叶绿素荧光原理与应用32页PPT
叶绿素荧光技术的应用
光活化过程
对（Kautsky Effect）的解释 ：连续光下荧光产量瞬态上升， 这是因为照光后某些碳同化酶需要光活化，因此碳同化途径产生延 迟。这使得照光初期相当多的QA处于还原状态，从而导致了荧光产 量的瞬态上升。这之后，由于光化学过程和热耗散过程的发生，荧 光产量产生淬灭到一个稳态数值（Ft）。
由此也便不难理解，为什么在黑暗中逆境 对植物的危害较小，而在光下危害较重，而 且光照愈强，逆境危害愈重； 此外，处于衰老阶段或长期在弱光下生长的 作物对强光十分敏感，因为光合器对吸收光 能的利用下降，过剩激发能增多，而且活性 氧清除能量下降所造成。 这也正是不同种类的逆境胁迫对植物危害机 理的共同性之所在。
HO
V D E 的 作 用
VDE：紫黄质脱环氧化酶
叶黄素循环中三种色素的相互转变
依赖于叶黄素循环的热耗散
叶黄素循环的运转被跨膜ΔpH促进，此外叶黄素 循环库在强光下明显增大。 叶黄素循环耗散过剩光能的机理： 1.玉米黄质的直接淬灭单线态叶绿素（1Chl）； 2. Z通过调节PSII天线系统的构象起到能量耗散 作用。Z与与质子化的LHCII 相互作用形成聚集态, 发 生 “ 会 聚 淬 灭 ” （ concentration quenching），耗散过剩光能。
光破坏
PSII是光破坏的主要场所，破坏也可能发生在 反应中心也可能发生在与次级电子受体结合的 蛋白上。发生光破坏后的结果：电子传递受 阻，光合效率下降。 产生光破坏的原因： 过剩光能产生的高能电 子无法利用，产生如 3Chl, 单线态氧、超氧阴 离子等氧化性很强的分子破坏光合机构。
X Pheo
QA QB PQ Cytf PC H2O Z P680 光量子 P700 光量子 O2
强光下，PSII吸收过多激发能（状态II） PQ处于过度还原态 LHCII磷酸激酶被激活 LHCII磷酸化 LHCII与PSII反应中心脱离，向PSI靠近 PSII捕光截面变小，PSI捕光截面变大（状态I）
叶绿素荧光原理与PHYTO-PAM的应用-自来水厂
PAM测量的荧光曲线——饱和Fm =(Fm-Fo)/Fm : PS II的最大光化学量子产量 • 高等植物一般在0.8－0.84之间 • 当植物或藻类受到胁迫（Stress）时，Fv/Fm显著下 降! • ΦPS II=(Fm’-Fs)/Fm’=ΔF/Fm’=qP·Fv’/Fm’ : PS II光化学能量转换的有效量子产量， PS II有效 光化学量子产量 • 不需暗适应，不需测定Fo’，适合野外调查
PhytoWin的7个功能窗——5 Settings：仪器参数设置窗
PhytoWin的7个功能窗——6 Reference：显示/测量蓝藻、绿藻和硅/甲 藻的参考图谱
PhytoWin的7个功能窗——7 Delta F：基于可变荧光的特殊测量模式， 可以测量“光合有效叶绿素”
开始测量时
结束测量时
叶绿素荧光参数
• qP=(Fm’-Fs)/Fv’=1-(Fs-Fo’)/(Fm’-Fo’) :光化学淬灭 • 即由光合作用引起的荧光淬灭，反映了光合活性的高低
• 非光化学淬灭
• qN=(Fv-Fv’)/Fv=1-(Fm’-Fo’)/(Fm-Fo) • NPQ=(Fm-Fm’)/Fm’=Fm/Fm’-1 ，不需测定Fo’，适合野外 调查 • 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
谢 谢!
