叶绿素荧光参数及意义
植物叶绿素荧光特性及其生态意义研究
植物叶绿素荧光特性及其生态意义研究植物叶绿素荧光是一个重要的属性，它可以告诉我们很多关于植物生长和繁殖的信息。
这篇文章将介绍植物叶绿素荧光的特性和生态意义，并描述一些有趣的研究结果。
叶绿素荧光是植物在光合作用中产生的辐射能的损失。
在光合作用中，植物将光能转化为化学能，并在过程中产生氧气和三磷酸腺苷（ATP）。
然而，一些光能不能被利用，而是通过叶绿素的荧光释放到周围环境中。
这些发射的光谱可以用来测量植物在光合作用中的效率。
植物叶绿素荧光的特性叶绿素荧光谱通常呈现双峰，其中一个峰位于低能量端，另一个峰位于高能量端。
这个双峰结构是由于叶绿素分子从激发态退回到基态时发射光子的不同机制导致的。
叶绿素分子的激发态可以通过两种不同的途径退回到基态，即辐射跃迁和非辐射跃迁。
前者会导致能量通过荧光或热散失，后者通过电子传递到叶绿素分子的其它部位，从而产生化学反应。
不同途径的影响使得叶绿素荧光谱有双峰结构，其中高能峰和低能峰分别对应于这些退激发途径。
此外，在植物处于不同的环境或生理状态下，叶绿素荧光谱也会发生变化。
例如，叶绿素荧光谱的低能峰可以由于温度和水分的变化而发生变化。
当植物受到氧化压力时，如叶片受到光合亏损或氧化逆境时，荧光信号也会增加。
叶绿素荧光在生态学中的应用叶绿素荧光在生态学中有着广泛的应用，从植物的生理响应到生态系统的生物地球化学循环。
以下是一些例子：- 环境压力监测：叶绿素荧光的变化可以指示植物对环境压力的响应，如干旱、温度、光照和污染等。
因此，通过监测叶绿素荧光信号的变化可以更好地理解植物对环境变化的适应性和敏感性。
- 生物地球化学循环：植物叶绿素荧光可以用来估算植物的净生产力和呼吸作用的速率。
这些数据可以用于计算碳汇、生产力和生态系统氮循环等生物地球化学循环的参数。
- 地球观测：叶绿素荧光信号在遥感数据中被广泛使用。
卫星可以监测植物叶绿素荧光信号，从而提供全球植被生长状况的信息。
这种信息可以用于监测全球气候变化和评估全球生态系统的健康状况。
叶绿素荧光原理及理论
Dong H , Wan JM, etc, Plant Physiol. 2013 162: 1867-1880
叶绿素荧光原理及理论
2 Fv/Fm 的应用
Shahbazi M, Kuntz M. Plant Physiology, 2007(145), 691-702
叶绿素荧光原理及理论
2.1 Fv/Fm 常用来表示光系统II（PSII）的活性
FV/FM: 暗适应下PSII的最大光化学效率，也被称为开放的PSII
反应中心的能量捕捉效率 。
FV/FM= (FM-FO)/FM
FV：最大可变荧光； FV= FM-FO
FV/FO， FM/FO 是 FV/FM 的另外两种表现方式，不是一个直接的效率指 标，但是它对效率的变化更敏感。因此在特定情况下也是一种好的表 达方式，最近的文献很少有该类参数的出现。
PFD ： 光通量密度，单位(μmol·m-2·s-1), α： 叶片吸光系数，一般为0.84
ห้องสมุดไป่ตู้叶绿素荧光原理及理论
三：荧光淬灭参数
qP; qNP; NPQ
叶绿素荧光原理及理论
qP : 光化学淬灭系数，反 映总PSⅡ的反应中心开放反应中心
所占的比例。1-qP则表示关闭反应中心所占的比例。
qP = (FM’-FS)/(FM’-FO’)
qNP : 非光化学淬灭系数。
qNP = (FM’-FO’)/(FM-FO)
NPQ : 非光化学淬灭；反映热耗散的变化。
NPQ = FM/ FM’ - 1
叶绿素荧光原理及理论
四：其他荧光参数
● 区分过剩光能耗散不同方式的荧光参数：
qE：高能态荧光淬灭（依赖于跨膜质子梯度）
qT：与状态转换相关的荧光淬灭（捕光色素复合体与PSII分离） qI： 与光抑制相关的荧光淬叶绿灭素（荧由光于原理产及生理光论抑制引起的荧光淬灭）
yii叶绿素荧光参数范围
yii叶绿素荧光参数范围
叶绿素荧光参数是用来评估叶绿素在光合作用过程中的效率和
健康状况的重要指标。
常见的叶绿素荧光参数包括最大光化学效率（Fv/Fm）、有效光化学反应量子产率（ΦPSII）、非光化学耗散（NPQ）等。
这些参数可以通过叶绿素荧光仪等设备进行测量和分析。
最大光化学效率（Fv/Fm）是叶绿素荧光参数中最常用的指标之一，它表示在光饱和条件下光系统II的最大效率。
正常情况下，
Fv/Fm的数值范围通常在0.8到0.85之间，该数值反映了叶绿素在
光合作用中的健康状态，数值越高表示叶绿素对光合作用的适应能
力越强。
有效光化学反应量子产率（ΦPSII）是另一个重要的叶绿素荧
光参数，它表示光合作用中光系统II的光合效率。
ΦPSII的数值
范围通常在0.8到0.85之间，该数值反映了叶绿素对光能的利用效率，数值越高表示光合作用效率越高。
