葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)與應(yīng)用

葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)與應(yīng)用第1頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月激發(fā)能光化學(xué)反應(yīng)形成同化力熱耗散熒光熒光的發(fā)生CO2固定光呼吸Mehler反應(yīng)N代謝熒光是研究光能分配的探針第2頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第3頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月將綠色植物或含葉綠素的部分組織，如葉片、芽、嫩枝條、莖或單細(xì)胞藻類懸液放在暗中適應(yīng)片別，或用近紅外光預(yù)照射，然后在可見(jiàn)光下激發(fā)，并用熒光計(jì)檢測(cè)，結(jié)果就會(huì)發(fā)現(xiàn)植物綠色組織會(huì)發(fā)出一種微弱的暗紅色強(qiáng)度隨時(shí)間不斷變化的熒光信號(hào)，這過(guò)程稱為植物體內(nèi)葉綠素a熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)，簡(jiǎn)稱為葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)。由于這個(gè)現(xiàn)象最早是由Kautsky發(fā)現(xiàn)的，因此有時(shí)也被稱為Kautsky效應(yīng)。現(xiàn)已探明，在室溫條件下，綠色植物發(fā)出的這種熒光信號(hào)，絕大部分是來(lái)自葉綠體光系統(tǒng)II(PSII)的天線色素蛋白復(fù)合體中的葉綠素a分子，熒光發(fā)射波長(zhǎng)范圍約在650－780nm，熒光發(fā)射峰在685nm和735nm，其熒光激發(fā)光譜與葉綠體的吸收光譜近似，熒光激發(fā)峰在438nm與480nm左右。第4頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)是指經(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)葉綠素?zé)晒鈴?qiáng)度會(huì)有規(guī)律的隨時(shí)間變化。根據(jù)現(xiàn)在國(guó)際上的統(tǒng)一命名，可把熒光誘導(dǎo)曲線(圖1)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)。有時(shí)在O和I之間還可辨認(rèn)出一個(gè)扔點(diǎn)稱為J相。其中O→P相為熒光快速上升階段(1－2s)，從P→T為熒光慢速下降(猝滅)階段(4－5s），在此階段，往往出現(xiàn)復(fù)雜的情況，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，而生理狀態(tài)良好的葉片往往在P峰之后有幾個(gè)峰出現(xiàn)。這可能反映了同化力形成和使用之間從不平衡到平衡的一個(gè)快速的調(diào)節(jié)過(guò)程。葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)第5頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月OIDPSMT曲線第6頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)暗適應(yīng)的綠色植物樣品突然受到可見(jiàn)光照射時(shí)，體內(nèi)葉綠素分子可在納秒(ns)級(jí)時(shí)間內(nèi)發(fā)出一定強(qiáng)度的熒光，此瞬時(shí)的熒光誘導(dǎo)相位稱為初相或“O”相，此時(shí)的熒光稱為固定熒光(F。)，然后熒光強(qiáng)度增加的速度減慢，因而在Fo處形成拐點(diǎn)，接著以毫秒級(jí)速度形成一個(gè)緩臺(tái)階，稱為“I”相和“D”相，數(shù)秒后熒光強(qiáng)度可達(dá)最高點(diǎn)，稱為“P”峰。若所用激發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到或超過(guò)被測(cè)樣品光反應(yīng)的光飽和點(diǎn)時(shí)，P峰即趨于或等于最大熒光(Fm)。熒光強(qiáng)度超過(guò)Fo那一部分的熒光稱為可變熒光(Fv)。在P峰之后，植物熒光通常經(jīng)1－2次阻尼振蕩(稱較大峰“M1”和“M2”)，才降到接近Fo的穩(wěn)定的“T”相終水平。熒光強(qiáng)度下降的過(guò)程現(xiàn)稱為熒光猝滅。根據(jù)植物材料和暗適應(yīng)時(shí)間的不同，上述熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)過(guò)程要延續(xù)3—6分鐘左右。第7頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第8頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)的測(cè)量可采用調(diào)制式與非調(diào)制式兩種不同方法。非調(diào)制式熒光計(jì)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，它僅需要一個(gè)強(qiáng)連續(xù)光源，此光源既作為激發(fā)光，又作為測(cè)量光，但是為了能夠捕捉到植物熒光信號(hào)上升前沿中的拐點(diǎn)，要求整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間分辨率達(dá)到毫秒(ms)級(jí)。在光源與樣品之間，通常加有藍(lán)色的長(zhǎng)波截止濾光片和毫秒級(jí)電子快門?，F(xiàn)在國(guó)外也有用亮度較大的發(fā)光二極管作為光源的，由于發(fā)光二極管光源的上升前沿較快，這樣就可省去電子快門。光電轉(zhuǎn)換接收器可用光電倍增管或光電三極管，它們的光譜響應(yīng)要選擇與植物熒光發(fā)射波長(zhǎng)范圍相吻合。在接收器之前通常加有紅色的短波截止濾光片，以完全濾掉激發(fā)光。毫秒級(jí)記錄設(shè)備可用瞬態(tài)記錄器、記憶示波器或帶有A/D轉(zhuǎn)換的計(jì)算機(jī)等。在控制電子快門與記錄熒光信號(hào)之間要有一個(gè)同步觸發(fā)裝置或同步程序，以保證取樣和記錄過(guò)程與電子快門動(dòng)作相同步。為了減少樣品對(duì)熒光的重復(fù)吸收，通常是把接受器與入射的激發(fā)光安排在樣品的同一側(cè)。葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)的測(cè)量方法第9頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月TechnicalSpecificationsItemssupplied:Controlunit,remotesendingunit,10darkadaptionleafclips,4AAbatteries,carryingcase,serialcable,downloadingsoftwareandinstructionmanual.Measuredparameters:Fo,Fm,Fv,Fv/Fm,Ft,T1/2Excitationsource:Solidstate685nmsource.Adjustableintensity:500-3000molmsDetectorsandfilters:APINphotodiodewithanIRfilterTestduration:Adjustablefrom2-240seconds.Samplingrate:40Kpointspersecondforfastkineticsforonesecond;switchingto500pointspersecondfortwosecondsandthenswitchingto10pointspersecondfortheremainderofthetest.Digitaloutput:RS232port.Storagecapacity:128kBRAMwithbatterybackup.Supportsupto2,000datasets.Userunterface:Display--BacklitLCD16characterx4lines;Keypad--4x4matrixkeypad.Powersupply:41.5VAAbatteries.Batterylife:Upto15hoursofcontinuousoperation.第11頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)制式動(dòng)力學(xué)熒光計(jì)至少應(yīng)具有兩束光：調(diào)制的弱測(cè)量光和連續(xù)的強(qiáng)米化光。為了使測(cè)量光本身完全不被接收器直接檢出，測(cè)量光中和接收器前使用的濾光片應(yīng)完全無(wú)交叉重疊的光譜成分。光化光對(duì)接收器信號(hào)的干擾，可用折光轉(zhuǎn)盤來(lái)解決。為了能夠精確地測(cè)定F。值，經(jīng)驗(yàn)證明測(cè)量光到達(dá)樣品表面時(shí)的強(qiáng)度要小于10ergs··cm-2·s-1。由于該強(qiáng)度在室溫下不足以引起還原態(tài)QA的積累，因而熒光強(qiáng)度將始終保持在較低的、恒定的Fo水平上。此時(shí)若在照有測(cè)量光的樣品上再疊加一束飽和光化光，植物熒光才迅速上升，并達(dá)到P峰，這就是Fv部分，此后熒光猝滅過(guò)程與前述非調(diào)制熒光猝滅過(guò)程相似。應(yīng)該著重指出的是，由于調(diào)制式動(dòng)力學(xué)熒光計(jì)采用了選頻或鎖相放大技術(shù)，使它只檢出與測(cè)量光具有相同頻率和固定相位差的植物熒光調(diào)制信號(hào)，而對(duì)其他背景光的干擾不放感。第12頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第13頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月TechnicalSpecificationsItemssupplied:Controlunit,remotesensingunit,oneopenframeandfivedarkadaptedleafclips,12V1.2Ahbattery,batterycharger,carryingcase,serialcable,interfacesoftwareandinstructionmanual.Measuredparameters:Fo,Fm,Fv,Fv/Fm,Fs,Fms,Ft,Y,ETR,OptionalclipPARandleaftemperature.Excitationsources:Saturationpulse:35Watthalogenlampwith690nmshortbandpassfilter.Maximumintensity15,000molmsModulatedlight:660nmLEDwith690nmshortbandpassfilter.Optionalmodulatedlight:450nmLEDsource.Intensityadjustablefrom0to0.4molmsDetectorandfilters:APINphotodiodewitha700-750nmbandpassfilter.Detectionmethod:Amodulatedspectrumsynchronouscarrierlockinamplifier.Samplingrate:Autoswitchingfrom10to1,000pointsperseconddependingontestphase.Testduration:Adjustablefrom2secondsto45minutes.Storagecapacity:Upto2,500datasetsand6tracestotaling45minutesofrecordingsat10pointspersecond第14頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月體內(nèi)葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)：一是它可將植物發(fā)出的熒光區(qū)分為性質(zhì)上完全不同的兩個(gè)部分——固定熒光(F。)部分和可變熒光(Fv)部分。固定熒光(F。)代表不參與PSII光化學(xué)反應(yīng)的光能輻射部分；可變熒光(Fv)代表可參與PSII光化學(xué)反應(yīng)的光能輻射部分。因而根據(jù)可變熒光(Fv)在總的最大熒光(Fm=Fv十F。)中所占的比例（Fv／Fm)，即可簡(jiǎn)便地得出植物PSII原初光能轉(zhuǎn)換效率，另一個(gè)特點(diǎn)是，熒光動(dòng)力學(xué)是測(cè)定植物從暗中轉(zhuǎn)到光下，其光合作用功能從休止鈍化狀態(tài)轉(zhuǎn)為局部活化狀態(tài)，直到全部正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)過(guò)程中的熒光動(dòng)態(tài)變化，因而它包含著十分豐富的光合信息，這遠(yuǎn)不是一般靜態(tài)焚光測(cè)量所能比擬的。第15頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在體內(nèi)葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)測(cè)定中，當(dāng)樣品的葉綠素濃度和熒光計(jì)的激發(fā)光強(qiáng)恒定時(shí)，PSII原初電子受體QA的氧還狀態(tài)是決定體內(nèi)葉綠素?zé)晒鈴?qiáng)弱的主要因素。當(dāng)植物經(jīng)一段時(shí)間暗適應(yīng)，或用優(yōu)先為光系統(tǒng)I(PSl)所利用的長(zhǎng)波光照射后，其體內(nèi)PSII的QA和隨后的電子受體QB和PQ庫(kù)等均完全失去電子而被氧化，這時(shí)PSII反應(yīng)中心可接受光電子，即處于“開(kāi)放”狀態(tài)，這時(shí)熒光強(qiáng)度最弱，即為F。，或處于“O”初始相；當(dāng)植物被飽和光激發(fā)，使PSII電子受體QA、QB和PQ庫(kù)等完全被還原時(shí)，PSII反應(yīng)中心不再接受光電子，即處于“關(guān)閉”狀態(tài)，這時(shí)熒光強(qiáng)度最強(qiáng)，即為Fm，或處于“P”峰相。植物經(jīng)短暫照光達(dá)到“P”峰后，由于一些光合酶系逐漸被活化，使PSI開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，而將PSII還原側(cè)的還原態(tài)電子受體QA-、QB-和PQH2等再氧化，從而引起熒光強(qiáng)度的猝滅，這稱為qQ猝滅；植物在光的持續(xù)照射下，緊接著qQ猝滅的增加，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)。試驗(yàn)證明，它們也可造成熒光猝滅，這種猝滅稱為能量猝滅，或qE淬滅。第16頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月qQ和qE滅是植物在正常生理?xiàng)l件下的兩個(gè)最主要的猝滅成分。qQ猝滅因?yàn)槭怯蒕A-等再氧化所造成，因而它與光合電子傳遞、光合放氧等過(guò)程直接相關(guān)；而qE猝滅因?yàn)槭怯少|(zhì)子梯度和膜高能態(tài)所引起，因而它只與ATP的形成、積累以及與光合膜的狀態(tài)有關(guān)，而與光合電子傳遞和光合氣體交換無(wú)直接的聯(lián)系。以上對(duì)熒光動(dòng)力學(xué)中兩種猝滅成分的分析稱為Q分析，它對(duì)于正確理解和分析葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)猝滅過(guò)程的光合生理意義及其與其他光合參數(shù)，特別是與氣體交換的關(guān)系，是十分重要的，它消除了過(guò)去看起來(lái)似乎是相互矛盾的一些試驗(yàn)結(jié)果，從而為葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)在理論上的進(jìn)一步深入研究和在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用掃清了障礙，這是近年來(lái)熒光動(dòng)力學(xué)在理論研究方面的重要新進(jìn)展。第17頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)上述Q分析理論，西德Schreiber博土近年來(lái)設(shè)計(jì)了一種新型的脈沖調(diào)制熒光計(jì)，該儀器在過(guò)去一般調(diào)制熒光計(jì)的基礎(chǔ)上，又增加一束強(qiáng)飽和閃光(≥2000W·cm-2)，它以約5秒一次的頻率，與一般段調(diào)制熒光計(jì)原有的強(qiáng)連續(xù)光化光一起，共同照射激發(fā)植物樣品，以瞬時(shí)完全消除qQ猝滅，結(jié)果在原來(lái)熒光動(dòng)力學(xué)的曲線上，便形成許多疊加的鋸齒狀熒光脈沖，這樣從原有的熒光動(dòng)力學(xué)曲線和鋸齒狀熒光脈沖包絡(luò)線中，就可計(jì)算出qQ和qE兩個(gè)成分。此外，該儀器還具有不怕其他強(qiáng)光源干擾的優(yōu)點(diǎn)，甚至可拿到光下現(xiàn)場(chǎng)操作。此類熒光計(jì)的代表性產(chǎn)品是西德Walz公司生產(chǎn)的葉綠素?zé)晒鉁y(cè)定系統(tǒng)(PAM)。第18頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)compactbasicdevice(2)externalrechargeablebattery(3)batterycharger(4)PC-HP-200(5)specialfiberoptics(6)leaf-clipholderpermitssimultaneousPARand°Cmeasurements(7)externalhalogenlamp(8).darkleafclip(9)distanceleaf-clip(10)separatemicroquantum/temperaturesensor(11)compacttripod,usedtomountbasicdevice,leaf-clipholderandexternalhalogenlamp(12).transportcase第19頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Measuringlightsource:RedLED,650nm,standardintensity0.1μmolmsPAR;modulationfrequency0.6or20kHz;Auto20kHzfunctionActiniclightsources:RedLED-array,665nm,max.600μmolmsPARandfar-redLED,730nm,max.15WmHalogenlamp:8V/20W,blue-enriched,<710nm,max.8500μmolmsPARwithcontinuousactinicillumination,max.15000μmolmsPARduringsaturationpulsesSignaldetection:PIN-photodiodeprotectedbylong-passfilter(>710nm);selectivewindowamplifier(patented)Measuredparameters:Fo,Fm,Fm',F,Fo',Fv/Fm(max.Yield),F/Fm'(Yield),qP,qN,NPQ,PARand°C(usingLeaf-ClipHolder2030-BorMicroQuantum/Temp.-Sensor2060-M),ETR(i.e.PARxF/Fm')Userinterface:IBM/IBM-compatiblePC(80286upwards)orHP-200/PPalmtopPC;connectionviaRS232,19200baud;keyboardoperation;monitorscreendisplayDataacquisition:ViaPCusingDA-2000softwareDataoutput:DisplayandprintoutviaPC;analogoutput0to2.5VPowersupply:Internalrechargeablebattery12V/1.2Ah,providingpowerforupto500yieldmeasurements;external12Vbattery;BatteryCharger2020-LDimensions:20cmx10.5cmx8.5cm(LxWxH)Weight:2kg(incl.battery)第20頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

