葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)理論及其在逆境生理生態(tài)學(xué)研究中的應(yīng)用

1、一葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)技術(shù)及其在植物逆境生理研究中的應(yīng)用閆建美201311747 植物吸收的陽(yáng)光（光量子）都被其用于光合作用了嗎？如果不是，又是如何利用的呢？ 葉綠素?zé)晒馐侨绾萎a(chǎn)生的呢？ 葉綠素?zé)晒馀c光合作用有什么樣的聯(lián)系呢？ 葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)是如何應(yīng)用于植物逆境生理研究的呢？ 葉綠素?zé)晒獾难芯繗v史u1834年 Brewster首次發(fā)現(xiàn)并記錄了葉綠素的熒光現(xiàn)象和它的重吸收u1852年Stokes提出了Stokes移動(dòng)定律 即物質(zhì)的熒光發(fā)射帶比它的吸收帶向長(zhǎng)波方向移動(dòng)并創(chuàng)造了fluorescence 英文新詞u1874年 Muller用一套合適的有色玻璃片組合裸眼發(fā)現(xiàn)了綠葉的葉綠素?zé)晒鈛 1932年

2、Kautsky 使用光敏感設(shè)備和信號(hào)記錄儀后 使熒光和吸收間的關(guān)系得到了系統(tǒng)準(zhǔn)確的研究葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)被稱為Kautsky 效應(yīng)，并建立了熒光動(dòng)力學(xué)u1986年 Schreiber發(fā)明了新型的快速檢測(cè)熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)的PAM 儀 器u.u隨著調(diào)制熒光技術(shù)的出現(xiàn)，葉綠素?zé)晒獾膽?yīng)用逐漸從傳統(tǒng)的植物生理學(xué)領(lǐng)域延伸到植物生態(tài)學(xué)、農(nóng)學(xué)、林學(xué)、水生生物學(xué)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域 葉綠素?zé)晒庑纬稍韚葉綠素分子吸收光能后，從基態(tài)(G)躍遷至對(duì)應(yīng)的激發(fā)態(tài)（S1、S2、S3）u電子在高能級(jí)(S2、S3)并不穩(wěn)定在幾百飛秒(fs)內(nèi)通過(guò)振動(dòng)弛豫向周圍環(huán)境輻射能量，跌回到低能級(jí)的第一激發(fā)態(tài)u熒光是在電子從S1態(tài)返回到基態(tài)的過(guò)程

3、中產(chǎn)生的u較低激發(fā)態(tài)的葉綠素分子可通過(guò)三種途徑釋放能量回到穩(wěn)定的基態(tài)：重新放出一個(gè)光子，回到基態(tài)，即產(chǎn)生熒光。不放出光子，直接以熱的形式耗散掉。將能量從葉綠素分子傳遞給電子受體進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)。u以上這三個(gè)過(guò)程相互競(jìng)爭(zhēng)，具有最大速率的過(guò)程處于支配地位。對(duì)于許多色素分子來(lái)說(shuō)，熒光發(fā)生在納秒級(jí)，而光化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在皮秒級(jí)，因此當(dāng)光合生物處于正常的生理狀態(tài)時(shí)，葉綠素吸收的光能大部分是用來(lái)進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的，熒光只占很小的一部分。 葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)u指經(jīng)過(guò)暗適應(yīng)的綠色植物材料當(dāng)轉(zhuǎn)到光下時(shí), 其體內(nèi)Chl 熒光強(qiáng)度會(huì)有規(guī)律的隨時(shí)間變化。產(chǎn)生的熒光信號(hào)絕大部分是來(lái)自LHCII中的Chl。u熒光誘導(dǎo)曲線(右圖

4、)劃分為：O(原點(diǎn))I(偏轉(zhuǎn))D(小坑)或PL(臺(tái)階)P(最高峰)S(半穩(wěn)態(tài))M(次峰)T(終點(diǎn))這幾個(gè)相(phase)。uOP相為熒光快速上升階段(12s)，從PT為熒光慢速下降(淬滅)階段(可持續(xù)幾分鐘)，在此階段，有時(shí)沒(méi)有M峰，有時(shí)出現(xiàn)幾個(gè)漸次降低的峰，因葉片的生理狀態(tài)不同而異。一般而言，遭受環(huán)境脅迫的葉片M峰消失。 葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線 葉綠素?zé)晒獯銣鐄指熒光產(chǎn)量下降的現(xiàn)象。指熒光產(chǎn)量下降的現(xiàn)象。u光化學(xué)淬滅（光化學(xué)淬滅（PQ/qP）：經(jīng)過(guò)短暫的照光，達(dá)到）：經(jīng)過(guò)短暫的照光，達(dá)到P 峰后，峰后，PSI 開始運(yùn)轉(zhuǎn)，開始運(yùn)轉(zhuǎn)，而將而將PSII還原側(cè)還原態(tài)的電子受體還原側(cè)還原態(tài)的電子受體