walz@ zg_han@
叶绿素荧光原理 与PHYTO-PAM的应用
泽泉科技有限公司
光系统与光合作用 基本过程
光合作用作为地球上最重要的化学反应，主 要在绿色植物叶肉细胞的叶绿体内进行
光合作用过程
光反应
暗反应
光合膜的结构
PS II
Cytb6/f
PS I
叶绿素荧光理论概述
.55
.50
.45 .6 (C) .5
.4
.3
.2
.1 0 100 200 300
NaCl (mmol/L)
Ca2+ 对NaCl胁迫下杂交酸模 叶片PSII光化学反应的影响
●： ck ○： 8 mmol/L Ca2+
Ca2+ 对不同浓度NaCl胁迫 下杂交酸模叶片光化学猝灭 （qP），PSII反应中心光 能捕获效率（Fv’/Fm’）和 PSII光量子效率(ΦPSII, ) 的影响
荧光随时间变化的曲线称为 叶绿素荧光诱导动力学曲线
Fluorescence intensity Fluorescence intensity
5000 P
4000
3000
2000
1000 O
0 0
100
200
Time (s)
5000
A
B
P
4000
3000
T O
2000 T
1000
0 300 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103
用连线激发式荧光仪测定的荧光诱导曲线
Relative fluorescence intensity
1.2
O
KJ I
P
1.0
c
.8
a()
.6
c'
b
.4
.2
b'
0.0 100 101 102 103 104 105 106 107
Time (s)
连续激发式荧光仪有：Handy PEA， PEA，Pocket PEA， PEA Senior, M-PEA 等
叶绿素荧光是光合作用研究的探针 ppt课件
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四. 荧光动力学技术在逆境生理研究中
的应用
叶绿素荧光动力学特性包含着丰富的信
息。在理论上，可以用来研究光合作用过
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 主要与类囊体膜上和间质中ppt课的件一些反应过程有关。 12
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。
中一个低能的电子获得能量pp而t课件成为激发态。
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激发能
热耗散
光化学反应 形成同化力
荧光
CO2固定 光呼吸
Mehler 反应 N代谢
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从 Chl b到Chl a的传递效率几乎达100％，故检测不 出Chl b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-a fluorescence) , 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％。
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3、反映PSII光化学效率的荧光参数
● Fv/Fm：是重要的荧光参数之一，名称很多，有：最大 原初光化学产量；PSII最大潜在量子产量；开放的PSII反 应中心量子效率等 ；我们习惯上称其为“PSII最大光化 学效率”。其值恒小于1。
叶绿素荧光分析技术与应用优秀ppt
叶绿素荧光诱导动力学
叶绿素荧光诱导动力学是指经过暗适应的绿色植物材料当转到 光下时，其体内叶绿素荧光强度会有规律的随时间变化。根据 现在国际上的统一命名，可把荧光诱导曲线(图1)划分为： O(原点)→I(偏转) →D(小坑)或pl(台阶) →P(最高峰) →S(半稳 态) →M(次峰) →T(终点)这几个相(phase)。有时在O和I之间还 可辨认出一个扔点称为J相。其中O→P相为荧光快速上升阶段 (1－2s)，从P→T为荧光慢速下降(猝灭)阶段(4－5s），在此阶 段，往往出现复杂的情况，有时没有M峰，有时出现几个渐次 降低的峰，因叶片的生理状态不同而异。一般而言，遭受环境 胁迫的叶片M峰消失，而生理状态良好的叶片往往在P峰之后 有几个峰出现。这可能反映了同化力形成和使用之间从不平衡 到平衡的一个快速的调节过程。
TechnicalSpecifications
Items supplied: Control unit, remote sending unit,10 dark adaption leaf clips, 4 AA batteries, carryingcase, serialcable, downloading software and instruction manual.
amplifier. Sampling rate: Auto switching from 10 to 1,000 points per second
depending on test phase. Test duration: A djustable from 2 seconds to 45 minutes. Storage capacity: Up to 2,500 data sets and 6 traces totaling 45 minutes of
2014.01.01--叶绿素荧光的原理及理论解析PPT课件
qT：与状态转换相关的荧光淬灭（捕光色素复合体与PSII分离）
2020年q9I月：28与日 光抑制相关的荧光淬灭（由于产生光抑制引起的荧光淬灭）
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● ФPSII（ Ф II）+ ФNPQ + Ф NO = 1
ФPSII：实际光化学效率 （光化学量子产额）
ФNPQ：包括天线耗散和反应
中心的失活
ФNO：非光诱导的淬灭
瞬时荧光
脉冲调制式荧光 连续激发式荧光
2020年9月28日
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二 叶绿素荧光仪的分类：
基于脉冲调制式荧光理论的荧光仪： 脉冲调制式荧光仪；双调制式荧光仪；荧光成像荧光仪
基于连续激发式荧光理论的荧光仪： 植物效率分析仪；多功能植物效率分析仪
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三 脉冲调制式荧光仪：
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100元 1000元
ФPSII
花80元 花500元
花钱效率0.8 花钱效率0.5
100 μmol·m-2·s-1 利用80
实际光化学效率ФPSII 0.8
1000 μmol·m-2·s-1 利用500 实际光化学效率ФPSII 0.5
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4 颠倒因果关系，将荧光参数ФPSII降低一律当做是光合降低的原因
nonphotochemical quenching (D) in control (s) and 200 mM NaCl-treated (d) Rumex leaves at 600 mmol
m22 s21 photosynthetic photon flux density, 360 mmol mol21 CO2 and 25C.
