《叶绿素荧光介绍》PPT课件

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1、一、叶绿素荧光动力学理论及其在逆境生理生态学研究中的应用杨志勇1、光合作用的基本过程光合作用从光能的吸收、能量转换、电子传递、ATP合成到CO2的固定，共包括60多个步骤，是一个相当复杂的化学反应。光反应：电子从光系统Ⅱ（PSⅡ）经过Cytb6/f复合体传递到光系统Ⅰ（PSⅠ）；同时光合膜两侧形成质子梯度；类囊体腔中的质子经过ATP合成酶流到细胞质中驱动ATP的合成；同时生成NADPH。暗反应：Calvin-Benson循环,即光反应得到的ATP和NADPH参与CO2的固定生成葡萄糖。2、叶绿素荧光的研究历史1931年，Kautsky（考茨基）发

2、现叶绿素荧光诱导现象并将其与光合作用联系起来（Lichtenthaler1992;Govindjee1995)。此后，人们对其进行了广泛而深入的研究，并逐步形成了光合作用的荧光诱导理论，被广泛应用于光合作用研究。叶绿素荧光已成为光合作用的有效探针（Papageorgiou1975;Papageorgiou&Govindjee2004)。随着调制荧光技术的出现，叶绿素荧光的应用逐渐从传统的植物生理学领域延伸到植物生态学、农学、林学、水生生物学和环境科学等领域（Lichtenthaler1992;Papageorgiou&Govindjee2004)

3、。植物吸收的阳光（光量子）都被其用于光合作用了吗？如果不是，又是如何利用的呢？叶绿素荧光是如何产生的呢？叶绿素荧光与光合作用有什么样的联系呢？叶绿素荧光技术是如何应用于逆境生理生态学研究的呢？3、叶绿素荧光的产生植物叶片呈绿色，是因为它吸收红光和蓝光，反射绿光的缘故。入射到叶片表面的光，经过反射、散射和投射，约有84%被吸收利用。叶绿素吸收光能后能级的变化叶绿素分子吸收光量子后，从基态（低能态）跃迁到激发态（高能态）。由于波长越短能量越高，故叶绿素分子吸收红光后，电子跃迁到最低激发态；吸收蓝光后，跃迁到比吸收红光更高的能级（较高激发态）。处于较高

4、激发态的叶绿素分子很不稳定，在几百飞秒（fs,1fs=10-15s)内，向周围环境辐射热量，回到最低激发态。最低激发态的叶绿素分子可以稳定存在几纳秒（ns,1ns=10-9s)。处于较低激发态的叶绿素分子可通过三种途径释放能量回到稳定的基态：重新放出一个光子，回到基态，即产生荧光。不放出光子，直接以热的形式耗散掉。将能量从叶绿素分子传递给电子受体进行光化学反应。以上这三个过程相互竞争，具有最大速率的过程处于支配地位。对于许多色素分子来说，荧光发生在纳秒级，而光化学反应发生在皮秒级，因此当光合生物处于正常的生理状态时，叶绿素吸收的光能大部分是用来进

5、行光化学反应的，荧光只占很小的一部分。所以，叶绿素荧光：植物吸收的一小部分光重新以光的形式发射出来。根据能量守恒：1=光合作用+叶绿素荧光+热。可以得出：叶绿素荧光=1-光合作用-热。P+D+F=1F=1-P-D4、活体叶绿素荧光是光合作用的有效探针活体状态下，叶绿素荧光几乎全部来源于PSⅡ的Chla，活体叶绿素荧光提供的快速信息反映了PSⅡ对激发能的利用和耗散情况。光合作用过程的各个步骤密切偶联，因此任何一步变化都会影响到PSⅡ，从而引起荧光变化，也就是说通过叶绿素荧光几乎可以探测所有光合作用过程的变化。5、叶绿素荧光术语植物发出的荧光可分为

6、性质不同的两个部分：固定荧光(Fo)和可变荧光(Fv)。Fo：固定荧光或初始荧光产量,也称基础荧光。代表不参与PSⅡ光化学反应的光能辐射部分,是PSⅡ反应中心处于完全开放时的荧光产量,它与叶绿素浓度有关。Fv：可变荧光产量,代表可参与PSⅡ光化学反应的光能辐射部分,反映了PSⅡ原初电子受体QA的还原情况。Fm:最大荧光产量,是PSⅡ反应中心处于完全关闭时的荧光产量。反映通过PSⅡ的电子传递情况。通常叶片经暗适应20min后测得。Fm=Fo+Fv。Fo’：作用光关闭时的原初荧光产量。Fm’：作用光打开时的最大荧光产量。Fs：稳态荧光产量。6、常用叶

7、绿素荧光参数Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm：PSⅡ的最大量子产量，反应了植物的潜在最大光合能力（光合效率）。叶片暗适应15~30min后测得。高等植物一般在0.8-0.84之间。当植物受到胁迫（Stress)时，Fv/Fm显著下降！ΦPSⅡ=Yield=Fv’/Fm’：实际光化学量子产量，它反映PSⅡ反应中心在部分关闭情况下的实际原初光能捕获效率，叶片不经过暗适应在光下直接测定。常用叶绿素荧光参数荧光淬灭分两种：光化学淬灭和非光化学淬灭。光化学淬灭（PhotochemicalQuenching，qP)：由光合作用引起的荧光淬灭。以光化学淬灭系数

8、代表：qP=(Fm’-F)/(Fm’-Fo’)。非光化学淬灭（Non-PhotochemicalQuenching，qN或NPQ)：由热