叶绿素荧光分析技术在实验教学中的应用
叶绿素荧光成像技术的原理与应用
叶绿素荧光成像技术的原理与应用一、引言叶绿素是植物中最重要的光合色素，是植物进行光合作用的基础。
溶剂化的叶绿素主要吸收蓝色和红色光，在500～600和650～700nm波长范围内，具有两个吸收峰。
叶绿素荧光成像技术是基于叶绿素发出的荧光信号来进行影像测量的一种实时、无创的模拟测量方法。
本文将介绍叶绿素荧光成像技术的原理、实验流程及其应用。
二、原理叶绿素荧光成像技术是基于叶绿素荧光的成像，叶绿素荧光受光强度和环境因素的影响而变化，可以反映植物的生长状态、光合作用效率和叶片生理变化等信息。
叶绿素荧光成像系统具有高时间分辨率、高空间分辨率的特点，可以获取全景、彩色、实时和定量信息。
叶绿素荧光成像技术主要是利用荧光成像仪和其他仪器支持，通过蓝/绿或红/绿激发光、荧光图像采集和分析等步骤，可以获得叶绿素的分布信息。
三、实验叶绿素荧光成像技术的实验主要分为两个步骤：激发和成像。
首先是激发，将叶片放入光合器中，用荧光成像仪对植物叶片进行光激发，根据荧光成像仪的激光幅度，可以调整植物叶片的荧光强度。
之后，进行成像，将植物叶片放到荧光成像仪中进行拍摄，获取叶绿素的发光信号。
最后，通过荧光照片的处理，可以计算叶片荧光强度和叶绿素荧光参数，如最大光化学利用率、植物光合作用效率等。
四、应用叶绿素荧光成像技术的应用非常广泛，主要涉及到生物学、生态学、农业、气象学，特别适用于植物生长状态监测、植物抗性研究、光合作用效率评估等。
一些具体的应用领域可以如下简要介绍：1.光合作用研究叶绿素荧光成像技术可用于研究植物的光合作用效率、光能利用和光保护机制。
典型的光合作用实验是通过比较光照和黑暗条件下植物的荧光变化来确定植物的光合反应和光保护机制。
2.气候变化影响研究在气候变化方面，叶绿素荧光成像技术可用于研究气候变化导致的植物响应和适应。
通过对多个季节的荧光成像分析可以确定气候变化对地上层和植物生长的影响。
3.生态环境研究叶绿素荧光成像技术可用于研究萎缩地区的植被恢复和生态系统的响应。
叶绿素荧光成像技术在植物生长中的应用
叶绿素荧光成像技术在植物生长中的应用叶绿素荧光成像技术，是一种非侵入式的植物生长观测方法。
它可以在不对植物造成任何伤害的情况下，实时地观测植物的光合作用和植物生长状态。
叶绿素荧光成像技术的应用范围十分广泛，包括植物生长研究、环境监测、农业生产等方面。
叶绿素荧光成像技术的基本原理是，利用叶绿素分子在光合作用中产生的荧光信号，来反映叶片的光合效率。
这种荧光信号可以通过特殊的摄像设备，即叶绿素荧光成像仪来采集。
通过对采集到的荧光图像进行处理，可以得到植物的光合作用效率、光能利用率等多项指标，从而揭示植物生长状态和环境条件对植物生长的影响。
在植物生长方面，叶绿素荧光成像技术的应用主要集中在三个方面：一、对不同生长环境下的植物进行光合作用效率观测。
利用叶绿素荧光成像仪可以在植物生长中实时地观测其光合作用的运作情况。
通过在不同环境和条件下对植物进行观测，可以更加准确地了解植物生长的条件和需求，为生产和研究提供参考。
二、对不同植物的生长状态进行监测。
叶绿素荧光成像技术还可以用于对不同植物的生长状态进行监测，从而判断不同的生长阶段、生长速度等。
这对于农业生产和植物育种方面都具有很大的意义，可以指导地面管理、育种选材等方面的工作。
三、对不同生物模型进行生长动态分析。
除了对植物进行观测之外，叶绿素荧光成像技术还可以用于对其他生物模型的生长状态进行监测。
例如，可以将该技术应用于对微生物、食品发酵过程等生物模型进行生长动态分析，从而更好地了解生物系统的生成规律和规律变化，为相关研究提供参考。
总之，叶绿素荧光成像技术的应用具有非常广泛、多样化的特点。
通过该技术可以实时地观测不同生境下植物的生长状态，从而更好地了解植物的光合作用效率、生长阶段等内容。
这对于农业生产、生物育种和环境监测都具有很大的实用价值。
因此，该技术的发展和应用前景十分广阔。
叶绿素荧光分析技术在植物生物学研究中的应用
叶绿素荧光分析技术在植物生物学研究中的应用叶绿素荧光分析技术（Chlorophyll Fluorescence Analysis, CFA）是一种广泛应用于植物生物学研究的非侵入性、快速、准确的技术手段。
通过测量光合作用中叶绿素荧光的特性，可以获得植物生理和生化过程的相关信息，包括光合效率、光抑制程度、损失机制等。
叶绿素荧光分析技术已经在植物生物学研究的各个领域得到了广泛的应用。
首先，叶绿素荧光分析技术可以用于研究植物的光合作用效率。
光合作用是植物生长和发育的关键过程，而叶绿素荧光是光合作用活性的直接反映。
通过测量叶绿素荧光参数，如最大光化学效率（Fv/Fm）、有效光量子产生率（Yield）、电子传递速率（ETR）等，可以评估植物的光合作用效率，并揭示光合作用过程中的限制因素和调节机制。
其次，叶绿素荧光分析技术可用于研究植物的抗逆性。
植物在生长过程中会面临各种逆境胁迫，如高温、干旱、盐碱等。
这些逆境胁迫会影响植物的生理和生化过程，进而降低植物生长和产量。
叶绿素荧光分析技术可以通过测量不同荧光参数的变化，如非光化学淬灭（NPQ）、非光化学猝灭（qN）等，评估植物对逆境胁迫的响应和适应能力，有助于筛选和培育抗逆性较高的植物品种。
第三，叶绿素荧光分析技术还可以用于研究植物的生长发育和叶片退化过程。
植物的生长和发育是一个复杂的过程，受光照、温度、水分等环境因素的影响。
叶绿素荧光分析技术可以通过测量荧光参数的变化，如初级光化学光谱（O-J-I-P曲线）、最大劲度光化学效率（Vj）、ABS/RC等，评估植物的生长发育状态和叶片衰老程度，为优化植物的生长环境和调控光合作用提供依据。
最后，叶绿素荧光分析技术还可以应用于环境污染监测和生态系统研究。
环境污染物对植物生长和光合作用活性的影响是导致生态系统退化的重要因素之一、叶绿素荧光分析技术可以通过测量不同荧光参数的变化，如荧光上升动力学曲线（Fs）和最大荧光高度（Fm’）、电子传递速率（ETR）等，评估植物对环境污染的响应程度和生态系统的健康状况。
叶绿素荧光分析技术在植物生物学研究中的应用
＝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)
叶绿素荧光技术在植物生理研究中的应用
叶绿素荧光技术在植物生理研究中的应用植物作为生态学中不可或缺的一个重要组成部分，一直以来受到人们的广泛关注。
植物受到周围环境的影响，不仅在形态上发生变化，同时也会产生一定的生理反应。
为了更好地研究植物的生理反应以适应不同的生态环境，叶绿素荧光技术得到了广泛的应用。
下面就叶绿素荧光技术在植物生理研究中的应用进行探讨。
一、叶绿素荧光技术的研究思路叶绿素荧光技术是一种基于叶绿素发射荧光的非损伤性测定方法。
通过这一技术，我们可以对植物光合作用中产生的荧光进行检测并加以分析。
研究人员通常选择不同的叶片部位来进行叶绿素荧光测定，并针对不同的荧光参数进行分析。
这种技术可以帮助我们在生理水平上分析植物的生长，代谢和光合效率等参数，以了解植物在不同环境下的适应能力。
二、叶绿素荧光技术在植物胁迫反应研究中的应用由于环境的不断变化，植物面临着各种胁迫，如氧气、盐度、干旱和温度等。
这些胁迫因素会对植物的代谢和生长产生负面影响。
通过叶绿素荧光技术，可以对植物在不同的胁迫条件下的生理反应进行评估。
在研究中，通过对荧光糖基化，激发叶子的荧光信号，并测量荧光反应中的氮气气体的发射强度，可以分析植物对于各种胁迫的生理反应。
叶绿素荧光技术所提供的这些数据将有助于调节植物环境，提升植物的适应能力。
三、叶绿素荧光技术在植物营养研究中的应用植物的生长和健康状态的一个重要因素是正确的营养摄入。
基于叶绿素荧光技术的研究可以帮助我们了解植物营养状况，以及如何对不同的营养缺乏情况进行调整。
通过对荧光强度和荧光时程等参数的分析，可以准确地评估植物的营养状况。
叶绿素荧光技术可以用于优化植物的钾、磷、氮等营养成分的吸收效率，并帮助我们了解不同的营养需求和生理反应。
四、叶绿素荧光技术在植物基因通路研究中的应用叶绿素荧光技术也可以应用于研究植物的基因调控机制。
通过检测叶绿素荧光参数的变化，可以了解不同基因通路激活或抑制情况。
研究人员可以探索基因调控机制的影响，评估其可能的生理影响并优化植物生长状态。
叶绿素荧光现象实验报告
叶绿素荧光现象实验报告实验名称：叶绿素荧光现象实验报告引言：叶绿素是植物叶片中的一种重要生物色素，它发挥着光合作用中的关键作用。
叶绿素荧光是指叶绿素在受到激发光照射后，释放出的荧光信号。
本实验旨在通过观察叶绿素荧光现象，探究叶绿素在光合作用中的功能及影响因素。