以反應(yīng)常數(shù)表示三種反應(yīng)的速度kP光化學(xué)反應(yīng)photo-reactionkF發(fā)射熒光

fluorescencekD熱耗散

Energydissipation熒光產(chǎn)額可表示為：ΦF=kF/(kF+kP+kD)。光合量子產(chǎn)額可表示為：ΦP=kP/(kF+kP+kD)熱耗散產(chǎn)額可表示為：ΦD=kD/(kF+kP+kD)PSII作用中心完全開(kāi)放時(shí)，kP最大，kF最低，此時(shí)的熒光稱為初始熒光Fo;PSII作用中心完全關(guān)閉時(shí)，kP=0，kF最大，此時(shí)的熒光稱為初始熒光Fm;Fm與Fo之差（Fm-Fo=Fv)是因?yàn)楣饣瘜W(xué)反應(yīng)進(jìn)行而猝滅的熒光，稱為可變熒光Fv.顯然，光化學(xué)反應(yīng)的最大潛能可表示為：ΦP=(ΦFm-ΦFo)/ΦFm=(Fm-Fo)/Fm=Fv/Fm

Fv/Fm是反映光合效率的重要指標(biāo)

分析：Fm下降、Fv/Fm下降、Fo上升的原因葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)的生物學(xué)意義第21頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

