葉綠素熒光在生理生態(tài)研究中的應用

葉綠素熒光在植物生理生態(tài)

研究中的應用探討

——案例分析中國科學院植物研究所姜闖道博士

副研究員現(xiàn)在是1頁\一共有43頁\編輯于星期六目錄一.葉綠素熒光的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展二.重要的熒光參數(shù)及其意義三.熒光技術在逆境研究中的應用案例四.相關漢語文獻及其他現(xiàn)在是2頁\一共有43頁\編輯于星期六一.葉綠素熒光的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展發(fā)現(xiàn)德國植物生理學家Kautsky于1931年發(fā)現(xiàn)葉綠素熒光動力學現(xiàn)象。上世紀80年代，?gren（1985）和Schreiber（1986）相繼創(chuàng)制出便攜的調(diào)制式熒光儀，并實現(xiàn)了商品化。成為光合作用研究的新熱點，極大地推動了光合過程中光能利用、逆境條件下光合作用的光抑制、光破壞及其防御機制的研究?，F(xiàn)在是3頁\一共有43頁\編輯于星期六葉綠素熒光動力學研究得到廣泛應用的原因1、葉綠素熒光動力學特性包含著光合作用過程的豐富信息●光能的吸收與轉換●能量的傳遞與分配●反應中心的狀態(tài)●過剩光能及其耗散●光合作用光抑制與光破壞……等等2、可以對光合器官進行“無損傷探查”，獲得“原位”的（insitu）信息。3、近年來測定儀器的性能和自動化程度越來越高，操作步驟越也來越簡便。現(xiàn)在是4頁\一共有43頁\編輯于星期六由于以上原因葉綠素熒光動力學技術在：●光合作用生理生態(tài)●逆境生理等研究領域得到了較快的普及和廣泛的應用

現(xiàn)在是5頁\一共有43頁\編輯于星期六

現(xiàn)在是6頁\一共有43頁\編輯于星期六二.重要的熒光參數(shù)基礎熒光參數(shù)●Fo：最小熒光產(chǎn)量(Minimalfluorescence)

，也稱初始熒光產(chǎn)量(Originalfluorescence)或基礎熒光產(chǎn)量。是對充分暗適應葉片（PSⅡ反應中心處于完全開放狀態(tài)）照以極弱的測量光后發(fā)出的熒光。此時光化學猝滅系數(shù)qP＝1，非光化學猝滅系數(shù)qNP＝0。一般認為，這部分熒光是在天線中的激發(fā)能尚未被反應中心捕獲之前，由天線葉綠素發(fā)射出的。當存在天線熱耗散時，F(xiàn)o會降低；當反應中心失活或遭到破壞時，F(xiàn)o會提高。已知過高的溫度往往使PSII放氧復合體脫離，反應中心失活。此時Fo會明顯提高。因此，可以用Fo隨溫度的變化動態(tài)來反映高溫對光合器的危害，并用來評價植物的抗熱性?，F(xiàn)在是7頁\一共有43頁\編輯于星期六●Fm：最大熒光產(chǎn)量(Maximalfluorescence)，是PSⅡ反應中心完全關閉時的熒光產(chǎn)量。此時光化學和非光化學熒光猝滅均為0(qP＝0，qNP＝0)。Fm可反映通過PSⅡ的電子傳遞最大潛力。通常葉片經(jīng)暗適應至少20min后照以飽和脈沖光后測得?！馞s:穩(wěn)態(tài)熒光產(chǎn)量。即在光照下，光-暗反應達到動態(tài)平衡時的熒光產(chǎn)量?，F(xiàn)在是8頁\一共有43頁\編輯于星期六存在的問題●關于熒光發(fā)射的理論基礎和對測定結果的理解和解釋十分復雜；●部分初學者，對熒光參數(shù)的意義理解不透，尤其是不了解葉綠素熒光動力學特性在整個光合過程中所占的地位，因而對熒光參數(shù)測定結果的意義存在一些誤解。現(xiàn)在是9頁\一共有43頁\編輯于星期六我們的主要應用●光合機構的激發(fā)能分配；●光系統(tǒng)II的光抑制；●環(huán)境脅迫下光系統(tǒng)II活性?，F(xiàn)在是10頁\一共有43頁\編輯于星期六三.熒光技術在逆境研究中的應用案例（一）熒光技術在葉片發(fā)育中的應用分析選題依據(jù)1、為什么選擇生長過程中的葉片進行研究？以往對植物環(huán)境適應性的研究主要強調(diào)植物成熟葉片的適應機制；葉片生長過程中同樣會經(jīng)歷環(huán)境脅迫，而且幼葉對環(huán)境脅迫的適應性也直接關系到植物能否適應環(huán)境?，F(xiàn)在是11頁\一共有43頁\編輯于星期六1葉片生長過程中光合能力的變化現(xiàn)在是12頁\一共有43頁\編輯于星期六現(xiàn)在是13頁\一共有43頁\編輯于星期六現(xiàn)在是14頁\一共有43頁\編輯于星期六2葉片生長過程中光化學效率和電子傳遞活性的變化現(xiàn)在是15頁\一共有43頁\編輯于星期六3葉綠體色素的變化現(xiàn)在是16頁\一共有43頁\編輯于星期六現(xiàn)在是17頁\一共有43頁\編輯于星期六5葉片水分狀況與葉黃素組分及活性氧清除酶活性之間的相關性分析現(xiàn)在是18頁\一共有43頁\編輯于星期六

