叶绿素荧光是光合作用研究的探针
藻类学-期末复习重点整理
褐藻【异丝体】为原始类型，基本特征是藻体由匍匐部和直立部组成，直立部为单列细胞的分枝体，匍匐部则为匍匐假根，以此固着于基质上。
【假膜体】较异丝体高级，基本特征是由许多的藻丝胶粘在一起，外形似膜状的一种结构。
【膜状体】为高级进化的种类，从外形上已有类似根、茎、叶或气囊等部分的分化，内部细胞向多方面分裂形成数层细胞的膜状体。
【褐藻的细胞壁】内层：主要是由纤维质组成，比较坚韧外层：由藻胶质组成，藻胶质含有几种不同的藻胶，其中存在最广泛的为褐藻糖胶（fucoidin），在海带属及岩藻属中含量较多。
【褐藻的色素】叶绿素a、叶绿素c、叶黄素、β-胡萝卜素及藻褐素（藻褐素由于能吸收绿光，所以大部分褐藻类适合于深水层生长）。
【贮藏物质】褐藻淀粉、甘露醇。
褐藻类贮藏的碳水化合物都是可溶性的，贮存在液泡、细胞质或者整个原生质体内。
【褐藻多酚】又成为褐藻单宁酸，能结合蛋白，具有很强的还原性，主要贮存于许多褐藻细胞质的藻泡中。
在空气中容易被氧化，形成黑色色素，藻褐素。
作用：1）防止自身被草食动物摄食2）吸收紫外辐射3）作为细胞壁的组分【单室孢子囊】为一个细胞组成，产生于孢子体上。
孢子囊母细胞含单核，向外突出逐渐膨大，细胞核经过多次分裂产生2、4、8、16、32、64或128个子核，核的第一次分裂为减数分裂，在核分裂停止后细胞质也分裂成与细胞核同数的原生质块，每块中有一细胞核，经过变态形成具有不等长侧生双鞭毛的游孢子，孢子囊成熟后，游孢子通过囊壁顶端小孔逸出，萌发成配子体。
【多室孢子囊】产生于孢子体上，孢子囊母细胞经过多次横纵分裂，产生隔壁，形成许多小室，成为有许多立方形细胞组成细长的多列细胞机构，每个细胞内经过变态产生1~2个游孢子。
当多室孢子囊成熟时，各细胞间的隔壁逐渐溶解消失变成一个圆锥形的囊体，游孢子通过囊顶或侧面的小孔逸出。
多室孢子囊母细胞形成游孢子过程中，不经过减数分裂，因此形成的游孢子，仍然萌发为二倍体的孢子体。
叶绿素荧光在光合作用研究中的应用
叶绿素荧光在光合作用研究中的应用光合作用是生命活动中最为基础的过程之一，是植物通过气体交换和能量变换，将太阳能转化为生物能的过程。
在这一过程中，叶绿素是一种起到至关重要作用的物质，其荧光也成为了研究光合作用的一个重要工具。
本文将介绍叶绿素荧光在光合作用研究中的应用及其相关机制。
一、叶绿素荧光的基本概念叶绿素是一种广泛存在于绿色植物、藻类和一些细菌中的色素，其主要功能是对光能的吸收与转移。
在光合作用中，叶绿素可以通过光化学反应将太阳能转化为固定化合物的能量。
然而，当叶绿素分子所吸收的光子能量超过其转化能力时，叶绿素分子就会处于“激发态”，并通过荧光辐射的形式重新释放出多余的能量。
这种释放出的能量就是叶绿素荧光。
二、叶绿素荧光的特点及其测定方法叶绿素荧光的波长范围一般在640-750nm之间，其中680-690nm范围内的荧光波长用于反映植物光合作用的实际效率。
当叶绿素处于“激发态”时，其荧光发射光谱会发生改变，这种改变与其所处环境的不同而异。
因此，通过测量叶绿素荧光能够得到很多光合作用的信息，例如叶绿素的含量、光合作用的活性以及光合速率等。
目前，常用的测定叶绿素荧光的方法主要包括激发-发射光谱法、快速叶绿素荧光波动法和冷光源法等。
其中，快速叶绿素荧光波动法被广泛应用在光合作用研究中。
这种方法利用一个高速、高灵敏度的质谱仪，对荧光强度进行实时监测，并可以精确地测定荧光波动的特征。
通过这种方法，可以高效地获取光合作用反应链中的信息，进而揭示光合作用的机理。
三、1.检测光合作用的活性叶绿素荧光可以用于测定光合作用的活性，因为其荧光发射强度与光合作用的活性有很大的关系。
典型的情况下，光合作用的活性取决于其吸收到的太阳光能和其转化为生物物质的能力。
通过测定叶绿素荧光，可以检测光合作用过程中植物体内能量的流动和最终耗散，从而揭示光合作用的实际效率和转化效率。
此外，利用叶绿素荧光还可以评估不同物种对光合作用适应性的差异，有助于农业植物育种和种植品种的筛选。
叶绿素荧光是光合作用研究的探针
非光化学猝灭
qp=(Fm’－Fs)/(Fm’－F0) 光化学猝灭系数
qN=(Fm’－F0’)/(Fm－F0) 非光化学猝灭系数
D=1－Fv’/Fm’
吸收光能通过热耗散消耗的部分
精选课件
21
1、基础荧光参数
●Fo：最小荧光产量，也称初始荧光产量或基础荧光产 量 。是对充分暗适应叶片（PSⅡ反应中心处于完全开放 状态）照以极弱的测量光后发出的荧光。此时光化学猝灭 系数qP＝1，非光化学猝灭系数qNP＝0。一般认为，这部 分荧光是在天线中的激发能尚未被反应中心捕获之前，由 天线叶绿素发射出的。
精选课件
25
3、反映PSII光化学效率的荧光参数
● Fv/Fm：是重要的荧光参数之一，名称很多，有：最大 原初光化学产量；PSII最大潜在量子产量；开放的PSII反 应中心量子效率等 ；我们习惯上称其为“PSII最大光化 学效率”。其值恒小于1。
Fv/Fm是暗适应下PSⅡ反应中心完全开放时的最大光化学 效率。反映PSⅡ反应中心最大光能转换效率。
程能量吸收、传递与转换的机理。但对于
植物生理生态学研究者而言，主要兴趣集
中在光合作用的能量利用效率、过剩光能
导致的光合作用光抑制、光破坏，以及
光破坏防御机制精等选课方件 面。
29
Fig.1 Responses of Fv/Fm to chilling treatment and subsequent
