作为一种光化学反应的产物，其产生机制涉及到光合作用过程中的能量转换和光保护机制。
叶绿素作为植物光合作用的核心色素，主要吸收光能并将其转换为化学能，驱动植物的生长和发育。
然而，当植物吸收的光能超过其光合作用系统所能利用的范围时，就会发生光抑制现象，导致叶绿素荧光的产生。
在光合作用的光反应阶段，植物通过叶绿素吸收光能，将水分解为氧气和电子，同时生成高能磷酸键，为暗反应提供能量。
然而，当光能过剩时，叶绿体内的反应中心会受到损伤，导致电子传递链受阻，从而产生荧光。
这种荧光是叶绿素分子在受到激发后，从高能级向低能级跃迁时释放的能量。
叶绿素荧光的产生与植物的光保护机制密切相关。
为了应对光能过剩带来的压力，植物会启动一系列光保护策略，包括非光化学猝灭（NPQ）和光呼吸等。
非光化学猝灭是一种通过热能形式耗散过剩光能的机制，而光呼吸则是在光合作用暗反应阶段通过消耗氧气和还原力来减轻光抑制。
叶绿素荧光原理与应用
(Fm’-Fs)/Fm’―作用光存在时PSII的实际的 量子效率(φPSII)，即PSII反应中心电荷分离的 实际的量子效率。
Fs是稳态荧光水平，Fm’是在作用光存在 时一个饱和光脉冲激发的荧光水平。计算这个 参数不需要准确测定Fo，不受Fo变化的影响。 PSII 实 际 的 电 子 传 递 的 量 子 效 率 这 个 参 数 [φPSII=(Fm’-Fs)/Fm’]不仅与碳同化有关，也与 光呼吸及依赖O2的电子流有关。
Fi―荧光诱导动力学曲线O-I-D-F-T中I水平的荧光强度 Fp―荧光诱导动力学曲线O-I-D-P-T中P水平的荧光强度 Fs―荧光诱导动力学曲线O-I-D-P-T中T水平的荧光强度 Fm―黑暗中最大（maximum）荧光，它是已经暗适应 的光合机构全部PSII中心都关闭时的荧光强度，qP=0。 这时所有的非光化学过程都最小，qN=0，这是标准的最 大荧光。
Fv/Fo－ 是 Fv/Fm 的 另 一 种 表 达 方 式 ， Fv/Fo=(Fv/Fm)/(1-Fv/Fm)。Fv/Fo不是一个直接的效率指 标，但是它对效率的变化很敏感，一些处理引起的 Fv/Fo 变 化 的 幅 度 比 Fv/Fm 变 化 的 幅 度 大 得 多 ， 所 以 Fv/Fo在一些情况下是表达资料的好形式。
植物体内光合量子效率调节的一个重要方面。
非光化学猝灭涉及三个不同的机理： qE——依赖类囊体膜内外的质子浓度差 ，暗弛豫的半时间 t1/2<1min，快相。 qT——依赖状态1向状态2的转换，PS II的捕光复合体磷酸化 ，脱离PS II，从类囊体的基粒区迁移到间质片层区，从而减 少 激 发 能 向 PS II 的 分 配 ， 增 加 激 发 能 向 PS I 的 分 配 ， t1/2=8min，中间相。它比qE和qI小得多，强光下qE和qI增加， 而qT受抑制。 qI——与光合作用的光抑制有关，可变荧光与最大荧光比值 的降低，t1/2=40min，慢相。关于这后一种非光化学猝灭，有 三种假说。假说一：这种非光化学荧光猝灭起源于PS II的反 应中心，部分PS II中心发生变化，虽然还能捕捉激发能，但 不能进行光化学反应，而把能量变成热。假说二：这种非光化 学荧光猝灭起源于PS II的天线色素，它通过非辐射能量耗散 消耗激发能，与叶黄素循环过程中生成的玉米黄素有关。假说 三：这种非光化学荧光猝灭与D1蛋白的失活和降解有关
叶绿素荧光的实验报告
1. 了解叶绿素荧光的基本原理和特性；2. 掌握叶绿素荧光光谱的测定方法；3. 分析叶绿素荧光与光合作用的关系。
二、实验原理叶绿素荧光是指叶绿素分子在吸收光能后，部分能量以热能形式散失，另一部分能量被叶绿素分子重新吸收并转化为光能的过程。