一、实验材料与设备1. 植物叶片样本（如：菠菜叶片、豌豆叶片等）2. 高精度荧光光度计（Fluorometer）3. 螺旋测微计4. 细胞裂解缓冲液5. 萃取列表6. 离心机7. 色谱级甲醇8. 烧杯、移液器、离心管等实验器材二、实验步骤1. 取适量新鲜的叶片样本，用去离子水冲洗干净并切碎。
2. 将叶片样本加入细胞裂解缓冲液中，用搅拌器搅拌均匀。
3. 将搅拌好的混合溶液通过滤纸滤除残渣。
4. 将滤液用离心机离心，得到叶绿素提取液。
5. 将叶绿素提取液分为几组，分别加入不同浓度的荧光增强剂。
6. 将不同组的叶绿素溶液加入荧光光度计中进行测量，记录荧光强度数据。
7. 分析实验数据，观察叶绿素荧光强度的变化情况。
三、实验结果与分析本次实验共设置了三组不同浓度的荧光增强剂加入的叶绿素溶液，通过荧光光度计测量荧光强度。
实验结果如下表所示：组别荧光增强剂浓度荧光强度组别1 0 100组别2 0.1% 200组别3 0.5% 300由实验结果可知，荧光增强剂的浓度对叶绿素荧光强度有显著的影响。
随着荧光增强剂浓度的增加，叶绿素溶液的荧光强度也随之增加。
这表明荧光增强剂对叶绿素的激发起到了促进作用，使得叶绿素荧光的强度增强。
实验结果进一步验证了叶绿素荧光现象与光合作用的关系。
在光合作用中，光能被植物叶绿素吸收并传递至反应中心，通过光合系统调控并最终转化为化学能。
与此同时，一部分光能以荧光的形式释放出来，而荧光强度的大小与叶绿素含量和叶绿素激发的效率有关。
进一步分析可以得出以下结论：1. 叶绿素荧光强度与叶绿素浓度成正比，叶绿素含量越多，荧光强度越大。
2. 叶绿素荧光强度与叶绿素的激发效率有关，激发效率越高，荧光强度越强。
叶绿素荧光技术在植物研究中的应用
叶绿素荧光技术在植物研究中的应用
叶绿素是植物体内最常见的类胡萝卜素，是一种能够捕获太阳光能并将其转化
为生物能的重要物质。
然而，叶绿素不仅仅是一个抓光能的工具，它同时也是一种复杂的生化分子，可以为研究者提供进一步了解植物生长和发育的重要线索。
而叶绿素荧光技术，可以有效地利用叶绿素的这种特性，为植物研究提供了另一种高效、无创的工具。
叶绿素荧光技术，顾名思义，就是利用叶绿素发出的荧光来探究植物体内一些
生理和生化过程的变化。
具体来说，叶绿素在吸收光能后，会发生光合作用，这个过程中会释放出荧光。
事实上，荧光并不是植物生长和发育过程中的一个“附属产物”，而是由于叶绿
素不同的荧光光谱带来的。
这种荧光的发出方式和叶绿素的结构、环境、状态等因素都有着密切关系。
因此，研究叶绿素荧光的物理和化学特性，可以使我们更好地理解叶绿素在植物生长和发育过程中的作用及其受到的影响，有助于进一步揭示植物这个复杂生态系统的内在机制。
同时，通过叶绿素荧光技术可以获取到各种生理生化指标，如叶片的净光合速率、光抑制水平、抗氧化能力等等，从而对植物进行全面评价和监测。
除此之外，叶绿素荧光技术在环境监测和病理诊断等领域也有着广泛的应用。
随着植物研究的不断深入，叶绿素荧光技术必将为我们的研究带来更加丰富、全面的结果和新的突破。
总的来说，叶绿素荧光技术在植物研究和工程应用中有着广泛的应用前景。
在
未来的研究中，我们可以进一步深入研究叶绿素荧光的物理和化学特性，使其成为一项更加全面、更加精确的分析方法，为研究植物生长和发育的内在机制、遗传遗传变异和环境反应等问题提供有力的支持。
叶绿素荧光诱导动力学分析及其在植物生理生态研究中的应用
叶绿素荧光诱导动力学分析及其在植物生理生态研究中的应用叶绿素荧光是叶绿素在受到激发光照射后发出的荧光信号。
叶绿素荧光诱导动力学分析是一种非侵入性且快速的方法，可以评估植物叶片叶绿素光合效率和光能利用效率。
近年来，叶绿素荧光诱导动力学分析在植物生理生态研究中得到了广泛应用。
叶绿素荧光诱导动力学分析主要以叶绿素a荧光素量化为研究对象，通过测量光合色素反射能力的变化，可以获得植物叶片光合效率及光能利用效率的信息。
常用的叶绿素荧光参数包括最大光化学效率（Fv/Fm）、光化学淬灭系数（qP）、非光化学淬灭系数（qN）等。
通过测量不同光照强度下植物叶片的叶绿素荧光参数变化，可以评估植物对光的适应能力以及受到光胁迫时的响应机制。
叶绿素荧光诱导动力学分析在植物生理生态研究中具有广泛的应用价值。
首先，叶绿素荧光参数可以提供植物光合作用的快速评估指标，对于研究不同环境条件下的植物光合特性具有重要意义。
例如，在干旱胁迫下，叶绿素荧光参数的变化可以帮助研究者了解植物对于干旱的响应机制，进而为植物的耐旱性筛选提供参考。
其次，叶绿素荧光参数可以用于评估植物光合能力的损失程度，也就是光抑制的程度。
在高温、光照强度过高或病害等环境下，植物的光合产物生成能力会受到抑制。
通过测量叶绿素荧光参数的变化，可以了解光抑制对植物生长和光合效率的影响，为优化农业生产和优选抗逆品种提供支持。
再者，叶绿素荧光参数可以评估植物的氮素利用效率。
氮素是植物生长过程中必需的营养元素，但高浓度的氮素供应会对植物造成负面影响。
通过测量叶绿素荧光参数的变化，可以研究氮素供应对植物光合效率和氮素利用效率的影响，进而优化氮素施用策略。
叶绿素荧光诱导动力学分析的快速和非侵入性是其在植物生理生态研究中被广泛应用的重要原因之一、通过测量植物叶片上的叶绿素荧光参数，可以实时、准确地评估植物的光合特性，从而为研究者提供大量关于植物对环境变化的响应机制的信息。
同时，叶绿素荧光参数的测量也为研究者提供了一种便捷的方法来评估植物的生理状态和健康状况。
叶绿素荧光分析技术与应用
基本概念： 基本概念：
绿色植物或含叶绿素的部分组织在黑暗中适应片刻或用近红 外光预照射，然后在可见光下激发，并用荧光仪检测， 外光预照射，然后在可见光下激发，并用荧光仪检测，会发 现植物绿色组织发出一种微弱的暗红色的、 现植物绿色组织发出一种微弱的暗红色的、强度随时间不断 变化的荧光信号，这个过程称为叶绿素a荧光诱导动力学 荧光诱导动力学， 变化的荧光信号，这个过程称为叶绿素 荧光诱导动力学，简 称为叶绿素荧光动力学 叶绿素荧光动力学。 称为叶绿素荧光动力学。
热耗散
光化学反应 形成同化力
CO2固定 CO2固定 光呼吸 Mehler 反应 的探针
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
(F) (D)
(P)
P+ D + F= 1
F = 1- P - D
光化学的 和 耗散性的 荧光 淬灭
活体叶绿素荧光是光合作用的有效探针
叶绿素荧光诱导动力学
OIDPSMT曲线 曲线
根据现在国际上的统一命名， 根据现在国际上的统一命名， 可把荧光诱导曲线划分为： 可把荧光诱导曲线划分为： O(原点 原点)→I(偏转 →D(小坑 偏转) 小坑) 原点 偏转 小坑 台阶) 最高峰) 或pl(台阶 →P(最高峰 台阶 最高峰 →S(半稳态 →M(次峰 半稳态) 次峰) 半稳态 次峰 →T(终点 这几个相 终点)这几个相 终点 这几个相(phase)。 。 有时在O和 之间还可辨认出 有时在 和I之间还可辨认出 一个扔点称为J相 一个扔点称为 相。其中 O→P相为荧光快速上升阶段 相为荧光快速上升阶段 (1－2s)，从P→T为荧光慢速 － ， 为荧光慢速 下降(猝灭 阶段(4－ ）， 猝灭)阶段 ），在 下降 猝灭 阶段 －5s），在 此阶段， 此阶段，往往出现复杂的情 有时没有M峰 况，有时没有 峰，有时出 现几个渐次降低的峰， 现几个渐次降低的峰，因叶 片的生理状态不同而异。 片的生理状态不同而异。一 般而言， 般而言，遭受环境胁迫的叶 峰消失， 片M峰消失，而生理状态良 峰消失 好的叶片往往在P峰之后有几 好的叶片往往在 峰之后有几 个峰出现。 个峰出现。这可能反映了同 化力形成和使用之间从不平 衡到平衡的一个快速的调节 过程。 过程。
叶绿素荧光测量技术的研究和应用
叶绿素荧光测量技术的研究和应用第一章：引言叶绿素是植物中最重要的色素之一，它扮演着光合作用中接收光能并转化为化学能的关键角色。
叶绿素荧光测量技术是一种非常重要的研究工具，可以用来研究光合活性、光合效率、光抑制等重要生理过程，也可以应用于诊断植物生长状况、诊断植物病害等方面。
本文将介绍叶绿素荧光测量技术的原理、方法、应用和研究进展，旨在为植物生理生态学研究及相关领域的学者们提供参考。
第二章：叶绿素荧光的原理叶绿素的荧光是当叶绿体受到激发光后，叶绿素分子上的电子会被升级到一个比较高的能级，不过这些电子并不会一直停留在高能级状态，而是很快被释放出来，会转移到低能级的非辐射能量耗散通道或荧光激发态。
在荧光激发态下，叶绿素分子的电子还可以通过荧光发射过程重新下降到低能级，从而发出荧光。
因此，测量叶绿素荧光强度可以反映叶绿体光能利用效率和非光化学猝灭过程的变化。
第三章：叶绿素荧光测量技术方法目前，叶绿素荧光测量主要包括三种方法：PAM法、Fv/Fm法和OJIP法。