非光化学耗散（NPQ）是叶绿素荧光参数中与光合作用调节相关
的指标，它表示叶绿素对过量光能的调节能力。
NPQ的数值范围通
常在1到4之间，该数值反映了叶绿素在光合作用过程中对光能的
调节能力，数值越高表示叶绿素对光能的调节能力越强。
总的来说，叶绿素荧光参数的范围是根据不同植物物种、生长环境和光照条件而有所差异。
因此，在实际测量和分析中，需要根据具体情况来确定合理的范围，并结合其他生理生化参数进行综合分析，以全面评估植物的生长状态和光合作用效率。
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
叶绿素荧光研究技术
叶绿素荧光研究技术叶绿素荧光是研究光合作用和植物生理过程的一个重要手段。
叶绿素荧光是叶绿素分子受到光照激发后，发射出的荧光信号。
该技术能够监测光合能力和光合调节机制，了解植物正常或异常生长状况，研究非光合组织如果实和种子的生理过程，评估植物生长环境的适应性等。
一、叶绿素荧光测量原理叶绿素分子吸收光能后，能量被转移给氧化还原反应中心。
当光强过大或光能无法被消耗时，多余的光能会被氧化还原反应中心转化为热量，导致光合系统的损伤。
而当光合系统接受的光能较少时，荧光的发射会增加。
因此，测量叶绿素荧光的强度和特性可以反映光合系统工作的性能。
二、叶绿素荧光参数1.Fv/Fm：最大光化学效率，反映PSII反应中心的状态，值接近0.8时表明植物处于良好的生长状态；2.Fv/Fo：PSII光化学效率，反映感光物质的活性；3.Fm/Fo：光合色素电子传递量，反映光合色素的电子传递能力；4.ETR：PSII电子传递速率，根据荧光叶片的调制的能量进行计算；5.NPQ：非光化学淬灭，表征过量光能和植物应激状态的多巴胺合成。
三、叶绿素荧光测量方法1.便携式叶绿素荧光仪（PAM）：PAM技术适用于野外生态学、环境评估和植物生理等领域研究。
优点是操作简单，适用范围广，可以直接用于测量植物的光合效率、叶片蒸腾等。
2.受控环境下的叶绿素荧光分析仪：此类仪器通常配备一个收集样本荧光的光电探测器和一个稳定的光源。
与PAM相比，仪器的体积较大，需要受控环境条件下进行测量，但有更高的精度和稳定性。
3.瞬态叶绿素荧光测量：瞬态叶绿素荧光测量方法能够提供叶绿素荧光曲线的全面信息。
它利用激光闪光对植物进行刺激，然后通过检测荧光信号的时间和强度来得到更准确的数据，并推断光合电子传递的很多参数。
四、叶绿素荧光研究应用1.光合调节机制研究：通过测量叶绿素荧光参数，可以识别植物光合调节机制的不同特征，对了解光合作用的调控机制具有重要意义。
2.植物逆境胁迫研究：叶绿素荧光参数能够反映植物受到逆境胁迫时的生理和生化变化，如光强强度、干旱和高温等环境条件下的光合能力和耐受性。
叶绿素荧光参数etr计算
叶绿素荧光参数etr计算叶绿素荧光参数etr计算是植物生理学和生态学中的一项重要技术，在进行光合作用研究和生态系统研究方面，都具有重要的应用价值。
下面，我们来扎实地学习一下它的计算方法。
首先，我们需要知道什么是荧光信号，荧光信号是植物叶绿素在吸收了光子之后释放出来的信号。
在光合作用中，植物利用叶绿素吸收光能，并将其转化为生物能。
然而，在光合作用不顺利或叶片状况不佳的情况下，叶绿素就会释放出荧光信号。
因此，荧光信号可以反映出植物的光合效率和叶片状况。
其次，etr是指电子转移速率。
在光合作用中，电子在叶绿素光合酶复合物中穿梭，最终在细胞呼吸链中转移成ATP。
etr是反映光合活性的最重要参数之一。
当我们测量叶绿素荧光时，也就是在荧光信号的基础上计算出etr值，以了解叶绿素荧光与光合活性之间的关系。
下面，我们以研究植物的叶片荧光信号为例，介绍etr计算的具体步骤：1. 光照条件稳定，使用荧光仪测量植物叶片的荧光信号。
需要特别注意，测量时间不应太短，否则可能会出现误差。
2. 计算初级荧光信号F0。
在叶片暗中放置20分钟，达到非光合活动的状态后，测量叶片的荧光信号，记录为F0。
3. 计算激发荧光值FM。
使用单次短脉冲光源（例如，LED），激发叶片的荧光信号。
由于光子的吸收和荧光信号的发射都需要时间，因此需要在激发后等待一段时间，让叶片充分荧光。
测量得到的荧光信号值即为FM。
4. 进一步计算PS II的最大光化学效率Fv/Fm。
需要通过一定的测量公式计算出荧光参数，从而计算出PS II的最大光化学效率Fv/Fm，其中PsII是指光系统II。
5. 计算实际荧光值F。
此时，需要开启光源，让叶片进行光合作用。
经过一段时间后，记录叶片的荧光信号，即为实际荧光值F。
6. 计算etr值。
使用以下公式即可计算出etr值：etr = (F'–F)/F’ * etr_1，其中F' = (FM – F0) / FM * F。
