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脈沖瞬態(tài)葉綠素?zé)晒鈨x的研發(fā)

郝建卿¹ 白瑜² 張榮² 鄭彩霞¹ 高榮孚¹

1．北京林業(yè)大學(xué) 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院植物生理教研組 2．北京雅欣理儀科技有限公司

   Schreiber（2004）和 Strasser（2004）的文章代表當(dāng)前葉綠素?zé)晒鈨x的主流方向，Walz公司的PAM調(diào)制型熒光儀在1986年推出后深受廣大研究者歡迎，成為研究葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)主流。隨后其他一些公司，也陸續(xù)推出相應(yīng)的儀器。非調(diào)制的瞬態(tài)熒光儀由于電子元件器件和單片機(jī)數(shù)據(jù)采集器等的發(fā)展，克服了F₀測(cè)定問(wèn)題，在1990年后，以Hansa公司的PEA及有關(guān)新的型號(hào)為主，順應(yīng)了在光抑制和非還原中心的相關(guān)研究需要。

近些年來(lái)，瞬態(tài)熒光技術(shù)得到了較大的發(fā)展，特別是OJIP（或OKJIP）及其他相關(guān)的研究（Stasser 2001）。zui近更由于熒光動(dòng)力學(xué)模型及相關(guān)模擬技術(shù)的發(fā)展，主要以瞬態(tài)熒光為基礎(chǔ)的（Laisk 等主編Photosynthesis in silico）模擬技術(shù)，更使瞬態(tài)熒光儀有了新的發(fā)展。但是調(diào)制熒光儀以F₀、F_m、F_m'、F₀'和F_s等基本參數(shù)為基礎(chǔ)可以計(jì)算多種熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)，仍是當(dāng)前葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)研究的主要內(nèi)容。同時(shí)我們從2005年開(kāi)始，研究后穩(wěn)態(tài)誘導(dǎo)熒光動(dòng)力學(xué)，有可能進(jìn)一步發(fā)展在后穩(wěn)態(tài)條件下的相關(guān)參數(shù)。鑒于非調(diào)制的瞬態(tài)熒光儀相對(duì)較簡(jiǎn)單，結(jié)合調(diào)制型的飽和脈沖技術(shù)，開(kāi)發(fā)了脈沖瞬態(tài)熒光儀（Pulse Transition-Fluorescence Meter，商品名Yaxin-1161G葉綠素?zé)晒鈨x），具有瞬態(tài)熒光儀特征（能測(cè)定OJIP及其他參數(shù)），同時(shí)結(jié)合調(diào)制型熒光的優(yōu)點(diǎn)（能測(cè)F₀、F_m、F_m'、F₀'和F_s等基本相關(guān)參數(shù)），這樣達(dá)到便攜和小型化。

一、儀器相關(guān)參數(shù)

 飽和脈沖光強(qiáng)強(qiáng)度范圍：0-5000 µmol ·photon ·m^-2s^-1

 光化光光強(qiáng)強(qiáng)度范圍：0-2000µmol ·photon ·m^-2s^-1

 采樣速率5µs 可變

 A/D 12位

二、測(cè)定結(jié)果

1．  典型瞬態(tài)模式測(cè)定

   該模式下，可得到典型的OJIP的數(shù)據(jù)，觀察到不同光化光強(qiáng)度條件下的OJIP曲線及其相關(guān)參數(shù)，如圖1所示。

                           

圖1 不同光化光強(qiáng)度條件下的OJIP曲線

注1：盆栽綠蘿放入暗室，暗適應(yīng)2h后測(cè)定不同光化光強(qiáng)度下OJIP的變化。如上圖所示，測(cè)定強(qiáng)度從上到下一次為3500、3000、2500、2500、2000、1500、1000、500、200、100和50µmol ·photon ·m^-2s^-1等，光化光持續(xù)時(shí)間均為10s。

                                  表1  不同光化光強(qiáng)度條件下測(cè)得的相應(yīng)的參數(shù)

2．脈沖瞬態(tài)熒光動(dòng)力學(xué)測(cè)定

   該模式下可得F₀、F_m、F_m'、F₀'和F_s五項(xiàng)參數(shù)，用于類(lèi)似調(diào)制式熒光儀相關(guān)參數(shù)的計(jì)算。同時(shí)可以獲得從暗適應(yīng)后*個(gè)飽和脈沖的到的OJIP圖形，還能得到第2個(gè)脈沖及以后各個(gè)脈沖相關(guān)變化，即J和P的相關(guān)變化。如圖2所示。