熒光參數(shù)的意義Fv/Fm最大光化學(xué)效率ΦPSII=(Fm’－Fs)/Fm’PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率Fv’/Fm’PSⅡ最大天線轉(zhuǎn)化效率P=ΦPSII×PFD光化學(xué)反應(yīng)速度NPQ＝Fm/Fm’－1非光化學(xué)猝滅qp=(Fm’－F)/(Fm’－F0)光化學(xué)猝滅系數(shù)qN=(Fm’－F0’)/(Fm－F0)非光化學(xué)猝滅系數(shù)D=1－Fv’/Fm’吸收光能通過(guò)熱耗散消耗的部分第22頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Fo：固定熒光，初始熒光(minimalfluorescence)。也稱基礎(chǔ)熒光，0水平熒光，是光系統(tǒng)II(PSII)反應(yīng)中心處于完全開(kāi)放時(shí)的熒光產(chǎn)量，它與葉片葉綠素濃度有關(guān)。Fm：最大熒光產(chǎn)量(maximalfluorescence)，是PSII反應(yīng)中心處于完全關(guān)閉時(shí)的熒光產(chǎn)量。可反映通過(guò)PSII的電子傳遞情況。通常葉片經(jīng)暗適應(yīng)20min后測(cè)得。F：任意時(shí)間實(shí)際熒光產(chǎn)量(actualflourescenceatanytime）第23頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Fa：穩(wěn)態(tài)熒光產(chǎn)量(fluorescenceinstablestate)。Fm/Fo:用來(lái)反應(yīng)PSII的電子傳遞情況。Fv＝Fm-Fo:為可變熒光(variablefluorescence),反映了QA的還原情況。Fv/Fm:PSII最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(optimal/maximalphotochemicalefficiencyofPSIIinthedark)或(optimal/maximalquantumyieldofPSII)，反映PSII反應(yīng)中心內(nèi)稟光能轉(zhuǎn)換效率(intrinsicPSIIefficiency)或稱最大PSII的光能轉(zhuǎn)換效率(optimal/maximalPSIIefficiency)，葉暗適應(yīng)20min后測(cè)得。非脅迫條件下該參數(shù)的變化極小，不受物種和生長(zhǎng)條件的影響，脅迫條件下該參數(shù)明顯下降。第24頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Pv’/Fm’：PSII有效光化學(xué)量子產(chǎn)量(photochemicalefficiencyofPSIIinthedark)，它反映開(kāi)放的PSII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。(Fm’－F)/Fm’或ΔF/Fm’：PSII實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量(actualphotochemicalefficiencyofPSIIinthelight)，它反映PSII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。熒光猝滅分兩種：光化學(xué)猝滅和非光化學(xué)猝滅。光化學(xué)猝滅：以光化學(xué)猝滅系數(shù)代表：qP＝(Fm’－F)/(Fm’－Fo’)；非光化學(xué)猝滅，有兩種表示方法，NPQ＝Fm／Fm’－1或qN＝1－(Fm’－Fo’)/(Fm－Fo)＝1—Fv’/Fv。第25頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表觀光合電子傳遞速率：[(Fm’－F)Fm’]×PFD，或ΔF/Fm×PFD×0.5×0.84，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，而且光合作用包括兩個(gè)光系統(tǒng)，而系數(shù)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；相應(yīng)表觀熱耗散速率以(1—Fv’/Fm’)×PFD表示。Fmr：可恢復(fù)的最大熒光產(chǎn)量，是在熒光P峰和M峰后，當(dāng)開(kāi)放的PSII最大熒光產(chǎn)量平穩(wěn)時(shí)，關(guān)閉作用光得到Fo’后，把飽和光的閃光間隔期延長(zhǎng)到180s/次，得到一組逐漸增大(對(duì)數(shù)增長(zhǎng))的最大熒光產(chǎn)量，將該組最大熒光產(chǎn)量放在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中即成直線，該直線在Y軸的截距即為Fmr。以(Fm－Fmr)/Fmr可以反映不可逆的非光化學(xué)淬滅產(chǎn)率，即發(fā)生光抑制的可能程度。第26頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Fv/Fo和Fv/Fm分別代表PSII的潛在活性和PSII原初光能轉(zhuǎn)化效率。光抑制條件下Fv的降低主要是由于Fm的降低，不是Fo增加的結(jié)果。非光化學(xué)能量耗散易造成Fo的降低，而光合機(jī)構(gòu)被破壞又使其升高，所以該參數(shù)的變化趨勢(shì)可以反映引起這種變化的內(nèi)在機(jī)制。光化學(xué)猝滅反映的是PSII天線色素吸收的光能用于光化學(xué)電子傳送的份額，要保持高的光化學(xué)猝滅就要使PSII反應(yīng)中心處于“開(kāi)放”狀態(tài)，所以光化學(xué)猝滅又在一定程度上反映了PSII反應(yīng)中心的開(kāi)放程度。光化學(xué)猝滅反映了PSII原初電子受體QA的還原狀態(tài)，它由QA重新氧化形成。光化學(xué)猝滅系數(shù)qP愈大，QA重新氧化形成QA的量愈大，即PSII的電子傳遞活性愈大。對(duì)小麥的研究表明，水分脅迫使得qP變小，證明從PSII氧化側(cè)向PSII反應(yīng)中心的電子流動(dòng)受到抑制。非光化學(xué)猝滅反映的是PSII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。當(dāng)PSII反應(yīng)中心天線色素吸收了過(guò)量的光能時(shí)，如不能及時(shí)地耗散將對(duì)光合機(jī)構(gòu)造成失活或破壞，所以非光化學(xué)猝滅是一種自我保護(hù)機(jī)制，對(duì)光合機(jī)構(gòu)起一定的保護(hù)作用。第27頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月目前我國(guó)對(duì)農(nóng)作物抗逆性包括抗寒性和抗熱性的檢測(cè)和鑒定，基本是靠各地田間多年觀察和對(duì)比的資科中得出來(lái)的，這種田間鑒定方法周期長(zhǎng)、工作繁重，而且由于田間栽培和氣象條件的經(jīng)常變化，給鑒定結(jié)果帶來(lái)誤差和工作困難，因此在生產(chǎn)和研究上都迫切需要一種能快速、簡(jiǎn)便和科學(xué)地檢測(cè)和鑒定植物抗逆性包括抗寒性和抗熱性的技術(shù)。八十年代初以來(lái)，人們?cè)谥饾u弄清植物體內(nèi)葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)與光合作用關(guān)系的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)它對(duì)外界各種脅迫因子均十分敏感，因而有可能將它作為植物理想的各種抗逆性的指標(biāo)和技術(shù)。目前國(guó)外有關(guān)研究論文越來(lái)越多，其中以用熒光動(dòng)力學(xué)鑒定植物抗寒性方面的研究開(kāi)展得最早，也較為深入。葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)的應(yīng)用1.在鑒定植物抗寒性和抗熱性中的應(yīng)用第28頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月澳大利亞Smillie等首先將檢測(cè)植物抗寒性的熒光動(dòng)力學(xué)方法規(guī)范化。他們先將待測(cè)植物的葉片置于0℃下，經(jīng)不同時(shí)間預(yù)處理后，仍在0℃下快速檢測(cè)其熒光動(dòng)力學(xué)。