叶绿素荧光应用解释

叶绿素荧光原理与应用

光合作用过程简介

光合膜上的蛋白复合体

光反应的电子传递Z-scheme

叶绿素荧光的产生

叶绿素吸收光能的去向

光合机构吸收的光能有三个可能的去向：

一、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),氮素还原，光呼吸等。

二、转变成热散失；

三、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

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1)。

实际上,以荧光形式发射出来的光能在数量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。

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%被转变成约97%被用于光化学反应25%被转变成热散失,被变成荧光发射出来；

热散失,0.5%被变成荧光发射出来；

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，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。

调制式荧光仪的作用原理

调制光用于叶绿素荧光测定和猝灭分析是荧光测定的一个革命性进展。在这样的系

统中，用于测定荧光的光源被调制，也就

是使用以很高频率不断开关的光源。在这

样的系统中，检测器选择性放大，仅仅检样的系统中检测器选择性放大仅仅检

测被调制光激发的荧光，就可以在田间条

件下，即在田间很强的太阳光存在的情况件下即在田间很强的太阳光存在的情况下测定相对的荧光产额。

调制荧光技术把作用光信号与荧光信号区分开，

在测定时，给植物材料施加一个脉冲调制光束，

该脉冲光使植物叶片产生一个脉冲的荧光信号，

当有自然光存在时，检测到由脉冲调制光束诱

导出的脉冲荧光信号。

导出的脉冲荧光信号

脉冲荧光信号的大小可以反映出叶片生理状况

，由脉冲调制光束诱导出的脉冲荧光信号作为由冲制光束出的冲荧光信作为

光系统II光能利用效率大小的探针。

叶绿素荧光诱导动力学

z当一片经过充分暗适应的叶片从黑暗中转入光下后，叶片的荧光产额会随时间发生规律性的变化，即

会随时间发生规律性的变化即kautsky效应，典型荧光诱导动力学曲线上几个特征性的点分别被命名为O、I、D、P、S、M和T

为O I D P S M和T

叶绿素荧光诱导动力学曲线

在照光的第一秒钟内，荧光水平从O上升到P,这段被称为快相；

升到P这一段被称为快相；

在接下来的几分钟内，荧光水平从P下在接下来的几分钟内荧光水平从P下降到T，这一段被称为慢相。

快相与的原初程有，慢相

快相与PSII的原初过程有关，慢相则主要与类囊体膜上和间质中的一些反应过程包括碳代谢之间的相互作用有关。

测定与分析

荧光测定和猝灭分析需要几种不同的光源：

1.检测光（调制光）―绿光：光强PPFD 小于

-2-1用于测10μmol·m 2·s 1，用于测Fo 。

2.作用光―通常用白光，用于推动光合作用的光

化学反应光强可因实验目的不同而变化化学反应，光强可因实验目的不同而变化。

3.饱和脉冲光―通常用白光，光强PPFD 大于

3000μmol·m -2·s -1，确保Q A 全部还原，用于测Fm 和Fm'。

4.弱远红光（或暗）―以便PSI 推动Q A 氧化，测

Fo'前使用。

前使用

基本步骤

在植物对各种环境胁迫响应的分子机理研究中，

为了获得未遭受任何环境胁迫的对照叶片的基本荧光

参数首先需要让对照叶片经过一个充分的暗适应过参数，首先需要让对照叶片经过个充分的暗适应过

程。

首先，给一个经过充分暗适应的叶片照射检测光

，经过小段时间（12min）荧光水平稳定后得到，经过一小段时间（1~2min

荧光参数Fo。接着，给一个饱和脉冲光，一个脉冲

后关闭，得到荧光参数Fm，于是得到荧光参数

v/(v o)，即潜在的S的光化学效率

Fv/Fm(Fv=Fm-Fo)PS II

叶片荧光的暗－光适应曲线

荧光猝灭

荧光猝灭就是荧光产额降低。一切使荧光产额低于其最大值的过程，都被称为荧光猝灭产额低于其最大值的过程都被称为荧光猝灭

过程。对于不同荧光猝灭组分的分辨，能够提

供关于光合机构功能状态的重要资料。

供关于光合机构功能状态的重要资料

荧光猝灭可分两类

荧光猝灭可分两类：

一、光化学猝灭，即由光化学反应引起的

荧光产额的降低，它有赖于氧化态Q

荧光产额的降低它有赖于氧化态Q的存在

的存在。

A

二、非光化学猝灭，即由非光化学过程，

例如热耗散过程引起的荧光产额的降低。它是植物体内光合量子效率调节的个重要方面。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<1min，快相。

t

1/2

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=8min，中间相。它比qE和qI小得多，强光下qE和qI增加，t

1/2

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，t

=40min，慢相。关于这后一种非光化学猝灭，有1/2

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。假说耗素中素

三：这种非光化学荧光猝灭与D1蛋白的失活和降解有关