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叶绿素荧光和光合作用相互作用
叶绿素荧光和光合作用相互作用在这个阳光明媚的日子里，咱们聊聊叶绿素荧光和光合作用。
你有没有想过，植物是如何用阳光来“吃饭”的？就像我们吃米饭、面条一样，植物也有自己的“美食”。
它们的秘密武器就是光合作用。
没错，光合作用就是植物通过叶子把阳光、二氧化碳和水变成糖分和氧气。
想象一下，植物就像个厨师，把阳光变成了能量大餐，真是厉害！可是，这个过程可不是那么简单的。
植物在吸收阳光的时候，叶子里有一种叫叶绿素的东西。
这个叶绿素就像是植物的“太阳能电池”，它能把光能转化成化学能。
你可想而知，这玩意儿可是植物的命根子。
叶绿素还会发出荧光，嘿，这就是我们今天的重点啦。
你知道吗，当植物在阳光下努力工作的时候，部分光能并没有被用上，而是以荧光的形式散发出来。
就像我们在聚会上总有些朋友光芒四射，却又总是被忽略。
这种叶绿素荧光到底有什么用呢？它可以帮助科学家了解植物的健康状况。
想象一下，科学家们就像侦探，通过观察这些微弱的荧光来判断植物的“心情”。
如果荧光强烈，那植物一定是兴奋得不得了，说明它们在努力工作，光合作用非常顺利。
如果荧光暗淡，那就可能是植物有点不舒服，得好好照顾一下了。
就像我们生病时脸色发黄，植物也是有自己的“脸色”的。
这种荧光还可以告诉我们光合作用的效率。
科学家们可以通过测量荧光的强度，来算出植物究竟能吸收多少阳光，转化多少能量。
这可是一项了不起的技术啊！想想看，借助这点小小的荧光，咱们就能了解整个生态系统的健康状况。
植物、阳光和空气之间的互动关系，真是妙不可言。
再说说光合作用的奇妙之处。
它不仅仅是植物的“吃饭”方式，还是地球生命的基础。
光合作用产生的氧气，为我们提供了呼吸的空气。
没有光合作用，地球上的生命早就不复存在了。
所以，咱们可得好好感谢这些默默奉献的植物，尤其是那些在阳光下欢快工作的叶子。
有时候我在想，植物真是一群低调的英雄。
它们在阳光下忙碌，吸收二氧化碳，释放氧气，却从不求回报。
就像那些总是为别人着想的朋友，默默无闻却让整个环境变得更美好。
光合荧光参数测定
设置菜单2 设置菜单2 ：
1 LIGHT= LED (SUN) 2 LEAF AREA=02.5 AREA=02.
1LIGHT：设置光源类型；SUN为自然光， LIGHT：设置光源类型；SUN为自然光 为自然光， LED：人工光源。 LED：人工光源。 2LEAF AREA ：夹入叶室内的实际叶面 积：2.5cm2 按“1” 键选择光源类型；选择LED 键选择光源类型；选择LED
3.1 红外线气体分析仪工作原理
异原子组成的气体分子吸收红外光。 异原子组成的气体分子吸收红外光 。 红外光 经过CO 气体分子时被气体分子吸收， 经过CO2气体分子时被气体分子吸收，透过的红 外线能量减少， 外线能量减少 ， 被吸收的红外光能量的多少与 该气体的吸收系数（ 气体浓度（ 该气体的吸收系数 （ K ） ， 气体浓度 （ C ） 和气 层的厚度（ 有关，并服从朗伯-比尔定律， 层的厚度 （ L ） 有关 ， 并服从朗伯 - 比尔定律 ， 可用下式表示： 可用下式表示：
F值已知
稳定CO2气体 稳定CO2气体
AIR F
(2) 密闭式气路系统
公式： △ △× 公式：Pn=△C/△t×V/S
C
A
P
R
开放式气路系统的优点： 开放式气路系统的优点： 1.长时间动态监测 长时间动态监测 2.恒态测定；维持CO2稳定值 恒态测定；维持 恒态测定 稳定值 3.测定光－光合曲线：测定同一个叶片 测定光－光合曲线： 测定光 不同光强下的光合速率 4.测定 2－光合曲线；测定同一个叶片 测定CO 光合曲线； 测定 不同CO2下的光合速率 不同
植物叶片光合与呼吸速率及叶 绿素荧光参数的测定
2010年 2010年5月
一、光合与呼吸速率 的测定： 的测定：
光合荧光参数多光谱
光合荧光是指光合作用中，叶绿素分子吸收光能量产生激发态后释放能量的过程。
而光合荧光参数多光谱则是利用多个波长的光源来测量和分析光合荧光的参数。