發(fā)現(xiàn)樣品熒光最大上升速率(RF)(實(shí)際為可變熒光最大上升速率)下降為未經(jīng)0℃處理的對(duì)照葉片RF的50%時(shí)所需的0℃處理時(shí)間(C0T0)，作為該植物或品種的抗寒性的相對(duì)量度。第29頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月抗寒性的參數(shù)(C0T0)可在不同次試驗(yàn)和不問(wèn)植物之間進(jìn)行比較。用此方法對(duì)黃瓜、玉米、大豆、番石榴、芒果和葡萄等的抗寒性進(jìn)行了比較，均獲滿意結(jié)果。不足之處是該方法僅局限于對(duì)低沉敏感和中等抗冷的植物，而對(duì)許多能忍受0℃以下的抗凍植物則不太適用。第30頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月隨著低溫處理時(shí)間的延長(zhǎng)，最不抗冷的88—9005品種經(jīng)24小時(shí)0℃處理后，其M峰最先消失，熒光猝滅也最早趨干0。而最抗冷的84－15品種，則要經(jīng)72小時(shí)0℃處理，其M峰才逐漸消失，而其熒光猝滅的完全抑制，則要90小時(shí)。說(shuō)明光合作用暗反應(yīng)，特別是PSII還原側(cè)的電子流受到抑制。此外，對(duì)低溫敏感的品種，其P峰和Fv隨著低溫處理時(shí)間的延長(zhǎng)而更迅速地減少，這說(shuō)明其PSII和放氧側(cè)更易受到低溫的損傷。除了RF外，葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)的其他一些參數(shù)(如M峰、P峰、Fv及熒光猝滅等)，均可綜合作為鑒定植物(品種)抗冷性的指標(biāo)。水稻抗寒性鑒定林世青等用調(diào)制式熒光計(jì)研究和檢測(cè)幾種不同水稻品種的抗冷性與葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)的關(guān)系。先將被試水稻幼苗放在0℃暗中處理不同時(shí)間(24－90小時(shí))，觀察不同品種熒光動(dòng)力學(xué)曲線隨低溫處巡時(shí)間的變化過(guò)程。第31頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月小麥抗寒性鑒定用非調(diào)制式熒光計(jì)，每隔十天左右，檢測(cè)和比較六個(gè)已知其抗凍性順序的冬小麥品種在北方自然條件下越冬過(guò)程中葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)的變化。結(jié)果表明，只有經(jīng)過(guò)冬季低溫鍛煉，不同品種抗凍性的差別才能通過(guò)熒光動(dòng)力學(xué)有規(guī)律地表現(xiàn)出來(lái)。到了第二年春季土壤開(kāi)始解凍小麥開(kāi)始返青之時(shí)，不同品種之間的熒光動(dòng)力學(xué)曲線表現(xiàn)出最顯著的差異。第32頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可變熒光猝滅(ΔFv/F。)和可變熒光猝滅速率(ΔFv/T)與小麥品種抗凍性之間有極好的相關(guān)性，它們均隨著品種抗凍性的減弱呈梯度下降。熒光上升曲線互補(bǔ)面積(CA/Fo)與抗凍性的相關(guān)性也較好,即抗凍性越強(qiáng)，其CA/Fo越大，ΔFv/Fo和ΔFv/T反映光合電子傳遞及傳遞速率和光合膜的能態(tài)化及能態(tài)化速率的總和，而CA/Fo反映PSII電子受體庫(kù)的大小。這三個(gè)熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)在不同抗凍性小麥品種中呈現(xiàn)出有規(guī)律的梯度變化，表明它們是冬小麥在低溫冷凍下其光合膜最容易受到損傷和抑制的部位。認(rèn)為植物經(jīng)充分低溫鍛煉后，其ΔFv/Fo、ΔFv/T和CA/Fo均可綜合作為植物抗凍性的生理指標(biāo)。第33頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月林世青等于早春從田間取常綠闊葉樹(shù)枝條和葉片材料放在控溫低溫箱中，經(jīng)一晝夜最低溫度為－18℃和－22℃的兩種程序降溫預(yù)處理，并各在上述兩種最低溫度下保持5小時(shí)，逐漸回到室溫，后用熒光動(dòng)力學(xué)方法檢測(cè)它們?nèi)~片和枝條的不可變熒光(Fv)存留情況，作為該樹(shù)種(器官)存活的指標(biāo)。結(jié)果用熒光動(dòng)力學(xué)所測(cè)得的結(jié)果，與田間越冬觀察結(jié)果完全一致。并將此用于膠東衛(wèi)茅(Euonymuskiantschoricus)、構(gòu)骨(Tlexcornnta)、女貞(Ligusirumlucidum)、刺桂(Osmanthusheterophyllus)和蚊母(Distylicumracemosum)的抗寒性鑒定。Havaux用脈沖調(diào)制式熒光計(jì)測(cè)定了28個(gè)品種、變種的甜高粱和蘇丹草的抗寒性及其遺傳變異。發(fā)現(xiàn)可以用經(jīng)3℃處理后葉片穩(wěn)態(tài)熒光qQ猝滅的下降作為鑒定它們抗寒性的指標(biāo)。qQ猝滅的下降與非循環(huán)式光合電子傳遞速率以及放氧速率的減少直接相關(guān)的。第34頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月抗熱性鑒定采取與檢測(cè)植物抗寒性相似的方法，將待檢測(cè)的植株或其枝條、葉片，放在選定的不同高溫下預(yù)處理，觀察其熒光動(dòng)力學(xué)的變化。用調(diào)制式熒光計(jì)，在僅用一束弱的測(cè)量光情況下，連續(xù)監(jiān)測(cè)和記錄固定熒光(Fo)隨樣品溫度程序梯度上升時(shí)所形成的拐點(diǎn)，該拐點(diǎn)是光合膜開(kāi)始受高溫?fù)p傷的標(biāo)志，也是該植物(品種)能夠忍受最高溫度的臨界點(diǎn)。第35頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月干旱和鹽堿對(duì)植物產(chǎn)生的脅迫作用有著共同的生理基礎(chǔ)，它們均引起植物失水和體內(nèi)滲透壓的增加．從而影響植物代謝和光合作用的正常進(jìn)行。后者還伴有鹽代謝失調(diào)等問(wèn)題。植物水分虧缺會(huì)立即對(duì)植物光合作用起抑制作用，鹽代謝失調(diào)遲早也會(huì)對(duì)光合功能產(chǎn)生不良的影響。體內(nèi)葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)對(duì)植物水分虧映和鹽堿危害均十分?jǐn)扛校且环N理想的監(jiān)測(cè)手段。2.在檢測(cè)植物抗旱性和抗鹽性中的應(yīng)用第36頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月林世青等用小麥葉片為材料，經(jīng)不同程度干燥失水后，用毫秒熒光計(jì)測(cè)定體內(nèi)葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)的變化。葉片缺水增加，其熒光猝滅(ΔFv＝Fm－F）迅速減少，說(shuō)明光合電子傳遞和膜的能態(tài)化逐漸受到缺水的抑制，從D-3曲線開(kāi)始，ΔFv就幾乎接近于零。熒光猝滅(ΔFv)是十分靈斂的監(jiān)測(cè)植物缺水的參數(shù)，它的變化遠(yuǎn)出現(xiàn)在植物開(kāi)始呈現(xiàn)萎蔫之前。隨著失水的加劇，葉片可變熒光(Fv)也隨著減少，說(shuō)明PSII的結(jié)構(gòu)與功能受到不同程度的損傷與破壞。第37頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Schreiber等用脈沖調(diào)制式熒光計(jì)測(cè)定一種漿果鵑屬植物(Arbutusunedo)的葉片在不同失水狀態(tài)下體內(nèi)葉綠素?zé)晒鈨蓚€(gè)猝滅成分qQ和qE變化的規(guī)律。隨著葉片含水量的降低，其qQ猝滅與放O2速率幾乎同步下降，但qE猝滅在一定失水范圍內(nèi)有所增加。對(duì)于植物抗鹽性的鑒定，林世青等用不同鹽濃度水培的玉米和小麥幼苗為材料，以50％植株的熒光猝滅ΔFv趨于零時(shí)培養(yǎng)液的鹽濃度作為該植物最大耐鹽濃度的指標(biāo)，該指標(biāo)與品種的致死鹽濃度的閥值密切相關(guān)。