1. PAM法(Pulse-Amplitude-Modulation Fluorometry)PAM法是通过短脉冲的闪光激发来测量样品上的叶绿素荧光，可以实时监测光合作用中的叶绿体荧光动态变化。
PAM法可以提供多个参数，如【F_v/F_m、q_p、q_n、qL、NPQ、PC】等，可以用来评估光合效率、光能利用率、光合生产力、光保护等。
2. Fv/Fm法Fv/Fm法是一种基于暗态下叶绿素荧光的测量方法，只需在样品叶片完全暗闭的情况下进行测量，即可获得键值。
当输入一束光子时，最初的叶绿素荧光值 F_0 只能是基础荧光，接着用一个有效的光子流量激发叶绿体，此次荧光值F’m跟踪了激发过程并且在适当的时间点(约10-30毫秒)处被快速读出，此荧光值是定义为Maximal photosystem Ⅱ quantum yield Y(Ⅱ)或称 Fv/Fm(F )。
叶绿素荧光成像技术在植物科学中的应用
叶绿素荧光成像技术在植物科学中的应用叶绿素荧光成像技术，在植物科学中有着广泛的应用。
它是通过观察植物的叶片荧光来研究植物的生长、代谢和适应环境的能力。
这一技术不仅为科学家提供了更直观的方式来观察植物的状态，也为研究植物适应环境的机制提供了更多的线索。
叶绿素是植物细胞中重要的光合色素，是进行光合作用的关键物质。
在光合作用过程中，光子被吸收后会激发叶绿素分子中的电子，而这些电子最终被用于光合作用的反应中。
但是，光子被吸收而不能被利用的情况也时常发生。
这些没能被利用的光子会导致一些副作用，产生荧光。
因此，可以通过观察荧光情况来了解植物叶片的光合作用状况。
叶绿素荧光成像技术是一种非常值得肯定的技术。
在科学研究和生产实践中，它有着广泛的应用。
叶绿素荧光成像技术可以帮助科学家了解植物的生长状况，并为生产实践提供更好更有效的生产措施。
叶绿素荧光成像技术的应用在于，它可以全面地观察植物叶片的光合作用状态和适应环境的机制。
通过这种技术我们可以了解植物在过程中被怎样的光照射下，能否将光子完全吸收转化为电子能，进而提高植物的光合稳定性和生长速度。
同时，这种技术还可以用于检测植物在恶劣环境下的自我保护机制。
在这种情况下，叶绿素荧光成像技术可以用来解析植物适应环境的机制，以及它们所表现的生理和生化变化。
叶绿素荧光成像技术可以广泛应用于植物生长、光能转化和水分蒸发研究等方面。
以植物生长为例，叶绿素荧光成像技术可以观察植物的叶片生长速率、叶片内部结构与硬度等，以此来监控植物生长状态，评定植物的健康程度。
而在光能转化方面，叶绿素荧光成像技术可以研究植物光合作用的多个阶段，以判断光合作用能否正常进行，从而提高植物的光合稳定性。
在水分蒸发方面，叶绿素荧光成像技术可以帮助研究者研究植物的蒸腾作用，使其有助于理解植物的生长、供水和环境变化等方面的生长特点。
总结一下，叶绿素荧光成像技术具有非常广泛的应用价值。
它在植物科学研究中起着重要的作用，其主要是用于研究植物生长过程中所表现的抗逆性、适应性和韧性等方面。
叶绿素荧光成像技术在植物生理学中的应用
叶绿素荧光成像技术在植物生理学中的应用叶绿素荧光成像技术是一种研究植物光合作用的重要手段。
本文将介绍这种技术的原理、应用以及未来发展方向。
一、叶绿素荧光成像技术原理叶绿素是植物进行光合作用的关键物质。
当植物叶片受到光照后，叶绿素会吸收光能并转化为化学能，也就是光合作用。
叶绿素荧光指的是叶绿素吸收光能后发出的荧光。
荧光的强度和叶绿素的光合作用效率密切相关。
荧光强度越强，说明光合作用效率越低。
荧光强度越弱，说明光合作用效率越高。
因此，测量荧光强度可以反映植物的光合效率。
叶绿素荧光成像技术是一种非侵入性的手段，可以通过成像仪器记录植物叶片荧光发射的亮度和分布情况，从而获得各个部位光合作用效率的信息。
二、叶绿素荧光成像技术在植物生理学中的应用1.测量植物叶片光合作用效率叶绿素荧光成像技术可以提供植物叶片光合作用效率的空间分布图。
不同区域的荧光强度反映了不同区域光合作用效率的差异。
这些差异可以有针对性的通过调节环境条件、育种培育等手段解决。
2.分析植物的光捕捉能力植物的光能捕捉能力是影响光合作用效率的关键因素之一。
通过叶绿素荧光成像技术，可以直接观察植物叶片的光合量和荧光强度的关系，从而分析植物的光捕捉能力。
3.研究植物光合作用途径叶绿素荧光成像技术可以直观的反映出不同光途径在不同环境下对植物光合作用的影响。
比如，光合作用和呼吸作用的竞争关系、非光合作用和日夜变化等外界因素的影响等。
三、未来发展方向叶绿素荧光成像技术在植物生理学中的应用前景十分广阔。
随着技术的不断发展和提高，将推动该技术在植物医学、生态学以及工业生产等领域得到更广泛的应用。
应用方面：将进一步在自然环境下对植物群体的生物量与CO2吸收进行准确测量，获得植物采样数据，并对注水实验等进行跟踪、监测等。
技术方面：将进一步探索光谱激发和组合，开发使用更广泛更灵敏的荧光标记物和探头，比如调控引物、基因编辑、CRISPR/Cas等。
总之，叶绿素荧光成像技术在植物生理学中的应用前景广阔，将为植物生态学研究、农业生产、环境保护等方面提供强大的技术支持。
叶绿素荧光成像技术在植物生物学中的应用
叶绿素荧光成像技术在植物生物学中的应用植物是地球生态系统中最重要的生物类群之一，其生长和代谢对人类的食品、医药和环境保护具有极其重要的意义。
而叶绿素作为植物中的重要色素，则是植物正常生长和光合作用的关键。
因此，如何准确地掌握植物中叶绿素的分布和代谢过程，对于我们深入了解植物生物学的本质有着重要的作用。
而叶绿素荧光成像技术，则为我们提供了一种非常实用的手段。
首先，为了更好地理解叶绿素荧光成像技术的应用，不得不先简要了解一下叶绿素荧光成像技术的基本原理和技术流程。
叶绿素荧光成像技术基于植物叶片中的叶绿素荧光信号，通过专业相机等设备将荧光信号转换为图像。
而在荧光成像技术中，荧光成像指探测叶绿素在光照下出现的荧光信号，在探测的过程中可以得到信号强度和时间。
这些荧光信号可以通过荧光成像仪等设备进行检测和记录，并转化为图像，从而形成可视化的数据信息。
其次，叶绿素荧光成像技术在植物生物学中的应用也是十分广泛的。
例如，通过叶绿素荧光成像技术可以非常精确地测量植物中的叶绿素含量和PSII （Photosystem II；光合作用中的光反应系统第二个过程）功能状态，进而研究叶绿素的分布和代谢过程。
同时，通过检测叶绿素荧光信号的变化可以分析植物生长和发育的过程，例如其可以监测光合作用中的电子转移过程，同时也可以用来研究植物在环境变化下的应激反应情况。
此外，叶绿素荧光成像技术还可用于植物农艺性状的研究，例如套袋处理对苗圃欧洲红松幼苗光合作用和光渗透性的影响。
其还可以用于研究植物叶片形态学和光合作用对植物生长与发育的调节作用等。
利用荧光成像技术，可以更精准地实现对植物生命活动的分析和监测。
综上所述，叶绿素荧光成像技术在植物生物学领域中有着十分广泛和深入的应用。
它不仅可以帮助我们更好地了解植物生长和代谢的本质，还可以为植物农艺性状的变异性研究提供有力的支持。
未来，相信随着技术的进一步发展，叶绿素荧光成像技术在植物生物学中的应用也将更加广泛和深入。
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。
叶绿素荧光介绍范文
叶绿素荧光介绍范文叶绿素荧光是指在光合作用过程中，叶绿素分子吸收光能后，发生激发态跃迁并发出荧光的现象。
叶绿素荧光是一种非常重要的生物物理过程，具有广泛的应用价值。
本文将介绍叶绿素荧光的原理、测量方法以及在科研和实际应用中的应用。
叶绿素是植物和一些藻类的主要光合色素，通过吸收可见光谱范围内的光能完成光合作用。
当叶绿素分子吸收光子能量后，电子被激发到高能态，形成激发态叶绿素分子。
受到环境因素的影响，一部分激发态叶绿素分子会通过非辐射跃迁和辐射跃迁的方式返回基态状态，释放出荧光能量。
透过测量和分析叶绿素荧光信号的强度和特性，可以得到一系列与光合作用相关的参数，揭示植物光合效率、光能利用和生理状态等信息。
叶绿素荧光的测量方法主要有两大类，即暗态和光态测量。
暗态荧光测量是在暗室或在减光条件下进行的，可以获得植物的荧光最大强度（Fm）和基线荧光（Fo）。
光态荧光测量则是在光照条件下进行的，通过测量荧光上升曲线，可以得到植物的最大光能利用率（Fv/Fm）和各个光合参数的变化情况。
叶绿素荧光在科研领域中广泛应用于植物生理生态学、植物营养和环境生态等研究中。
首先，叶绿素荧光可用于评估植物的光合效率和光能利用率，解析光合系统的功能状态。
通过测量和分析叶绿素荧光信号，可以得到Fv/Fm、ΦPSII等参数来评估光合效率和光合系统的效能。
其次，叶绿素荧光还可用于评估植物的生理状态和逆境胁迫。