RWC(Negativelinearcorrelation)ψw(Positivelinearcorrelation)

9:00AM2:00PM9:00AM2:00PMNPQ0.9580.9910.7600.548(V+A+Z)/Chl0.8950.9410.8790.775(A+Z)/Chl0.9600.9800.6670.617[(A+Z)/(V+A+Z)]%0.9410.9720.6130.579SODactivity0.9380.9750.8380.770APXactivity0.9030.9790.6370.535CATactivity0.9310.9300.7630.620PODactivity0.9010.9630.5790.479GRactivity0.9070.9390.5970.437

現(xiàn)在是19頁\一共有43頁\編輯于星期六6葉片生長過程中葉角的變化及對光能截獲和光抑制的影響現(xiàn)在是20頁\一共有43頁\編輯于星期六現(xiàn)在是21頁\一共有43頁\編輯于星期六現(xiàn)在是22頁\一共有43頁\編輯于星期六

皇冠草屬于澤瀉科、刺果澤瀉屬，多年生挺水植物，原產(chǎn)于南美亞馬遜流域及其支流。易馴化為沉水植物。用途：觀賞等。（二）熒光技術在淹水脅迫中的應用現(xiàn)在是23頁\一共有43頁\編輯于星期六科學/實踐問題：源于三峽庫區(qū)消落帶植被修復植物淹水后復出后更容易死亡，為什么？問題轉化：淹水陸地

光抑制導致光合器官/葉片出水后死亡？強光高氧弱光低氧現(xiàn)在是24頁\一共有43頁\編輯于星期六試驗設計對照全淹淹水離體弱光活體出水強光處理20天現(xiàn)在是25頁\一共有43頁\編輯于星期六淹水后葉片形態(tài)特征的變化現(xiàn)在是26頁\一共有43頁\編輯于星期六淹水階段凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率的變化凈光合速率氣孔導度蒸騰速率對照氣生葉沉水葉氣生葉對照現(xiàn)在是27頁\一共有43頁\編輯于星期六淹水階段葉綠素含量的變化氣生葉沉水葉對照現(xiàn)在是28頁\一共有43頁\編輯于星期六淹水階段Fv/Fm和ΦPSⅡ的變化沉水葉氣生葉對照現(xiàn)在是29頁\一共有43頁\編輯于星期六出水后自然狀態(tài)下葉片F(xiàn)v/Fm和RWC的變化現(xiàn)在是30頁\一共有43頁\編輯于星期六出水后弱光環(huán)境下Fv/Fm的變化現(xiàn)在是31頁\一共有43頁\編輯于星期六出水后不同處理的離體葉片在強光下及恢復過程中光抑制的差異現(xiàn)在是32頁\一共有43頁\編輯于星期六（三）熒光技術在鹽脅迫脅迫中的應用科學問題：鹽脅迫下PSII失活與失活速率無關，主要抑制失活PSⅡ反應中心的。極端光強和離體材料田間？現(xiàn)在是33頁\一共有43頁\編輯于星期六現(xiàn)在是34頁\一共有43頁\編輯于星期六現(xiàn)在是35頁\一共有43頁\編輯于星期六現(xiàn)在是36頁\一共有43頁\編輯于星期六現(xiàn)在是37頁\一共有43頁\編輯于星期六四.相關漢語文獻及其他相關漢語文獻：張守仁1999葉綠素熒光動力學參數(shù)的意義及討論植物學通報李鵬民高輝遠等2005快速葉綠素熒光誘導動力學分析在光合作用研究中的應用植物生理與分子生物學學報

