叶绿素荧光是光合作用研究的探针.ppt

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1、叶绿素荧光是研究光合作用的探针叶绿素荧光是研究光合作用的一个敏感的探针，叶绿素荧光分析具有灵敏、简便，快速和对植物无破坏损伤的特点。它既可以用于叶绿体、叶片，也可以遥感用于群体、群落。它既是室内光合基础研究的先进工具，也是室外自然条件下诊断植物体内光合机构运转状况、分析植物对逆境响应机理的重要方法。20世纪80年代以来，调制荧光仪，特别是便携式荧光仪的商品化，使荧光分析在光合作用研究中得以广泛应用。而且它在与光合作用紧密相关的植物学和农学等许多学科的研究中也得到广泛的应用。叶绿素荧光动力学研究得到广泛应用的原因1、包含着光合作

2、用过程的丰富信息●光能的吸收与转换●能量的传递与分配●反应中心的状态●过剩光能及其耗散●光合作用光抑制与光破坏……等等2、可以对光合器官进行“无损伤探查”，获得“原位”的（insitu）信息。3、近年来测定仪器的性能和自动化程度越来越高，操作步骤越也来越简便。特别是在植物抗性生理、植物生态学、作物生理学以及藻类学的研究中取得了众多研究成果。从应用方面，叶绿素荧光，特别是叶绿素荧光动力学，已经在鉴定植物的各种抗性、筛选抗除草剂植物、检测环境污染及植物对污染的反应、作物增产潜力苗期预测、甚至植物遥感和营养缺乏症等许多领域得到应用。

3、一．叶绿素荧光的发现：Brewster(1834)在观察一束太阳光通过月桂叶片的乙醇提取液时，在反射光方向看到的是红色，而不是绿色。1852年，Stokes认为这是一种光发射现象，命名为荧光（fluorescence）。二．叶绿素荧光的来源及其量子产量光合机构吸收的光能有三个可能的去处：1.光化学反应（光合作用、光呼吸、氮代谢）2.放热，又称非辐射能量耗散3.发射荧光这三者之间存在此消彼长的竞争关系，所以可以通过荧光的变化探测光合作用的变化。通常色素分子是处于能量的最低状态－基态，吸收一个光量子后，会引起原子结构内电子分布的重

4、新排列。其中一个低能的电子获得能量而成为激发态。激发能光化学反应形成同化力热耗散荧光CO2固定光呼吸Mehler反应N代谢从Chlb到Chla的传递效率几乎达100％，故检测不出Chlb的荧光。植物体内发射的荧光大部分来自PSII天线色素系统(Chlorophyll-afluorescence),而PSI色素系统基本不发射荧光。实际上，荧光发射出的光能在数量上是很少的，还不到吸收总光能的3％。在理论上，荧光量子产量（Фf）的定义为：Фf=F/IaF-----发射荧光量子总数Ia-----吸收光量子总数Фf的大小取决于各种去激途

5、径的竞争。若Kf、Kh、Kt、Kq和Kp分别代表荧光、热耗散、激发能传递、荧光猝灭和光化学反应的去激速度常数，则Chla荧光量子产量（Фf）与各种K的关系如下：Фf＝Kf/Kf+Kh+Kt+Kq+Kp在以上各种去激途径中，Фf受Kp的影响最大。在弱光下，PSII原初电子受体QA处于完全氧化状态（即PSII反应中心开放），这时：Kp>>Kf+Kh+Kq+Kt则所吸收的光量子90％以上用于光化学反应，结果得最小的Фf（约0.6%）在饱和光下,当QA完全还原时(即PSII反应中心关闭)，此时Kp→0，其Фf最大（约3％，肉眼难以观测

6、到）。由此可见，植物体内荧光去激途径仅占总去激途径的一小部分。在溶液中，Фf可达30％。三、叶绿素荧光诱导动力学及其测量叶绿素荧光诱导现象是1931年由德国Kautsky首先发现的，所以又称Kautsky效应。叶绿素荧光诱导动力学是指当暗适应的绿色植物材料转到光下时，其体内叶绿素荧光强度会产生有规律的随时间的变化（图）。有几个特征性的点，分别被命名为O、I、D、P、S、M和T。在照光的第一秒钟内，荧光水平从O上升到P,这一段被称为快相；在接下来的几分钟内，荧光从P下降到T，这一段被称为慢相；快相与PSII的原初过程有关，慢相则

7、主要与类囊体膜上和间质中的一些反应过程有关。经过暗适应后的叶片从黑暗中转入光下，叶片的荧光产量随时间而发生的动态变化，称为Kautsky效应，荧光的这种动态变化所描绘出的曲线即Kautsky曲线。●完整的Kautsky曲线可分为两部分，从开始照光到荧光产量达到最大值时的荧光上升部分，所用时间很短，只需0.5-2.0s，称为快速荧光动力学曲线；此后，荧光产量降低，并逐渐达到一个稳恒值，时间大致需要8-10min，称为慢速荧光动力学曲线。●荧光产量降低是荧光猝灭(Quench)的结果。所谓荧光猝灭，是指叶绿素吸收光量子后的部分激发

8、能通过光化学途径或以热的方式散失，从而使荧光发射量减少的现象。叶绿素荧光诱导动力学曲线非调制式荧光仪：可把荧光诱导动力学曲线划分为：O点（原点）→I（偏转）→D（小坑）→P（最高峰）→S（半稳态）→M（次峰）→T（终点）这几相（phase）。其中从O→P相为快速上升阶段（约1