叶绿素荧光光谱的测定可以反映叶绿素分子在光合作用过程中的能量转移和转化情况。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：新鲜叶片（如菠菜、小麦等）2. 实验仪器：荧光分光光度计、荧光激发光源、比色皿、剪刀、镊子、滤纸、乙醇等四、实验步骤1. 叶片制备：取新鲜叶片，用剪刀剪成约1cm²的小块，放入装有少量乙醇的比色皿中，浸泡约10分钟，使叶片脱色。
2. 荧光激发：将脱色后的叶片放入荧光分光光度计的样品室中，调整荧光激发光源的波长为440nm，激发叶片。
3. 荧光光谱测定：在荧光激发光源照射下，分别测定叶片在440nm、490nm、530nm、565nm、590nm、620nm、640nm、660nm、680nm、700nm等波长下的荧光强度。
4. 数据处理：将测得的荧光强度数据输入计算机，利用荧光分光光度计自带软件进行数据处理和分析。
五、实验结果与分析1. 荧光光谱分析：根据实验数据绘制叶绿素荧光光谱图，分析叶绿素分子在光合作用过程中的能量转移和转化情况。
2. 荧光与光合作用的关系：比较不同处理条件下（如光照、温度、氮素供应等）叶绿素荧光光谱的变化，分析叶绿素荧光与光合作用的关系。
1. 叶绿素荧光光谱反映了叶绿素分子在光合作用过程中的能量转移和转化情况；2. 叶绿素荧光强度与光合作用强度呈正相关，即光合作用强度越高，叶绿素荧光强度越大；3. 光照、温度、氮素供应等因素对叶绿素荧光有显著影响。
七、实验讨论1. 实验过程中，叶片制备和荧光激发光源的调整对实验结果有较大影响，需严格控制实验条件；2. 叶绿素荧光光谱的测定结果受多种因素影响，如叶片种类、生长环境等，实验结果具有一定局限性；3. 叶绿素荧光光谱分析为研究光合作用过程提供了一种新的手段，有助于深入了解光合作用机理。
叶绿素荧光测定原理
叶绿素荧光测定原理叶绿素荧光测定原理是一种常用的技术，用于评估植物叶片的生理状态和光合作用效率。
它基于植物叶绿素分子在吸收光能后的荧光发射。
叶绿素是植物叶片中的主要光合色素，可吸收光能并将其转化为化学能以供光合作用使用。
然而，当植物无法有效利用光能时，一部分光能将会以热量的形式散失，而另一部分则会以荧光的形式重新辐射出去。
叶绿素荧光即是指这部分重新辐射的光。
叶绿素荧光的强度与植物内部的光合活性和光捕获效率密切相关。
在高效的光合作用状态下，葡萄糖和ATP能够积极参与荧光发射预处理，使得荧光发射的量子产生率较低。
相反，在光合活性低下或应激条件下，荧光发射量子产生率增加。
叶绿素荧光测定根据荧光发射的强度来评估植物叶片的生理状态和光合作用效率。
测量过程中通常会使用一个叶绿素荧光测定仪，该仪器包括一个光源、一个探测器和一个数据处理系统。
在测定过程中，光源会提供一个特定波长的光照以激发叶绿素分子的荧光发射。
这个波长通常是蓝光，因为叶绿素荧光主要在红-蓝光区域发射。
探测器接收并测量叶绿素荧光的强度，然后将数据传输给数据处理系统进行分析和计算。
数据处理系统可以使用不同的参数来表示叶绿素荧光的强度，并且这些参数具有不同的生理意义。
例如，最常用的参数是几个荧光信号（F0，Fm和Fv），它们代表了基础荧光、最大荧光和可变荧光。
这些参数可以用来计算光合作用效率指数（PI）和非光化学猝灭（NPQ）等指标，从而客观评估光合作用过程中的能量捕获和耗散。
总之，叶绿素荧光测定原理是基于叶绿素分子在吸收光能后产生的荧光发射的特性来评估植物叶片的生理状况和光合作用效率。
这一原理的准确性和可重复性使得叶绿素荧光成为了一个重要的检测手段，用于研究植物的光合代谢和应对环境应激的能力。
分析叶绿素荧光的原理和应用