第38頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月均三氮苯類除草劑：阿特拉津、敵草隆[3-[3，4-二氯苯基)-l，1-二甲基脲，DCMU］等是國(guó)內(nèi)外常用的一類除草劑。為了擴(kuò)大它們?cè)诓煌r(nóng)作物中使用范圍和提高其使用的安全，已成功地將阿特拉津抗性基因從對(duì)它具抗性的植物中轉(zhuǎn)導(dǎo)到原來(lái)對(duì)它敏感的植物上，從而使后者獲得了對(duì)阿特拉律的抗性。在這項(xiàng)基因轉(zhuǎn)導(dǎo)工作中，我國(guó)和外國(guó)學(xué)者均利用葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)技術(shù)，作為鑒定植物是否具有抗阿特拉律基因（psbA)的一種簡(jiǎn)便的，靈敏的和專一的探測(cè)手段。DCMU類化合物之所以能夠選擇性地殺死某些植物，是由于它能專一地、非共價(jià)地結(jié)合于這些植物葉綠體中的PSII電子受體QB上，從而使光合鏈中的電子從QA向QB的傳遞受到抑制，這種抑制作用又大大促進(jìn)植物在光下的光抑制，從而使植物加速死亡。一些對(duì)它不敏感的植物，在它們的與QB結(jié)合的D1蛋白質(zhì)的psbA基因中改變了一個(gè)核苷酸，使由此基因合成的D1蛋白質(zhì)不受DCMU的攻擊，因而這些植物就不受這類除草劑的影響。3.在篩選抗除草劑植物遺傳工程的應(yīng)用第39頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月這兩類對(duì)DCMU敏感性不同的植物在噴施DCMU類除草劑之后，其體內(nèi)葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)表現(xiàn)出顯著的差異。如經(jīng)100μmol/LDCMU處理后，抗DCMU的龍葵葉片熒光上升曲線明顯慢于對(duì)DCMU缺感的甘薯葉片的熒光上升曲線(曲線1)，因而使龍葵的熒光上升互補(bǔ)面積（CA，曲線1的陰影部分）明顯大于甘薯的CA。CA代表PSII受體側(cè)電荷庫(kù)的大小，因而它與DCMU抑制程度呈負(fù)相關(guān)，根據(jù)經(jīng)DCMU處理之后CA減少的百分比，即可作為鑒定植物是否具有抗DCMU類除草劑基因的專一指標(biāo)。除了用快速熒光上升互補(bǔ)面積[CA)作為鑒定抗DCMU類除草劑的指標(biāo)外，還可用慢速調(diào)制熒光動(dòng)力學(xué)中的熒光猝滅(ΔFv)的程度來(lái)判斷。這是因?yàn)閷?duì)除草劑敏感的植物，由于QA－→QB的電子傳遞被抑制；使QA再氧化十分困難，結(jié)果熒光猝滅受抑制，熒光強(qiáng)度便始終保持在接近Fm的水平；而抗除草劑的植物，其熒光猝滅正常，在一般正常情況下，其穩(wěn)態(tài)終相(FT)熒光強(qiáng)度將下降到接近Fo的水平，因而兩者在穩(wěn)態(tài)終相熒光強(qiáng)度，尤其是在熒光猝滅程度方面，就顯出很大的差別。這種以熒光猝滅程度為基礎(chǔ)的植物抗除草劑鑒定法對(duì)測(cè)定儀器的要求較簡(jiǎn)單，甚至用一般的(慢速的)熒光光度計(jì)即可。但是當(dāng)核物樣品稍保管不善也會(huì)因受脅迫而引起熒光猝滅不同程度的抑制，因此該方法顯然不如CA法那么專一。第40頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第41頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月此外。林世青等用體內(nèi)葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)方法證明了從龍葵中得到的抗阿特拉津psbA基因，不僅可導(dǎo)入原來(lái)對(duì)除草劑敏感的大豆葉綠體的基因組中獲得表達(dá)，而且還能將抗阿特拉律psbA基因遺傳給后代。Ronger和Graber等建議，用快速熒光動(dòng)力學(xué)上升曲線的緩臺(tái)階(I和D相)對(duì)Fm的相對(duì)高度，來(lái)研究除草劑從葉片表面滲入到葉片細(xì)胞葉綠體中作用部位的過(guò)程，以及研究除草劑在體內(nèi)去毒分解的過(guò)程。這將有助于改進(jìn)除草劑的分子結(jié)構(gòu)、劑型及組成。第42頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月貯藏保鮮的實(shí)質(zhì)就是降低植物代謝水平，以延經(jīng)植物的衰老和抑制果實(shí)的后熟過(guò)程。在實(shí)際工作中，人們常采用低溫貯藏和氣調(diào)技術(shù)。林世青等用葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)技術(shù)，監(jiān)測(cè)香蕉果實(shí)在不同溫度貯藏下的后熟過(guò)程；以廣東產(chǎn)的未完全成熟的綠色香蕉為材科，分為四組，分別置于o、6、12和25℃溫度下，經(jīng)不同時(shí)間(1－13天)貯藏后，用慢速調(diào)制式熒光計(jì)檢測(cè)香蕉果皮葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)的變化及其與果實(shí)外觀變化的相關(guān)性。0℃l天貯藏后，果皮的M峰即消失，此時(shí)果皮雖仍為綠色，但已將會(huì)出現(xiàn)冷害的征兆。隨著在0℃下貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，其F峰也逐漸消失，可變熒光(Fv)也隨之下降，到了第10天，果皮變?yōu)樯詈稚f(shuō)明冷害已加重，并充分表現(xiàn)出來(lái)，其商品價(jià)值也因而受到影響；在6℃下貯藏的香蕉，其果皮M峰到第10天開(kāi)始消失，說(shuō)明它也開(kāi)始出現(xiàn)冷害，第13天果皮顯出褐色；在25℃下貯藏的香蕉，M峰第5天開(kāi)始消失，此時(shí)果皮已開(kāi)始發(fā)黃，說(shuō)明過(guò)高的溫度促進(jìn)了后熟和老化；唯有在12℃下貯藏的香蕉，經(jīng)10天貯藏后其果皮仍呈現(xiàn)正常的OPSMT熒光動(dòng)力學(xué)曲線，說(shuō)明12℃是香蕉冷藏保鮮的最適溫度。由此可見(jiàn)，葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)可以跟蹤水果蔬菜(只要仍含有微量葉綠素)在貯藏過(guò)程中的生理變化，預(yù)測(cè)冷害和早衰，以幫助人們選擇最佳的貯藏保鮮條件。4.在水果蔬菜貯藏保鮮中的應(yīng)用第43頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第44頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月林世青等用葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)等方法，研究了SO2對(duì)幾種園林植物的作用。比較了大葉黃楊、小蘗和五角楓在經(jīng)過(guò)4小時(shí)SO2（4和8ppm）通氣處理后，它們第2天的葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)的變化。經(jīng)4ppmSO2處理后，這3種園林植物的熒光動(dòng)力學(xué)均發(fā)生顯著的變化：M峰均已消失，且M峰的下降和消失發(fā)生在植物外表出現(xiàn)SO2傷害癥狀之前；可變熒光對(duì)固定熒光的比值(Fv/F。)比各自的對(duì)照均明顯下降，如大葉黃楊降為67.5％，五角楓和小蘗僅分別為對(duì)照的25.3%和49.5%，說(shuō)明它們的PSII受到一定程度的損傷。若SO2濃度為8ppm，則五角楓和小蘗的可變熒光(Fv)均完全消失，說(shuō)明PSII的功能已完全喪失，而此時(shí)大葉黃楊還殘留一點(diǎn)可變熒光。由此推測(cè)，大葉黃楊比前兩種有較強(qiáng)的抗SO2的能力，這與用其他方法檢測(cè)的結(jié)果完全一致。5.在監(jiān)測(cè)植物對(duì)環(huán)境污染反應(yīng)中的應(yīng)用第45頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第46頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一個(gè)作物品種增產(chǎn)潛力的大小歸根到底是由它的遺傳基因所決定。