09-调制叶绿素荧光原理及pam荧光仪应用
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ΦPS II=Yield=(Fm’-Fs)/Fm’=ΔF/Fm’=qP·Fv’/Fm’ : 任一光照状态下PS II的实际量子产量（实际光合能 力、实际光合效率） 不需暗适应，不需测定Fo’，适合野外调查
常用叶绿素荧光参数
光化学淬灭 qP=(Fm’-Fs)/Fv’=1-(Fs-Fo’)/(Fm’-Fo’) （基于“沼泽模
型”）
qL=(Fm’-F)/(Fm’-Fo’)·Fo’/F=qP·Fo’/F （基于“湖泊模
型Fra Baidu bibliotek）
即由光合作用引起的荧光淬灭，反映了光合活性的高低 非光化学淬灭 qN=(Fv-Fv’)/Fv=1-(Fm’-Fo’)/(Fm-Fo) NPQ=(Fm-Fm’)/Fm’=Fm/Fm’-1 ，不需测定Fo’，适合野
光合作用的测量方法
叶绿素荧光： PAM系列 P700： DUAL-PAM-100 气体交换： GFS-3000，CI-340，PTM-
48A
光合放氧：Firesting O2
光合作用过程
Light
Chloroplast
光合膜的结构
Calvin Cycle ATP
NADPH
ADP+Pi
2H2O
O2+4H+
PS II
Cytb6/f PS I
ATPase
CO2固定过程—Calvin循环
CO2
叶绿素荧光的产生
较高激发态
热
最低激发态
光
蓝 光
红 光
合热 作
荧 光
用
基态
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
活体叶绿素荧光是光合作用的有效探针
叶片/微藻/叶绿体
5000 μE/m²s
0.1 μE/m²s
100 μE/m²s
乙醇提取物
(F) (D)
(P)
P+D+F=1
F = 1- P - D
任一状态下的荧光产量是将最大荧光（Fm）淬灭的结果
光化学和非光化学荧光淬灭
光强与叶绿素荧光的关系
Fm
测量光
饱和光
叶绿素荧光
Fo
1
2000
光强 µmol m-2 s -1
E=P + D + F = 1 （能量守恒定律） 打开饱和脉冲时：P=0, F=Fm, D=Dm, Dm=1－Fm 假设在打开饱和脉冲的短暂时间内，D/F的比值保持不变
常用叶绿素荧光参数
Fv/Fm =(Fm-Fo)/Fm : PS II的最大量子产量，反映 了植物的潜在最大光合能力（光合效率）
高等植物：0.8-0.84；绿藻：0.7-0.75； 硅藻/甲藻：0.65-0.7；蓝藻/红藻：无固定值 当植物受到胁迫（Stress）时，Fv/Fm显著下降!
光合膜的结构
Calvin Cycle ATP
NADPH
ADP+Pi
2H2O
O2+4H+
PS II
Cytb6/f PS I
ATPase
光化光强度的选择
光化光强度的选择
Fv
ΔF
对于对照组而言，如果达到稳态后的ΔF在Fv的1/3～2/3之间，则 光化光强度比较适合。
Fm’过高，提高光化光强度；Fm’过低，降低光化光强度。
Fm
Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm Y=ΔF/Fm’=(Fm’-F)/Fm’
qP=(Fm’-F)/(Fm’-Fo’) qN=1-(Fm’-Fo’)/(Fm-Fo) NPQ=(Fm-Fm’)/Fm’
NPQ
Fv
Fm’
ΔF
qP
F
Fo
Fo’
SP
ML
AL
SP AL ML
光化学淬灭可以被一种短饱和脉冲光（0.2－1 s）暂时完全抑制， 剩余的荧光淬灭就是非光化学淬灭
外调查 qN或NPQ反映了植物耗散过剩光能为热的能力，反映了植
物的光保护能力
野外打开远红光测量Fo’不方便，因此便携式PAM荧光仪多不配远 红光，计算qP和qN时用Fo代替Fo’即可。
常用叶绿素荧光参数
Y(NPQ)=1-Y(II)-1/(NPQ+1+qL(Fm/Fo-1))：调节性能量耗散的
光合作用与叶绿素荧光
Picture. KA Mott, TN Buckley
CO2
H2O O2
Thylakoid
P700
Chl-a fluorescence
O2
e-
H+
NADPH
NADP+
ATP ADP
PCR Cycle
CO2
Pi Triose P
Sucrose Cellulose ...
