叶绿素荧光仪

叶绿素荧光的产生
叶绿素荧光是光合作用的有效探针
激发态叶绿素分子通过三种途径释放能 量回到稳定的基态： 量回到稳定的基态： 重新放出一个光子，回到基态， 重新放出一个光子，回到基态，即 产生荧光。 产生荧光。 不放出光子， 不放出光子，直接以热的形式耗散 掉。 将能量从叶绿素分子传递给电子受 体进行光化学反应。 体进行光化学反应。 以上这三个过程相互竞争(荧光与热 以上这三个过程相互竞争 荧光与热 比值一定)， 比值一定 ，具有最大速率的过程处于支 配地位。 配地位。
2.1 “Modfluor”在“PC Mode”下进行操作 在 下进行操作
叶绿素荧光技术在以下方面具有广泛的应用
植物生理学： 植物生理学：研究光合作用的有效手段 植物逆境/胁迫 营养生理学 检测植物对环境胁迫的响应、 植物逆境 胁迫/营养生理学：检测植物对环境胁迫的响应、抗 胁迫 营养生理学： 逆性 植物生态学： 植物生态学：在线监测植物光合作用的日变化和长期变化 植物保护和农药：检测农药伤害， 植物保护和农药：检测农药伤害，揭示作用机理 水域生态学：研究水域光合作用， 水域生态学：研究水域光合作用，揭示水体生态系统动力学 海洋生物学：珊瑚、海洋植物的光合作用分析； 海洋生物学：珊瑚、海洋植物的光合作用分析；赤潮预警
叶绿素荧光技术在光合作用中 的应用
演示实验
叶绿素荧光现象
1931年，Kautsky（考茨基）发现叶绿素荧光诱导现象并将 年 （考茨基） 其与光合作用联系起来。此后， 其与光合作用联系起来。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， 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。 光合作用研究。
光合电子传递过程
叶绿素荧光诱导动力学曲线
叶绿素荧光常用术语
Fo ：固定荧光或初始荧光产量 也称基础荧光。是PSII反应中心处于完全开 固定荧光或初始荧光产量,也称基础荧光 也称基础荧光。 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。 放时的荧光产量,它与叶绿素浓度有关。 Fm :最大荧光产量,是PSII反应中心处于完全关闭时的荧光产量。反映通过 最大荧光产量, 反应中心处于完全关闭时的荧光产量。 最大荧光产量 反应中心处于完全关闭时的荧光产量 PSⅡ的电子传递情况。 Ⅱ的电子传递情况。 Fv ：可变荧光产量,代表可参与 可变荧光产量,代表可参与PSII光化学反应的光能辐射部分,反映 光化学反应的光能辐射部分, 光化学反应的光能辐射部分 反映PSII 原初电子受体QA 的还原情况， Fv= Fm- Fo 的还原情况， 原初电子受体 Fo’：作用光关闭时的原初荧光产量。 ：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。 ：作用光打开时的最大荧光产量。 Fs：稳态荧光产量。 ：稳态荧光产量。
常用叶绿素荧光参数
Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm：PSII的最大量子产量，反应了植物的潜在最大光合能力 ： 的最大量子产量， 的最大量子产量 光合效率）。 （光合效率）。 ΦPSⅡ=Fv’/Fm’：实际光化学量子产量，它反映 Ⅱ ：实际光化学量子产量，它反映PSII反应中心在部分关闭情 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。 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。 qP =(Fm’-F)/(Fm’-Fo’) ：光化学淬灭由光合作用引起的荧光淬灭，反映了植 光化学淬灭由光合作用引起的荧光淬灭， 物光合活性的高低。 物光合活性的高低。 NPQ = Fm/ Fm’-1：非光化学淬灭，由热耗散引起的荧光淬灭，即热耗散，非 ：非光化学淬灭，由热耗散引起的荧光淬灭，即热耗散， 光化学淬灭反映了植物耗散过剩光能为热的能力， 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 ETR：光合电子的相对传递速率。 ：光合电子的相对传递速率。 ETR=ΦPSII×PAR×0.5×0.84 ，其中系数 是表示一个电子传递需要吸收 × 其中系数0.5是表示一个电子传递需要吸收 是表示一个电子传递需要吸收2 × × 个量子，系数0. 表示在入射的光量子中吸收的占84%，PAR是光合有效辐 个量子，系数 84 表示在入射的光量子中吸收的占 ， 是光合有效辐 射。