在完全滿足植物生長(zhǎng)諸條件時(shí)，植物的生物產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)產(chǎn)量將主要由生長(zhǎng)過(guò)程中光合產(chǎn)物的形成和積累鄉(xiāng)少所決定，而后者又取決于光合作用的光能轉(zhuǎn)換效率。由于葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)可簡(jiǎn)便地用可變熒光對(duì)最大熒光的比值(Fv/Fm)檢測(cè)FSII原初光能轉(zhuǎn)換效率，因而可能成為早期預(yù)測(cè)作物增產(chǎn)潛力的有效手段。林世青等首次運(yùn)用此技術(shù)對(duì)近30個(gè)水稻品種進(jìn)行了苗期熒光動(dòng)力學(xué)檢測(cè)。結(jié)果表明不同水稻品種苗期葉片的Fv/Fm和Fv/Fo，均與該品種的產(chǎn)量水平成正相關(guān)，符合率高達(dá)93%，因而可考慮作為快速、簡(jiǎn)便地預(yù)測(cè)作物增產(chǎn)潛力的一種相對(duì)的生理指標(biāo)。6.在苗期預(yù)測(cè)作物增產(chǎn)潛力中的應(yīng)用第47頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)量水平較高的品種(如中系8514、8541)，F(xiàn)v/Fm和Fv/Fo都較高；產(chǎn)量水平較低的品種(如中系8240)，其對(duì)應(yīng)熒光比值也較低。t測(cè)驗(yàn)表明，它們之間差異均達(dá)到非常顯著的程度。第48頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月迅速了解海洋浮游植物和陸上農(nóng)林收等植被大面積分布和生長(zhǎng)情況，以及各種因子對(duì)它們長(zhǎng)、短期的影響，目前最理想的方法就是應(yīng)用飛機(jī)或衛(wèi)星遙感遙測(cè)地面(植物)對(duì)不同光譜波段的反射強(qiáng)度及其變化。1978年，美國(guó)首次發(fā)射一顆載有專門遙測(cè)海岸地區(qū)浮游植物的光譜顏色掃描器的人造衛(wèi)星(NIMBUS7)，其工作原理是：海水中浮游植物的濃度增加，則會(huì)使海水的顏色從藍(lán)色變?yōu)榫G色，然后根據(jù)掃描器中藍(lán)色對(duì)綠色光譜輻射通道強(qiáng)度比值的變化，就可計(jì)算出浮游植物的含量。但是，在海水中特別是在海岸邊和海口區(qū)的海水中常含有大量的其他懸浮顆粒和有機(jī)物，由于它們對(duì)光線的放射和吸收作用，也會(huì)使海水顏色產(chǎn)生類似的變化，而造成嚴(yán)重的假象和誤差。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，Neville和Gower首先發(fā)現(xiàn)和提出，可將浮游植物體內(nèi)葉綠素?zé)晒饨?jīng)海水向上散射而在685nm波長(zhǎng)附近形成的橢圓形輻射小峰，作為專一遙測(cè)海洋浮游植物的指標(biāo)。Doerffer首先應(yīng)用該指標(biāo)，從600nm飛行高度的飛機(jī)上，成功地繪出了北海海岸90km長(zhǎng)、水深2m以內(nèi)的浮游植物平面分布圖，其遙測(cè)結(jié)果與地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)極為吻合(r＝0.98)。7.在遙感遙測(cè)海洋和陸地植物中的應(yīng)用第49頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在陸地上由于植物葉片中葉綠素合量比海水高好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，使植物熒光強(qiáng)烈被自身再吸收，結(jié)果熒光強(qiáng)度反而隨著葉綠素含量的增加而下降。Lichtenthaler根據(jù)植物對(duì)體內(nèi)葉綠素的兩個(gè)熒光峰中較短波長(zhǎng)F690比對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的F735的熒光吸收更強(qiáng)烈，因而建議用這兩個(gè)熒光峰的比值(F690/F735)作為專一遙測(cè)陸上植物數(shù)量的指標(biāo)。同時(shí)，他還根據(jù)植物受環(huán)境脅迫后總是普遍引起葉綠素合成和積累的下降以及葉綠素含量的降低，從而均減少熒光的自吸收和造成F690/F735比值的增加，提出用F690/F735比值作為植物對(duì)環(huán)境脅迫反應(yīng)的指標(biāo)。Zimmermann和Guenther于1986年首次成功地用以激光為光源的改良式海洋學(xué)激光雷達(dá)飛機(jī)系統(tǒng)首次進(jìn)行了森林植被的航空遙測(cè)，證實(shí)了Lichtenthaler提出的體內(nèi)葉綠素的兩個(gè)熒光峰比值(F690/F735)可以作為專一遙測(cè)森林健康狀況的指標(biāo)。該系統(tǒng)除了對(duì)植物具專一性外，與前述被動(dòng)地以太陽(yáng)為光源的系統(tǒng)相比，它還具有不受太陽(yáng)和氣候條件的限制，可晝夜工作，以及可減少或避免云霧的干擾，可獲得具有較佳的信噪比信號(hào)。第50頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第51頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Liehtenthaler和Bertolini等考慮到常規(guī)的毫秒級(jí)熒光動(dòng)力學(xué)難以滿足遙測(cè)中地面快速掃描的要求，提出試用皮秒(10-12秒)級(jí)超快熒光計(jì)測(cè)定體內(nèi)葉綠素?zé)晒鈮勖淖兓?，作為專一遙測(cè)植物的另一種可能選擇。該方面研究仍處于探索階段。西德已制成一種新型機(jī)載激光雷達(dá)遙測(cè)系統(tǒng)，它采用準(zhǔn)分子激光泵浦的染料激光器作為光源，用裝有特殊通道的高斯望遠(yuǎn)鏡作為接收器，整個(gè)系統(tǒng)安裝在一架多尼爾研究飛機(jī)上。據(jù)介紹該系統(tǒng)具有以下多種遙測(cè)功能：通過(guò)遙測(cè)海水中葉綠素?zé)晒?，可了解浮游植物的含量和分布；通過(guò)遙測(cè)海水中有機(jī)物的熒光，從而獲得海洋污染物的分布情況、污染程度和石油泄漏情況等；還可遙測(cè)海洋流體動(dòng)力相互作用和淡、咸水混合過(guò)程等，因而是研究海洋生物學(xué)、海洋學(xué)和檢測(cè)海水污染的一種新型有力的手段。第52頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1植物在發(fā)育過(guò)程中光合能力不斷發(fā)生變化，這種變化是由光能吸收轉(zhuǎn)化效率造成的還是由碳同化能力改變?cè)斐傻模?植物葉片衰老過(guò)程中，光合作用光反應(yīng)過(guò)程和碳同化能力都降衰退。哪個(gè)過(guò)程是限制因素？3如果碳同化能力下降快，必定導(dǎo)致過(guò)剩光能增多，光抑制和光破壞的危險(xiǎn)增大；如果衰老過(guò)程是由葉綠素降解造成的，就會(huì)使光合機(jī)構(gòu)捕獲的光能也減少，造成過(guò)剩光能的可能性降低，此時(shí)還能否光抑制和光破壞？4如果衰老到一定程度時(shí)，導(dǎo)致PSⅠ和PSⅡ都降解，或是導(dǎo)致電子傳遞鏈中的主要成分質(zhì)體醌和Cytob-f復(fù)合體喪失，那么光反應(yīng)產(chǎn)物就會(huì)減少，這時(shí)植物是否還會(huì)產(chǎn)生較多的過(guò)剩光能？或許會(huì)因?yàn)殡娮硬荒茼樌麄鬟f導(dǎo)致激發(fā)態(tài)的葉綠素直接與溶液中的分子O2作用形成1O2，對(duì)植物造成更大的破壞。5.衰老植株對(duì)逆境變得更為敏感，是否光能耗散機(jī)制也同樣變得敏感。如果是這樣的話，衰老植株在逆境脅迫下由于過(guò)剩光能的增加，以及耗散光能的能力下降，就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的光破壞，這是否也是逆境脅迫加速衰老的一個(gè)原因呢？8.在作物光合功能研究中的應(yīng)用第53頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月幾個(gè)重要概念光抑制強(qiáng)光造成光合功能下降的過(guò)程稱為光抑制特征：光合效率下降；Fv/Fm及AQY下降

