Handle 叶绿素荧光成像系统荧光动力学研究

叶绿素荧光动力学的基本原理

    将绿色植物含叶绿素的部分组织，如叶片、芽、嫩枝条、茎或单细胞藻类悬液放在暗处适应片刻，或用近红外光预照射，然后在可见光下激发，并用荧光计检测，结果就会发现植物绿色组织会发出一种微弱的暗红色强度随时间不断变化的荧光信号，这种荧光信号绝大部分是来自叶绿体光系统II的天线色素蛋白复合体中的叶绿素a分子，这过程即为叶绿素荧光动力学。经暗适应的绿色植物样品突然受到可见光照射时，其体内叶绿素分子可在纳秒级时间内发出一定强度的荧光，此时的荧光称为固定荧光，然后荧光强度增加的速度减慢，因而在固定荧光处形成拐点，接着以毫秒级速度形成一个缓台阶，数秒后荧光强度可达最高点，称为“P”峰。若所用激发光强度达到或超过被测样品光反应的光饱和点时，P峰即趋于或等于最大荧光产量(Fm)，Fm可反映通过 PSII的电子传递情况。荧光强度超过Fo那一部分的荧光称为可变荧光(Fv)。在P峰之后，植物荧光通常经1次～2次阻尼振荡，才降到接近Fo的稳定的水平。荧光强度下降的过程现称为荧光淬灭。叶绿素荧光动力学有两个特点: 一是它可将植物发出的荧光区分为性质上*不同的两个部分固定荧光部分和可变荧光部分。固定荧光代表不参与PSII光化学反应的光能辐射部分，也称初始荧光或基础荧光，是光系统II反应中心处于*开放时的荧光产量，它与叶片叶绿素浓度有关；可变荧光代表可参与PSII光化学反应的光能辐射部分。根据可变荧光在总的最大荧光中所占的比例，即可简便地得出植物PSII原初光能转换效率。

光合作用机理

    光合作用的是能量及物质的转化过程，首先由叶绿素将光能转化成电能，经电子传递产生ATP和NADPH形式的不稳定化学能，zui终转化成稳定的化学能储存在糖类化合物中。
    光反应：吸收光能，合成一些如ATP、NADPH等高能物质，用以维持细胞生长；
    暗反应：利用ATP、NADPH固定二氧化碳，生成一些列碳水化合物 叶绿素荧光动力学包含着光合作用过程的重要信息，如光能的吸收和转化。能量的传递与分配、反应中心的状态，过剩能量的耗散以及反映光合作用的光抑制和光破坏。应用叶绿素荧光可以对植物材料进行原位、无损伤的检测，且操作步骤简单。所以叶绿素荧光越来越受到人们的青睐，在光合生理和逆境生理等研究领域有着广泛的应用。叶绿素荧光技术广泛应用于植物光合作用效率、植物逆境胁迫、育种筛选和植物健康评价等方面的研究，被称为植物光合作用研究无损伤的探针。水陆两用自动荧光测量系统由澳大利亚悉尼大学的Runcie博士带领团队设计；采用*的“快门”式荧光技术，在测量时系统按照预设程序自动的旋转荧光探头到叶片表面，而在测量间期探头自动旋转到叶片侧面，从而既避免了人为干扰，又保证了测量叶片始终处于自然状态。系统既可以在陆地使用，也可以在各种水体中使用；既可以连接多达8个荧光探头实现多点长期无人值守的连续测量，又可以拆分为单探头的便携式荧光仪从而实现调查式测量

叶绿素荧光产生的原理

    叶片是进行光合作用的主要器官，叶绿体是进行光合作用的主要细胞器。叶绿体是由叶绿体膜包裹起来的组织，膜内主要含有基质、基粒、类囊体。叶绿体的光合色素主要集中在基粒之中，光能转换为化学能的主要过程是在基粒中进行的。 
    在高等植物体内含有光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素两种，一般情况下以3:1的比例存在于类囊体的膜中。叶绿素分为叶绿素a和叶绿素b,类胡萝卜素分为胡萝卜素和叶黄素。
    叶绿素不溶于水，而溶于有机溶剂。从化学性质讲，叶绿素是叶绿酸的产物，叶绿酸的两个羟基分别被甲醇和叶绿醇酯化而得到的，对光、热、酸敏感，能发生皂化反应，性质不稳定。
    光合作用是高等植物从外界环境获取能量的重要途径，是高等植物进行生命活动的基础。由绿色植物发射的叶绿素荧光以一种复杂的方式表达光合作用活性和行为。当光子照射绿色植物的叶片时，光能在叶片的分配有反射、透射和吸收等三种主要的去激途径。叶绿素分子吸收的光能除了大部分进行光化学反应外，少部分会以热耗散和荧光的方式释放出来。

叶绿素荧光动力学在植物抗逆性研究中的应用

    光抑制也是一种光保护过程，经常用Fv/Fm来检测光抑制。当植物受到光抑制时，常伴随Fv/Fm的降低和非辐射能量耗散的增加。热耗散在防御光破坏过程中起重要作用，与热耗散密切相关的调节机制是植物体内叶黄素循环。叶黄素循环存在于所有高等植物、蕨类、苔藓和一些藻类的类囊体膜上。其过程是在抗坏血酸和NADPH2的参与下，紫黄质在几分钟内通过环氧玉米黄质转化为玉米黄质，提高了玉米黄质水平。而玉米黄质的含量与热耗散有密切的关系。自然条件下，随着光强的增加，玉米黄质的含量提高；当光强下降时，玉米黄质向紫黄质转变。如果通过叶黄素循环的非辐射能量耗散仍不能*消耗过量的过剩的光能时，剩余的这部分能量有可能形成单线态氧，从而对光合机构造成危害。