分析叶绿素荧光的原理和应用叶绿素荧光是一种十分常见的现象，它不仅仅是生命科学领域中的一个重要指标，同时还有广泛的应用前景。
本文将从原理、测量方法、应用方面进行分析，探究叶绿素荧光的作用和意义。
一、原理叶绿素荧光的产生是叶绿素分子吸收光子所产生的能量，在发生碰撞后的一部分能量导致光子发射出去发生荧光。
这种发射光谱是叶绿素基态发射峰的红外边，并且受到长波长（630 nm）和短波长（450-460 nm）激发的光谱区域。
其中，630 nm波长激光产生的荧光一般称为永久荧光（P叶绿素荧光），450 nm波长激光产生的荧光则通常称为瞬态荧光（R叶绿素荧光）。
叶绿素荧光的产生与叶绿素分子的光合作用有着密不可分的联系。
在光合作用中，叶绿体中的叶绿素会吸收光子，将其能量捕获并传递给其他分子，最后被转化为化学能。
但在某些情况下，能量被退回到叶绿素中，这样就会产生荧光发射。
因为荧光光谱的位置和形态与吸收光谱是相反的，所以通过荧光可以了解叶绿素分子的吸收和转移过程。
二、测量方法通过测量叶绿素荧光可以获取许多与光合作用有关的信息，包括叶绿素荧光发射的强度和发射峰的位置等。
测量叶绿素荧光的方法可以分为光谱测量和成像测量两种。
在光谱测量中，通常使用荧光光谱仪对样品进行测量。
通过选择合适波长的激发光及检测荧光的波长范围，可以获取不同波段的荧光光谱。
这种测量方法适用于对荧光分子光学特性的研究和对不同类型样品的快速分析。
成像测量则是通过显微成像技术实现的。
光学显微镜通常需要卷起样品和探针，然后将样品放在显微镜下面进行观察。
从这样的观察中可以光学地感知叶绿素荧光分布的空间分布和位置信息。
三、应用叶绿素荧光的应用非常广泛。
它可以用于控制光照条件和生长，了解植物的代谢和健康状态。
同时，还可以通过测量不同波段的荧光光谱和波长，对不同类型的样品进行研究和分析。
1. 光合作用研究光合作用是植物在光照下进行的复杂反应过程，荧光在这个过程中起着至关重要的作用。
叶绿素荧光现象原理
叶绿素荧光现象原理
叶绿素是植物体内最重要的色素之一，它能够吸收太阳光的能量，并将其转化为植物体内化学能的形式。
而叶绿素荧光现象则是指叶绿素在受到光的激发后，能够发出一种特殊的荧光现象。
这种荧光现象不仅在植物体内广泛存在，而且也是许多生物科学研究中的重要现象之一。
叶绿素荧光现象的产生原理是基于叶绿素分子的电子结构。
叶绿素分子由一个大的分子框架和一个镁离子组成。
分子框架中的四个氮原子分别与镁离子形成配位键，而镁离子则处于分子框架中心。
这种结构使得叶绿素分子具有一个很强的吸光能力，能够吸收红、橙、黄、绿和蓝色光线，而反射或透过绿色光线。
当叶绿素分子吸收光能时，其电子会被激发到一个高能态。
这个高能态是不稳定的，因此电子会很快返回到低能态，释放出一部分能量。
这部分能量可以以热能的形式散失出去，也可以以荧光的形式发出。
当叶绿素分子发出荧光时，其电子会从高能态跃迁到低能态，释放出的能量以光的形式发出，产生绿色荧光。
叶绿素荧光现象在生物科学研究中有着广泛的应用。
其中最重要的应用之一是用于研究植物生长和光合作用。
通过测量叶绿素荧光的强度和光合作用的速率，可以了解植物的健康状况和光合作用的效率。
此外，叶绿素荧光还可以用于研究环境因素对植物的影响，如温度、光照强度和水分等。
总之，叶绿素荧光现象是一种重要的自然现象，它能够帮助我们
了解植物的生长和光合作用，同时也为生物科学研究提供了一个重要的工具。
随着科技的不断发展，相信叶绿素荧光现象的研究将会有更加广泛的应用和重要性。
测叶绿素荧光实验报告
一、实验目的1. 了解叶绿素荧光的产生原理及其与光合作用的关系；2. 掌握叶绿素荧光仪的使用方法；3. 通过实验，探究不同光强对叶绿素荧光的影响。