過(guò)去人們把光抑制與光破壞等同起來(lái)，認(rèn)為發(fā)生了光抑制就意味著光合機(jī)構(gòu)遭到破壞。甚至把光抑制、光破壞、光漂白、光氧化等概念通用。第54頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

XPheoQFdPQNADPCytfO2

PCP700光量子H2O

ZP680光量子

光合電子傳遞鏈第55頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光破壞當(dāng)過(guò)剩的光能不能及時(shí)有效地排散時(shí)，對(duì)光合機(jī)構(gòu)造成不可逆的傷害，如對(duì)光合色素造成光漂白、光合作用中心D1蛋白的降解及光合機(jī)構(gòu)的光氧化等。第56頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3P680+O2P680+1O2氧化性極強(qiáng)的1O2首先攻擊反應(yīng)中心色素P680，使PSⅡ反應(yīng)中心失去電荷分離能力，最終引起D1蛋白降解.PSⅡ受體側(cè)電子傳遞受阻時(shí)易產(chǎn)生此種破壞。Fd－+O2Fd+O2·－O2。－啟動(dòng)類囊體膜的脂質(zhì)過(guò)氧化，破壞光合色素、類囊體系統(tǒng)以及膜結(jié)合酶使電子傳遞效率下降，嚴(yán)重時(shí)使電子傳遞系統(tǒng)失活。P680++