5、QA-QB-PQH2等氧化從而引起熒光強(qiáng)等氧化從而引起熒光強(qiáng)度的淬滅。與光合電子傳遞和放氧有關(guān)。以度的淬滅。與光合電子傳遞和放氧有關(guān)。以qP=(Fm-Fs)/(Fm-F0)表表示，反映示，反映PSII天線色素吸收的光能用于光化學(xué)電子傳遞的份額。天線色素吸收的光能用于光化學(xué)電子傳遞的份額。qP愈大，愈大，PSII的電子傳遞活性越大。的電子傳遞活性越大。u非光化學(xué)淬滅非光化學(xué)淬滅(NPQ/qN)：反映：反映PSII天線色素吸收的光能不能用于光合天線色素吸收的光能不能用于光合電子傳遞而以熱的形式耗散掉的光能部分。表示：電子傳遞而以熱的形式耗散掉的光能部分。表示：NPQ=Fm/Fm-1或或qN=1-(

6、Fm-Fs)/(Fm-F0)=1-Fv/Fv。有。有3個(gè)來(lái)源：個(gè)來(lái)源： 1. qE：隨著光化學(xué)淬滅的增加，在光合膜的兩側(cè)逐漸建立起質(zhì)子梯度：隨著光化學(xué)淬滅的增加，在光合膜的兩側(cè)逐漸建立起質(zhì)子梯度和形成膜高能態(tài)，造成的熒光淬滅。和形成膜高能態(tài)，造成的熒光淬滅。 2. qT：狀態(tài)間的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致分配給：狀態(tài)間的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致分配給PSII的激發(fā)能的比例降低的激發(fā)能的比例降低 3. qI：與光合作用的光抑制有關(guān)的淬滅：與光合作用的光抑制有關(guān)的淬滅 調(diào)制式葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué) ML ML +AL -AL+FR1待測(cè)樣品暗適應(yīng)，打開弱調(diào)制光，測(cè)得最小熒光值Fo2打開飽和脈沖，測(cè)得最大熒光值Fm3熒光淬滅導(dǎo)致熒光下降達(dá)

7、到穩(wěn)態(tài)時(shí)的值稱為穩(wěn)態(tài)熒光(Fs)4打開活化光源，引起熒光強(qiáng)度的光化學(xué)淬滅(qN)5每隔一個(gè)間隔，重復(fù)一次飽和閃光照射，測(cè)量光照下的最大熒光Fm6閃光后，關(guān)掉活化光，同時(shí)給一個(gè)瞬時(shí)的遠(yuǎn)紅外光線照射，可以測(cè)量Fo常用葉綠素?zé)晒鈪?shù)u Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm：PS的最大量子產(chǎn)量，反應(yīng)了植物的潛在最大光合能力（光合效率）。葉片暗適應(yīng)1530min 后測(cè)得。高等植物一般在0.8-0.84之間。u Fv/Fo:常用于度量PS的潛在活性.u Fv/Fm：PS有效光化學(xué)量子產(chǎn)量,反映開放的PS反應(yīng)中心原初光能捕獲效率，葉片不經(jīng)過(guò)暗適應(yīng)在光下直接測(cè)得。u Yield(Y):(Fm-F)/Fm或F/Fm,PS實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量,反映PS反應(yīng)中心在有部分關(guān)閉情況下的實(shí)際原初光能捕獲效率，葉片不經(jīng)過(guò)暗適應(yīng)在光下直接測(cè)得。u ETR:表觀光合電子傳遞速率,以(Fm-F)/FmxPFD表示,也可寫成:F/FmxPFDx0.5x0.84,其中系數(shù)0.5是因?yàn)橐粋€(gè)電子傳遞需要吸收2個(gè)量子，0.84表示在入射的光量子中被吸收的占84%,PFD是光子通量密度葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)在植物逆境研究中的應(yīng)用u逆境脅迫直接引發(fā)光合機(jī)構(gòu)的損傷，也影響光合電子傳遞及與暗反應(yīng)有關(guān)的酶活性。u利用葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)方法可以快速、靈敏、無(wú)損傷探測(cè)逆境對(duì)植物光合作用的影響。u逆境脅迫的輕重與Fv/Fo、