实验目的
• 理解叶绿素荧光的基本原理 • 熟悉调制脉冲荧光仪的构造和基本操作 • 测定木芙蓉成熟叶、老叶的荧光参数 测定木芙蓉成熟叶、老叶的荧光参数 成熟叶 • 测定石耳共生藻、铜绿微囊藻的荧光参数 测定石耳共生藻、
材料与仪器
• 材料
高等植物（真核） 高等植物（真核） 木芙蓉 石耳共生藻 低等植物（原核） 低等植物（原核） 铜绿微囊藻
源自文库
思考题
• 叶绿素产生荧光的基本原理 • 为什么叶绿素荧光能够作为光合作用的探针？ 为什么叶绿素荧光能够作为光合作用的探针？ • 常用的叶绿素荧光参数有哪些？能反映什么生理指标？ 常用的叶绿素荧光参数有哪些？能反映什么生理指标？ • 比较木芙蓉老叶和成熟叶的 比较木芙蓉老叶和成熟叶的ΦPSⅡ，ETR，Fv/Fm的差异 Ⅱ ， 的差异 并说明原因 • 比较石耳共生藻和铜绿微囊藻 比较石耳共生藻和铜绿微囊藻ΦPSⅡ，ETR的差异并说明 Ⅱ 的差异并说明 原因
• 仪器
FMS-2便携式调制荧光仪 英国 便携式调制荧光仪(英国 公司) 便携式调制荧光仪 英国Hansatech公司 公司
实验步骤
1. 2. 3. 4. 5. 取木芙蓉的成熟叶、老叶各 片用叶片夹夹好处理过的叶片 片用叶片夹夹好处理过的叶片， 取木芙蓉的成熟叶、老叶各5片用叶片夹夹好处理过的叶片， 选定名为psr的程序测定 选定名为 的程序测定ETR, ΦPSⅡ等参数； Ⅱ等参数； 的程序测定 推紧叶片夹的弹片，暗适应15min，选定名为 推紧叶片夹的弹片，暗适应 ，选定名为Fv/Fm的程序 的程序 测定Fv/Fm; 测定 取鲜的石耳共生藻、铜绿微囊藻藻液于反应杯中， 取鲜的石耳共生藻、铜绿微囊藻藻液于反应杯中，选定名为 psr的程序测定 的程序测定ETR, ΦPSⅡ等参数； 的程序测定 Ⅱ等参数； 将反应杯置于暗处，暗适应15min，选定名为 将反应杯置于暗处，暗适应 ，选定名为xwEI的程序测 的程序测 定快速光响应曲线（ 定快速光响应曲线（RLC）； ）； 计算木芙蓉叶片的电子传递速率ETR； 计算木芙蓉叶片的电子传递速率 ；
两种不同的荧光仪
连续激发式荧光仪：它具有相当高的分辨率 初始记录速率 连续激发式荧光仪：它具有相当高的分辨率(初始记录速率 100 kHz)捉到很多的荧光变化信息，但易受到背景光的影响。 捉到很多的荧光变化信息， 捉到很多的荧光变化信息 但易受到背景光的影响。 调制式荧光仪：测量荧光的光源是调制脉冲光 高频率的 调制式荧光仪：测量荧光的光源是调制脉冲光(高频率的 闪光)，植物发出的荧光信号与背景光可以区分开，所以用它 闪光 ，植物发出的荧光信号与背景光可以区分开， 可以在有背景光的情况下测定，由于时间分辨率及信噪比的限 可以在有背景光的情况下测定 由于时间分辨率及信噪比的限 制，所获得的信息就很少了。
叶绿素荧光是光合作用的有效探针
根据能量守恒：1=光合作用+叶绿素荧光+热可以得出： 根据能量守恒：1=光合作用+叶绿素荧光+热可以得出： 光合作用 叶绿素荧光=1 光合作用=1叶绿素荧光=1-光合作用-热 活体状态下，叶绿素荧光几乎全部来源于 Ⅱ 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 活体叶绿素荧光提供的快速信息反映了 Ⅱ对激发能的利用和 耗散情况， 光合作用过程的各个步骤密切偶联 过程的各个步骤密切偶联， 耗散情况，而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PSⅡ 从而引起荧光变化， 步变化都会影响到 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。 绿素荧光几乎可以探测所有光合作用过程的变化。