逆境条件（如高温、干旱、盐碱等）会导致光合机构和光合膜的破坏，进一步影响光合效率和荧光参数的变化。
通过测量叶绿素荧光，可以揭示植物在逆境下的应对机制和生理变化。
此外，叶绿素荧光还可以应用于植物的品种筛选和产量预测，帮助农业生产的改良和优化。
叶绿素荧光在实际应用中也具有广泛的价值。
例如，在植物病害与虫害防治中，叶绿素荧光可以作为一个快速而灵敏的指标来评估植物的抗病性和抗虫性。
通过监测植物的荧光参数，可以及早发现植物的应激状态并采取相应的防治措施。
光合细胞中叶绿素荧光的成像技术及应用
光合细胞中叶绿素荧光的成像技术及应用生命离不开光合作用，而叶绿素则是光合作用过程中不可或缺的一部分。
在光合作用中，叶绿素吸收光能并将其转换成能量，然而它们也会发生叶绿素荧光现象。
叶绿素荧光是指在光条件下，叶绿素分子发生荧光反应，发出可见光的现象。
因此，叶绿素荧光被广泛应用于生命科学中，特别是生物成像领域。
叶绿素荧光成像技术是一项非破坏性的光学检测技术，它自然地将光合作用和叶绿素荧光显像结合在一起，通过光学成像技术来研究各种生物的代谢状态和结构。
该技术已被广泛用于诸如植物、藻类、细菌、海洋生物等各种生物体系的研究中。
本文将着重介绍叶绿素荧光成像技术在光合细胞中的应用。
一、叶绿素荧光成像技术的原理叶绿素荧光成像技术依赖于叶绿素荧光的发射。
在光合作用期间，光线通过叶绿素分子时，一部分光线被吸收，另一部分则被散射。
被吸收的光线被转化为能量，使叶绿素电子激发到激发态，然后这些电子向其他叶绿素分子传递能量，而其中的一部分能量将不被利用而被转化成热能或叶绿素荧光。
荧光是一种自发的、瞬间的光反应，它释放一个光子并导致分子从激发态恢复到基态。
因此，荧光可以反映叶绿素分子在某些条件下的状态。
二、叶绿素荧光成像技术的应用1. 了解光合细胞的状态叶绿素荧光成像技术可以通过观察绿色荧光物质如何转化成不同光线和颜色，以了解光合细胞中叶绿素的状态。
通过叶绿素荧光成像技术，可以有效地检测到细菌、藻类和植物的光合作用中的一些特定环节的反应和变化。
在这些生物中，生物体荧光图像的形态和位置与光合成效率之间存在一定的关系，在不同的生长和环境条件下，不同类型的光合细胞体会显示出不同的光谱特性和荧光图像特征。
2. 研究光合细胞的构造及其变化叶绿素荧光成像技术可以将叶绿素荧光作为一种非侵入性探针，直接了解到光合细胞的光学特性，以及组织，细胞和光合体中的叶绿素和类叶绿体含量。
在研究植物和藻类时，这项技术对细胞结构、形态和吸收光光谱等方面的探究具有极大的帮助。
[教育学]叶绿素荧光分析技术与应用
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光合电子传递的”Z图”
实用文档
荧光测量基础：
植物叶片所吸收的光能有3个走向：光合驱动、热能、叶绿素荧光。 3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。测量叶绿素荧光产量，可以获得光化学过程与热 耗散效率的变化信息。
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
• 光合作用过程的各个步骤密切偶 联，因此任何一步的变化都会影 响到PS II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
实用文档
尽管叶绿素荧光产量仅占叶片吸收光能问题的1－2%，但测量 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。 叶绿素荧光测量是相对的，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，包括进一步计算 的许多参数。
打开饱和脉冲时，本来处于开放态的电子门将该用于光合作用的能量转化为 了叶绿素荧光和热，F达到最大值。
经过充分暗适应后，所有电子门均处于开放态，打开测量光得到Fo，此时给 出一个饱和脉冲，所有的电子门就都将该用于光合作用的能量转化为了荧光 和热，此时得到的叶绿素荧光为Fm。根据Fm和Fo可以计算出PS II的最大量子 产量Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm，它反映了植物的潜在最大光合能力。
所谓饱和脉冲技术，就是打开一个持续时间很短（一般小于1 s）的强光关闭 所有的电子门（光合作用被暂时抑制），从而使叶绿素荧光达到最大。饱和 脉冲（Saturation Pulse, SP）可被看作是光化光的一个特例。光化光越强， PS II释放的电子越多，PQ处累积的电子越多，也就是说关闭态的电子门越多， F越高。当光化光达到使所有的电子门都关闭（不能进行光合作用）的强度时， 就称之为饱和脉冲。
叶绿素荧光技术的应用
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）
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
叶绿素荧光分析技术及应用进展_李晓
西北植物学报,2006,26(10):2186-2196Acta Bot.Boreal.2Occident.Sin. 文章编号:100024025(2006)1022186211叶绿素荧光分析技术及应用进展李 晓1,冯 伟2,曾晓春13(1江西农业大学农学院,南昌330045;2南京农业大学农学院,南京210095)摘 要:叶绿素荧光动力学技术被称为研究植物光合功能的快速、无损伤探针,已逐渐在环境胁迫对植物光合作用影响研究方面得到应用,随着叶绿素荧光分析技术的进一步发展,其应用领域和研究空间将进一步拓展.本文介绍了叶绿素荧光分析的基本原理,综述了叶绿素荧光分析技术的应用研究进展.关键词:叶绿素;荧光分析;应用进展中图分类号:Q945.11文献标识码:AAdvances in Chlorophyll Fluorescence Analysis and Its UsesL I Xiao1,FEN G Wei2,ZEN G Xiao2chun13(1College of Agronomy,Jiangxi Agricultural University,Nanchang330045,China;2College of Agronomy,Nanjing AgriculturalUniversity,Nanjing210095,China)Abstract:Known as t he rapid non2dest ructive probe for st udying plant p hotosynt hesis,chlorop hyll fluores2 cence analysis has been gradually p ut into use in st udying t he effect s of stressf ul environment s on plant p hotosynt hesis and as it develop s f urt her on it s uses will be widened.The paper int roduces t he basic princi2 ple of chlorop hyll fluorescence analysis and summarizes t he research advances about t he uses of chlorop hyll fluorescence analysis.K ey w ords:chlorop hyll;fluorescence analysis;use advances 植物的生长发育离不开光合作用,光合作用是生物界所有物质代谢和能量代谢的物质基础,它包括一系列光物理、光化学和生物化学转变的复杂过程,在光合作用的原初反应,将吸收光能传递、转换为电能的过程中,有一部分光能损耗是以较长的荧光方式释放的.自然条件下的叶绿素荧光和光合作用有着十分密切的关系.一方面,当植物被暴露在过强的光照条件下,荧光起着十分重要的保护作用,避免叶绿体吸收光能超过光合作用的消化能力,将强光灼伤的损失降低到最小;另一方面,一般来说,自然条件下叶绿素荧光和光合速率是相互负关联的,光合速率高,荧光弱;反之,当光合强度下降时,则荧光的发射就增强.自从Kaut sky在1931年第一次用肉眼发现叶绿素荧光动力学现象距今已有70余年的历史了,但把叶绿素荧光动力学作为一种技术应用于光合作用的研究中则是近20余年的事.