常用的光合荧光参数多光谱包括以下几个：
1. 荧光素量子产量（Fv/Fm）：Fv/Fm是最常用的光合荧光参数，表示最大光
化效率。
它是指当叶绿素被光能激发后，在最大荧光基线下的最大荧光强度与基线荧光强度之比，反映了植物对光合作用的适应程度和光能利用效率。
2. 净光合速率（Pn）：净光合速率是指单位时间内植物组织的光合作用产生的
净氧气的释放速率。
通过测量植物组织的光合速率，可以评估光合作用的效率和活性。
3. 有效量子产量（Yield）：有效量子产量是指单位光子能量中可以用于光合作用的光子能量占总吸光能力的比例。
它反映了光合作用的光能用效率。
4. 非光化耗散（NPQ）：非光化耗散是指光合色素分吸收过剩光能后通过热量耗散的过程。
NPQ的增加表示植物对光合有效光能的调节能力。
5. 快速可逆性非光化耗散（qE）：快速可逆性非光化耗散是指光合色素分子在强
光下迅速形成的非光化耗散。
它是植物对光能的快速调节机制这些光合荧光参数多光谱可以通过专业的测量设备进行测量和分析，在植物生理学、生态学以及农业等领域中具有重要的应用价值，有助于了解物生物光合过程的效率和适应性。
光合荧光参数
光合荧光参数引言光合荧光参数是研究植物光合作用效率和光能利用效率的重要工具。
通过测量植物叶片的荧光信号，可以获得一系列与光合作用相关的参数，从而评估植物对环境变化的响应和适应能力。
本文将介绍什么是光合荧光参数，以及它们在研究中的应用。
什么是光合荧光参数？光合荧光是指在叶绿体中发生的一种非辐射性能量释放过程。
当叶绿体吸收到过量的光能时，无法完全转化为化学能，并以荧光形式散失出去。
通过测量这种荧光信号，可以了解到植物在不同环境条件下的光合作用效率和电子传递速率等信息。
常见的几个重要的光合荧光参数包括：最大效率（Fv/Fm）、有效量子产量（ΦPSII）、非调节性热耗散（NPQ）和电子传递速率（ETR）等。
最大效率（Fv/Fm）最大效率是指在极低的光照条件下，叶绿体光系统II（PSII）的最大光化学效率。
它是通过测量叶片在暗适应状态下和极低光照下所产生的荧光信号来计算得出的。
最大效率的计算公式为：Fv/Fm = (Fm - Fo) / Fm其中，Fm表示最大荧光强度，即在暗适应状态下施加一个极短时间的强光后所获得的荧光信号；Fo表示基础荧光强度，即在极低光照条件下所测得的荧光信号。
最大效率可以反映植物对环境胁迫的响应能力。
当植物受到逆境因子（如干旱、高温等）影响时，其最大效率会降低，表明其受到了损伤或压力。
有效量子产量（ΦPSII）有效量子产量是指单位时间内通过PSII系统从吸收到的光能转化为化学能的比例。
该参数可以通过测量叶片的荧光信号来计算得出。
有效量子产量与植物对环境中可利用光能的利用效率密切相关。
当植物受到光合有效辐射的限制时，其有效量子产量会降低，表明光合作用的效率下降。
非调节性热耗散（NPQ）非调节性热耗散是指在过量光能刺激下，植物通过产生热量将多余的光能耗散掉的过程。
该参数可以通过测量叶片荧光信号来计算得出。
非调节性热耗散是植物对高光胁迫的一种保护机制。
当植物受到过量光照时，其PSII系统会产生过多的电子，如果不能及时转化为化学能，就会造成氧化损伤。
光合作用的参数及其生理意义与测定
2、测定干物质积累量的方法：改良半叶法。
改良半叶法系将植物对称叶片的一部分遮光或取下置于暗处，另一部分则留在 光下进行光合作用，过一定时间后，在这两部分叶片的对应部位取同等面积，分 别烘干称重。因为对称叶片的两对应部位的等面积的干重，开始时被视为相等， 照光后叶片重量超过暗中的叶重，超过部分即为光合作用产物的产量，并通过一 定的计算可得到光合作用强度。
光合作用的参数
光合速率：Pn
光合作用强弱的一种表示法，又称“光合强度”。光合速率的大小可用单位时 间、单位叶面积所吸收的CO2或释放的O2表示，亦可用单位时间、单位叶面 积所积累的干物质量表示。
测定方法
1、气体测量法：通过测量单位CO2量的变化，或O2量的变化来确定光合作用 速率。CO2量的变化：PH比色法、红外线气体分析仪测定。O2量的变化：氧 电极法。应设计遮阴与不遮阴两种情况下CO2与O2的变化量。