β－CarP680

+

β－Car+PSⅡ受體側(cè)電子傳遞受阻時(shí)易產(chǎn)生此種破壞。P680+還能氧化D1蛋白肽鏈中酪氨酸殘基和葉綠素等色素。第57頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一切影響CO2同化的外接界因素如低溫、高溫、水分虧缺、礦質(zhì)元素虧缺等都會(huì)減少對(duì)光能的利用，、導(dǎo)致過(guò)剩光能增加，進(jìn)而加重光破壞。第58頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月激發(fā)能光化學(xué)反應(yīng)形成同化力熱耗散熒光光破壞防御機(jī)制CO2固定光呼吸Mehler反應(yīng)N代謝第59頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1減少對(duì)光能的吸收

●

增加葉片的絨毛、蠟質(zhì)

●減少葉片與主莖的夾角2增強(qiáng)代謝能力

●

碳同化

●光呼吸與活性氧清除系統(tǒng)

●氮代謝

●Mehler反應(yīng)與活性氧清除系統(tǒng)3

增加熱耗散

●依賴葉黃素循環(huán)的熱耗散強(qiáng)光

紫黃質(zhì)環(huán)氧玉米黃質(zhì)玉米黃質(zhì)弱光

●

作用中心可逆失活

●狀態(tài)轉(zhuǎn)換第60頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

熱耗散過(guò)程雖然能耗散過(guò)剩光能,保護(hù)植物不被強(qiáng)光破壞,但卻不可避免地降低了光化學(xué)效率,按傳統(tǒng)的觀點(diǎn)凡是導(dǎo)致光化學(xué)效率降低的過(guò)程都稱為光抑制。由此可見(jiàn),光破壞的防御機(jī)制也是光抑制的一種形式,實(shí)際上在自然條件下,大多數(shù)的光抑制都是由光破壞防御機(jī)制造成的。第61頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大豆研究成果：1、葉片從伸出到展開(kāi)過(guò)程，首先完善起來(lái)的是光能吸收、轉(zhuǎn)換及耗散機(jī)制，隨后再逐漸完善氣孔功能和利用同化力還原CO2的能力。第62頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

大豆葉片從伸出到展開(kāi)過(guò)程光合速率的相對(duì)值第63頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大豆葉片從伸出到展開(kāi)過(guò)程氣孔導(dǎo)度的相對(duì)值第64頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大豆葉片從伸出到展開(kāi)過(guò)程氣孔限制值相對(duì)值第65頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大豆葉片從伸出到展開(kāi)過(guò)程最大光化效率相對(duì)值第66頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大豆葉片從伸出到展開(kāi)過(guò)程N(yùn)PQ相對(duì)值第67頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.大豆葉片在衰老過(guò)程中，光合能力、羧化效率、表觀量子效率、葉綠素及類胡蘿卜素含量、Chla/b都逐漸下降，但是PSⅡ最大光化學(xué)效率在整個(gè)生育期基本維持恒定。在整個(gè)生育期光合作用暗反應(yīng)是決定大豆光合速率高低的關(guān)鍵因素。第68頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月田間大豆不同節(jié)位葉片在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中光合速率的變化第69頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月田間大豆不同節(jié)位葉片在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中光合能力（A350）的變化第70頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月田間大豆不同節(jié)位葉片在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中羧化效率的變化第71頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月田間大豆不同節(jié)位葉片在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中AQY的變化第72頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月田間大豆不同節(jié)位葉片在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中葉綠素含量的變化第73頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月田間大豆不同節(jié)位葉片在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）的變化第74頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月田間大豆播種后第71天第4～11節(jié)位葉片的Pn、CE、Chl及Fv/Fm的變化第75頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.在光合衰退過(guò)程中，光飽和時(shí)的光合速率及光飽和點(diǎn)的下降幅度顯著大于CO2飽和時(shí)的光合速率及CO2飽和點(diǎn)的下降幅度，A350/Jmax逐漸下降，說(shuō)明光合暗反應(yīng)過(guò)程的衰退幅度大于光反應(yīng)過(guò)程的衰退幅度。第76頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

●

A350是氣孔阻力為零、光飽和時(shí)的光合速率，反映光合暗反應(yīng)能力的大小。

●Jmax是Ci飽和時(shí)的光合速率，反映光反應(yīng)電子傳遞能力的大小。●A350/Jmax的變化是反映光合作用光、暗反應(yīng)相對(duì)變化的指標(biāo)第77頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

不同生育期田間大豆倒數(shù)第一片展開(kāi)葉Pn對(duì)PAR、Ci及Ca的響應(yīng)第78頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月田間大豆第9位葉片展開(kāi)后第5、30、41、51天時(shí)Pn-PAR、響應(yīng)曲線第79頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月田間大豆播種后71天第5，7，9，11節(jié)位葉片的Pn－Ci響應(yīng)曲線第80頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第81頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第82頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.

依賴葉黃素循環(huán)的熱耗散在大豆光抑制及光保護(hù)中的作用

●

隨著光強(qiáng)的增加，老葉和幼葉的光化學(xué)效率逐漸降低，老葉的下降幅度大于幼葉。光化學(xué)效率的下降是由熱耗散增加造成的。

●抑制了葉黃素循環(huán)中玉米黃質(zhì)的形成后，熱耗散的增加受到抑制。說(shuō)明大豆非光化學(xué)猝滅過(guò)程主要是依賴葉黃素循環(huán)的熱耗散過(guò)程。

第83頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大豆老葉和功能葉ΦPSⅡ及NPQ對(duì)光強(qiáng)的響應(yīng)第84頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DTT處理后大豆功能葉與老葉NPQ對(duì)PAR的響應(yīng)第85頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DTT處理前后大豆功能葉與老葉NPQ對(duì)PAR的響應(yīng)的比較第86頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由弱光轉(zhuǎn)到強(qiáng)光下，幼葉的Pn、Gs、φPSⅡ及NPQ都能在較短的時(shí)間達(dá)到最大值，老葉需要的時(shí)間要長(zhǎng)得多。在沒(méi)有逆境脅迫下，數(shù)小時(shí)的持續(xù)強(qiáng)光不會(huì)對(duì)大豆光合機(jī)構(gòu)造成破壞第87頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)莢期大豆功能葉和老葉Pn、Gs、對(duì)強(qiáng)光的響應(yīng)第88頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由黑暗轉(zhuǎn)入強(qiáng)光后，不同葉齡大豆葉片φPSⅡ、NPQ、Fm’及Fs的變化第89頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

5.研究了光呼吸作用在耗散過(guò)剩光能中的作用，發(fā)現(xiàn)隨著大豆的衰老，光呼吸速率及Pr/Pm比值逐漸下降，水分脅迫后及光合午休時(shí)，雖然Pr/Pm會(huì)有所增加，但是通過(guò)光呼吸實(shí)際消耗的能量是下降的。說(shuō)明在自然條件下，光呼吸不是大豆葉片，尤其不是衰老葉片，耗散過(guò)剩光能防御光破壞的主要機(jī)制。

第90頁(yè)，課件共111頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)莢期、鼓粒中期、鼓粒后期、田間大豆倒數(shù)第一片展開(kāi)葉Pr、Pn、Pm、Pr/Pm、的變化

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