其中从O→P相为快速上升阶段（约1－2秒）， 从P→S相为荧光慢速下降（猝灭）阶段（4－ 5分钟）。
精选课件
15
低温荧光
在77K（－196度，液氮中）小，与温度有关的酶反 应和电子传递能力对荧光水平的影响被避免，因此只 有原初光化学反应被反映出来。
光合作用基本过程与 叶绿素荧光原理
短饱和脉冲光 PS II反应中心被暂时完全关闭
光化学淬灭全部被抑制
剩余的荧光淬灭即为非光化学淬灭
• 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，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
叶绿素荧光参数
• Fv’/Fm’=(Fm’-Fo’)/Fm’ =1-Fo’/Fm’： PS II光化学 的有效量子产量 • 由于在光适应状态下非光化学过程得到活化，因此 Fv’/Fm’往往小于Fv/Fm • 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
光合作用基本过程与 叶绿素荧光原理
韩 志 国
光系统与光合作用 基本过程
光合作用作为地球上最重要的化学反应，主 要在绿色植物叶肉细胞的叶绿体内进行
光合作用过程
光反应
暗反应
光合膜的结构与光反应
PS II
Cytb6/f
PS I
AO2固定过程—Calvin循环
CO2
叶绿素荧光参数
• qP=(Fm’-Fs)/Fv’=1-(Fs-Fo’)/(Fm’-Fo’) :光化学淬灭 • 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
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)
植物叶绿素荧光成像系统PlantExplorer v3
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精确获知叶绿素荧光、叶绿素、花青素和 R/G/B 图像每个
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像素的变化
可设置进行延时成像测量
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嵌入式电脑进行精确的成像、时间控制、光强控制和数据
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存储 英特尔双核处理器 8 GB 内存 128 GB SSD 固定硬盘，Windows 7 操作系统 1 TB Hybrid 混合硬盘用于数据存储
数据传输方式：Ethernet 叶绿素荧光激发光源：红色 LED，光强 0-3 000 µmol m-2 s-1 光化光源：红色 LED，光强 0-1 000 µmol m-2 s-1 多光谱和彩色图像光源：白色 LED 和近红外 LED 成像面积：20 x 15 cm 工作温度：+5～+40℃ 尺寸：50(W) x 61(D) x 100(H) cm 重量：55 kg 供电需求：110-240 V 交流电 功耗：测量叶绿素荧光时峰值 3 kW，待机时 200 W 成像参数：
参考文献
Björkman O, Demmig B (1987). Photon yield of 02 evolution and chlorophyll fluorescence characteristics at 77K among vascular plants of diverse origin. Planta, 170: 489-504.
叶绿素荧光分析在研究植物光抑制中的应用
叶绿素荧光技术在藻类光合作用中的应用
内的类囊体膜上。光合作用的第一步是利用光合 色素捕获光能 ， 藻类 的光合色素多种多样 ， 这有利
于 不 同的 藻类适 应 不 同 的生活 环境 。游 离 的 色素 分 子不具 有 捕获 光 能 的 功 能 ， 有 与 蛋 白质 结 合 只
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 、 子梯度的建立及 质
叶绿 素 荧 光 技 术 在 藻类 光 合 作 用 中 的应 用
陈莲 花 ， 刘 雷
（ 昌大学环境科 学与工程学院 ， 南 江西 南 昌 ３０ ３ ） ３ ０ １
摘要 ： 绍 了藻类光合 活性和叶绿素 荧光测 定的一些常用参数 ， 介 综述 了叶绿素 荧光技 术分析 藻类光合 系统 Ｐ ｓ Ⅱ 反应 中心 的光化 学情 况、 非光化 学情 况、 光保护和光损伤 以及在 其它领域 的应 用。
关键词 ： 藻类 ； 光合作用 ； 叶绿素 荧光 ； 用 应
中图分类号 ：７３１ Ｘ ０ ． 文 献标识码 ： Ａ
Ａｐｐ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｈｅ Ｃｈ ｏ ｏ ｈｙ ｌＦｌ ｏ ｅ ｃ ｎｃ ｎ Ｐｈ ｔ ｓ ｎ ｈｅ ｉ ｆＡｌ ａ ｌｃ ｔｏ ｆｔ ｌ ｒ ｐ ｌ ｕ ｒ ｓ ｅ ｅ ｉ ｏ ｏ ｙ ｔ ｓｓｏ ｇ ｅ
ｒ ｓ ｅ ｏ ｒ ｉｔｏ ｕｃ ｄ， ｎ ｈｅ ｈ ｔｃ ｅ ｉｔｙ， ｏ — ｐ ｏ ｏ ｈ ｍｉｔ ， ｈ ｔｐ ｏｅ ｔｏ ｎ ｐ ｏ ｅ ｏ ｎ ｅ ｗｅ ｅ ｎ ｒ ｄ ｅ ａ ｄ ｔ ｐ ｏ ｏ ｈ ｍ ｓｒ ｎ ｎ ｈ ｔｃ ｅ ｓｒ ｐ ｏｏ ｒ ｔ ｃｉ ｎ ａ ｄ ｈ — ｙ