光合作用的参数及其生理意义与测定
姓名：李千惠 专业：森林培育
光合作用的概念及其生理意义
一、概念
光合作用（Photosynthesis），即光能合成作用，是指含有叶绿体 绿色植物、动物和某些细菌，在可见光的照射下，经过光反应和碳反 应（旧称暗反应），利用光合色素，将二氧化碳（或硫化氢）和水转 化为有机物，并释放出氧气（或氢气）的生化过程。同时也有将光能 转变为有机物中化学能的能量转化过程。
光合作用的参数
光合荧光测系统使用说明
硅光电二极管的短路电流与光照强度有较好的线性关系，当选择适当的滤光片对光谱进行选择，则硅光电二极管输出电流即和所选光谱的光强呈线性关系。具体电路为：
Q1
D1V0
图３ 光合有效辐射测定电路示意图
Ｄ１为硅光电二极管，Ｑ１为电流电压转换电路,将O-2742uEm-2.s-1微爱因斯坦的光强转换为0-5V输出电压，送到AD电路进行模数转换。
二、ECA光合测定仪结构原理
1、工作原理
ECA光合测定仪是利用先进的单片机技术对相应的CO2浓度、湿度、温度和光合有效辐射传感器信号进行采集，经数据处理计算出光合速率，蒸腾速率，水分利用效率，气孔导度和胞间CO2浓度，同时可显示，数据存储并能与计算机通讯（见图4）。
b)性能优良：所用的传感器为最新研制的产品，AD转换精度高，测量的稳定性、精度、重视性和时间响应同于和优于国外同类先进仪器；
c)适用广泛：配有不同类型的叶室、能广泛用于大田作物、果树、蔬菜、森木、牧草等多种植物不同形状叶片的测定。配有标准化免维护电池，可进行交、直流两种方式供电，野外、室内均可使用。还可以根据用户的需要，设计和制做特用的同化箱和呼吸反应器，测定群体光合作用和土壤、种子、昆虫等呼吸作用。
１、CO2测定
红外线气体分析根据由异原子组成的具有偶极矩的气体分子如CO2，CO，H2O，SO2，CH3，NH4，NO等在2.5~25um的红外光区都有特异的吸收带，CO2在中段红外区的吸收带有４处，其中４.26um的吸收带最强，而且不与H2O相互干扰。红外线CO2分析就是通过检测CO2对４.26um光谱的吸收来测定光合作用过程中CO2的变化量。因为CO2吸收的４.26um红外光能与其吸收系数（Ｋ）、气体的浓度（Ｃ）和测定的气室长度（Ｌ）有关，并服从比尔一兰伯特定律：
光合荧光参数测定
光合荧光参数测定光合荧光参数测定是研究光合作用过程中电子传递的重要方法之一、光合荧光参数测定可以帮助科学家了解光合作用的效率和植物的光合能力，还可以揭示植物在逆境条件下的应激响应机制。
本文将介绍光合荧光参数测定的基本原理、测定方法和应用领域。
光合荧光参数测定的基本原理是基于叶绿素荧光的特性。
在光合作用过程中，植物的叶绿素能够吸收光子能量，将其转化为电子能量。
然而，在一些逆境条件下，如光合作用过剩或缺氮等情况下，光合作用过程中会产生过多的电子，超过细胞需要的能量，这些多余的电子无法传递给其他化合物，会导致光能变为热能或光化学破坏细胞组成。
叶绿素荧光提供了一种可靠的手段来评估光合作用的效率和植物的光合能力。
光合荧光参数测定的主要方法是通过荧光仪来测量叶片放光的强度和持续时间，以及与植物光合作用相关的荧光参数。
测量过程中，首先需要将待测叶片暗适应一段时间，使其达到光合平衡状态。
然后，将叶片置于荧光测量室中，荧光仪会向叶片发射特定波长的光，刺激叶绿素分子发生荧光。
荧光仪会同时记录叶片放光的强度和放光曲线上的数据，进而计算出一系列光合荧光参数。
在光合荧光参数测定中，最常用的参数有最大光化学效率（Fv/Fm）、光化学淬灭系数（qP）、非光化学淬灭系数（qN）和电子传递速率（ETR）等。
最大光化学效率是描述光合作用效率的重要参数之一，它反映了光能转化为化学能的效率。
光化学淬灭系数用来评估光合作用受到光化学反应的抑制程度，而非光化学淬灭系数则用来评估光合作用受到非光化学反应的影响程度。
电子传递速率是通过荧光参数计算得出的一个指标，用来评估光合作用中电子的传输速率。
光合荧光参数测定在植物科学研究中有着广泛的应用。
首先，它可以帮助科学家了解植物对不同环境因子的响应机制，例如温度、光照强度和二氧化碳浓度等。