叶绿素荧光动力学技术在测定叶片光合作用过程中光系统对光能的吸收、传递、耗散、分配等方面具有独特的作用,与“表观性"的气体交换指标相比,叶绿素荧光参数更具有反映“内在性"的特点,尤其是近年来随着叶绿素荧光理论和测定技术的进步,大大推动了光合作用超快原初反应及其他有关光合机理的研究.因此,叶绿素荧光动力学技术被称为测定叶片光合功能快速、无损伤的探针[1,2].收稿日期:2006206215;修改稿收到日期:2006209225基金项目:国家自然科学基金项目(30360050);江西省自然科学基金项目(0230043)作者简介:李 晓(1978-),女,硕士生,主要从事植物生理生态学研究.3通讯联系人.Correspondence to:ZEN G Xiao2chun.目前,叶绿素荧光分析技术应用于光合作用机理、植物抗逆生理和作物增产潜力预测等方面的研究已取得一定进展,并且愈来愈多的研究表明植物体内发出的叶绿素荧光信号包含了十分丰富的光合作用信息,其特性与植物的营养和受胁迫程度密切相关,可以快速、灵敏和无损伤地研究和探测完整植株在胁迫下光合作用的真实行为,经常被用于评价光合机构的功能和环境胁迫对其的影响,因此,通过植物光合过程中荧光特性的探测可以了解植物的生长、病害及受胁迫等生理状况[3,4].本文仅就叶绿素荧光分析技术作一总结,对叶绿素荧光技术的应用进展作一综述.1 荧光诱导动力学及其参数1.1 荧光诱导动力学过程将绿色植物或含叶绿素的部分组织,如叶片、芽、嫩枝条、茎或单细胞藻类悬液放在暗中适应片刻,或用近红外光预照射,然后在可见光下激发,并用荧光计检测,就会发现植物绿色组织会发出一种微弱的暗红色、强度随时间不断变化的荧光信号,这一过程称为植物体内叶绿素a荧光诱导动力学,简称为叶绿素荧光动力学.Chl荧光诱导现象是1931年由德国Kaut sky教授首次发现的,所以后来人们称之为Kaut sky效应.在植物光合作用过程中,叶绿体色素分子对光能的吸收及能量的转变途径中包括着复杂的生物物理及生物化学进程,由于激发能从chlb向chla的传递效率几乎达到100%,所以,检不出体内chlb的荧光.在室温条件下,绿色植物发出的这种荧光信号,绝大部分是来自叶绿体光系统Ⅱ(PSⅡ)的天线色素蛋白复合体中的叶绿素a分子,荧光发射波长范围约在650～780nm,荧光发射峰在685nm和735nm、荧光激发峰在438nm和480nm左右,其荧光产量大约为0.6%～3%.Chl荧光诱导动力学是指经过暗适应的绿色植物材料当转到光下时,其体内chl荧光强度会有规律地随时间变化.70年代中期,Papageorgiou对这一工作进行了系统叙述,并提出了复杂的荧光诱导动力学曲线.根据现在国际上的统一命名,可把荧光诱导曲线(图1)划分为:O(原点)→I(偏转)→D(小坑)或PL(台阶)→P(最高峰)→S(半稳态)→M(次峰)→T(终点)这几个相(p hase),有时在O和I之间还可辨认出一个拐点称为J相.其中O→P相为荧光快速上升阶段(1～2s),可用于研究植物PSⅡ的异质性及原初光化学反应.从P→T为荧光慢速下降(淬灭)阶段(可持续几分钟),在此阶段,有时没有M峰,有时出现几个渐次降低的峰,因叶片的生理状态不同而异.一般而言,遭受环境胁迫的叶片M峰消失,而生理状态良好的叶片往往在P峰之后有几个峰出现,这可反映同化力形成和使用之间从不平衡到平衡的一个快速的调节过程,是研究植物光合作用活性(放氧和CO2固定)及能量耗散的简便途径.具体生理过程及意义如下.图1 叶绿素荧光诱导动力学曲线Fig.1 K inetic curve of chloroplly fluorescence after induction (1)物理过程(O点以前阶段) 在照光瞬间,荧光以纳米级升到O,这部分荧光称为固定荧光(Fo),其荧光强度与激发光的强度和叶绿素含量有关,是一个纯物理过程,而与光合作用反应无关,在一定程度上可反映PSⅡ情况.(2)光反应过程(O→P阶段) 从O点开始减速以毫秒级上升到I,形成一平缓台阶,经过短暂停滞阶段I→D,然后大幅上升,迅速达到峰值P.O→I 表示PSⅡ电荷分离,证明PSII是有功能的.O→I→D的持续时间增加表明水裂解反应受损害,从而到达PSⅡ反应中心(RC)的电子数减少.O→P的变化是由于照光后,水裂解而释放的电子使PSⅡ原初电子受体(Q A)不断进一步还原和累积,暗反应不能迅速启动,通过PSⅡ的电子流减慢,使荧光增强到P 点,其上升速率与光合放O2的速率有关,因此P峰的高低可代表PSⅡ的光化学活性,反映了PSⅡ的电子传递情况.如果激发光足够强,FP接近最大荧光(Fm),此时意味着Q A全部被还原.Fm2Fo为可变荧光(Fv),Fv随光合活性而变化,它的变化主要取决于Q A的氧化还原状态.当Q A外于还原状态,荧光升高;若Q A全部处于还原状态,RC关闭,荧光产量最大;氧化态Q A是荧光猝灭剂,若Q A全部处于氧化状态,RC开放,荧光产量最小(Fo).若在叶绿体中加DCMU[32(3,42二氯苯)21,12二甲基脲],打781210期 李 晓,等:叶绿素荧光分析技术及应用进展断Q A与质子醌(PQ)之间的电子传递,暗适应后再照光,可测Fo和Fm的变化.(3)暗反应过程(P点以后阶段) P峰后,荧光开始衰减到S,这是由于光合作用暗反应酶促步骤受光激活,消耗掉PSII还原侧的电子,使还原态的Q A被它的电子受体重新氧化,致使荧光产量降低,但电子激发能的光化学利用率则提高了.从S再上升形成M峰,再逐渐下降,最后达到接近Fo的稳定水平(T相),这时的荧光称为稳态荧光Fs.S→M→T的变化与间质中的‘NADP/NADP H’和‘A TP/ ADP’有密切关系,凡能增加类囊体膜ΔH+和间质A TP浓度的因素均导致荧光猝灭.S→M的变化的出现可能是因为碳同化开始时A TP消耗而ADP 增加,使类囊体膜的能态一度降低,接着高能中间产物及其前体就在类囊体膜附近积累,能态迅速升高,于是发生M→T的变化.总之,P峰以后的荧光衰减称为荧光猝灭.综上所述,O2P为快速荧光,反映光合作用光反应,P2T为慢荧光,反映光合作用暗反应,其中,P→S荧光变化说明了PSⅠ与PSⅡ之间的电子传递;P →T变化是光合活性或CO2固定潜力的指标.可见,叶绿素a荧光与光合作用各种反应紧密相关,任何逆境对光合作用某过程的影响都可通过叶绿素荧光诱导动力学反映出来.1.2 叶绿素a荧光参数叶绿素荧光动态变化包含丰富的光合及生理状态信息,但是原始荧光信号由于受背景噪音或生理生化过程等因素的影响,表现不太稳定,为了消除或减轻背景信号的影响,提高对环境响应的敏感度,为此,在实际应用中常以原始荧光参数为基础构造多种高级荧光参数,有利于更加有效地评估植物生长状态.1.2.1 原始参数 Fo:有多种名称,最小、基底、暗、初始和不变荧光强度等.它是已经暗适应的光合机构全部PSⅡ中心完全开放时的荧光强度,它反映了PSⅡ天线色素受激发后的电子密度,它与叶片叶绿素浓度有关.Fi:偏转荧光,荧光诱导动力学曲线O2I2D2F2T 中Ⅰ水平的荧光强度,它代表了一种无活性PSⅡ中心的电子从Q A→QB传递时出现的障碍,是研究无活性PSⅡ中心的一个快捷简便的手段.Fp:荧光诱导动力学曲线O2I2D2P2T中P水平的荧光强度.Fs:稳态荧光产量,荧光诱导动力学曲线O2I2D2P2T中T水平的荧光强度,有时用Ft或Fa 表示.F:任意时间实际荧光产量.Fm:最大荧光,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,通常叶片经暗适应20min后测定,这时所有的非光化学过程都最小,这是标准的最大荧光,可反映PSⅡ电子传递情况.Fm′:光下最大荧光,在光适应状态下全部PSⅡ中心都关闭时的荧光强度,Fm′受非光化学猝灭的影响,而不受光化学猝灭的影响.Fo′:光下最小荧光,在光适应状态下全部PSⅡ中心都开放时的荧光强度.为了使照光后所有的PS Ⅱ中心都迅速开放,一般在照光后和测定前应用一束远红光(波长大于680nm,几秒钟).T1/2:表示荧光上升一半时,荧光曲线上升到P 峰时所用时间(S)的二分之一.它与光合单位大小呈负相关.光合单位的大小与PSⅡ反应中心氧化侧的光化活性和光合放氧活性密切相关.因此,它既可以反映水裂解系统的功能又能反映PSⅡ反应中心的电子速率.1.2.2 简单差值或比值参数Fv:Fv=Fm-Fo,黑暗中最大可变荧光强度,反映了Q A的还原情况.Fd:Fd=Fm-Fs,即荧光下降,表示荧光从最大高度P峰降至荧光水平稳处的荧光衰减.Fv′:Fv′=Fm′-Fo′,即光下最大可变荧光强度.ΔFv:ΔFv=Fm-Fs,即荧光猝灭,而荧光猝灭速率ΔFv/T值是反映光合电子传递速率的参数.Fv/Fm:没有遭受环境胁迫并经过充分暗适应的植物叶片PSⅡ最大的或潜在的量子效率指标,它是比较恒定的,一般在0.80～0.85之间.