ｔｉｈｂｔｒ ｆＰ ｏｏｙｔｍ ｔ ｆａｇ ｅ ａ ｄ ｔ ｅａ ｐｉａｉｎ ｎ ｓｍｅｏ ｅ ｅｄ ｅｅｓ ｍｍａｉｅ ． ｏｎ ｉｉ ｙ ｏ ｈ ｔｓ ｓ ｏ ｅ Ｉｏ ｌａ ｎ ｈ ｐ ｌ ｔ ｓｉ ｏ ｔ ｒｆ ｌｓｗ ｒ ｕ ｃ ｏ ｈ ｉ ｒ ｄ ｚ
融合三维结构光和叶绿素荧光的植株光合表型成像系统
2024 年 1 月第 6 卷第 1 期Jan.2024 Vol.6, No.1智慧农业（中英文） Smart Agriculture融合三维结构光和叶绿素荧光的植株光合表型成像系统束宏伟1，2，王玉伟2，3，饶元1，2*，朱浩杰2，3，侯文慧2，3，王坦1，2（1.安徽农业大学信息与人工智能学院，安徽合肥 230036，中国； 2.农业农村部农业传感器重点实验室，安徽合肥230036，中国； 3.安徽农业大学工学院，安徽合肥 230036，中国）摘要：［目的/意义］植株光合表型研究在把握植株生理特性和解析植株形态结构上起着至关重要的作用，通过传统叶绿素荧光成像方法难以对植株光合作用三维空间异质性进行分析。
为提高植株表型检测效率，满足高通量植株光合表型分析需求，本研究构建了一套经济实用、融合三维结构光和叶绿素荧光的植株光合表型成像系统。
［方法］提出了一种自动化植株图像采集并建立植株可视化模型的方法，并进行图像分析获取植株光合效率信息。
通过搭建结合叶绿素荧光激发的结构光条纹投影装置，先用LED（Light-Emitting Diode）白光与蓝光分别照射植株样本，再用投影仪对植株样本投射相移条纹，电动滤光轮配合相机同步采集不同光照条件下特定波段的植株图像；通过数字图像处理获取植株三维图像和对应的叶绿素荧光图像，并分析植株的三维形态结构及光合效率，将植株叶绿素荧光图像逐像素渲染到其三维结构上，便可推测出植株光合在三维空间中分布情况。
［结果和讨论］该方法及系统能够高效多样化采集植株图像，快速重构出植株三维形态，其整体重建准确率可达到96.69%，整体误差仅为3.31%，重构时间仅需1.11 s，同时能够满足植株光合效率评估需求。
［结论结论］］该研究可为植株高通量光合表型异质性分析提供技术支持。
关键词：结构光条纹投影；叶绿素荧光；植株表型；三维重构；光合效率；异质性分析中图分类号：TP391.41；S667.4 文献标志码：A 文章编号：SA202311018引用格式：束宏伟, 王玉伟, 饶元, 朱浩杰, 侯文慧, 王坦. 融合三维结构光和叶绿素荧光的植株光合表型成像系统[J].智慧农业(中英文), 2024, 6(1): 63-75. DOI：10.12133/j.smartag.SA202311018SHU Hongwei, WANG Yuwei, RAO Yuan, ZHU Haojie, HOU Wenhui, WANG Tan. Imaging System for Plant Photosyn‐thetic Phenotypes Incorporating Three-dimensional Structured Light and Chlorophyll Fluorescence[J]. Smart Agriculture, 2024, 6(1): 63-75. DOI：10.12133/j.smartag.SA202311018 (in Chinese with English abstract)0 引言植株表型和光合效率的研究一直是植物科学领域的重要课题。
探讨叶绿素荧光分析技术在果树研究中的应用
不 同储藏条件下 的乙烯浓度和 果实 品相变化 的原因 ，从而找 出适应 不 同品种水果 的最合适 的储藏 方法 。事实上 ，叶绿素荧光常被用来 做为苹果和其它含叶绿素的水果进行商业性的分类包装的标准。 ２ ． ５ 果实 品质鉴定 科学家 曾对不 同光照强度 下的叶绿素 荧光参数 测定来分析和预 测采后的果实的伤害程度进行研究 ，结果表 明， 不同的果实叶绿素 荧光图像揭示 了在整个采后成熟过程 中果实光合作用 非常活跃 。而 由于光合作用对生物和非生物胁迫非常敏感，所 以果实表 面的荧光 参数的变化可 以预测最终将出现可见伤害 的区域，也可 以区分 最终 会扩散到整个果实表皮的和霉一感染和伤害 区域不会在成 熟期 间再 扩大的二种情况 。 这项研 究 表 明了叶绿素 荧光迅速成像 的应用潜 力， 可 以研制一种 自动仪器在水果未出现可见伤害很长一段时 间以前就 能识别和剔除劣质的水 果。 ３ 结束语和研究前景 叶绿素荧光 分析技术具有 灵敏、快速和 无破坏性等 许多优点， 近 几年来 有了非常好的发展。但相对于蔬菜和其他农作物 ，在果树 研 究中的应 用起 步相对较晚，研究的深度也较浅 。但叶绿素荧光技 术在 果树 中的应 用前景显然是十分广阔的，今后 ，在叶绿素荧光分
Ｆ Ｖ ｖ ＝Ｆ ｍ — Ｆ ｏ ： 可变 荧光 。
通过对叶绿素荧光 的各种参数进行测量分析 ，可以清楚了解果 树 在光合 作用中光照强度、光化学量子产量等 ，对植物 的实时状 态 做出直 观评价，是研究果树特性的重要手段 。比如 ，受光激发 的叶 绿素所产 生的荧光一直被用 来作为研究光合作用机理 的探针，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 。