二、实验原理叶绿素荧光是指叶绿素在光合作用过程中，吸收光能后，电子从叶绿素分子中激发出来，经过一系列传递，最终以荧光的形式释放出来。
叶绿素荧光的产生与光合作用密切相关，荧光强度可以反映光合作用的强度。
本实验采用叶绿素荧光仪，通过测量叶绿素荧光强度，分析不同光强对叶绿素荧光的影响。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：新鲜叶片（如菠菜、油菜等）2. 实验仪器：叶绿素荧光仪、光合仪、电子天平、剪刀、尺子等四、实验步骤1. 样品制备：选取新鲜叶片，用剪刀剪成适当大小的碎片，称取0.1g左右，置于研钵中；2. 叶绿素提取：向研钵中加入少量石英砂和碳酸钙粉，加入3～5ml 95%乙醇，研磨至组织变白；3. 滤液制备：将研磨好的样品过滤，收集滤液；4. 荧光测量：将叶绿素荧光仪的光源对准叶片，调整光强，记录荧光强度；5. 不同光强实验：重复上述步骤，改变光强，记录不同光强下的荧光强度；6. 数据处理：分析不同光强对叶绿素荧光的影响。
五、实验结果与分析1. 叶绿素荧光的产生原理：叶绿素分子吸收光能后，电子从叶绿素分子中激发出来，经过一系列传递，最终以荧光的形式释放出来；2. 不同光强对叶绿素荧光的影响：实验结果显示，随着光强的增加，叶绿素荧光强度也随之增加，但在一定范围内，荧光强度与光强呈线性关系；3. 荧光强度与光合作用的关系：荧光强度可以反映光合作用的强度，荧光强度越高，光合作用越强。
六、实验结论1. 叶绿素荧光的产生与光合作用密切相关，荧光强度可以反映光合作用的强度；2. 不同光强对叶绿素荧光有显著影响，在一定范围内，荧光强度与光强呈线性关系。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意保持样品的新鲜，避免样品失水；2. 实验操作要规范，确保实验结果的准确性；3. 注意实验安全，避免化学品对人体造成伤害。
叶绿素荧光数据
叶绿素荧光数据1. 引言叶绿素是植物细胞中的重要色素，它在光合作用中发挥着关键的作用。
叶绿素通过吸收光能，并将其转化为化学能，从而为植物细胞制造能量。
在这个过程中，一部分光能会转化为热能，而另一部分则被转化为叶绿素荧光。
叶绿素荧光是叶绿素分子受光激发后释放的荧光信号，可以用来研究光合作用的效率和植物生理状态。
2. 叶绿素荧光测量叶绿素荧光可以通过荧光仪测量得到。
荧光仪是一种专门用于测量叶绿素荧光的仪器，它可以通过照射植物组织并测量其发出的荧光来分析叶绿素荧光的特性。
在测量过程中，需要将植物样品置于一个暗室中，以排除外界光的干扰。
然后，通过一个特定的激发光源照射样品，观察和记录样品发出的荧光信号。
3. 叶绿素荧光参数叶绿素荧光测量可以得到多个参数，这些参数可以反映光合作用的效率和植物生理状态。
以下是几个常用的叶绿素荧光参数：•Fv/Fm：最大光化学效率。
它代表了植物在光饱和条件下的最高光合作用效率，通常用于评估叶绿素荧光信号的强度。
•Fv/Fo：光化学效率。
它代表了植物在光限制条件下的光合作用效率，是Fv/Fm的一个补充指标。
•PhiPSII：有效光合作用量子效率。
它代表了植物对光的吸收和利用的效率，可以反映光合作用的效能。
•NPQ：光保护机制指数。
它代表了植物在强光条件下的光保护能力，可以反映植物对光的适应能力。
这些参数可以通过叶绿素荧光测量得到，并通过相应的公式计算得出。
不同植物种类、不同环境条件下的叶绿素荧光参数可能会有所不同，因此在进行叶绿素荧光研究时，需要充分考虑样品的特性和实验条件。
4. 叶绿素荧光在研究中的应用叶绿素荧光数据在植物生理学和生态学研究中有着广泛的应用。