有时,Fv/ Fm也被称为开放的PSⅡ反应中心的能量捕捉效率[1].Fv/Fo:常用于度量PSⅡ的潜在活性.尽管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.因为一些处理引起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.Fv′/Fm′:以(Fm′-Fo′)/Fm′表示,即PSⅡ有效光化学量子产量,它反映开放的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.8812西 北 植 物 学 报 26卷Y ield(Y):以(Fm′-F)/Fm′或ΔF/Fm′表示,即PSⅡ实际光化学量子效率,它反映PSⅡ反应中心在有部分关闭情况下的原初光能捕获效率,叶片不经过暗适应在光下直接测得.φPSⅡ:φPSⅡ=(Fm′-Fs)/Fm′,即线性电子传递的量子效率,PSⅡ实际的电子传递的量子效率,常用来反映电子在PSⅡ与PSⅠ的传递情况,不仅与碳同化有关,也与光呼吸及依赖O2的电子流有关.Rf d:以Fd/Fs或(Fm-Fs)/Fs表示,此比值作为叶片活力指标可反映叶片光合作用活力,即叶片潜在的光合作用量子转化效率.F685/F736比值:采用激发波长436nm或480nm在液氮温度(77K)下,测定叶绿体的荧光发射光谱中两个发射峰(685nm和736nm)处相对荧光发射产值,它们的相对荧光产值分别用F685和F736表示.F685来自PSⅡ捕光色素蛋白复合体,而F736源于PSⅠ天线色素蛋白复合体,F685/ F736的比值反映激发能在PSⅡ和PSⅠ之间的相对分配.1.2.3 其它构造类型参数(Fi-Fo)/Fv:等于(Fi-Fo)/(Fm-Fo),其中Fi代表无活性PSⅡ中心的电子从Q A→QB传递时出现的障碍,利用该参数可以快速检测植物样品中无活性PSⅡ中心的相对含量.CA/Fo:其中CA表示荧光上升互补面积,则CA/Fo可以反映PSⅡ受体库的大小.qP:q P=(Fm′-F)/(Fm′-Fo′),即光化学淬灭,反映的是PSⅡ天线色素吸收的光能用于光化学电子传递的份额,要保持高的光化学淬灭就要使PSⅡ反应中心处于“开放"状态,所以光化学淬灭又在一定程度上反映了PSⅡ反应中心的开放程度.光化学淬灭反映了PSⅡ原初电子受体Q A的还原状态,它由Q A重新氧化形成.光化学淬灭系数qP愈大,Q A重新氧化形成Q A的量愈大,即PSⅡ的电子传递活性愈大,反之,qP变小,从PSⅡ氧化侧向PS Ⅱ反应中心的电子流动受到抑制.qN:非光化学淬灭,有两种表示方法,N PQ= Fm/Fm′-1或qN=1-(Fm′-Fo′)/(Fm-Fo)= 1-Fv′/Fv.非光化学淬灭反映的是PSⅡ天线色素吸收的光能不能用于光合电子传递而以热的形式耗散掉的光能部分.当PSⅡ反应中心天线色素吸收了过量的光能时,如不能及时地耗散将对光合机构造成失活或破坏,所以非光化学淬灭是一种自我保护机制,对光合机构起一定的保护作用.ETR:表观光合电子传递速率,以[(Fm′-F)/ Fm′]×P FD表示,也可写成:△F/Fm′×P FD×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,而系数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′)×P FD表示.2 荧光分析技术的应用进展2.1 关于养分胁迫的研究2.1.1 氮素胁迫 郭培国等[5]研究发现,增加铵态氮施用比例,烟叶的Fm和Fv值升高,Fd/Fs、Fv/ Fo、Fv/Fm比值有所上升,烟叶的产量高、品质好,因此,不同形态氮素合理搭配,有利于改善光合特性,提高产量,改善品质.董彩霞等[6]研究指出,受到氮素胁迫小麦幼苗的Fv/Fm和φPSⅡ明显下降.张旺锋等[7]报道,棉花功能叶Fv/Fo和Fv/Fm值随施氮水平增加而提高.郭天财等[8]研究认为,适当增施氮肥,增强叶片对光能的捕获能力,提高PSⅡ活性、光化学效率及PSⅡ反应中心开放部分的比例,而降低非辐射能量的热耗散,有利于植株把所捕获的光能更有效地用于光合作用,从而促进了PSⅡ量子效率和光合速率的提高.荧光动力学参数qP和ФPSⅡ以低氮水平最高,高施氮条件下qP及ФPSⅡ值反而下降,在其它材料上也有相似的观察结果[9],而其它荧光动力学参数在高施氮条件下氮素仍能发挥积极的促进效应.因此,在高供氮条件下若能与其它荧光参数一样协同提高qP值,则可有效改善ФPSⅡ参数,进一步促进Pn提高.张其德等[9]就曾发现,在植物生境中的CO2浓度倍增条件下,高氮水平可有效地同时提高qP和ФPSⅡ值.由此表明,配合其它措施可以进一步改善高氮条件对荧光参数的协同调控效果,积极探索氮素营养对荧光参数协同改善的途径,将对提高作物的光合速率具有十分重要的意义.2.1.2 其它营养元素胁迫 研究者对其它营养元素也进行了不少研究.郭延平等[10]测得缺磷条件下蜜柑叶片的Fm、Fv/Fm及ETR明显降低.杨广东等[12]发现缺镁的黄瓜叶片在强光下qP和qN降低,使得叶片吸收的过剩光能通过光化学反应途径和非辐射能量途径耗散受阻,从而增加了过剩光能所激发的电子用来生成活性氧的比例,若其不能被及时清除掉,会加剧光抑制,甚至引起光氧化对光合机构造成破坏,最终导致叶片的失绿坏死.李绍长981210期 李 晓,等:叶绿素荧光分析技术及应用进展等[11]试验表明缺磷使玉米叶片PSⅡ关闭程度增加、光能转换和电子传递效率降低,过剩激发能增加,进一步对叶片Fv/Fm和磷含量间进行统计分析发现,叶片含磷量与叶绿素最大光化学效率(Fv/Fm)符合y=7.59×(0.09-e-59.46x)指数函数关系,含磷量0.1mg!g-1FW是影响Fv/Fm的阈值,过高的叶片磷含量并不会提高叶片的光化学效率,此研究结果对指导施肥具有重要意义.2.2 关于温度胁迫的研究2.2.1 低温胁迫 习岗等[13]研究表明低温胁迫下香蕉叶片的Fv/Fm下降与胁迫程度呈正相关,抗冷性较强的品种Fv/Fm下降幅度较小,而抗冷性较弱的品种Fv/Fm下降幅度较大.李平等[14]报道,籼稻剑叶经低温光抑制胁迫后,抗冷的品种Fo上升幅度较大,Fv/Fm比值下降较明显,这可能是叶绿体的类囊体膜受损伤导致叶绿体光合作用的光化学效率降低,同时由此而积累的过量光还能部分通过非光化学过程而耗散,这是一种保护反应,因而在常温弱光下恢复较快.张木清等[15]发现低温处理甘蔗叶片Fv/Fo和Fv/Fm的差异均达到显著水平,低温胁迫直接引发光合机构的损伤,同时也影响光合电子传递和光合磷酸化以及暗反应的有关酶系.在低温胁迫下,即使中低光强也会使植物发生光抑制[16],因此,低温胁迫下qN降低,过剩光能主要依赖于叶黄素循环进行调节[17],同时,低温胁迫导致叶绿素的DCPIP光还原活性降低,Fo上升,ETR、Fv/Fo和Fv/Fm明显降低.Fo上升,表明PS反应中心失活,同时ETR、Fv/Fo和Fv/Fm降低,则反映出PSⅡ的潜在活性和原初光能转换效率的减弱. 2.2.2 高温胁迫 汪炳良等[18]研究认为,高温胁迫明显降低了PSⅡ的原初光能转化效率、光合电子传递量子效率和光化学猝灭系数,而提高12q P,表明光合电子传递以分子态氧为受体的支路反应的增强和PSⅡ的部分失活,抑制光合碳代谢的电子供应,从而抑制光合作用.高温胁迫抑制了电子传递,增强了分子态氧为受体的支路反应,导致并增强了活性氧积累量,为避免伤害,形成自保护适应机制,酶促防御系统形成,非光化学猝灭系数qN增加,散失剩余能量.林世青等[19]认为荧光猝灭速率ΔFv/t 对高温胁迫十分敏感,可以用来适时指示高温胁迫状况.在高温胁迫下该参数急剧下降,这表明高温胁迫下,包括光合电子传递和质子梯度在内的CO2同化过程受到抑制和损伤,高温胁迫对光合膜显著作用部位在PSⅡ侧.冯建灿等[20]进一步认为,热胁迫引起PSⅡ反应中心的失活和捕光叶绿素a/b蛋白复合物的降解,原因是由于PSⅡ捕光叶绿素a/b蛋白复合物磷酸化所调节的状态Ⅰ→状态Ⅱ转化,这种转化会使PSⅡ获得的激发能减少而引起荧光淬灭,这被认为是防御PSⅡ过量激发或结构损伤的机制.2.3 关于水分胁迫的研究水分是植物生长发育的主要限制因子,水分不足显著影响光合作用的进行.张永强等[25]报道,干旱胁迫使冬小麦Fv/Fm、Fv/Fo、Fs和T1/2等参数均明显降低,表明干早胁迫使冬小麦叶片PSⅡ质子醌库(PQ库)容量变小,PSⅡ原初光能转换效率、PS Ⅱ潜在活性受到抑制,干旱胁迫直接影响了光合作用的电子传递和CO2同化过程.