盐城滨海淡水湿地芦苇光合特性及叶绿素荧光特性日变化研究
盐城滨海淡水湿地芦苇光合特性及叶绿素荧光特性日变化研究作者：陈皓刘为东李静叶思源江星浩韩宗珠来源：《安徽农业科学》2024年第04期摘要［目的］探讨盐城滨海淡水湿地芦苇光合特性和叶绿素荧光特性。
［方法］以滨海淡水湿地芦苇为研究对象，测定光合参数和叶绿素荧光参数日变化，并与滨海盐沼湿地芦苇进行比较。
［结果］盐城滨海淡水湿地芦苇净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2浓度日变化呈双峰型，水分利用效率日变化呈“U”型。
电子传递速率日变化整体上呈下降趋势，非光化学淬灭系数和实际光化学量子效率日变化分别呈倒“U”型和“U”型。
滨海淡水湿地芦苇净光合速率高于滨海盐沼湿地芦苇，具有更强的光合能力。
［结论］盐城滨海淡水湿地芦苇相较于滨海盐沼湿地芦苇具有更强的光合固碳能力。
关键词滨海淡水湿地；芦苇；日变化；光合特性；叶绿素荧光特性中图分类号 X173 文献标识码 A文章编号 0517-6611（2024）04-0071-03doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.04.014开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Study on Diurnal Variation of Photosynthetic and Chlorophyll Fluorescence Characteristics of Phragmites australis in Yancheng Coastal Freshwater WetlandCHEN Hao，LIU Wei.dong，LI Jing et al（Survey Engineering Institute of Jiangsu Province，Nanjing，Jiangsu 210003）Abstract ［Objective］To explore the photosynthetic characteristics and chlorophyll fluorescence characteristics of Phragmites australis in Yancheng coastal freshwater wetland.［Method］Taking Phragmites australis in Yancheng coastal freshwater wetland as the research object，the diurnal changes of photosynthetic parameters and chlorophyll fluorescence parameters of Phragmites australis in coastal freshwater wetlands were measured and compared with Phragmites australis in coastal salt marshes.［Result］The diurnal variation of net photosynthetic rate，stomatal conductance，transpiration rate and intercellular CO2 concentration of Phragmites australis in the coastal freshwater wetland of Yancheng presented a double peak pattern，the diurnal variation of water use efficiency showed a "U" pattern.The diurnal variation of electron transfer rate had a downward trend as a whole，and the diurnal variation of non photochemical quenching coefficient and actual photochemical quantum efficiency presented an inverted "U" pattern and a "U" pattern，respectively.The net photosynthetic rate of Phragmites australis in coastal freshwater wetland was higher than that in coastal salt marsh wetland，and it had stronger photosynthetic capacity.［Conclusion］Compared with coastal salt marsh wetlands，Phragmites australis in Yancheng coastal freshwater wetland has stronger photosynthetic carbon fixation capacity.Key words Coastal freshwater wetland;Phragmites australis;Diurnal variation;Photosynthetic characteristics;Chlorophyll fluorescence characteristics基金項目国家林业和草原局应急揭榜挂帅项目（202302）；国家自然科学基金区域发展联合基金重点项目（U22A20558）；崂山实验室科技创新项目（LSKJ202204003）；国家重点研发计划中美政府间科技创新重点专项（2016YFE0109600）；中国地质调查局项目（DD20189503，DD20221775）；黄海湿地研究院开放基金项目（20210108）。