                圖2 脈沖瞬態(tài)不同光化光強(qiáng)度條件下OJIP曲線

注：盆栽綠蘿放入暗室，暗適應(yīng)2h后進(jìn)行不同光化光強(qiáng)度下，脈沖瞬態(tài)熒光動(dòng)力學(xué)的測(cè)量。如上圖所示，測(cè)定強(qiáng)度依次為50、100、500和1800。測(cè)量過(guò)程中，飽和脈沖強(qiáng)度設(shè)為5000，設(shè)置光化光梯度，測(cè)量時(shí)間為儀器本身設(shè)置，飽和光1s，光化光9s，共10s，設(shè)置測(cè)量時(shí)間為300s。300s測(cè)量時(shí)間結(jié)束，開(kāi)始施加遠(yuǎn)紅光時(shí)長(zhǎng)4s，黑暗時(shí)長(zhǎng)1s，接著有個(gè)短的飽和脈沖出現(xiàn)獲取F₀^'后，整個(gè)測(cè)量結(jié)束。

                                表2 脈沖瞬態(tài)熒光動(dòng)力學(xué)測(cè)定所得的相關(guān)參數(shù)

3．后穩(wěn)態(tài)誘導(dǎo)熒光動(dòng)力學(xué)測(cè)定

   達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，由于接著再給飽和脈沖、黑暗以及遠(yuǎn)紅光的誘導(dǎo)，所以在光化光誘導(dǎo)下可產(chǎn)生后穩(wěn)態(tài)誘導(dǎo)熒光動(dòng)力學(xué)。如圖3 所示。

     圖3后穩(wěn)態(tài)不同光化光強(qiáng)度條件下OJIP曲線

注：盆栽綠蘿放入暗室，暗適應(yīng)2h后進(jìn)行不同光化光強(qiáng)度下，后穩(wěn)態(tài)熒光動(dòng)力學(xué)的測(cè)量。如上圖所示，測(cè)定強(qiáng)度依次為50、100、500和1800。測(cè)量過(guò)程中，飽和脈沖強(qiáng)度設(shè)為5000，設(shè)置光化光梯度，測(cè)量時(shí)間為儀器本身設(shè)置，飽和光1s，光化光10s，共11s。*個(gè)飽和光之前葉片暗適應(yīng)，然后開(kāi)始測(cè)量，發(fā)出*個(gè)飽和光，飽和光完成后，施加遠(yuǎn)紅光（4s）、黑暗（1s）、光化光（10s），然后又是一個(gè)飽和光，這樣就完成了2次測(cè)量，即2個(gè)飽和光出現(xiàn)過(guò)了。本次實(shí)驗(yàn)設(shè)置了20次測(cè)量，整個(gè)測(cè)量過(guò)程中飽和光會(huì)出現(xiàn)20次，這20個(gè)飽和光中間，隔著遠(yuǎn)紅光、黑暗和光化光，zui后一個(gè)飽和光完成后，測(cè)量結(jié)束。     

表3 后穩(wěn)態(tài)熒光動(dòng)力學(xué)測(cè)定所得的相關(guān)參數(shù)

4．循環(huán)電子傳遞和線性電子傳遞相關(guān)性的測(cè)定

穩(wěn)態(tài)熒光后，如果停止光化光，P₆₈₀停止電子輸出，而P₇₀₀在遠(yuǎn)紅光繼續(xù)傳遞電子，是光合電子進(jìn)入循環(huán)式電子傳遞，大約需10s或更長(zhǎng)一段時(shí)間后，突然有光化學(xué)誘導(dǎo)使P₆₈₀發(fā)出電子。在這一過(guò)程就可以了解電子的情況。如圖4所示。               

                   圖4  不同遠(yuǎn)紅光時(shí)長(zhǎng)下OJIP曲線

參考文獻(xiàn)

Schreiber U.Chlorophyll Fluorescence: a Signature Photosynthesis.pp279-319. Eds by Papageorgiou G.C., Govindjee. Springer （2004）.

Strasser,R.J. Ibid. Pp 321-362.

試驗(yàn)日期：2011年7月

試驗(yàn)地點(diǎn)：北京林業(yè)大學(xué)生科院

儀器生產(chǎn)商：北京雅欣理儀科技有限公司