Platt et al, J. Mar. Res., 1980, 38: 687-701
P=Pm•tanh(•PAR/Pm)
Jassby & Platt, Limnol. Oceanogr., 1976, 21: 540-547
P=Pm••PAR/sqrt(Pm2+(•PAR)2)
能量转换和保护性的调节机制（如热耗散）不足以将植物吸收的光能 完全消耗掉。也就是说，入射光强超过了植物能接受的程度。这时， 植物可能已经受到损伤，或者（尽管还未受到损伤）继续照光的话植 物将要受到损伤。Y（NO）是光损伤的重要指标。
Y(II)+Y(NPQ)+Y(NO)=1
Kramer et al, Photosynth Res, 2004, 79:209-218.
常用叶绿素荧光参数
rETR =PAR·ΔF/Fm’·0.84·0.5 : 相对电子传递速率 rETR随PAR的变化图即为光响应曲线，即使光化光
的持续时间短至10 s，也可得出典型的光响应曲线， 这被称为快速光曲线（Rapid Light Curves）
rETRmax
Ik
常用拟合方程
P=Pm•(1-e-•PAR/Pm)•e-•PAR/Pm
量子产量
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。
Y(NO)=1/(NPQ+1+qL(Fm/Fo-1))：非调节性能量耗散的量子产量 PS II处非调节性能量耗散的量子产量。若Y(NO)较高，则表明光化学
则
D/F=Dm/Fm D=F Dm/Fm=F (1－Fm)/Fm 因此，PS II的量子产量P可根据下式计算：
P=1－F－D =1－F－F (1－Fm)/Fm =(Fm－F)/Fm =ΔF/Fm
暗适应：Fv/Fm —— 最大光合效率
光适应：ΔF/Fm’ —— 实际光合效率
PAM测量的荧光曲线——饱和脉冲法
常用叶绿素荧光参数
光化学淬灭 qP=(Fm’-Fs)/Fv’=1-(Fs-Fo’)/(Fm’-Fo’) （基于“沼泽模
型”）
qL=(Fm’-F)/(Fm’-Fo’)·Fo’/F=qP·Fo’/F （基于“湖泊模
型Fra Baidu bibliotek）
即由光合作用引起的荧光淬灭，反映了光合活性的高低 非光化学淬灭 qN=(Fv-Fv’)/Fv=1-(Fm’-Fo’)/(Fm-Fo) NPQ=(Fm-Fm’)/Fm’=Fm/Fm’-1 ，不需测定Fo’，适合野
光合作用的测量方法
叶绿素荧光： PAM系列 P700： DUAL-PAM-100 气体交换： GFS-3000，CI-340，PTM-
48A
光合放氧：Firesting O2
光合作用过程
Light
Chloroplast
光合膜的结构
Calvin Cycle ATP
NADPH
ADP+Pi
2H2O
O2+4H+
PS II
Cytb6/f PS I
ATPase
CO2固定过程—Calvin循环
CO2
叶绿素荧光的产生
较高激发态
热
最低激发态
光
蓝 光
红 光
合热 作
荧 光
用
基态
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
活体叶绿素荧光是光合作用的有效探针
叶片/微藻/叶绿体
5000 μE/m²s
0.1 μE/m²s
100 μE/m²s
乙醇提取物
(F) (D)
(P)
P+D+F=1
F = 1- P - D
任一状态下的荧光产量是将最大荧光（Fm）淬灭的结果
光化学和非光化学荧光淬灭
光强与叶绿素荧光的关系
Fm
测量光
饱和光
叶绿素荧光
Fo
1
2000
光强 µmol m-2 s -1
E=P + D + F = 1 （能量守恒定律） 打开饱和脉冲时：P=0, F=Fm, D=Dm, Dm=1－Fm 假设在打开饱和脉冲的短暂时间内，D/F的比值保持不变
常用叶绿素荧光参数
Fv/Fm =(Fm-Fo)/Fm : PS II的最大量子产量，反映 了植物的潜在最大光合能力（光合效率）
高等植物：0.8-0.84；绿藻：0.7-0.75； 硅藻/甲藻：0.65-0.7；蓝藻/红藻：无固定值 当植物受到胁迫（Stress）时，Fv/Fm显著下降!
