叶绿素荧光分析在研究植物光抑制中应用

叶绿素荧光分析在研究植物光抑制中的应用

摘要叶绿素荧光是光合作用能量转换的探针，叶绿素荧光分析具有测量准确，获得结果迅速，反应灵敏的优点。该试验通过测量fv/fm在80 min内的恢复情况研究强光对阳生植物和阴生植物的光抑制作用。结果表明：阳生植物fv/fm在40 min左右会基本恢复活性，而阴生植物即使到80 min也不能恢复。

关键词叶绿素荧光；fv/fm；光抑制

中图分类号 q945 文献标识码 a 文章编号 1007-5739（2013）06-0148-01

光合作用是植物生理学课程中的重点内容，是植物重要的基础代谢。光合作用具有重要的意义，首先它能净化空气，维持大气中氧气和二氧化碳的恒定；其次能将无机物转化为有机物，将光能转化为化学能；另外它在理论和实践中也具有重要意义。荧光是指物质吸收光能后，第一单线态的叶绿素回到基态所发出的光，荧光的波长较长。当叶绿素分子吸收荧光后，由基态跃迁到不稳定的激发态，会释放能量回到基态，这种现象称为荧光现象[1]。正常情况下，叶片发射的大部分荧光来自光系统ⅱ（psⅱ）的叶绿素a[2]。光能被叶绿素吸收后主要有3个可能去向，即推动光合作用、转变成热散失和以荧光的形式发射出来，可以通过荧光变化来探测光合作用和热耗散情况。随着便携式荧光测定仪的出现，叶绿素荧光分析具有迅速、灵敏、可以定量测定、对植物无破坏、少干扰的特点，是室内光合基础研究的先进工具以及室外自然条件下诊断植物体内

光合机构运转状况和分析植物对逆境响应机理的重要方法[3-4]，而且用叶绿素荧光测定时不需任何生化分离步骤，将叶片放在仪器上即可迅速完成[5]。

荧光分析中最常用的参数有初始荧光（fo）、暗适应后最大荧光产量（fm）、可变荧光（fv）、最大光化学效率（fv/fm）、光照下最大荧光产量（fm′）、给定光强下稳态荧光（fs）、光照下光系统ⅱ的有效量子产量（yield）、光化学猝灭系数（qp）、非光化学猝灭系数（qn和npq）。fo是暗反应时psⅱ反应中心均处于开放时的荧光强度，其与叶绿素浓度有关，与光反应无关。fm为充分暗适应后的最大荧光，此时psⅱ反应中心全部关闭。fv反应qa还原情况，受qa还原程度和其他可能耗散能量的途径等因素影响。fv/fm是一个重要的光反应参数，反映psⅱ反应中心的最大光能转换效应。fm′是光照下打开饱和脉冲时得到的最大荧光产量[2]。一般fm′1[2]。

影响光合作用的因素很多，如光照强度、二氧化碳浓度、水分、矿质元素、温度等。目前，光抑制是高等植物光合作用研究的热点，当叶片吸收光能过多，不能及时利用或耗散时，植物就会遭受强光胁迫，引起光合能力降低，发生光抑制[7]，其显著特征是psⅱ光化学效率降低，fv/fm和光合碳同化的量子效率降低[8]，主要原因是产生活性氧使光反应中心受损。暗适应后打开饱和脉冲测得的荧光参数fv/fm代表psⅱ的量子产量。正常叶片的fv/fm为0.75～0.85，照光后量子产量降低，重新暗适应后又会有阶段性的上升

[6]。光抑制引起的fv/fm降低在几十分钟到几小时内通常是不可逆的，因此可以观察其在80 min内的恢复情况，而且可以比较阳生植物和阴生植物的暗恢复情况。该试验根据某些参数变化研究叶绿素荧光技术在植物抗性中的应用，探明强光和热胁迫对植物光合作用的抑制机理。

1 材料与方法

1.1 试验材料和仪器

试验材料为室外栽培的月季（阳生植物）叶片和室内盆栽鸭跖草（阴生植物）叶片。仪器为fms-2便携式调制荧光仪。

1.2 试验方法

阳生植物和阴生植物的叶片用同样的强光处理一段时间后暗适应，测量psⅱ的最大量子产量（fv/fm）。由于强光源往往散发出大量的热，因此在做光抑制处理时要防止叶片受热。

试验步骤如下：首先从室外采集月季叶片和从室内采集鸭跖草叶片，将叶片用湿滤纸包住（防止干燥）在暗中或非常弱的光照下适应1 h，以测量正常的fv/fm作为对照；暗适应结束后，将叶片放入培养皿中加水盖盖，用强光（2 000 μmol/m2·s）处理20 min；叶片经强光处理后，用湿滤纸包住，在非常弱的光下分别适应2、5、10、20、40、80 min后，再测量fv/fm[6]。

2 结果与分析

强光胁迫引起植物光合作用光抑制的现象一直受到广泛关注，其中psⅱ光化学效率（fv/fm）是度量光抑制程度的重要指标。从图

1可知，阳生植物月季叶片和阴生植物鸭跖草叶片经强光处理后

fv/fm都会降低，但鸭跖草叶片的下降幅度大，表现出强的光抑制，月季叶片在40 min左右基本恢复活性，而鸭跖草叶片的fv/fm即使到80 min，恢复程度也很低。光抑制的恢复程度用暗恢复40 min 时fv/fm的降低程度来表示[6]，阳生植物月季的光抑制程度为13.5%，阴生植物鸭跖草光抑制程度为16.3%。

3 结论与讨论

光合作用效率对植物的生长、产量和抗性具有重要的影响，可据此判断植物生长状况和抗逆性强弱。叶绿素荧光与光合作用各反应过程密切相关，环境因子对光合作用的影响可以通过荧光参数反映出来。

阳生植物月季叶片在强光下的光抑制程度较阴生植物鸭跖草叶

片的低，说明阳生植物比阴生植物具有较强的抗光抑制的能力。这可能是阳生植物长期在较强自然光照条件下生长驯化和繁殖演变

的结果[9]。照光后psⅱ的量子产量降低，由于fv/fm反映的是暗适应状态下psⅱ的量子产量，强光导致的fv/fm的不可逆说明光抑制直接作用于psⅱ反应中心，导致部分psⅱ反应中心失活，使fv/fm 降低，也有可能是热耗散增加，导致fv/fm降低[6]。

4 参考文献

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