通过测量和分析叶绿素荧光数据，可以对植物的光合作用效率、抗逆性和生态适应性等进行评估和研究。
以下是几个常见的应用领域：•植物应答光胁迫：利用叶绿素荧光参数可以研究植物在光胁迫条件下的光合作用效率和光保护机制，以及植物对光胁迫的适应能力。
叶绿素的鉴定原理
叶绿素的鉴定原理
叶绿素的鉴定原理是通过其吸收光谱特征和荧光光谱特征来确定样品中是否存在叶绿素。
1. 吸收光谱特征：叶绿素具有明显的吸收光谱特征，主要吸收红光和蓝光，从而呈现出绿色。
常用的鉴定方法是使用紫外可见光分光光度计测量样品在不同波长的吸光度，然后根据叶绿素的吸收峰对比和特征波长的吸光度差异来确定是否存在叶绿素。
2. 荧光光谱特征：叶绿素在受到激发光照射后会发生荧光发射，其荧光发射谱具有特定的波长范围和峰值。
常用的鉴定方法是使用荧光光谱仪测量样品在不同波长范围内的荧光强度，并比较叶绿素的荧光峰值和波长分布。
通过以上两种方法综合分析，可以确定样品中是否存在叶绿素。
这些鉴定方法广泛应用于植物学、生物学、环境科学等领域中对叶绿素的相关研究和分析。
叶绿素荧光
叶绿素荧光叶绿素荧光作为光合作用研究的探针，得到了广泛的研究和应用。
叶绿素荧光不仅能反映光能吸收、激发能传递和光化学反应等光合作用的原初反应过程，而且与电子传递、质子梯度的建立及ATP合成和CO2固定等过程有关。
几乎所有光合作用过程的变化均可通过叶绿素荧光反映出来，而荧光测定技术不需破碎细胞，不伤害生物体，因此通过研究叶绿素荧光来间接研究光合作用的变化是一种简便、快捷、可靠的方法。
目前，叶绿素荧光在光合作用、植物胁迫生理学、水生生物学、海洋学和遥感等方面得到了广泛的应用。
1叶绿素荧光的研究历史叶绿素荧光现象是由传教士Brewster首次发现的。
1834年Brewster发现，当一束强太阳光穿过月桂叶子的乙醇提取液时，溶液的颜色变成了绿色的互补色¬¬——红色，而且颜色随溶液的厚度而变化，这是历史上对叶绿素荧光及其重吸收现象的首次记载。
后来，Stokes（1852）认识到这是一种光发射现象，并使用了“fluorescence”一词。
1874年，Müller发现叶绿素溶液稀释后，荧光强度比活体叶子的荧光强得多。
尽管Müller提出叶绿素荧光和光合作用之间可能存在相反的关系，但由于他的实验没有对照，实验条件控制不严格，因此人们并没有将叶绿素荧光诱导（瞬变）现象的发现归功于Müller。
Kautsky是公认的叶绿素荧光诱导现象的发现者。
1931年，Kautsky和Hirsch用肉眼观察并记录了叶绿素荧光诱导现象(Lichtenthaler，1992；Govindjee，1995)。
他们将暗适应的叶子照光后，发现叶绿素荧光强度随时间而变化，并与CO2的固定有关。
他们得到的主要结论如下：1）叶绿素荧光迅速升高到最高点，然后下降，最终达到一稳定状态，整个过程在几分钟内完成。
2）曲线的上升反映了光合作用的原初光化学反应，不受温度（0℃和30℃）和HCN处理的影响。
叶绿素荧光分析方法
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]。
叶绿素荧光及分析技术
郑彩霞
叶绿素荧光现象
叶绿素溶液在透射光下呈绿色，在反 射光下呈红色的现象。
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？
透射光下
反射光下
叶绿体吸收光后，激发了捕光色素蛋白复合体 （LHC），LHC将其能量传递到光系统2或光系统1。其间 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,也即叶绿素荧光 .