叶绿素荧光数据
叶绿素荧光数据1. 引言叶绿素是植物细胞中的重要色素，它在光合作用中发挥着关键的作用。
叶绿素通过吸收光能，并将其转化为化学能，从而为植物细胞制造能量。
在这个过程中，一部分光能会转化为热能，而另一部分则被转化为叶绿素荧光。
叶绿素荧光是叶绿素分子受光激发后释放的荧光信号，可以用来研究光合作用的效率和植物生理状态。
2. 叶绿素荧光测量叶绿素荧光可以通过荧光仪测量得到。
荧光仪是一种专门用于测量叶绿素荧光的仪器，它可以通过照射植物组织并测量其发出的荧光来分析叶绿素荧光的特性。
在测量过程中，需要将植物样品置于一个暗室中，以排除外界光的干扰。
然后，通过一个特定的激发光源照射样品，观察和记录样品发出的荧光信号。
3. 叶绿素荧光参数叶绿素荧光测量可以得到多个参数，这些参数可以反映光合作用的效率和植物生理状态。
以下是几个常用的叶绿素荧光参数：•Fv/Fm：最大光化学效率。
它代表了植物在光饱和条件下的最高光合作用效率，通常用于评估叶绿素荧光信号的强度。
•Fv/Fo：光化学效率。
它代表了植物在光限制条件下的光合作用效率，是Fv/Fm的一个补充指标。
•PhiPSII：有效光合作用量子效率。
它代表了植物对光的吸收和利用的效率，可以反映光合作用的效能。
•NPQ：光保护机制指数。
它代表了植物在强光条件下的光保护能力，可以反映植物对光的适应能力。
这些参数可以通过叶绿素荧光测量得到，并通过相应的公式计算得出。
不同植物种类、不同环境条件下的叶绿素荧光参数可能会有所不同，因此在进行叶绿素荧光研究时，需要充分考虑样品的特性和实验条件。
4. 叶绿素荧光在研究中的应用叶绿素荧光数据在植物生理学和生态学研究中有着广泛的应用。
通过测量和分析叶绿素荧光数据，可以对植物的光合作用效率、抗逆性和生态适应性等进行评估和研究。
以下是几个常见的应用领域：•植物应答光胁迫：利用叶绿素荧光参数可以研究植物在光胁迫条件下的光合作用效率和光保护机制，以及植物对光胁迫的适应能力。
对叶绿素荧光仪各参数的说明
对叶绿素荧光仪各参数的说明各参数顺序按照数据传输软件上传出数据的顺序SL（T）：饱和脉冲强度。
AL（T）：光化光强度。
Total T：测量总时长。
FR T：远红光时长。
Dark T：黑暗时长。
Fo：固定荧光，初始荧光(minimalfluorescence)，也称基础荧光，0水平荧光，是光系统Ⅱ(PS Ⅱ) 反应中心处于完全开放时的荧光产量，它与叶片叶绿素浓度有关。
Fj：在O-J-I-P 荧光诱导曲线j点处的荧光强度Fi：在O-J-I-P 荧光诱导曲线i 点处的荧光强度Fm：荧光产量(maximal fluorescence) ，是PS Ⅱ反应中心处于完全关闭时的荧光产量。
可反映通过PSⅡ的电子传递情况。
通常叶片经暗适应20 min 后测得。
Fv = Fm - Fo，为可变荧光(variable fluorescence) ，反映了QA 的还原情况(许大全等，1992) 。
Fv/Fm：是PSⅡ光化学量子产量(optimal/ maximal photochemical efficiency of PSⅡin the dark) 或(optimal/ maximal quantum yield of PS Ⅱ) ，反映PSⅡ反应中心内禀光能转换效率(intrinsicPSⅡefficiency)或称PSⅡ的光能转换效率(optimal/ maximal PS Ⅱefficiency) ，叶暗适应20 min 后测得。
非胁迫条件下该参数的变化极小，不受物种和生长条件的影响，胁迫条件下该参数明显下降(许大全等，1992) 。
Fo'：光下荧光，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，几秒钟）。
Fm'：光下荧光，在光适应状态下全部PSⅡ中心都关闭时的荧光强度，qP=0，qN≥0。
叶绿素荧光介绍
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（Photochemical Quenching，qP)： 由光合作用引起的荧光淬灭。以光化学淬灭系数 代表：qP =(Fm’-F)/(Fm’-Fo’)。 非光化学淬灭（Non-Photochemical Quenching， qN或NPQ)：由热耗散引起的荧光淬灭，即热耗散。 有两种表示方法，NPQ = Fm/ Fm’-1或qN=1( Fm’-F0’)/(Fm-Fo)=1-Fv’/Fv。NPQ比qN能更准确 地反映无性系的非光化学淬灭的情况。 光化学淬灭反映了植物光合活性的高低；非光化 学淬灭反映了植物耗散过剩光能为热的能力，也 就是光保护能力（Muller et al. 2001）。
Thanks!!!
