[研究方法]FMS-2脉冲调制式叶绿素荧光仪使用方法（视频）

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Kautsky和Hirsh（1931）Z先认识到光合原初反应和叶绿素荧光存在着密切关系。他们第一次报告了经过暗适应的植物绿色材料照光后，叶绿素荧光先迅速上升到一个Z大值，然后逐渐下降，Z后达到一个稳定值。此后，随着研究的深入，人们逐步认识到荧光诱导动力学曲线中蕴藏着丰富的信息。

 图1 用脉冲调制式荧光仪测定荧光参数的叶绿素荧光动力学曲线

（注：引自许大全著《光合作用效率》2002）

基本荧光参数及其意义

• Fo

有多种名称,Z小(minimal)、基底(ground)、暗(dark)、初始(initial)和不变(un-changed,constant)荧光强度等。它是已经暗适应的光合机构全部PS II中心都开放时的荧光强度。

• Fs

稳态荧光。

• Fm

黑暗中Z大(maximum)荧光,它是已经暗适应的光合机构全部PS II中心都关闭时的荧光强度,qp=0。

• Fm'

光下Z大荧光,在光适应状态下全部PS II中心都关闭时的荧光强度。

• Fo'

光下Z小荧光,在光适应状态下全部PSII中心都开放时的荧光强度。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)。

• Fv

暗处Z大可变(variable)荧光强度,Fv=Fm-Fo。

• Fv'

光下Z大可变荧光强度,Fv'=Fm^'-Fo^'。

表明PSII光化学效率的参数

• Fv/Fm

没有遭受环境胁迫并经过充分暗适应的植物叶片PSIIZ大的或潜在的量子效率指标,它是比较恒定的,一般在0.80~0.85之间。有时，Fv/Fm也被称为开放的PSII反应中心的能量捕捉效率。

• Fv/Fo

Fv/Fm的另一种表达方式, Fv/Fo=(Fv/Fm)/(1-Fv/Fm)。尽管Fv/Fo不是一个直接的效率指标,但是它对效率的变化很敏感。因为一些处理引起的Fv/Fo变化的幅度比Fv/Fm变化的幅度大得多,所以Fv/Fo在一些情况下是表达资料的好形式。

此外,Fm/Fo也是Fv/Fm的另一种表达方式, 因为Fm/Fo=(Fv+Fo)/Fo=Fv/Fo+1。当Fv/Fm为0.86~0.90时,Fm/Fo则相应地为7~10。

• (Fm'-Fs)/Fm'

作用光存在时PSII的实际的量子效率,即PSII反应中心电荷分离的实际的量子效率。这里Fs是稳态荧光水平, Fm'是在作用光存在时一个饱和光脉冲激发的荧光水平。计算这个参数不需要准确测定Fo,因此它不受Fo变化的影响。

PSII实际的电子传递的量子效率这个参数[ФPSⅡ=(Fm'-Fs)/Fm']不仅与碳同化有关,也与光呼吸及依赖O₂的电子流有关。由于它是PSII光化学反应的量子效率,所以可以利用它计算非循环电子传递速率(J)以及体内的总光合电子传递能力：

• J=ФPSⅡ×PFDa×0.5

这里PFDa是被吸收的光通量密度(μmol·m^-2·s^-1),0.5代表光能在两个光系统间的分配系数。如果假设入射到叶片表面的光能平均有84%被叶片吸收,并且平均分配给两个光系统,则上式可以写成：J=ФPSⅡ×PFD×0.42。

• Fv'/Fm'

开放的PSII反应中心的激发能捕获效率。由它可以计算某PFD下量子效率的相对限制或光合功能的相对限制L_(PFD)：

• L_(PFD)=1-(qp×Fv'/Fm')/0.83。

这里0.83是Z适量子效率,qp的Z适值是l。由此式可以看到,限制来自qp和Fv'/Fm'的降低。只有当qp=1和Fv'/Fm'=0.83时,L_(PFD)=0,即不存在限制。

DemEnig--Adams等(1996)提出,使用Fv'/Fm'来估计光合机构吸收的光能被用于光化学反应和天线热耗散的相对份额,两者分别为：

前者P=Fv'/Fm'×qp,

后者D=1-Fv'/Fm'。

热耗散的速率为：(1-Fv'/Fm')×PFD。

有证据表明,在自然生境中,陆生植物Fv'/Fm'的日变化一般是由PS II天线复合体热耗散水平的变化引起的。这和Fv'/Fm'的变化与NPQ的变化成比例的结果相一致。

在一个叶绿素缺乏的大麦突变体观察到,突变体光系统II光化学效率(Fv/Fm)比其野生型高,并提出其可能的原因是光系统II向光系统I传递的激发能少。 

荧光猝灭参数（荧光淬灭分析）

• qp=(Fm'-Fs)/(Fm'-Fo')：光化学猝灭系数

这里(Fm'-Fs)代表光化学猝灭的荧光。qp是表示总PSII反应中心中开放的反应中心所占比例的指标, 而1-qp则是关闭的反应中心所占比例,反映Q_A的还原程度,有时被称为PSII的激发压(excitation pressure)。

因为氧化态的Q_A是PSII电子传递的原初醌受体,它决定PSII的激发能捕获速率,所以光化学猝灭也被称为Q猝灭。

qp和Fv’/Fm’、φPSII之间有如下关系，Fv’/Fm’=ФPSⅡ/qp。

• qN=1-(Fm'-Fo')/(Fm-Fo)=1-Fv'/Fv

实际上,qN是一个定量非光化学猝灭的旧术语,它的计算以测定Fo和Fo'为前提,而Fo和Fo'的测定不准确会造成计算结果的偏差。

• NPQ=(Fm-Fm')/Fm'=Fm/Fm'-1

这里(Fm-Fm')代表非光化学猝灭的荧光。NPQ的变化反映热耗散的变化。这个计算不需要测定Fo和Fo',但是必须测定一个充分暗适应叶片的参比值Fm,Z好是经过一个夜晚暗适应的黎明时刻的Fm值,这时光化学效率Z大,而热耗散Z小。