脈沖瞬態(tài)葉綠素熒光儀的研發(fā)
脈沖瞬態(tài)葉綠素熒光儀的研發(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 生物科學與技術學院植物生理教研組 2．北京雅欣理儀科技有限公司
Schreiber(2004)和 Strasser(2004)的文章代表當前葉綠素熒光儀的主流方向，Walz公司的PAM調制型熒光儀在1986年推出后深受廣大研究者歡迎，成為研究葉綠素熒光動力學主流。隨后其他一些公司，也陸續(xù)推出相應的儀器。非調制的瞬態(tài)熒光儀由于電子元件器件和單片機數據采集器等的發(fā)展，克服了F0測定問題，在1990年后，以Hansa公司的PEA及有關新的型號為主，順應了在光抑制和非還原中心的相關研究需要。
近些年來，瞬態(tài)熒光技術得到了較大的發(fā)展，特別是OJIP（或OKJIP）及其他相關的研究（Stasser 2001）。最近更由于熒光動力學模型及相關模擬技術的發(fā)展，主要以瞬態(tài)熒光為基礎的（Laisk 等主編Photosynthesis in silico）模擬技術，更使瞬態(tài)熒光儀有了新的發(fā)展。但是調制熒光儀以F0、Fm、Fm'、F0'和Fs等基本參數為基礎可以計算多種熒光動力學參數，仍是當前葉綠素熒光動力學研究的主要內容。同時我們從2005年開始，研究后穩(wěn)態(tài)誘導熒光動力學，有可能進一步發(fā)展在后穩(wěn)態(tài)條件下的相關參數。鑒于非調制的瞬態(tài)熒光儀相對較簡單，結合調制型的飽和脈沖技術，開發(fā)了脈沖瞬態(tài)熒光儀（Pulse Transition-Fluorescence Meter，商品名Yaxin-1161G葉綠素熒光儀），具有瞬態(tài)熒光儀特征（能測定OJIP及其他參數），同時結合調制型熒光的優(yōu)點（能測F0、Fm、Fm'、F0'和Fs等基本相關參數），這樣達到便攜和小型化。
一、儀器相關參數
飽和脈沖光強強度范圍：0-5000 µmol ·photon ·m-2s-1
光化光光強強度范圍：0-2000µmol ·photon ·m-2s-1
采樣速率5µs 可變
A/D 12位
二、測定結果
1． 典型瞬態(tài)模式測定
該模式下，可得到典型的OJIP的數據，觀察到不同光化光強度條件下的OJIP曲線及其相關參數，如圖1所示。
圖1 不同光化光強度條件下的OJIP曲線
注1：盆栽綠蘿放入暗室，暗適應2h后測定不同光化光強度下OJIP的變化。如上圖所示，測定強度從上到下一次為3500、3000、2500、2500、2000、1500、1000、500、200、100和50µmol ·photon ·m-2s-1等，光化光持續(xù)時間均為10s。
表1 不同光化光強度條件下測得的相應的參數
|
測量項目 |
AL(T) |
Total Time /s |
F0 |
Fm |
Fv/Fm |
|
OJIP |
50(10) |
10 |
7 |
12 |
0.42 |
|
OJIP |
100(10) |
10 |
9 |
31 |
0.71 |
|
OJIP |
200(10) |
10 |
16 |
81 |
0.8 |
|
OJIP |
500(10) |
10 |
39 |
203 |
0.81 |
|
OJIP |
1000(10) |
10 |
76 |
417 |
0.82 |
|
OJIP |
1500(10) |
10 |
113 |
582 |
0.81 |
|
OJIP |
2000(10) |
10 |
149 |
775 |
0.81 |
|
OJIP |
2500(10) |
10 |
167 |
971 |
0.83 |
|
OJIP |
3000(10) |
10 |
214 |
1124 |
0.81 |
|
OJIP |
3500(10) |
10 |
253 |
1423 |
0.82 |
2．脈沖瞬態(tài)熒光動力學測定
