叶绿素荧光分析在研究植物热胁迫中的应用

叶绿素荧光分析在研究植物热胁迫中的应用

摘要叶绿素荧光是光合作用能量转换的探针,叶绿素荧光分析

具有测量准确、获得结果迅速、反应灵敏的优点。利用叶绿素荧光仪(fms-2)研究热胁迫引起的光合作用失活结果表明:不同温度(35℃、40℃、42℃、44℃、46℃、48℃、50℃、52℃)处理下,植物叶片受伤害程度不一样。35℃作为对照,温度越高,植物受伤害程度越深,光系统ⅱ最大量子产量(fv/fm)和有效量子产量(△f/fm′)越小。

关键词叶绿素荧光;fv/fm;植物热胁迫

中图分类号 q945.78 文献标识码 a 文章编号

1007-5739(2009)13-0360-01

光合作用是指含光合色素(主要是叶绿素)的植物细胞和细菌吸

收光能,将无机物转化为有机物并释放出氧气的过程。荧光是指物质吸收光能发出的较长波长的光,它是第一单线态的叶绿素回到基态所发出的光。当荧光被叶绿素分子吸收后,叶绿素分子由基态跃迁到激发态,激发态很不稳定,会释放能量回到基态,这种现象称荧光现象[1]。在正常的生理温度条件下,叶片所发射的荧光,大部分来自光系统ⅱ的叶绿素a。

在荧光分析中最常用的基本荧光参数是初始荧光(fo)、暗适应后最大荧光产量(fm)、可变荧光(fv)、最大光化学效率(fv/fm)、光照下最大荧光产量(fm′)、给定光强下稳态荧光(fs)、光照下光系统ⅱ的有效量子产量(yield)、光化学猝灭系数(qp)、非光化学猝

灭系数(qn和npq)。在这里fo是已经暗适应的光合机构光系统ⅱ反应中心均处于开放时的荧光强度,它与所激发的强度和叶绿素浓度有关,而与光合作用的光反应无关。fm为充分暗适应后的最大荧光,是已经暗适应的光合机构光系统ⅱ反应中心全部关闭时的荧光强度。fv是荧光的可变部分,受qa还原程度和其他可能耗散能量的途径等因素的影响,反应qa还原情况。fv/fm是表明光化学反应状况的一个重要参数,反应光系统ⅱ反应中心的最大光能转换效应。fm′是光照下打开饱和脉冲时得到的最大荧光产量。一般来讲,因为光照启动了非辐射能量耗散(即热耗散也称为非光化学猝

灭),fm′往往小于fm,fs代表在给定光强下的稳态荧光,yield代表光照下光系统ⅱ的有效量子产量,是通过(fm′-fs)/fm′=△

f/fm′得到的,它比fv/fm低,因为光系统ⅱ的部分反应中心已经关闭,非辐射能量耗散已经启动。qn和npq是光系统ⅱ天线色素吸收的不能用于光合电子传递而以热形式散失掉的光能部分,它是一种自我保护机制,对光合机构起一定的保护作用。qn和npq的变化都反应热耗散的变化,但是npq比qn能更准确地反映无性系的非光化学猝灭的情况。qp和qn这2个参数是在恒定的稳态光照强度下的值,不同光照强度下此值不同。如果在不同的光环境下和不同的光累积时间后测定,其结果不能进行比较。一般qp和qn值在0～1之间变化,npq大于1,但其测定也要注意条件。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

以大豆幼苗为试验材料,将大豆种子用自来水浸泡24h后播种于盛有细砂的高12cm、内径11cm的小桶中,放于温室中培养。每天定时浇水,待幼苗发芽后浇完全营养液,当幼苗长到一定程度后取其叶子做试验。

仪器主要有fms-2便携式调制荧光仪。

1.2 试验方法

取大小一致、部位相同的大豆叶片80片,每组10片,依照先后顺序分别放入到35℃、40℃、42℃、44℃、46℃、48℃、50℃和52℃的水浴中保温5min。热胁迫结束后8组样品分别用湿滤纸包住,暗适应1h后测量叶绿素荧光,35℃的样品作为对照。测量时首先测量暗适应后叶片的fv/fm值,然后将叶片在光照下处理一段时间后测定其光系统ⅱ的有效量子产量。

2 结果与分析

热胁迫处理对光系统ⅱ量子产量的抑制作用。

fo随着温度的升高而升高说明了热胁迫处理使植物光合作用失活,量子产量的平均值随处理温度升高而下降进一步证明了光合作用的失活。试验是在相同的par强度下进行的,因此光系统ⅱ量子产量的降低直接反映了光合作用的失活。试验材料是大豆的叶片,测量fv/fm(暗适应)得到的t50为49℃,而测量△f/fm′(暗适应后的叶片又经过光照处理)得到的t50为44℃。

3 结论与讨论

叶绿素荧光可以分析光系统ⅱ的光化学电荷分离的效率,所有的

电子都是通过光系统ⅱ“泵”出的,对电子传递过程的任何影响均可以通过叶绿素荧光的变化反映出来。本试验中高温胁迫引起大豆叶片光系统ⅱ反应中心的失活和补光色素蛋白复合物的降解,由类囊体膜上的叶绿素蛋白复合体发出的荧光,可以作为热胁迫引起的膜流动性和稳定性变化的敏感指标。类囊体膜结构的改变,首先反映在fo的上升,fo上升反映了高温下大豆叶片光系统ⅱ潜在活性和原初光能转换效率的减弱。大豆叶片fv/fm值在高温下的下降进一步证实了上述结果。暗适应样品光系统ⅱ的量子产量(fv/fm)不受参与calvin循环的酶被热破坏的影响,因此fv/fm反映的是光系统ⅱ的状态,而不是整个光合作用。从测量fv/fm(暗适应)得出的t50要高于测量△f/fm′(经光照后)得出的t50可以看出,热胁迫对光合作用的破坏首先发生在暗反应所需要的酶,而不是光反应,光系统ⅱ反应中心的的抗热性要强于整个光合作用过程。

4 参考文献

[1] 王宝山.植物生理学[m].北京:科学出版社,2003.

[2] 周蕴薇,刘艳萍,戴思兰.用叶绿素荧光分析技术鉴定植物抗寒性的剖析[j].植物生理学通讯,2006,42(5):945-949.

[3] 孙年喜,宗学风,王三根.不同供氮水平对玉米光合特性的影响[j].西北农业大学学学报(自然科学版),2005,27(2):389-396.

[4] 巩擎柱,吕金印,徐炳成,等.水分胁迫和种植方式对小麦叶绿素荧光参数及水分利用效率的影响[j].西北农林科技大学学报(自然科学版),2006,34(5):83-87.