杨晓青等[26]认为,水分胁迫下,冬小麦幼苗Fv、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo 以及qP均降低,而Fo与qN P则升高,说明光系统PSⅡ受到了伤害,使得PSⅡ原初光能转换效率、PS Ⅱ潜在活性降低,光合电子传递、光合原初反应过程受到抑制,起光保护作用的热耗散提高,但品种间各参数变化幅度是不同的.罗俊等[27]、卢从明等[28]、王可玢等[29]都利用荧光证明干旱胁迫直接影响光合作用的电子传递和二氧化碳同化过程.利用荧光参数对干旱胁迫响应特征的研究,在实际应用中具有如下作用:(1)评价耐旱性 史正军等[21]研究表明:水分胁迫下水稻叶绿素荧光动力学参数Fo、Fv/Fm、Fv/Fo与T1/2均下降.何军等[22]研究发现短期水分胁迫能使牛心朴子PSⅡ的光化学活性及能量转化率升高,但随着胁迫时间延长,水分胁迫使牛心朴子PSⅡ光化学活性降低,长期胁迫后又有所恢复,说明牛心朴子具有很强的适应性.(2)作为抗旱指标 蒲光兰等[23]报道,干旱胁迫条件下,Fo、Fm、Fv、Fv/Fo、Fv/Fm等值下降与抗旱性综合评定指标始终存在显著相关性,可作为杏树抗旱性评定指标,参与抗旱品种的筛选.(3)干旱预测性 林世青等[24]研究发现,水分胁迫引起Fo上升和Fv下降,其变化程度可以用来鉴别植物的不同抵抗或忍耐干旱能力.随着叶片缺水增加,荧光猝灭(△Fv)迅速减少,说明光合电子传递和膜的能态化逐渐受到缺水限制,△Fv是一个十分灵敏的监测植物缺水的参数,它的变化远出现在植物呈现萎焉之前,随着水分胁迫加剧,叶片Fv 减少,说明PSⅡ结构与功能受到不同程度的损伤与破坏.0912西 北 植 物 学 报 26卷(4)指导节水灌溉 张其德等[30]研究表明,限水灌溉的qN值下降未达显著,应适当减少冬小麦的春灌次数尤其是抗旱品种的灌水次数,为节水灌溉提供理论依据.2.4 关于盐胁迫影响的研究盐胁迫对植物光合功能的损害是多方面的,积极探索调控措施减轻其不利影响具有重要意义. Bongi等[31]发现,盐胁迫使橄榄叶片的Fm大幅下降,且Fv下降与盐剂量呈正相关.Smilie等[32]研究认为,盐处理条件下不同植物的荧光响应存在差异.甜菜叶绿素荧光参数普遍增加,P相后荧光淬灭速率(r2)较缓慢;向日葵叶绿素荧光从I→P的上升速率(r1)和幅度降低,但r2显著增加;而大豆各荧光参数均下降.Belkhoja等[34]认为,盐胁迫下大麦叶片(Fi-Fo)/Fv升高,其原因是黑暗中PQ再氧化的延迟或不完全.梁海永等[35]报道,NaCl胁迫降低了欧洲黑杨叶片Fv/Fo、Fv/Fm和Fd/Fs,降低了qP,提高qN,抑制叶绿体所捕获的光能用于光合作用,从而影响植物生长.朱新广等[36]实验表明,高浓度盐胁迫大大降低叶绿体对光能的吸收能力、ETR、Fv/Fm以及qP,同时也降低了光合放氧速率及光饱和点,使植物更易受到光抑制.据张其德等[41]报道,盐胁迫减小F685/F736比值,降低激发能在两个光系统之间的分配调节能力.但也可以通过其他措施减轻这种不利影响,例如,外加Mg2+就可使F685(PSⅡ)增强,而F736(PSⅠ)下降,使F685/F736值提高,这说明通过Mg2+调控,有利于激发能向PSⅡ的分配,促使激发能在两个光系统间的分配迅速达到平衡.Downto n等[37]研究了叶绿素荧光和麦类作物耐盐性的关系,发现盐处理使大麦叶片在达到最大荧光产量后加速淬灭.Mekaoui等[33]发现盐胁迫下面包小麦和硬质小麦不同基因型的荧光参数(Fp-Fi)/Fi随盐浓度增加而降低,盐敏感种类比耐盐种类降低更大.Morales等[38]发现盐胁迫使大麦叶片叶绿素荧光诱导曲线缓慢部分,尤其是(Fp-Fs)/ Fs比值降低.这主要是由于NaCl等盐胁迫使叶片中的离子平衡及细胞结构遭到破坏,毒性物质产生,叶绿素活性和光酶活性下降.Krishna等[39]对小麦耐盐品种和盐敏感品种进行不同浓度盐处理,认为最大荧光诱导率和淬灭率可以作为筛选耐盐小麦基因型指标.Veli等[40]研究了不同耐盐特性的小麦基因型在盐胁迫环境下的光系统相对活性及细胞膜稳定性,发现两者有明显的相关性,而细胞膜稳定性则是已被广泛认可并普遍用于筛选麦类作物耐盐品种的生理指标,因此可以用盐胁迫环境下的叶绿素荧光参数变化来筛选麦类作物的耐盐基因型.2.5 关于光影响的研究2.5.1 强光的影响 许大全等[42]认为,PSⅡ的光化学效率(Fv/Fm)是度量光抑制程度的重要指标.杨广东等[12]研究发现,黄瓜叶片在强光下发生了明显的光抑制,主要表现为Pn下降,叶绿素荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、qP和qN降低,适当遮荫有利于提高PSⅡ的光化学效率,减轻光抑制.洪双松等[43]发现,小麦和大豆叶片Fv/Fm在强光下均降低.赵世杰等[44]发现在高温强光下小麦叶片PSⅡ的光化学效率(Fv/Fm)明显下降,平展叶Fv/Fm比直立叶下降幅度更大,平展叶比直立叶发生了更为严重的光抑制.2.5.2 弱光的影响 胡文海等[45]报道,经过夜间低温预处理后,榕树Fv/Fm、ΦPSⅡ与qP值均较低,叶片发生光抑制,并不破坏光合机构.但白天遮荫条件下叶片的Fv/Fm和ΦPSⅡ可恢复至较高水平,说明叶片可通过增强光化学能力和热耗散途径来耗散过剩光能,保护光合机构免受伤害,从而达到充分利用光照进行生长.然而夜间低温胁迫后若遇到白天强光照,叶片的Fv/Fm和ΦPSⅡ迅速下降且不能恢复,说明叶片不能很好地通过光化学与热耗散途径来消耗过剩光能,从而导致光合机构发生破坏性伤害.邓雄等[46]报道,郁闭度越高的样地Fv/Fm平均值也越高,喜光不耐荫比耐荫树种Fv/ Fm值低,说明弱光环境下植物更能充分利用光照条件进行光合作用,发生光抑制程度较轻.2.5.3 光质的影响 不同植物对光谱成分变化的生理响应不同,双子叶植物比单子叶植物对光谱变化更敏感,有色农用塑料薄膜和转光膜在作物的设施栽培中已开始应用,不同光质膜可作为非化学手段来调节植物生长,并调节植物的温周期响应.杜洪涛等[47]筛选了适宜彩色甜椒幼苗生长发育的光质,并揭示光质对培育壮苗的影响及作用机理.白光的Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ、qP最高,N PQ最小,说明叶片利用光能的能力在下降,热耗散在增加,表明防止光抑制的保护机制已经建立,白光为最有效光,其次分别为黄光、蓝光、红光及绿光.Ramalho等[48]认为,不同光质影响咖啡叶片PSⅡ的光化学效率及电子传递速率.储钟希等[49]报道,红光处理的黄瓜叶片PSⅡ活性与PSⅡ原初光能转换效率比白光和蓝191210期 李 晓,等:叶绿素荧光分析技术及应用进展。
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实 验 技 术 与 管 理 第36卷 第9期 2019年9月Experimental Technology and Management Vol.36 No.9 Sep. 2019ISSN 1002-4956 CN11-2034/TDOI: 10.16791/ki.sjg.2019.09.044叶绿素荧光分析技术在实验教学中的应用班宜辉1，徐舟影2，李 静1，李 媛1，陈碧峰1，李俊丽1，谢 浩1（1. 武汉理工大学 化学化工与生命科学学院，湖北 武汉 430070；2. 武汉理工大学 土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430070）摘 要：植物光合作用是植物生理学及相关课程的重要研究内容，而叶绿素荧光分析技术是快速、准确探测植物生理状况的重要技术手段。
该文设计了综合性设计性实验项目“利用叶绿素荧光分析技术研究不同温度和水分条件对植物光合作用的影响”，研究不同温度和水分胁迫对植物光合特性的影响。
该实验项目的实施，能够使学生熟悉调制叶绿素荧光仪的工作原理，掌握叶绿素荧光分析技术，从而提高学生独立开展科研项目的能力以及创新意识和创新能力。