現(xiàn)在是38頁\一共有43頁\編輯于星期六JiangChuang-Dao,WangXin,GaoHui-Yuan,ShiLei,ChowWahSoon.(2011)Systemicregulationofleafanatomicalstructtue,photosyntheticperformanceandhigh-lighttoleranceinsorghumseedlings.PlantPhyisol.,155:1416-1424SCI(TOP10)HaoHai-Ping,JiangChuang-Dao(通訊作者),ZhangShou-Ren,TangYu-Dan,ShiLei.(2011)Enhancedthermal-toleranceofphotosystemIIbyelevatingrootzonetemperatureinPrunusmirakoehneseedlings.PlantSoil,publishedonline(DOI10.1007/s11104-011-1037-y)SCIMaoShu-Yan,JiangChuang-Dao(通訊作者),ZhangWen-Hao,ShiLei,ZhangJin-Zheng,ChowWah-Soon,YangJing-Cheng.(2009)Watertranslocationbetweenrametsofstrawberryduringsoildryinganditseffectsonphotosyntheticperformance.Physiol.Plant.，137:225-234SCIZhangZhan-Jiang,JiangChuang-Dao,ZhangJin-Zheng,ZhangHui-Jin,ShiLei.(2009)EcophysiologicalevaluationofthepotentialinvasivenessofRhustyphinainitsnon-nativehabitats.TreePhysiol.,29:1307-1316SCI(TOP10)JiangChuang-Dao,JiangGao-Ming,WangXianzhong,LiLing-Hao,BiswasDilipKumar,LiYong-Geng.(2006)IncreasedPhotosyntheticActivitiesandThermostabilityofPhotosystemIIwithLeafDevelopmentofElmSeedlings(UlmusPunila)ProbedbytheFastFluorescenceRiseOJIP.Environ.Exp.Bot.，58:261-268SCIJiangChuang-Dao,GaoHui-Yuan,ZouQi,JiangGao-Ming,LiLing-Hao.(2006)Changesofleaforientation,photoprotectivemechanismsandphotosynthesisduringdevelopmentofsoybeanleaves.Environ.Exp.Bot.,55:87-96SCI近期論文發(fā)表現(xiàn)在是39頁\一共有43頁\編輯于星期六專利申請：姜闖道，鞏玥，石雷，2010，一種提高熱帶、亞熱帶地區(qū)植物的長勢的方法,(申請?zhí)枺喊l(fā)明專利姜闖道，鞏玥，石雷，2010，一種克隆植物的灌溉方法,(申請?zhí)枺?01010289782.7)發(fā)明專利姜闖道，郝海平，石雷，唐宇丹，2010，一種根系控溫裝置，(申請?zhí)枺喊l(fā)明專利姜闖道，郝海平，石雷，唐宇丹，2010，一種根系控溫裝置，(申請?zhí)枺簩嵱眯滦蜕鐣顒樱罕本┦星嗌倌昕萍紕?chuàng)新俱樂部指導教師國內(nèi)外多家核心期刊審稿人等現(xiàn)在是40頁\一共有43頁\編輯于星期六主持項目：1.國家自然基金面上項目：鹽脅迫條件下甜高粱光抑制的PSII行為機制及應用研究，2008-2010年2.國家自然基金面上項目：鹽脅迫下高粱光合機構的強光獲得性適應及緩解光抑制的關鍵機制，2009-2011年3.北京市自然科學基金面上項目：C4作物的強光系統(tǒng)調(diào)控及應用研究，2012-2014年4.中國科學院知識創(chuàng)新方向性項目課題：