叶绿素荧光-原理
• Photosynthetica，1999, Vol. 37, No. 3
P700 measurement
The redox state of P700 provides similar information on Photosystem I as chlorophyll fluorescence on Photosystem II using a special Saturation Pulse method
占吸收光能的3%左右。
• 光合作用过程的各个步骤密叶绿素
荧光几乎可以探测所有光合作用过程的变化 • 叶绿素荧光是光合作用的有效探针（ Papageorgiou & Govindjee, 2004 ）
叶绿素荧光仪
1983年，WALZ公司首席科学家，德国乌兹堡大学的 Schreiber教授制造出了世界上第一台调制式荧光仪—— PAM-101。 获得首届国际光合作用协会（ISPR）创新奖！ 连续激发式荧光仪
P=Pm••PAR/sqrt(Pm2+(•PAR)2)
Smith, PNAS, 1936, 22: 504-511
拟合参数的意义
P：光合速率，即相对电子传递速率rETR Pm: 最大光合速率，即最大相对电子传递速率rETRmax ：初始斜率，反映了光能的利用效率 ：光抑制参数 Ik=Pm/ ：半饱和光强，反映了样品对强光的耐受能力
P700+ formation is measured via an absorbance decrease (transmittance increase) at 810-840 nm
eH2O P680 PS II
ePQ pool
eP700+ PS I
叶绿素荧光原理与应用
叶片荧光的暗－光适应曲线
荧光猝灭
荧光猝灭就是荧光产额降低。 荧光猝灭就是荧光产额降低 。 一切使荧光 产额低于其最大值的过程， 产额低于其最大值的过程 ， 都被称为荧光猝灭 过程。对于不同荧光猝灭组分的分辨， 过程 。 对于不同荧光猝灭组分的分辨 ， 能够提 供关于光合机构功能状态的重要资料。 供关于光合机构功能状态的重要资料。 荧光猝灭可分两类： 荧光猝灭可分两类： 光化学猝灭， 一 、光化学猝灭，即由光化学反应引起的 荧光产额的降低，它有赖于氧化态Q 的存在。 荧光产额的降低，它有赖于氧化态QA的存在。 非光化学猝灭，即由非光化学过程， 二 、非光化学猝灭， 即由非光化学过程 ， 例如热耗散过程引起的荧光产额的降低。 例如热耗散过程引起的荧光产额的降低 。 它是 植物体内光合量子效率调节的一个重要方面。 植物体内光合量子效率调节的一个重要方面。
Fm’―光下最大荧光，在光适应状态下全部PSII 中心都关闭时的荧光强度，qp=0，qN≥O。Fm' 受非 光化学猝灭的影响，而不受光化学猝灭的影响。 Fo’―光下最小荧光，在光适应状态下全部PSII 中心都开放时的荧光强度，qp=1，qN≥0。为了使照 光后所有的PSII中心都迅速开放，一般在照光后和 测定前应用一束远红光（波长大于680nm，使用的 波长735nm，几秒钟）。 Fv― 黑 暗 中 最 大 可 变 （ variable） 荧 光 强 度 ， Fv=Fm-Fo。 Fv’―光下最大可变荧光强度， Fv'=Fm'-Fo'。
叶绿素荧光诱导动力学
当一片经过充分暗适应的叶片从黑 暗中转入光下后， 暗中转入光下后，叶片的荧光产额 会随时间发生规律性的变化， 会随时间发生规律性的变化，即 kautsky效应 效应， kautsky效应，典型荧光诱导动力学 曲线上几个特征性的点分别被命名 为O、I、D、P、S、M和T
叶绿素荧光测量技术的研究和应用
叶绿素荧光测量技术的研究和应用第一章：引言叶绿素是植物中最重要的色素之一，它扮演着光合作用中接收光能并转化为化学能的关键角色。