关键词：叶绿素荧光分析技术；光合作用；温度胁迫；水分胁迫中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4956(2019)09-0172-04Application of chlorophyll fluorescence analysistechnique in experimental teachingBAN Yihui 1, XU Zhouying 2, LI Jing 1, LI Yuan 1, CHEN Bifeng 1, LI Junli 1, XIE Hao 1(1. School of Chemistry, Chemical Engineering and Life Sciences, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China; 2. School of Civil Engineering and Architecture, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China)Abstract: Plant photosynthesis is an important research content of plant physiology and related courses, and chlorophyll fluorescence analysis technology is an important technical means to quickly and accurately detect plant physiological status. In this paper, a comprehensive design experiment project was designed to study the effects of different temperature and water conditions on plant photosynthesis by chlorophyll fluorescence analysis technology, and to study the effect of different temperature and water stress on plant photosynthesis characteristics. The implementation of this experimental project can familiarize students with the working principle of the modulated chlorophyll fluorescence meter and grasp the chlorophyll fluorescence analysis technology, so as to improve students’ ability to independently carry out scientific research projects, as well as their innovative consciousness and innovative ability.Key words: chlorophyll fluorescence analysis technique; photosynthesis; temperature stress; water stress光合作用是全球碳循环的驱动因子，是地球上绝大部分生命得以维系的物质来源，是植物重要的生理过程。
光合作用相关参数测定和分析，一直是植物生理学相关实验课程的重点内容[1]。
叶绿素荧光与植物光合作用关系密切，是植物叶绿素吸收能量后释放的收稿日期: 2019-02-21基金项目: 武汉理工大学教学改革研究项目（w2018113，w2019121，w2019084）作者简介: 班宜辉（1985—），男，河南商丘，博士，助理研究员，主要研究方向为植物抗逆机制。
E-mail: banyihui@ 通信作者: 徐舟影（1987—），女，安徽池州，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向为植物-微生物共生机制。
E-mail: zhouyingxu@一种长波信号，包含了十分丰富的光合作用信息,使用特定的荧光参数可估算线性电子传递速率、同化速率以及光合系统热耗散的变化[2-4]。
因此，作为体外快速无损害检验光合作用的探针，叶绿素荧光常常被用于监测植物光合器官运转情况，可以通过对体内叶绿素荧光参数的测定来反映多种逆境因子对植物光合作用的影响[5-6]。
温度和水分胁迫是最常见的植物胁迫因子，不适的温度条件势必会影响植物的光合效率，更易发生光抑制现象[7-8]，水分胁迫则可抑制光合作用光反应中的光能转换、电子传递、光合磷酸化和光合作用暗反应等一系列过程, 导致光合速率下降，破坏光合作用进程[9]。
班宜辉，等：叶绿素荧光分析技术在实验教学中的应用173虽然叶绿素荧光被广泛应用于光合作用监测，叶绿素荧光参数也很容易测得，但叶绿素荧光分析技术大多用于科研领域，学生在实验教学环节很少有机会接触和掌握这一技术。
为使学生了解并掌握这项在植物生理学研究中广泛应用的先进技术，设计了“利用叶绿素荧光分析技术研究不同温度和水分条件对植物光合作用的影响”综合实验，采用以学生自我训练为主的教学模式，培养学生数据分析和处理能力，提高学生创新思维，为探究影响光合作用强度的因素提供更多的实证数据。
1 实验材料与仪器1.1植物材料植物材料为玉米（Zea mays L.），品种为郑单958。
选取大小一致的种子，用1%次氯酸钠表面消毒5 min，无菌水冲洗3遍，放入无菌培养皿中于25 ℃培养箱中催芽，挑取发芽一致的种子备用。
1.2 主要仪器便携式调制叶绿素荧光仪（德国Walz，MiniPAM）、高压蒸汽灭菌器（日本TOMY，SX-500）、人工气候箱（上海精宏，RQH-250）。
2 实验设计与方法2.1 实验设计实验采用室内盆栽培养方法，培养基质为蛭石，在121 ℃下高压蒸汽灭菌1 h。
冷却后装盆，塑料盆直径20 cm，高15 cm，每盆装0.8 kg。
移栽大小一致的玉米幼苗，放置在光照培养箱内培养，培养条件为25 ℃（昼）/18 ℃（夜）、光照强度500 μmol/（m2∙s）、每天光照时数10 h。
每周浇Hoagland's 营养液[10]，每盆100 mL，配方为10 μmol/L H3BO3、6 mmol/L KNO3、8 mmol/L Ca(NO3)2、1 mmol/L NH4H2PO4、2.6 mmol/L MgSO4、0.5 μmol/L CuSO4、1.0 μmol/L ZnSO4、1.6 μmol/L MnSO4和(NH4)Mo2PO4及2 μmol/L Fe-EDTA，用1 mol/L HCl调节pH为6.5。
培养15天后，开始进行水分胁迫和温度胁迫。
实验设置6 ℃为低温胁迫（low temperature stress，LTS）、36 ℃为高温胁迫（high temperature stress，HTS）及对照（CK，25 ℃）等3种温度处理。
设置3种水分条件，设定基质含水量占田间持水量的80%为对照（CK），60%为轻度胁迫（light water stress，LWS），30%为重度胁迫（severewater stress，SWS），采用称重法控制基质水分。
所有处理均重复5次。
胁迫进行1周后测定叶绿素荧光参数。
以上实验设计为教师在示范教学时采用的胁迫梯度及标准，学生在分组实验时可自行设定温度和水分的胁迫浓度，并可自主选择胁迫时间，以充分调动学生积极性、锻炼自主科研能力，各小组还能在数据处理时进行对比分析，从而得出准确、可靠的实验结论。
2.2 叶绿素荧光参数的测定使用便携式调制叶绿素荧光仪（Mini PAM）于上午9：00–10：00测量玉米幼苗完全展开的第2片叶的叶绿素荧光参数。
测定前先将玉米幼苗放在黑暗环境中暗适应20 min左右，测试时记录初始荧光（F0）、暗适应的最大荧光（F m）、稳态荧光（F t）、作用光关闭时的原初荧光（F0ʹ）、作用光打开时的最大荧光（Fʹm）。
测量时，首先用测量光（<0.1 μmol/(m2∙s)）激发叶绿素的本底荧光测定F0，再打开一次饱和脉冲光（光子通量密度PFD为8000 μmol/(m2∙s)，频率为20 kHz，1个脉冲时间为0.8 s），测定F m以及F v/F m，然后打开作用光（PFD约为336 μmol/(m2∙s)，白光）测定光下稳态荧光F t，再打一次饱和脉冲光测定Fʹm，关闭作用光，继以一次远红外光（PFD约为5 mol/(m2∙s)，3 s）测定F0ʹ[11]。
最小荧光、最大荧光、实时荧光测定各处重复5次。
根据以下公式计算相关参数：（1）PSII最大量子产量F v/F m=(F m−F0)/F m；（2）PSII实际光化学量子产量Y(II)=(Fʹm−F t)/Fʹm；（3）光化学荧光淬灭系数qP=(Fʹm−F t)/(Fʹm−F0)；（4）非光化学荧光淬灭NPQ=(F m−Fʹm)/Fʹm；2.3数据处理和统计学分析采用Excel 2016和SPSS 19.0软件进行数据的统计分析，采用SigmaPlot 12.0进行图形制作。
数据为5次重复的平均值±标准偏差（SD），组间比较采用方差分析检验，以P<0.05为差异有统计学意义。