其次，光合荧光参数测定还可以帮助科学家研究植物光合作用的机理，深入了解其在能量传递、光化学和非光化学淬灭方面的机制。
光合荧光参数测定
吸收管
碱石灰管
干燥剂管
碱石灰管
TPSTPS-2
空气进气口
碱石灰管吸收CO2，调零和控制CO2 ，调零和控制 碱石灰管吸收 干燥剂管吸收水分， 干燥剂管吸收水分，调零和控制水分
2.TPS-2光合测定系统的特点与连接： TPS- 光合测定系统的特点与连接：
●
开放式气路系统
P F
PAR C
稳定CO2气体 稳定CO2气体 稳定H2O气体 稳定H2O气体
种学、林学、植物营养、病理等研究工作中， 种学、林学、植物营养、病理等研究工作中， 经常需要测定光合速率， 经常需要测定光合速率，根据实验材料选择 一种快速、 一种快速、准确而又简便的光合速率测定方 以满足科学研究的需要。 法，以满足科学研究的需要。
光合作用的总反应式： 光合作用的总反应式：
CO2 + 2H2O* + 4.69kJ → (CH2O) + O*2 + H 2O 原则上可以测定任一反应物的消耗速率 或产物的生成速率来表示光合速率: 或产物的生成速率来表示光合速率: CO2的吸收 O2的释放 有机物的积累
E=E0eKCL
E0为入射红外光的能量 E为透过的红外光的能量
CO2气体的吸收峰有： 气体的吸收峰有： 2.67µm 67µm 2.77µm 77µm 4.26µm 26µm 14.98µm 14.98µm 吸收率为0 54% 吸收率为0.54% 0.31% 31% 23.2% 23. 3.1%
CO2 峰值为4.26μm的吸收带最强 峰值为4.26μm 4.26μm的吸收带最强 H2O对红外线的最大吸收峰 2.59μm。 对红外线的最大吸收峰： H2O对红外线的最大吸收峰：2.59μm。
植物叶片光合与呼吸速率及叶 绿素荧光参数的测定
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荧光参数
1、光合有效辐射（PAR）：绿色植物进行光合作用过程中， 吸收的太阳辐射中使叶绿素分子呈激发状态的那部分光谱能 量。波长为380～710纳米，以符号Qp代表，单位为瓦/米2。 光合有效辐射是植物生命活动、有机物质合成和产量形成的 能量来源。 2、初始量子效率(α)：亦称量子产额（quantum yield）。在 光合作用中每吸收一个光量子，所固定的二氧化碳分子数或 释放氧气的分子数，由于所得数值为小数。故通常用其倒 数——量子需要量（quantum requirement）来表示。即还 原1分子二氧化碳需要的量子数。根据测定为8～12。
光合参数 光形态建成
目录
叶片形态和光合生理特征参数
荧光参数
理论、文献
光合参数
1、饱和光强：反映了植物利用光强的能力, 其值高说明植物 在受到强光时生长发育不易受到抑制； 2、叶片的最大净光合速率：反映了植物叶片的最大光合能 力; 3、光补偿点：反映的是植物叶片光合作用过程中光合同化 作用与呼吸消耗相当时的光强; 4、表观量子效率：反映了植物在弱光情况下的光合能力; 5、饱和CO2浓度：反映了植物利用高CO2浓度的能力; 光合 能力反映了植物叶片的光合电子传递和磷酸化
A
光合作用 呼吸作用
光强度
10、Ci胞间二氧化碳浓度：光合生理学，胞间二氧化碳浓度 Ci（μmol）是CO2同化速率与气孔导度的比值。 11、叶肉导度（gm）：CO2从气孔下腔传输到羧化位点的 阻力称为叶肉阻力，其倒数即为叶肉导度。 12、净光合速率：表观光合速率，亦称净光合速率（Pn）以 植物单位叶面积单位时间光合作用实际吸收的二氧化碳量 （真正光合速率）减去呼吸作用（包括光呼吸）释放的二氧 化碳量之差值，常用单位：μmol m-2s-1。 13、蒸腾速率（Tr）是指植物在一定时间内单位叶面积蒸腾 的水量。一般用每小时每平方米叶面积蒸腾水量的克数表示 (g·m-2·h-1)；
6、CO2补偿点反映植物叶光合同化作用与呼吸消耗相当时的 CO2浓度; 羧化效率反映了Rubisco的量的多少与酶活性的大小。 7、直角双曲线的数学表达式为：
Pn
IPn m ax I Pn m ax
Rd
（1）
式中, Pn为净光合速率, I为光强, 为植物光合作用对光响应曲