叶绿素荧光研究技术教学资料
Fv/Fm：暗适应下PSⅡ反应中心完全开放时的最大 光化学效率，反映PSⅡ反应中心最大光能 转换效率。
Fv/Fo：代表PSⅡ潜在光化学活性，与有活性的反 应中 心的数量成正比关系。
Fo’： 光适应下初始荧光。
Fm’： 光适应下最大荧光。
Fv’=Fm’-Fo’：光适应下可变荧光。
Fv’/Fm’：光适应下PSⅡ最大光化学效率，它反映有 热耗散存在时PSⅡ反应中心完全开放时的 光化学 效率，也称为最大天线转换效率。
荧光波动
荧光稳态
荧光快速上升过程
当对暗适应叶片照光时，叶绿素荧光迅速上升，随后 有一系列的慢的波动，逐渐下降到稳态。这称为 “Kautsky Effect”，是Kautsky等在1931年首先报道的。 荧光产量的变化反映了光化学效率和热耗散能力的变化。
将时间标尺放大后的荧光动力学曲线
暗 反 应
光活化过程
通过调节PSII反应中心的开放的程度干涉荧光的 发射，根据不同情况下荧光的变化来分析光合机 构运行情况。
ΦF =
kf kf + kp+ kd
ФF:叶绿素荧光产量；kf： 叶绿素荧光的速率常数； kp：光化学反应的速率常数；kd：热耗散的速率常数
荧光发射与原初光化学活动、热耗散过程是互相竞 争的一种关系。因此，荧光产量的变化反映了光化学效
t (Fs)
主要荧光参数及其意义
Fo： 初始荧光产量（Original fluorescence yield ） 也 称基础荧光，是PSⅡ反应中心（经过充分暗适 应以后）处于完全开放状态时的初始荧光产量。 Fm：最大荧光产量（Maximal fluoreseence yield ）， 是PSⅡ反应中心完全关闭时的荧光产量。通常叶片 经暗适应20min后测得。 Fv=Fm-Fo：可变荧光，反映PSⅡ的电子传递最大潜 力。经暗适应后测得。
五种观花树种光合与叶绿素荧光特征研究
关键 词 观 花树 种 光合 特征 叶绿 素 荧光特 征 中图分类 号 ：￥ １ ． ７ ８３ 文 献标识 码 ： 文章编 号 ：０ ６— ４ ７ ２ １ ） ４— ０ １ ０ Ａ １０ ４ ２ （０ ２ ０ ０ ０ — ４
Ｓ ｕ ｆ Ｐｈｏ ｏ ｙ ｔ ｅ ｉ ｎｄ Ｃｈ ｏ ｏ ｈｙ ｌＣｈａ ａ ｔ ｒ ｓｉ ｓ ｏ ｖ ｎｄ ｔ ｄｙ ｏ ｔ ｓ ｎ ｈ ｔｃ ａ ｌ ｒ ｐ ｌ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆ Ｆｉ ｅ Ｋｉ ｓ
第一作者 ： 官莉莉（ ９ ２ ， ， １８ －） 女 广东澄海人 ， 林业助理工程师 ， 从事林业管理工作 ， － ｉ：ｇｒ９ ＠ １６ ｃｎ。 Ｅｍａ ｔｅｌ ８ ２ ．ｏ ｌｉ ｉ 通讯作者 ： 陈红跃 （９４ ， ， １６ ・） 男 广东澄海人 ， 教授 ， 从事森林培育研究 ， － ａｌ ｈｎ ｏｇｕ￣＠１６ ｃｍ。 Ｅ ｍ ｉ ｅｈｎ ｙｅ ：ｃ ２ ．ｏ
光合 特征 和叶绿 素荧光 特征 ， 研究 它们 的光合 特征 的差异 ， 不 同生 境下 观花树 种 的选择 应用 提供 理论基 础 为 和技 术支持 。
１ 材料 与方 法
实验用 苗木 为 ２年 生苗 木 ， 高在 ３ ５ ｍ之 间 ， 自广东 国森 林 业 有 限公 司 ， 苗地 点 为 广 东省 广 苗 ０～ ０ｃ 来 育
光合 作 用是树 木 的重要 生理 指标 之一 ， 植物 的重 要生 理过 程和物 质生 产 的基 础 ， 全球 碳循 环等物 质 是 是 循 环 的最重 要环节 。光合特 征 的研 究 在解释 和预 测影 响植 物 生长 、 育及 物 质生 产 过程 中的各 种 机制 上 有 发 重 要 意义 。国 内对于树 种 的光合特 征有 不少 研究 ， 但对 于 园林 绿化 观赏 树种则 仅见 少量 报道 。
叶绿素荧光介绍
常用叶绿素荧光参数
荧光淬灭分两种：光化学淬灭和非光化学淬灭。 光化学淬灭（Photochemical Quenching，qP)： 由光合作用引起的荧光淬灭。以光化学淬灭系数 代表：qP =(Fm’-F)/(Fm’-Fo’)。 非光化学淬灭（Non-Photochemical Quenching， qN或NPQ)：由热耗散引起的荧光淬灭，即热耗散。 有两种表示方法，NPQ = Fm/ Fm’-1或qN=1( Fm’-F0’)/(Fm-Fo)=1-Fv’/Fv。NPQ比qN能更准确 地反映无性系的非光化学淬灭的情况。 光化学淬灭反映了植物光合活性的高低；非光化 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（Muller et al. 2001）。
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1. 2. 3.