光合膜的结构
Calvin Cycle ATP
NADPH
ADP+Pi
2H2O
O2+4H+
PS II
Cytb6/f PS I
ATPase
光化光强度的选择
光化光强度的选择
Fv
ΔF
对于对照组而言，如果达到稳态后的ΔF在Fv的1/3～2/3之间，则 光化光强度比较适合。
Fm’过高，提高光化光强度；Fm’过低，降低光化光强度。
Fm
Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm Y=ΔF/Fm’=(Fm’-F)/Fm’
qP=(Fm’-F)/(Fm’-Fo’) qN=1-(Fm’-Fo’)/(Fm-Fo) NPQ=(Fm-Fm’)/Fm’
NPQ
Fv
Fm’
ΔF
qP
F
Fo
Fo’
SP
ML
AL
SP AL ML
光化学淬灭可以被一种短饱和脉冲光（0.2－1 s）暂时完全抑制， 剩余的荧光淬灭就是非光化学淬灭
外调查 qN或NPQ反映了植物耗散过剩光能为热的能力，反映了植
物的光保护能力
野外打开远红光测量Fo’不方便，因此便携式PAM荧光仪多不配远 红光，计算qP和qN时用Fo代替Fo’即可。
常用叶绿素荧光参数
Y(NPQ)=1-Y(II)-1/(NPQ+1+qL(Fm/Fo-1))：调节性能量耗散的
光合作用与叶绿素荧光
Picture. KA Mott, TN Buckley
CO2
H2O O2
Thylakoid
P700
Chl-a fluorescence
O2
e-
H+
NADPH
NADP+
ATP ADP
PCR Cycle
CO2
Pi Triose P
Sucrose Cellulose ...
Platt et al, J. Mar. Res., 1980, 38: 687-701
P=Pm•tanh(•PAR/Pm)
Jassby & Platt, Limnol. Oceanogr., 1976, 21: 540-547
P=Pm••PAR/sqrt(Pm2+(•PAR)2)
能量转换和保护性的调节机制（如热耗散）不足以将植物吸收的光能 完全消耗掉。也就是说，入射光强超过了植物能接受的程度。这时， 植物可能已经受到损伤，或者（尽管还未受到损伤）继续照光的话植 物将要受到损伤。Y（NO）是光损伤的重要指标。
Y(II)+Y(NPQ)+Y(NO)=1
Kramer et al, Photosynth Res, 2004, 79:209-218.
常用叶绿素荧光参数
rETR =PAR·ΔF/Fm’·0.84·0.5 : 相对电子传递速率 rETR随PAR的变化图即为光响应曲线，即使光化光
的持续时间短至10 s，也可得出典型的光响应曲线， 这被称为快速光曲线（Rapid Light Curves）
rETRmax
Ik
常用拟合方程
P=Pm•(1-e-•PAR/Pm)•e-•PAR/Pm
量子产量
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。
Y(NO)=1/(NPQ+1+qL(Fm/Fo-1))：非调节性能量耗散的量子产量 PS II处非调节性能量耗散的量子产量。若Y(NO)较高，则表明光化学
则
D/F=Dm/Fm D=F Dm/Fm=F (1－Fm)/Fm 因此，PS II的量子产量P可根据下式计算：
P=1－F－D =1－F－F (1－Fm)/Fm =(Fm－F)/Fm =ΔF/Fm
暗适应：Fv/Fm —— 最大光合效率
光适应：ΔF/Fm’ —— 实际光合效率
PAM测量的荧光曲线——饱和脉冲法