线在I = 0时的斜率, 即光响应曲线的初始斜率, 也称为初始量子
3、最大量子产额 Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm,反映植物潜在最大光 合能力； 4、实际量子产量ФPSII=Yield = (Fm’-Fs)/Fm’ = ΔF/Fm’ = qP·Fv’/Fm’ : 任一光照状态下PS II的实际量子产量（实 际光合能力、实际光合效率）不需暗适应，不需测定Fo’， 适合野外调查； 5、光化学淬灭：qp=(Fm’-Ft)/(Fm’-Fo’)、即由光合作 用引起的荧光淬灭，反映了光合活性的高低。 6、非光化学淬灭：NPQ=(Fm-Fm’)/Fm’，qN或NPQ反映 了植物耗散过剩光能为热的能力，反映了植物的光保护能力。
式中, Fm′、Ft分别为光适应过程中的饱和荧光值和实时荧光 值, Fo′为光适应过程中最小荧光值, Fm、Fo分别为暗适应后 最大荧光值和最小荧光值。 7.生物量分配(biomass allocation), 也称干物质分配(dry matter allocation), 指一定时间内积累的干物质向植物体各个 器官的分配。
效率, Pnmax为最大净光合速率, Rd为暗呼吸速率。
8、光饱和点(Isat)：在一定范围内，光合作用的效率与光强 成正比，但是到达一定强度，倘若继续增加光强，光合作用 的效率不仅不会提高，反而下降，这点称之为光饱和点。 9、光补偿点(Ic):图中光作用率和呼吸作用率两条线的交叉点 A就是所谓的光补偿点，在此处的光照强度是植物开始生长 和净生产所需要的最小光照强度。阳生植物的补偿点高于阴 生植物。
二、功能平衡假说，由Brouwer于1962年提出。该假说将植 物分为根和冠两部分, 根的生长受冠部光合作用碳供应速率的 限制, 而冠的生长受根系对养分和水分吸收速率的限制。因此, 植物受到水分和养分胁迫时将增加光合产物向根系的分配以 保证水分和养分的供应; 当植物受到光照胁迫时通过增加光合 产物向冠部的分配来促进光合作用； 三、源汇关系假说认为, 植株是由相互作用的源(主要是叶片) 和汇(茎、根和果实)组成的系统, 源通过韧皮部运输提供同化 物, 汇通过相互之间的竞争获得同化物。植物光合产物分配由 源的供应能力、汇的竞争能力及韧皮部对光合产物的传输能 力等三方面所决定。
理论
一、光照对植物光合产物分配的影响机理主要有两个假说: 1）通过影响植物体内的N含量对光合产物分配进行调节。研 究表明, 遮阴增加了植物体的N含量, 降低了淀粉含量, 而植物 体的淀粉含量和光合产物向根系的分配比例呈正比, 导致植 物光合产物向根系的分配比例降低；2)在高光强下, 温度升 高, 相对湿度降低, 叶片受到的水分胁迫增加,导致气孔关闭和 光合作用减弱, 进而引起植物的反馈调节, 使光合产根系的分 配比例增加,促进根系吸水研究表明, 光照通过影响植物体内 的C、N平衡来调节光合产物的分配。
光形态建成
1、光对植物的影响主要有两个方面: 1) 光是绿色植物光合作用所必需的; 2) 光调节植物整个生长发 育, 以便更好地适应外界环境。 2、光形态建成：依赖光控制细胞的分化、结构和功能的改变, 最终汇集成组织和器官的建成。 3、暗形态建成：暗中生长的植物表现出各种黄化特征, 茎细而 长, 顶端呈钩状弯曲, 叶片小而呈黄白色。 4、光受体：1 ) 光敏色素, 感受红光及远红光区域的光; 2 )隐花色素, 感受蓝光和近紫外光区域的光; 3）UV - B 受体, 感受紫外光B 区域的光。
叶片形态和光合生理特征参数
1、叶片形态特征：叶面积（LA)、比叶面积（SLA）、叶片 相对含水量（LWC） 2、光合生理特征：净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr） 3、气孔导度（Gs）：表示气孔张开的程度，影响光合作用， 呼吸作用及蒸腾作用；与蒸腾作用成正比，与气孔阻力呈反 比。 4、光合水分利用效率（WUE）、相对叶绿素含量（SPAD） 5、光合氮利用效率（PNUE）：光合作用与单位叶面积含氮 量之比。