处于较低激发态的叶绿素分子可通 过三种途径释放能量回到稳定的基 态： 重新放出一个光子，回到基态，即 产生荧光。 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。 以上这三个过程相互竞争，具有最 大速率的过程处于支配地位。对于 许多色素分子来说，荧光发生在纳 秒级，而光化学反应发生在皮秒级， 因此当光合生物处于正常的生理状 态时，叶绿素吸收的光能大部分是 用来进行光化学反应的，荧光只占 很小的一部分。
常用叶绿素荧光参数
rETR：光合电子的相对传递速率。
rETR=△F/Fm’×PAR×0.5×0.84 (Genty et al.1989;Schreiber et al.1994)，其 中系数0.5是表示一个电子传递需要吸收2 个量子，系数0. 84 表示在入射的光量子 中被吸收的占84%，PAR是光合有效辐射。
叶绿素吸收收光量子后，从 基态（低能态）跃迁到激发态 （高能态）。
叶绿素荧光-原理
• Photosynthetica，1999, Vol. 37, No. 3
P700 measurement
The redox state of P700 provides similar information on Photosystem I as chlorophyll fluorescence on Photosystem II using a special Saturation Pulse method
占吸收光能的3%左右。
• 光合作用过程的各个步骤密叶绿素
荧光几乎可以探测所有光合作用过程的变化 • 叶绿素荧光是光合作用的有效探针（ Papageorgiou & Govindjee, 2004 ）
叶绿素荧光仪
1983年，WALZ公司首席科学家，德国乌兹堡大学的 Schreiber教授制造出了世界上第一台调制式荧光仪—— PAM-101。 获得首届国际光合作用协会（ISPR）创新奖！ 连续激发式荧光仪
P=Pm••PAR/sqrt(Pm2+(•PAR)2)
Smith, PNAS, 1936, 22: 504-511
拟合参数的意义
P：光合速率，即相对电子传递速率rETR Pm: 最大光合速率，即最大相对电子传递速率rETRmax ：初始斜率，反映了光能的利用效率 ：光抑制参数 Ik=Pm/ ：半饱和光强，反映了样品对强光的耐受能力
P700+ formation is measured via an absorbance decrease (transmittance increase) at 810-840 nm
eH2O P680 PS II
ePQ pool
eP700+ PS I
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。
叶绿素荧光是光合作用研究的探针
叶绿素荧光是光合作用研究的探针叶绿素是植物和一些紫外藻类、蓝藻中常见的色素，它们通过光合作用将阳光能量转化为化学能，并且在这个过程中会发出荧光。
叶绿素荧光是光合作用研究的重要探针，可以提供关于光合作用效率、光合色素的光能利用和非光化学猝灭等信息。
叶绿素荧光可以提供关于光合作用效率的信息。
当光合作用效率低下时，植物会产生更多的叶绿素荧光。
因此，通过测量叶绿素荧光的强度，可以了解植物的光合作用效率。
例如，在一些环境中，植物受到温度和湿度的影响，光合作用效率会下降，此时可以通过测量叶绿素荧光来监测植物的健康状况。
叶绿素荧光还可以提供关于光合色素的光能利用的信息。
在光合作用过程中，光能需要被各种光合色素吸收，并且通过光能利用效率的测量，可以了解各种光合色素的相对贡献。
这对于研究植物在不同光照条件下的光合作用机制非常重要。
除了上述信息，测量叶绿素荧光还可以提供关于非光化学猝灭的信息。
非光化学猝灭是指一些特殊的光保护机制，当植物受到过多光照时，能够通过一些机制将多余的能量转化为热量，并防止光合色素受到损害。
通过测量叶绿素荧光的时间常数和降解速率，可以了解植物中非光化学猝灭的强度和机制。
叶绿素荧光的测量通常通过叶绿素荧光imaging、叶绿素荧光光谱等方法进行。
其中，叶绿素荧光imaging可以提供空间分辨率高、实时监测的优势，而叶绿素荧光光谱则可以提供关于叶绿素荧光发射光谱的信息，进一步研究光合作用机制和光合色素的光能利用。
总而言之，叶绿素荧光作为光合作用研究的重要探针，可以提供关于光合作用效率、光合色素的光能利用和非光化学猝灭等方面的信息。
这些信息对于了解植物的光合作用机制、调控光合作用的光保护机制以及评估植物的健康状况和环境适应性非常重要。
随着技术的不断发展，叶绿素荧光的测量方法和应用也会得到进一步的完善和拓展。
叶绿素荧光光谱
叶绿素荧光光谱是一种反映植物光合作用、生长及受胁迫状况的重要指标。
通过测量叶绿素荧光光谱，可以了解植物的生理状况、环境适应性以及光合作用效率。
叶绿素荧光光谱的研究在植物生理学、生态学以及农业科学等领域具有重要意义。
叶绿素荧光光谱的测量主要通过叶绿素荧光成像技术和高光谱成像技术实现。
叶绿素荧光成像技术可以实时、无损地检测植物叶片的叶绿素含量和荧光强度，为研究植物生理过程提供依据。
高光谱成像技术则可以在叶片尺度上，基于高光谱植被指数反演实际光合速率、非调节的光能耗散等叶绿素荧光参数，为植物生理生态研究提供数据支持。
叶绿素荧光光谱的研究包括以下几个方面：
1. 叶绿素荧光现象：叶绿素在受到光激发后，会发射荧光，这一现象被称为荧光现象。
叶绿素荧光光谱可以反映植物叶绿素的含量、结构和光合作用效率等信息。
2. 荧光参数：叶绿素荧光参数是一组用于描述植物光合作用机理和光合生理状况的变量或常数值，包括最大光合速率、光合量子效率、暗适应速率等。
这些参数被视为是研究植物光合作用与环境关系的内在探针。
3. 荧光光谱的变异：植物在受到不同环境因素（如温度、光照、水分等）的影响时，其叶绿素荧光光谱会发生相应的变化。
研究这些变异有助于了解植物的生理响应机制和适应策略。
4. 荧光光谱在植物病害诊断中的应用：通过分析植物叶片的叶绿素荧光光谱，可以了解植物受到病害胁迫时的生理变化，为病害的早期诊断和防治提供依据。
遮阴对园艺园林树种光合特性的影响