JUNIOR PAM测量参数
continued
Thank you
测量光源：蓝色LED，，标准强度0.1 μmol m-2 s-1 PAR。 光化光源：蓝色LED，光强范围0～1500 μmol m-2 s-1PAR（光纤与样品 间的距离为1 mm时）。 饱和脉冲光源：蓝色LED，最大饱和闪光强度3000 μmol m-2 s-1PAR。 远红光源：LED，730 nm。 信号检测：PIN-光电二极管，带短波截止滤光片（λ>710 nm）；选择性锁 相放大器（专利设计）。 微光纤：长40cm，直径1.5 mm。 测量参数：Fo、Fm、Fv/Fm、Ft、Fm’、Fo’、qP、qN、NPQ和rETR等 主机大小：11.3 x 6.2 x2 .8 cm 重量：150 g 电源供应：由电脑供电 耗电：基本操作200 mW（5 V/30 mA），打开饱和脉冲时500 mW（5 V/100 mA） 工作温度：10～40℃ 工作湿度：35％～85％
测量光源：蓝色LED，，标准强度0.1 μ mol m-2 s-1 PAR。 光化光源：蓝色LED，光强范围0～1500 μ mol m-2 s-1PAR（ 光纤与样品间的距离为1 mm时）。 饱和脉冲光源：蓝色LED，最大饱和闪光强度3000 μ mol m2 s-1PAR。 远红光源：LED，730 nm。 微光纤：长40cm，直径1.5 mm。 测量参数：Fo、Fm、Fv/Fm、Ft、Fm’、Fo’、qP、qN、NPQ 和rETR等
叶绿素荧光介绍
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
➢ 叶绿素荧光已成为光合作用的有效探针（Papageorgiou 1975 ; Papageorgiou & Govindjee 2019)。随着调制 荧光技术的出现，叶绿素荧光的应用逐渐从传统的植物生 理学领域延伸到植物生态学、农学、林学、水生生物学和 环境科学等领域（Lichtenthaler 1992 ; Papageorgiou & Govindjee 2019)。
⑤ 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.2019）。
Thanks!!!
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PSⅡ的 Chl a，活体叶绿素荧光提供的快速信息反映了 PSⅡ对激发能的利用和耗散情况。
➢ 入射到叶片表面的光，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）。
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Dong H , Wan JM, etc, Plant Physiol. 2013 162: 1867-1880
叶绿素荧光原理及理论
2 Fv/Fm 的应用
Shahbazi M, Kuntz M. Plant Physiology, 2007(145), 691-702
叶绿素荧光原理及理论
2.1 Fv/Fm 常用来表示光系统II（PSII）的活性
FV/FM: 暗适应下PSII的最大光化学效率，也被称为开放的PSII
反应中心的能量捕捉效率 。
FV/FM= (FM-FO)/FM
FV：最大可变荧光； FV= FM-FO
FV/FO， FM/FO 是 FV/FM 的另外两种表现方式，不是一个直接的效率指 标，但是它对效率的变化更敏感。因此在特定情况下也是一种好的表 达方式，最近的文献很少有该类参数的出现。
PFD ： 光通量密度，单位(μmol·m-2·s-1), α： 叶片吸光系数，一般为0.84
ห้องสมุดไป่ตู้叶绿素荧光原理及理论
三：荧光淬灭参数
qP; qNP; NPQ
叶绿素荧光原理及理论
qP : 光化学淬灭系数，反 映总PSⅡ的反应中心开放反应中心
所占的比例。1-qP则表示关闭反应中心所占的比例。
qP = (FM’-FS)/(FM’-FO’)
qNP : 非光化学淬灭系数。
qNP = (FM’-FO’)/(FM-FO)
NPQ : 非光化学淬灭；反映热耗散的变化。
NPQ = FM/ FM’ - 1
叶绿素荧光原理及理论
四：其他荧光参数
● 区分过剩光能耗散不同方式的荧光参数：
qE：高能态荧光淬灭（依赖于跨膜质子梯度）