1. 2. 3.
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 用来进行光化学反应的，荧光只占 很小的一部分。
常用叶绿素荧光参数
rETR：光合电子的相对传递速率。
rETR=△F/Fm’×PAR×0.5×0.84 (Genty et al.1989;Schreiber et al.1994)，其 中系数0.5是表示一个电子传递需要吸收2 个量子，系数0. 84 表示在入射的光量子 中被吸收的占84%，PAR是光合有效辐射。
叶绿素吸收收光量子后，从 基态（低能态）跃迁到激发态 （高能态）。
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
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叶绿素荧光参数及意义
叶绿素荧光参数是研究光合作用和植物生理状态的重要指标。
它可以
最准确地反映植物叶片的光合能力、光合作用效率以及受到的环境胁迫程度。
在过去几十年中，叶绿素荧光参数已经成为光合作用研究领域的重要
手段之一，被广泛应用于植物生理生态学、作物育种和环境生态学等多个
领域。
叶绿素荧光是叶绿体中叶绿素在光合作用过程中放出的微弱荧光。
通
过测量叶片上的叶绿素荧光信号，可以得到一系列荧光参数，如最大荧光(Fm)、有效量子效率(Yield)、非光化学猝灭(NPQ)、电子传递速率(ETR)等。
这些参数可以描述叶片叶绿素在光合作用中的能量捕获、能量转化和
耗散过程，从而反映光合作用的效率和健康程度。
其中，最大荧光(Fm)是表示光合电子传递受到的最大阻抗的参数，它
反映了叶绿体最基本的功能状态。
有效量子效率(Yield)是表示光合作用
电子传递能力的参数，它反映了叶绿体在光合作用中的能量转化效率。
非
光化学猝灭(NPQ)是表示光合作用中耗散多余能量的作用，它反映了植物
面临压力时的调节机制。
1.评估光合作用效率：叶绿素荧光参数可以反映植物叶片的光合作用
效率，从而评估植物的生长和发育情况。
通过测量和分析叶绿素荧光参数，可以判断光合作用是否受到限制，了解植物的生理状态，为植物育种和种
植管理提供参考。
2.检测环境胁迫：环境因素对植物光合作用的影响是复杂而多样的，
而叶绿素荧光参数可以对环境胁迫产生的影响进行敏感和准确地检测。
通
过测量叶绿素荧光参数，可以评估植物对光照、温度、水分和营养等环境
因素的耐受能力，提供对环境胁迫的早期预警。
3.研究植物适应性和响应机制：叶绿素荧光参数对比分析可以揭示植
物对环境变化的适应性和响应机制。
通过对不同物种、不同品种、不同生
长阶段或不同环境条件下叶绿素荧光参数的比较研究，可以深入了解植物
的光合作用机理和抗逆性能，为植物育种和生态环境保护提供理论基础。
4.监测植物生长和健康状态：叶绿素荧光参数可以用于监测植物的生
长和健康状态。
通过定期测量和分析叶绿素荧光参数，可以及早发现植物
生长异常、病虫害侵袭和环境胁迫，及时采取措施进行治理或调整种植管
理措施。
总之，叶绿素荧光参数具有准确、灵敏和非破坏性等优势，是研究植
物光合作用和生理状态的重要手段。
通过测量和分析叶绿素荧光参数，可
以深入了解光合作用的效率和机理，评估植物的生长和适应能力，为高产、抗逆育种和农田管理提供科学依据。