遮阴对园艺园林树种光合特性的影响Ξ张斌斌,姜卫兵,翁忙玲,韩 健(南京农业大学园艺学院,江苏南京210095)摘 要:遮阴可以改变植物的生长环境,影响植物的光合生理特性。
综述了遮阴对园艺园林树种光合特性及叶绿素荧光特性的影响方面的研究结果和研究进展;同时指出了应加强对园艺园林树种遮阴效应的系统研究,从而为合理调控园艺植物生产、合理配置园林树种提供参考依据。
关键词:遮阴;园艺园林树种;光合特性;综述中图分类号:Q 945.11 文献标识码:A 文章编号:1003-8981(2009)03-0115-05Research Progress on Photosyn thetic Character istics of Horticultureand Landscape Tree Spec ies under Shad i ng Cond itionZHANG B i n -bi n ,J I ANGW e i -bi ng ,W ENGM ang -li ng ,HAN J i an(Co llege of Ho rticulture ,N anjing A gricultural U niversity ,N anjing 210095,J iangsu ,Ch ina )Abstract :Shading conditi on could change the habitat of p lants and affect its pho to syntheticcharacteristics .In th is study ,research p rogress of shading effects on pho to syntheticcharacteristics and ch lo rophyll fluo rescence characteristics of ho rticulture and landscape treespecies w ere summ arized .M eanw h ile ,it w as suggested that researchers should strengthen thesystem atic research to p rovide reference to contro l p roducti on of ho rticulture tree species andco llocate landscape tree species rati onally .Key words :shading ;ho rticulture and landscape tree species ;pho to synthetic characteristics ;literature review光照强度是影响植物光合作用的主导生态因子。
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指标变化范围大，比Fv/Fm更易区别不同处理间的差别。 两个指标的意义基本相同。一般没有必要同时用Fv/Fm和 Fv/Fo来表示PSII最大光化学效率。
在非胁迫条件下，Fv/Fm的值很稳定， 据Bjorkman and Demmig对大量植物的测定， 其平均值为0.832+0.004，但在逆境条件下， Fv/Fm显著降低。正因为如此，所以Fv/Fm 的降低常作为发生光抑制或PSII遭受其他伤 害的指标。 在一些研究论文中，CO2同化的表观量子 效率的降低也常常作为光抑制的指标，但其 意义是不同的。
荧光猝灭－任何使荧光产额低于其最大值的过程。 光化学猝灭－由光化学反应引起的荧光产额的降低，它 依赖于氧化态QA的存在。
非光化学猝灭－由非光化学过程如热耗散过程引起的荧 光产额的降低。 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，暗豫驰的半 时间 T1/2小于1分钟； qT － － 依赖状态 1 向状态 2 的转换，增加向 PSI 的能量 分配；
●Fv’/Fm’：光适应下PSⅡ最大光化学效 率。它反映有热耗散存在时，开放的PSⅡ反 应中心的光化学效率。 ● φ PSⅡ=(Fm’-Fs)/Fm’ ： PSⅡ实际 光化学效率。它反映在照光下PSⅡ反应中心 部分关闭的情况下的实际光化学效率。
● ETR (或Prate) = φ PSⅡ× PFDa ×0.5 ： 表观光合电子传递速率(PFDa为实际吸收的 光量子，一般设定为入射PFD的0.84；0.5为 假设光能在两个光系统中各分配50%)
Fig.1 Responses of Fv/Fm to chilling treatment and subsequent recovery. Subsequent recovery was conducted under 25 C and 100 m mol m-2 s-1 PFD. ▲, chilling treatment under low irradiance; , chilling treatment in the dark. Each point represents the mean SD of 5 measurements on separate leaves.
●Fm’：光适应下最大荧光产量。是在光照条件下照 以饱和脉冲光后测得。 (此时存在非光化学猝灭，即 qNP>0；PSⅡ反应中心又全部关闭qP＝0) ●Fo’：光适应下的最小荧光产量。在测定前照射弱 远红光 (7mmolm-2s-1 ； l>700nm) 测 得 。目的 是激活 PSI ，加速由 PSII 向 PSI 的电子传递，产生“基础荧 光猝灭”(qo) ●Fv：暗适应下最大可变荧光 (Fv=Fm-Fo) 。 ●Fv’: 光适应下最大可变荧光 (Fv’=Fm’-Fo’)。
调制荧光
用于测定荧光的光源被调制，也就是使用很高频率不 断开关的光源，而且检测器通过选择性放大仅仅检测这种 调制光激发的荧光，因此可以在背景光，特别是在田间很 强的太阳光存在的情况下测定相对的荧光产额。
荧光猝灭――使荧光产量从它的最大值（Fm）下降的各
种过程。分为两大类： 光化学猝灭（qP）, 代表被开放的PSII反应中心捕获并 转化为化学能的那部分能量。 非光化学猝灭（qN）, 代表各种非光化学去激过程所耗 散的能量。
叶绿素荧光动力学研究得到广泛应用的原因