叶绿素荧光测量技术是一种非常重要的研究工具，可以用来研究光合活性、光合效率、光抑制等重要生理过程，也可以应用于诊断植物生长状况、诊断植物病害等方面。
本文将介绍叶绿素荧光测量技术的原理、方法、应用和研究进展，旨在为植物生理生态学研究及相关领域的学者们提供参考。
第二章：叶绿素荧光的原理叶绿素的荧光是当叶绿体受到激发光后，叶绿素分子上的电子会被升级到一个比较高的能级，不过这些电子并不会一直停留在高能级状态，而是很快被释放出来，会转移到低能级的非辐射能量耗散通道或荧光激发态。
在荧光激发态下，叶绿素分子的电子还可以通过荧光发射过程重新下降到低能级，从而发出荧光。
因此，测量叶绿素荧光强度可以反映叶绿体光能利用效率和非光化学猝灭过程的变化。
第三章：叶绿素荧光测量技术方法目前，叶绿素荧光测量主要包括三种方法：PAM法、Fv/Fm法和OJIP法。
1. PAM法(Pulse-Amplitude-Modulation Fluorometry)PAM法是通过短脉冲的闪光激发来测量样品上的叶绿素荧光，可以实时监测光合作用中的叶绿体荧光动态变化。
PAM法可以提供多个参数，如【F_v/F_m、q_p、q_n、qL、NPQ、PC】等，可以用来评估光合效率、光能利用率、光合生产力、光保护等。
2. Fv/Fm法Fv/Fm法是一种基于暗态下叶绿素荧光的测量方法，只需在样品叶片完全暗闭的情况下进行测量，即可获得键值。
当输入一束光子时，最初的叶绿素荧光值 F_0 只能是基础荧光，接着用一个有效的光子流量激发叶绿体，此次荧光值F’m跟踪了激发过程并且在适当的时间点(约10-30毫秒)处被快速读出，此荧光值是定义为Maximal photosystem Ⅱ quantum yield Y(Ⅱ)或称 Fv/Fm(F )。
叶绿素荧光
叶绿素荧光叶绿素荧光作为光合作用研究的探针，得到了广泛的研究和应用。
叶绿素荧光不仅能反映光能吸收、激发能传递和光化学反应等光合作用的原初反应过程，而且与电子传递、质子梯度的建立及ATP合成和CO2固定等过程有关。
几乎所有光合作用过程的变化均可通过叶绿素荧光反映出来，而荧光测定技术不需破碎细胞，不伤害生物体，因此通过研究叶绿素荧光来间接研究光合作用的变化是一种简便、快捷、可靠的方法。
目前，叶绿素荧光在光合作用、植物胁迫生理学、水生生物学、海洋学和遥感等方面得到了广泛的应用。
目录研究历史产生及其量子产量如何调制仪器的工作原理著名相关仪器介绍编辑本段研究历史叶绿素荧光现象是由传教士Brewster首次发现的。
1834年Brewster 发现，当一束强太阳光穿过月桂叶子的乙醇提取液时，溶液的颜色变成了绿色的互补色¬¬——红色，而且颜色随溶液的厚度而变化，这是历史上对叶绿素荧光及其重吸收现象的首次记载。
后来，Stokes（1852）认识到这是一种光发射现象，并使用了“fluorescence”一词。
1874年，Müller发现叶绿素溶液稀释后，荧光强度比活体叶子的荧光强得多。
尽管Müller提出叶绿素荧光和光合作用之间可能存在相反的关系，但由于他的实验没有对照，实验条件控制不严格，因此人们并没有将叶绿素荧光诱导（瞬变）现象的发现归功于Müller。
Kautsky是公认的叶绿素荧光诱导现象的发现者。
1931年，Kautsky和Hirsch用肉眼观察并记录了叶绿素荧光诱导现象(Lichtenthaler，1992；Govindjee，1995)。
他们将暗适应的叶子照光后，发现叶绿素荧光强度随时间而变化，并与CO2的固定有关（图3.1）。
他们得到的主要结论如下：1）叶绿素荧光迅速升高到最高点，然后下降，最终达到一稳定状态，整个过程在几分钟内完成。
2）曲线的上升反映了光合作用的原初光化学反应，不受温度（0℃和30℃）和HCN处理的影响。