叶绿素荧光理论概述

Fo会明显提高。
因此，可以用Fo随温度的变化动态来反映高温对光合器 官的危害，用来评价植物的抗热性。
Fm：最大荧光产量。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。 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。
10
.s
-2
.s
30
-2
8 6 4 2 0 -2 6 8 10 12 14 16 18
P n( μ m ol. m
P n( μ m ol. m
-2
20
10 0 6 10 12 14 16 18 Tim e of the day (hour) CK 1 D1 W 1 8
叶绿体中激发能的去向：
热耗散
激发能
光化学反应 形成同化力
CO2固定
光呼吸
Mehler 反应 N代谢
荧光
最大荧光 荧光波动 荧光稳态
荧光快速上升阶段
时间（min）
Kautsky Effect
Fluorscence
暗 反 应
光活化过程
对（Kautsky Effect）的解释 ：连续光下荧光产量瞬间上升， 这是因为照光后某些碳同化酶需要光活化，因此碳同化途径产生延 迟。这使得照光初期相当多的QA处于还原状态，从而导致了荧光产 量的瞬态上升。这之后，由于光化学过程和热耗散过程的发生，荧 光产量产生淬灭到一个稳态数值（Ft）。
1.脉冲调制式荧光仪：
测定时仪器提供一种脉冲调制光，能诱导出 脉冲式荧光。当有其它光线同时存在时，会产 生以下三种光信号：
1.自然光中具有的荧光波长的红光信号 2.自然光诱导的非脉冲荧光信号 3.脉冲调制光诱导的脉冲荧光信号
脉冲调制式荧光仪能排除自然光中的红光信号 和自然光诱导的荧光信号，只监测脉冲光调制光 诱导的荧光信号的变化。这样便可以直接在光照 条件下测定叶绿素荧光。
NPQ
0.6
0.004
0.002
1 1 0.8
Fv/Fm
4
7
9
P rate (μ mol.m-2.s-1)
1 1000 800 600 400 200 0 0 5
4
7
9
0.6 0.4 0.2 0 5 10 15 20 PEG (%)
10 PEG (%)
15
20
经1200μmol·-2·-1强光及不同浓度PEG处理4小时后， m s 不同节位大豆离体叶片Fv/Fm、φPSII、Prate、及NPQ的变化
140
B
F (in % relative to 25 oC)
130
120
110
高温对不同 叶龄沙地榆 叶片Fo、Fm 的影响
100
o
90 80 110 80
C
F (in % relative to 25 oC)
100
90
80
m
70
60 20
25
30
35
40
45
50
Temperature (oC)
0.8 0.6
传递 速率
•
ΦPSII以及ETR和光合速率最相关。非 逆境环境中生长的植物的ETR和光合速率是 成正比的。 • 叶绿素分子激发以后，回到基态的过程 中大部分能量经电子传递后除了用于碳代谢 过程，还用来进行氮代谢、硫代谢、米勒反 应、水水循环、光呼吸等。 • 在逆境条件下，从光系统传来的电子更 多地分配到光呼吸、米勒反应等过程，此时 ，ETR就不能很好的反应光合速率，ΦPSII 就更没有太多说服力了。
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。
Fs : 稳态荧光产量
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。
φPSⅡ=(Fm’-Fs)/Fm’ ： PSⅡ实际光化学效率，它反
Fluorescence intensity
4000 3000 2000
Fluorescence intensity
P
A
P
B
叶绿素荧光诱导动力学曲线的意义
从O点到P点的荧光上升过程称为快速叶绿素 荧光诱导动力学曲线，主要反映了PSⅡ的原初光
化学反应及光合机构电子传递状态等过程的变化。
从P点到T点的下降阶段主要反映了光合碳代
.3
(C)
.2 0 50 100 150 200 250 NaCl (mmol/L)
.9 (A) .8 .7 (C)
.7 .6 .5
PSII
qP
.4 .6 .3 .5 .4 .8 .7 (B) (D) .2 .1
4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 .5 0.0
Fv'/Fm'
.6 .5 .4 .3 .2 27 30 33 36 39 42 45 48 27 30 33 36 39 42 45 48 Temperature (oC)
Ca2+ 对NaCl胁迫下杂交酸模 叶片PSII光化学反应的影响
●： ck ○： 8 mmol/L Ca2+
qP Fv'/Fm'
.65 .60 .55 .50 .45 .6 .5 (C)
PSII
.4 .3 .2 .1 0 100 200 300 NaCl (mmol/L)
Ca2+ 对不同浓度NaCl胁迫 下杂交酸模叶片光化学猝灭 （qP），PSII反应中心光 能捕获效率（Fv’/Fm’）和 PSII光量子效率(Φ PSII, ) 的影响
脉冲调制荧光仪测定原理图
Leabharlann Baidu
主要荧光参数及其意义
Fo：初始荧光产量，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。
一般认为，这部分荧光是天线中的激发能尚未被反应中心捕获之前， 由天线叶绿素发出的。当反应中心失活或者遭到破坏时，Fo上升。 已知过高的温度往往使PSII放氧复合体脱离，反应中心失活。此时
.9 .8 .7
qP
.6 .5 .8 .7
(A)
A：光化学猝灭系数（qP） B：光能捕获效率（Fv’/Fm’） C：PSII量子效率(ФPSII)
Fv'/Fm'
.6 .5 .4 .5
(B)
PSII
.4
NaCl胁迫对杂交酸模叶片光 化学猝灭系数（qP）、PSII 反应中心光能捕获效率 （Fv’/Fm’）、和PSII量子效 率(ФPSII)的影响
0.8
PFD400 PFD20
0.6 0.4 0 1 2 3 4 Time (hoour) 5 6