1、包含着光合作用过程的丰富信息 ●光能的吸收与转换 ●能量的传递与分配 ●反应中心的状态 ●过剩光能及其耗散 ●光合作用光抑制与光破坏……等等
2、可以对光合器官进行“无损伤探查”，获得 “原位” 的（in situ）信息。 3、近年来测定仪器的性能和自动化程度越来越高，操 作步骤越也来越简便。
三、叶绿素荧光诱导动力学及其测量
叶绿素荧光诱导现象是 1931 年由德国 Kautsky 首先发 现的，所以又称Kautsky效应。叶绿素荧光诱导动力学是 指当暗适应的绿色植物材料转到光下时，其体内叶绿素 荧光强度会产生有规律的随时间的变化（图）。
有几个特征性的点，分别被命名为O、I、D、P、S、 M和T。 在照光的第一秒钟内，荧光水平从O上升到P, 这一段被 称为快相；在接下来的几分钟内，荧光从P下降到T，这 一段被称为慢相；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有关。
调制式荧光仪测定原理
MR-经调制的弱测量光，2mmolm-2s-1，l＝583nm(绿光)；频率600Hz AR-作用光, 白光, 持续照射, ； SR-饱和脉冲光, 白光, 8500mmolm-2s-1, 照射0.5s FR-弱远红光，7-10mmolm-2s-1；l >700nm ； D-荧光检测器；A-信号放大器；SF-短波滤光片；LF-长波滤光片
经过暗适应后的叶片从黑暗中转入光下，叶片的荧光产 量随时间而发生的动态变化，称为 Kautsky 效应，荧光 的这种动态变化所描绘出的曲线即Kautsky 曲线。
●完整的 Kautsky 曲线可分为两部分，从开始照光到荧 光产量达到最大值时的荧光上升部分，所用时间很短， 只需0.5-2.0s，称为快速荧光动力学曲线；此后，荧光产 量降低，并逐渐达到一个稳恒值，时间大致需要8-10min， 称为慢速荧光动力学曲线。 ●荧光产量降低是荧光猝灭 (Quench) 的结果。所谓荧光 猝灭，是指叶绿素吸收光量子后的部分激发能通过光化 学途径或以热的方式散失，从而使荧光发射量减少的现 象。
Brewster(1834)在观察一束太阳光通过 月桂叶片的乙醇提取液时，在反射光方 向看到的是红色，而不是绿色。
1852 年， Stokes 认为这是一种光发射 现象，命名为荧光（fluorescence）。
二．叶绿素荧光的来源及其量子产量
光合机构吸收的光能有三个可能的去处： 1.光化学反应（光合作用、光呼吸、氮代谢） 2. 放热，又称非辐射能量耗散 3. 发射荧光 这三者之间存在此消彼长的竞争关系，所以可以通过 荧光的变化探测光合作用的变化。 通常色素分子是处于能量的最低状态－基态，吸收一 个光量子后，会引起原子结构内电子分布的重新排列。其 中一个低能的电子获得能量而成为激发态。
qI － － 与 光 合 作 用 的 光 抑 制 有 关 ， 表 现 为 Fv/Fm 的下降。
叶绿素荧光分析方法示意图
荧光参数的意义
Fv/Fm
ΦPSII= (Fm’－Fs)/Fm’ Fv’/Fm’ P=ΦPSII ×PFD NPQ＝Fm/Fm’－1
最大光化学效率
PSⅡ实际光化学效率 PSⅡ最大天线转化效率 光化学反应速度 非光化学猝灭
叶绿素荧光诱导动力学曲线
非调制式荧光仪：
可把荧光诱导动力学曲线划分为： O 点（原 点）→I（偏转）→D（小坑）→P（最高峰） → S （半稳态） → M （次峰） → T （终点）这 几相（phase）。 其中从 O→P 相为快速上升阶段（约 1 － 2 秒）， 从P→S相为荧光慢速下降（猝灭）阶段（4－ 5分钟）。
qp=(Fm’－Fs)/(Fm’－F0) 光化学猝灭系数
qN=(Fm’－F0’)/(Fm－F0) 非光化学猝灭系数 D=1－Fv’/Fm’ 吸收光能通过热耗散消耗的部分
1、基础荧光参数 ●Fo：最小荧光产量，也称初始荧光产量或基础荧光产 量 。是对充分暗适应叶片（PSⅡ反应中心处于完全开放
状态）照以极弱的测量光后发出的荧光。此时光化学猝灭
在理论上，荧光量子产量（Фf）的定义为：
Фf=F/Ia F-----发射荧光量子总数
Ia-----吸收光量子总数
Фf 的大小取决于各种去激途径的竞争。
若 Kf 、 Kh 、 Kt 、 Kq 和 Kp 分别代表荧光、热耗散、激 发能传递、荧光猝灭和光化学反应的去激速度常数，则 Chl a荧光量子产量（Фf）与各种K的关系如下：
●Fm：最大荧光产量(Maximal
fluorescence)，
是PSⅡ反应中心完全关闭时的荧光产量。此时 光化学和非光化学荧光猝灭均为0 (qP＝0， qNP＝0)。 Fm可反映通过PSⅡ的电子传递最大潜力。通 常叶片经暗适应至少20min后照以饱和脉冲光 后测得。
●Fs:
稳态荧光产量。即在光照下，光-暗反 应达到动态平衡时的荧光产量。
Фf＝Kf/Kf+Kh+Kt+Kq+Kp
在以上各种去激途径中，Фf受Kp的影响最大。
在弱光下，PSII原初电子受体QA处于完全氧化状态（即 PSII反应中心开放），这时： Kp>>Kf+Kh+Kq+Kt
则所吸收的光量子90％以上用于光化学反应，结果得最 小的Фf（约0.6%）
在饱和光下 , 当 QA 完全还原时 ( 即 PSII 反 应中心关闭)，此时 Kp→0 ，其 Фf 最大（约 3 ％，肉眼难以 观测到）。由此可见，植物体内荧光去激 途径仅占总去激途径的一小部分。在溶液 中，Фf 可达30％。
低温荧光
在77K（－196度，液氮中）小，与温度有关的酶反 应和电子传递能力对荧光水平的影响被避免，因此只 有原初光化学反应被反映出来。 77K荧光是测定 PSII光化学效率（ Fv/Fm)的一个重 要工具，健康植物叶片的Fv/Fm值为0.832。 77K 荧光常用于研究两个光系统之间的能量分配。 PSI 在 735nm 处的荧光增加往往是 PSII 向 PSI 增加分配 的结果。
四. 荧光动力学技术在逆境生理研究中
的应用
叶绿素荧光动力学特性包含着丰富的信 息。在理论上，可以用来研究光合作用过 程能量吸收、传递与转换的机理。但对于 植物生理生态学研究者而言，主要兴趣集
中在光合作用的 能量利用效率 、 过剩光能
导致的光合作用 光抑制 、 光破坏 ，以及 光破坏防御机制等方面。
3、反映PSII光化学效率的荧光参数