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        技術文章Article 當前位置:首頁 > 技術文章 > 葉綠素熒光的原理是什么?
        葉綠素熒光的原理是什么?
        點擊次數:288 發布時間:2022-02-11
         1)調制葉綠素熒光
        調制葉綠素熒光全稱脈沖-振幅-調制(Pulse-Amplitude-Modulation,PAM)葉綠素熒光,我們國內一般簡稱調制葉綠素熒光,測量調制葉綠素熒光的儀器叫調制熒光儀,或叫PAM。
        調制葉綠素熒光(PAM)是研究光合作用的強大工具,與光合放氧、氣體交換并稱為光合作用測量的三大技術。由于其測量快速、簡單、可靠、且測量過程對樣品生長基本無影響,目前已成為光合作用領域發表文獻最多的技術。
        2)調制葉綠素熒光儀的工作原理
        1983年,WALZ公司首席科學家,德國烏茲堡大學教授Ulrich Schreiber博士利用調制技術和飽和脈沖技術,設計制造了第一臺脈沖振幅調制(Pulse-Amplitude-Modulation,PAM)熒光儀——PAM-101/102/103。
        所謂調制技術,就是說用于激發熒光的測量光具有一定的調制(開/關)頻率,檢測器只記錄與測量光同頻的熒光,因此調制熒光儀允許測量所有生理狀態下的熒光,包括背景光很強時。正是由于調制技術的出現,才使得葉綠素熒光由傳統的“黑匣子”(避免環境光)測量走向了野外環境光下測量,由生理學走向了生態學。
        所謂飽和脈沖技術,就是打開一個持續時間很短(一般小于1 s)的強光關閉所有的電子門(光合作用被暫時抑制),從而使葉綠素熒光達到最大。飽和脈沖(Saturation Pulse, SP)可被看作是光化光的一個特例。光化光越強,PS II釋放的電子越多,PQ處累積的電子越多,也就是說關閉態的電子門越多,F越高。當光化光達到使所有的電子門都關閉(不能進行光合作用)的強度時,就稱之為飽和脈沖。
        打開飽和脈沖時,本來處于開放態的電子門將該用于光合作用的能量轉化為了葉綠素熒光和熱,F達到最大值。
        經過充分暗適應后,所有電子門均處于開放態,打開測量光得到Fo,此時給出一個飽和脈沖,所有的電子門就都將該用于光合作用的能量轉化為了熒光和熱,此時得到的葉綠素熒光為Fm。根據Fm和Fo可以計算出PS II的最大量子產量Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm,它反映了植物的潛在最大光合能力。
        在光照下光合作用進行時,只有部分電子門處于開放態。如果給出一個飽和脈沖,本來處于開放態的電子門將該用于光合作用的能量轉化為了葉綠素熒光和熱,此時得到的葉綠素熒光為Fm’。根據Fm’和F可以求出在當前的光照狀態下PS II的實際量子產量Yield=ΦPSII=ΔF/Fm’=(Fm’-F)/Fm’,它反映了植物目前的實際光合效率。
        在光照下光合作用進行時,只有部分電子門處于關閉態,實時熒光F比Fm要低,也就是說發生了熒光淬滅(quenching)。植物吸收的光能只有3條去路:光合作用、葉綠素熒光和熱。根據能量守恒:1=光合作用+葉綠素熒光+熱。可以得出:葉綠素熒光=1-光合作用-熱。也就是說,葉綠素熒光產量的下降(淬滅)有可能是由光合作用的增加或熱耗散的增加引起的。由光合作用的引起的熒光淬滅稱之為光化學淬滅(photochemical quenching, qP);由熱耗散引起的熒光淬滅稱之為非光化學淬滅(non-photochemical quenching, qN或NPQ)。光化學淬滅反映了植物光合活性的高低;非光化學淬滅反映了植物耗散過剩光能為熱的能力,也就是光保護能力。
        光照狀態下打開飽和脈沖時,電子門被完全關閉,光合作用被暫時抑制,也就是說光化學淬滅被全部抑制,但此時熒光值還是比Fm低,也就是說還存在熒光淬滅,這些剩余的熒光淬滅即為非光化學淬滅。淬滅系數的計算公式為:qP=(Fm’-Fs)/Fv’=1-(Fs-Fo’)/(Fm’-Fo’);qN=(Fv-Fv’)/Fv=1-(Fm’-Fo’)/(Fm-Fo);NPQ=(Fm-Fm’)/Fm’=Fm/Fm’-1。
        當F達到穩態后關閉光化光,同時打開遠紅光(Far-red Light, FL)(約持續3-5 s),促進PS I迅速吸收累積在電子門處的電子,使電子門在很短的時間內回到開放態,F回到最小熒光Fo附近,此時得到的熒光為Fo’。由于在野外測量Fo’不方便,因此野外版的調制熒光儀(除PAM-2100和WATER-PAM)外,多數不配置遠紅光。此時可以直接利用Fo代替Fo’來計算qP和qN,盡管得到的參數值有輕微差異,但qP和qN的變化趨勢與利用Fo’計算時是一致的。由于NPQ的計算不需Fo’,近10幾年來得到了越來越廣泛的應用。
        根據PS II的實際量子產量ΔF/Fm’和光合有效輻射(Photosynthetically Active Radiation, PAR)還可計算出光合電子傳遞的相對速率rETR=ΔF/Fm’•PAR•0.84•0.5。其中0.84是植物的經驗性吸光系數,0.5是假設植物吸收的光能被兩個光系統均分。

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