南京讲座---PAM荧光仪原理

荧光及脉冲调制荧光仪(PAM)原理泽泉生态开放实验室ZealquestLaboratoryforEcologicalResearch泽泉科技有限公司ZealquestScientificTechnologyCo.,Ltd.我们从上海北京成都乌鲁木齐为您提供产品与系统解决方案的全方面服务舒展[e-mail]是研究植物光合机构所处状态的有效手段检测植物光合作用能量转换的效率叶绿素a荧光技术(ChlorophyllaFluorescence)叶绿素荧光与光合作用叶绿素荧光：植物吸收的一小部分光,重新以光的形式发射出来蓝光红光热荧光光合作用热基态激发态1激发态2光合作用过程ChloroplastLightPSIICytb6/fPSIATPase2H2OO2+4H+ADP+PiATPNADPHCalvinCycle基质类囊体腔叶绿素荧光：植物吸收的一小部分光,重新以光的形式发射出来激发态1蓝光红光热荧光光合作用热基态激发态2(F)(D)(P)F+P+D=1光化学淬灭（qP,photochemicalquenching）：由于光合作用的增加而引起的荧光下降非光化学淬灭（NPQ,non-photochemicalquenching）：由于热耗散的增加而引起的荧光下降活体状态下，叶绿素荧光几乎全部来源于PSII的Chla(包括天线Chla)，活体叶绿素荧光提供的信息反映了PSII对能量的利用和耗散情况.光合作用过程的各个步骤密切偶联，因此任何一步的变化都会影响到PSII，从而引起荧光变化，也就是说通过叶绿素荧光几乎可以探测整个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)微藻乙醇提取物0.1μE/m²s100μE/m²s5000μE/m²s活体叶绿素荧光是光合作用的有效探针Ｆ＋Ｐ＋Ｄ＝１F=1–P-D通过对荧光的观测探知光化学和无害热能的变化，进而研究光合机构的变化(F)(D)(P)调制技术和饱和脉冲技术PAM荧光仪热烈祝贺Schreiber教授荣获首届国际光合作用协会（ISPR）创新奖ThisawardwasgivenforthefirsttimeatPS07inGlasgow.Recognizingthepotentialforinsightsfromphotosynthesistocontributetoprogressinfieldsrangingfromsolarenergytoglobalclimatechange,ISPRwishestoencourageitsmemberstoexploreinnovativepracticalapplicationsoftheirresults.TheAwardrecognizesoutstandingachievementinthetransferofphotosynthesisresearchtothebenefitofsocietyatlarge,enhancingthevisibilityofthedisciplineintheprocess.InnovationAwardofISPRAwardedforthedevelopmentofthePulse-Amplitude-Modulation(PAM)chlorophyllfluorescencetechnique.UlrichSchreiber,Walz,Inc.,Germany.调制技术用于激发荧光的测量光具有一定的调制频率，检测器只记录与测量光同频的荧光，因此PAM荧光仪允许测量所有生理状态下的荧光，包括背景光很强时。环境光测量光脉冲5us荧光信号PAM信号(F)时间饱和脉冲法短饱和脉冲光PSII反应中心被暂时完全关闭光化学淬灭全部被抑制剩余的荧光淬灭即为非光化学淬灭(F)(D)(P)饱和脉冲法光化学淬灭（qP）：由于光合作用的增加而引起的荧光下降非光化学淬灭（NPQ）：由于热耗散的增加而引起的荧光下降测量光(MeasuringLight,ML)：＜１μmolm-2s-1,只能激发色素的本底荧光，不能使植物进行光合作用光化光(ActinicLight,AL):能使植物正常进行光合作用的光饱和光(SaturationPulse,SP)：光强足够大，完全抑制了光合作用光强与荧光的关系1Lightintensityµmolm-2s-1饱和光2000FluorescenceFm测量光FoPAM测量的荧光曲线——饱和脉冲法FoFmFvFFo’Fm’ΔFMLALonALoffMLoffSPSPqPNPQdarklightdarkFv/Fm=(Fm-Fo)/Fm:PSII的最大量子产量，反映了植物的潜在最大光合能力（光合效率）高等植物一般在0.8－0.84之间当植物受到胁迫（Stress）时，Fv/Fm显著下降!常用叶绿素荧光参数ΦPSII=Yield=(Fm’-Fs)/Fm’=ΔF/Fm’=qP·Fv’/Fm’:任一光照状态下PSII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光化学淬灭qP=(Fm’-Fs)/Fv’=1-(Fs-Fo’)/(Fm’-Fo’)（基于“沼泽模型”）qL=(Fm’-F)/(Fm’-Fo’)·Fo’/F=qP·Fo’/F（基于“湖泊模型”）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常用叶绿素荧光参数野外打开远红光测量Fo’不方便，因此便携式PAM荧光仪多不配远红光，计算qP和qN时用Fo代替Fo’即可。Y(NPQ)=1-Y(II)-1/(NPQ+1+qL(Fm/Fo-1))：调节性能量耗散的量子产量PSII处调节性能量耗散的量子产量。若Y(NPQ)较高，一方面表明植物接受的光强过剩，另一方面则说明植物仍可以通过调节（如将过剩光能耗散为热）来保护自身。Y（NPQ）是光保护的重要指标。Y(NO)=1/(NPQ+1+qL(Fm/Fo-1))：非调节性能量耗散的量子产量PSII处非调节性能量耗散的量子产量。若Y(NO)较高，则表明光化学能量转换和保护性的调节机制（如热耗散）不足以将植物吸收的光能完全消耗掉。也就是说，入射光强超过了植物能接受的程度。这时，植物可能已经受到损伤，或者（尽管还未受到损伤）继续照光的话植物将要受到损伤。Y（NO）是光损伤的重要指标。常用叶绿素荧光参数Y(II)+Y(NPQ)+Y(NO)=1Krameretal,PhotosynthRes,2004,79:209-218.rETR=PAR·ΔF/Fm’·0.84·0.5:相对电子传递速率rETR随PAR的变化图即为光响应曲线，即使光化光的持续时间短至10s，也可得出典型的光响应曲线，这被称为快速光曲线（RapidLightCurves）常用叶绿素荧光参数rETRmaxIk常用拟合方程P=Pm•(1-e-•PAR/Pm)•e-•PAR/PmPlattetal,J.Mar.Res.,1980,38:687-701P=Pm•tanh(•PAR/Pm)Jassby&Platt,Limnol.Oceanogr.,1976,21:540-547P=Pm••PAR/sqrt(Pm2+(•PAR)2)Smith,PNAS,1936,22:504-511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拟合参数的意义上海泽泉科技有限公司[e-mail]