田间大豆不同节位离体叶片的Fv/Fm、及φPSII在40℃下对强光 （1200μmol）及弱光（400μmol）的反应以及随后的暗恢复过程
9:00 AM 100
Relative Pn (%)
14：00PM
1.0 .8 .6 .4 .2 0.0 0 2 4 6 8 10 12 Time (h)
Fv/Fm
●，21 % O2 ○，2 % O2
强光下氧浓度对杂交酸模叶片PSII光抑制及其恢复的影响
120
A
Po (in % relative to 25 C)
o
100
80
60
40
3d 7d 11 d
80 0 20 150
调制式荧光仪测定的参数中，除了FV/FM反映 了荧光诱导动力学曲线上升过程中O-P阶段的变化 外，其它所有参数都是反映P点之后的下降过程。 调制式荧光仪主要通过测量光化学反应的情况 来反映光合作用的碳同化反应启动后的光能捕获、 转化及利用效率。而对于碳同化活化之前PSⅡ的光 化学变化，所获得的信息就很少了。
PFD 1200
1 0.8
PFD 20 40℃
φ PSll
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0
PFD 400 40 ℃
PFD 20
φ PSll
0.6 0.4 0.2 0 0 2 4 6
2
4
6
1 0.9 0.8
Fv/Fm
4
8
10
1 1
/Fm Fv
4
7
9
PFD 1200
PFD20
0.7 0.6 0.5 0.4 0 2 4 Time (hour) 6
70 40 10 -20 11 20 43 84 100
Relative leaf area (%)
大豆叶片从伸出到展开过程光合速率的相对值
叶绿素荧光用于能量分配的研究
1st node
40 Pn
) .s )
-1 -1
4th node
25
)
12 Pn
-1
7th node
Pn
20 15 10 5 0 -5 6
低温弱光胁迫对甜椒叶片线性电子传递的影响
▲，对照； △，低温弱光胁迫（4 ℃和100 μmol m-2 s-1光强）； ▼， MV处理（4 ℃和100 μmol m-2 s-1光强）；，AsA处理（4 ℃和100 μmol m-2 s-1光强）
1 0.8
0.008
0.006
φ PSll
0.4 0.2 0
叶绿素荧光理论与应用
叶绿素荧光现象
Kautsky 等（1931）发现，将暗适应的绿色植物 突然暴露在可见光下后，植物绿色组织发出一种暗 红色，强度不断变化的荧光。
透射光下
反射光下
在生理温度下，叶绿素荧光的波长 峰值大约为685nm的红光，并且一直延 伸到800nm的远红光处
当叶绿素分子吸收光能后，叶绿素分子中的电子被激发，激发态 电子的寿命非常短，当带电子从激发态回到到基态的去激过程中， 一小部分激发能（3-9%）以红色的荧光形式耗散。
NPQ
○，对照；
●，200 mmol/L NaCl
对照叶片和盐胁迫叶片光化学猝灭系数（qP）、PSII光能捕获 效率（Fv’/Fm’）、PSII量子效率(ФPSII，)、非光化学猝灭 (NPQ，D)对温度的响应。示NaCl处理增加叶片的抗高温能力
.80 .75 .70 (A)
.65 .60 .55 .50 .75 .70 (B)
PSII
CK - Mn
ETR
200 150 100 50 0
CK - Mn
0.4 0.2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Time (min)
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 30 60 90 Time(min) 120 150 180
荧光随时间变化的曲线称为 叶绿素荧光诱导动力学曲线
5000 5000 4000 3000 2000 T 1000 0 0 100 200 300 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 Time (s) Time (s) O O T 1000 0 103
CK - Mn
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Time (min)
强光下对照与缺锰 叶片PSII实际光化 学效率（Φ PSII） 和电子传递速率 （ETR）和光化学 猝灭qP的变化。
qP
不同温度 下、强光 对玉米叶 片最大光 化学效率 的影响
1.0 Stress .8 Recovery
这类荧光仪有： FMS-1、FMS-2等
脉冲调制式荧光仪为了避免脉冲调制 光对光合机构造成影响，必须在两次闪光 之间有足够长的间歇时间，因此脉冲调制 光的频率不可能很高，这就限制了它无法 快速地记录叶绿素荧光的变化。因此就无 法反映光能被叶绿素吸收后，由PSII供体 侧和受体侧瞬间变化所引起的叶绿素荧光 的变化。
谢的变化，随着光合碳代谢速率的上升，荧光强
度（T）逐渐下降。
叶绿素荧光动力学曲线包含着 光合作用过程丰富的信息
● 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
● PSII供体侧和受体的活性 ● 电子传递体PQ库的大小以及活性 ● 光合作用光抑制与光破坏……等等
如何测定叶绿素荧光？
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。
qP =(Fm’ -Fs)/(Fm’-Fo’) ：光化学猝灭系数，它
反映了PSⅡ反应中心的开放程度。
1- qP 用来表示PSⅡ反应中心的关 闭程度。 qNP =(Fm-Fm’)/(Fm-Fo’) ：非光化学猝灭系数 NPQ = (Fm-F’m)/F’m ＝Fm/Fm’-1 ：非光化学猝灭 ETR = φPSⅡ ×absorbed PFD ×0.5 ：PSII电子
Fv/Fm
.6 .4 .2 0.0 0 5 10 15 20 25 Time (h)
低温和低温弱光胁迫下甜椒Fv/Fm的响应及其随后的 恢复。恢复条件为25 C和100 mol m-2 s-1光强。 ▲，低温弱光胁迫；Δ，低温黑暗胁迫。
40
ETR (mol m-2s-1)
32 24 16 8 0 0 2 4 Time (h) 6 8