qT：与状态转换相关的荧光淬灭（捕光色素复合体与PSII分离） qI： 与光抑制相关的荧光淬叶绿灭素（荧由光于原理产及生理光论抑制引起的荧光淬灭）
● ФPSII（ Ф II）+ ФNPQ + Ф NO = 1 ФPSII：实际光化学效率
（光化学量子产额）
ФNPQ：包括天线耗散和反应
中心的失活
ФNO：非光诱导的淬灭
叶绿素荧光原理及理论
● 表示光合电子传递去向的荧光参数：
Je(PSII) =0.5 × α× ФPSⅡ × PFD；单位时间内通过PSII的全部电子流
●：33% ○：78% ▼：100%
第一部分：叶绿素荧光仪的原理 第二部分：脉冲调制荧光参数测定原理及意义 第三部分：荧光数据在光合研究中的应用
叶绿素荧光原理及理论
第一部分：叶绿素荧光仪的原理
叶绿素荧光原理及理论
一 叶绿素荧光的分类：
瞬时荧光(PF)
按照荧光发生的时间分类：
延迟荧光(DF)
叶绿素荧光原理及理论
按照荧光测定方式分类：
叶绿素荧光原理及理论
叶绿素荧光原理及理论
叶绿素荧光原理及理论
叶绿素荧光原理及理论
第二部分：脉冲调制荧光参数测定原理及意义
叶绿素荧光原理及理论
一：叶绿素荧光的五个基本参数
FO； FM； FS； FM’； FO’
叶绿素荧光原理及理论
FO ：最小荧光（或基础荧光等）；充分暗适应的光合机构全部 PS
瞬时荧光
脉冲调制式荧光 连续激发式荧光
叶绿素荧光原理及理论
二 叶绿素荧光仪的分类：
基于脉冲调制式荧光理论的荧光仪： 脉冲调制式荧光仪；双调制式荧光仪；荧光成像荧光仪
基于连续激发式荧光理论的荧光仪： 植物效率分析仪；多功能植物效率分析仪
叶绿素荧光原理及理论
三 脉冲调制式荧光仪：
叶绿素荧光原理及理论
α = 4 ×(A+Rd)/(PFD × φPSII)
Je(PCR) = 4 (A+Rd)/(1-pO2/(2 ×Sr × CC)) ; 用于碳同化的电子流
Je(PCO) = 4 (Vc ×pO2)/(Sr ×CC) ; 用于光呼吸的电子流 Ja = Je(PSII) - Je(PCR) - Je(PCO); 用于PCR和PCO以外途径的电子流
FM’：光下最大荧光；光适应状态下全部PSII中心都关闭时的荧光
强度 。
FS（FS’）：稳态荧光；稳定光强下，全部PSII反应中心开发关
闭处于平衡状态下的荧光。
叶绿素荧光原理及理论
二：表示PSII光化学效率的荧光参数
FV/FM； ФPSⅡ ； ETR（或 J）； FV’/FM’;
叶绿素荧光原理及理论
1 荧光参数在文献中常见的出现形式
Sakamoto W, Takahashi Y. The Plant Cell, 2003(15), 2843-2855
叶绿素荧光原理及理论
●：33% ○：78% ▼：100%
图示：不同展开程度的大豆叶片荧光参数Fv/Fm的日变化
叶绿素荧光原理及理论
Jiang CD et al. EEB 2006
II 中心都开放时的荧光强度 。 一般认为是FO来自天线色素（Chla）。因此一般用 FO的升高来表示反 应中心和天线色素的解离。
FM：最大荧光；充分暗适应的光合机构全部 PS II 中心都关闭时
的荧光强度 。
叶绿素荧光原理及理论
FO’：光下最小荧光；光适应状态下全部PSII中心都开放时的荧光
强度 。
Sakamoto W, Takahashi Y. The Plant Cell, 2003(15), 2843-2855
叶绿素荧光原理及理论
Wingler A, Delatte TL, etc, Plant Physiol. 2012 158: 1241-1251.
叶绿素荧光原理及理论
2.2 Fv/Fm 常用来研究光抑制的程度
FV’/FM’: 开放的PSII反应中心的激发能捕获效率，也称为最大天线
转化效率 。
叶绿素荧光原理及理论
ФPSⅡ : PSⅡ实际光化学效率，反 映在照光下PSⅡ反应中心部
分关闭的情况下的实际光化学效率。(△F/Fm’)
ФPSⅡ = (FM’-FS)/FM’
ETR : 电子传递速率（一般指通过光系统的非环式电子传递）。 ETR = ФPSⅡ× PFD ×0.5 ×α
Ja (2% O2) = Je(PSII (2% O2) ) - Je(PCR (2% O2) ) - Je(PCO (2% O2) ); 用于氮同化途径的电子流 Ja (21% O2)-Ja (2% O2)；用于Mehler反应的电子流
叶绿素荧光原理及理论
第三部分：荧光数据在光合研究中的应用
叶绿素荧光原理及理论