該模式下可得F0、Fm、Fm'、F0'和Fs五項參數，用于類似調制式熒光儀相關參數的計算。同時可以獲得從暗適應后第一個飽和脈沖的到的OJIP圖形，還能得到第2個脈沖及以后各個脈沖相關變化，即J和P的相關變化。如圖2所示。
圖2 脈沖瞬態(tài)不同光化光強度條件下OJIP曲線
注：盆栽綠蘿放入暗室，暗適應2h后進行不同光化光強度下，脈沖瞬態(tài)熒光動力學的測量。如上圖所示，測定強度依次為50、100、500和1800。測量過程中，飽和脈沖強度設為5000，設置光化光梯度，測量時間為儀器本身設置，飽和光1s，光化光9s，共10s，設置測量時間為300s。300s測量時間結束，開始施加遠紅光時長4s，黑暗時長1s，接著有個短的飽和脈沖出現獲取F0'后，整個測量結束。
表2 脈沖瞬態(tài)熒光動力學測定所得的相關參數
|
測量
項目 |
SL(T) |
AL
(T) |
Total Time/S |
FR
T/S |
Dark
T/s |
F0 |
Fm |
Fv/Fm |
F0' |
Fm' |
Fs |
qP |
qN |
ΦPSII |
|
脈沖瞬態(tài) |
5000(1) |
50(9) |
300 |
4 |
1 |
319 |
1536 |
0.79 |
303 |
1190 |
474 |
0.807 |
0.271 |
0.602 |
|
脈沖瞬態(tài) |
5000(1) |
100(9) |
300 |
4 |
1 |
273 |
1462 |
0.81 |
271 |
973 |
485 |
0.695 |
0.41 |
0.502 |
|
脈沖瞬態(tài) |
5000(1) |
200(9) |
300 |
4 |
1 |
361 |
2197 |
0.84 |
354 |
997 |
585 |
0.641 |
0.65 |
0.413 |
|
脈沖瞬態(tài) |
5000(1) |
300(9) |
300 |
4 |
1 |
383 |
1928 |
0.8 |
360 |
1015 |
604 |
0.627 |
0.576 |
0.405 |
|
脈沖瞬態(tài) |
5000(1) |
500(9) |
300 |
4 |
1 |
345 |
2161 |
0.84 |
347 |
914 |
593 |
0.566 |
0.688 |
0.351 |
|
脈沖瞬態(tài) |
5000(1) |
800(9) |
300 |
4 |
1 |
355 |
2100 |
0.83 |
306 |
677 |
530 |
0.396 |
0.787 |
0.217 |
|
脈沖瞬態(tài) |
5000(1) |
800(9) |
300 |
4 |
1 |
348 |
2205 |
0.84 |
294 |
601 |
525 |
0.248 |
0.835 |
0.126 |
|
脈沖瞬態(tài) |
5000(1) |
1000(9) |
300 |
4 |
1 |
342 |
2181 |
0.84 |
308 |
678 |
595 |
0.224 |
0.799 |
0.122 |
|
脈沖瞬態(tài) |
5000(1) |
1500(9) |
300 |
4 |
1 |
324 |
1819 |
0.82 |
285 |
542 |
492 |
0.195 |
0.828 |
0.092 |
|
脈沖瞬態(tài) |
5000(1) |
1800(9) |
300 |
4 |
1 |
316 |
1907 |
0.83 |
270 |
525 |
487 |
0.149 |
0.84 |
0.072 |
|
脈沖瞬態(tài) |
5000(1) |
2000(9) |
300 |
4 |
1 |
304 |
1880 |
0.84 |
268 |
509 |
478 |
0.129 |
0.847 |
0.061 |
3．后穩(wěn)態(tài)誘導熒光動力學測定
達到穩(wěn)態(tài)后，由于接著再給飽和脈沖、黑暗以及遠紅光的誘導，所以在光化光誘導下可產生后穩(wěn)態(tài)誘導熒光動力學。如圖3 所示。
圖3后穩(wěn)態(tài)不同光化光強度條件下OJIP曲線
注：盆栽綠蘿放入暗室，暗適應2h后進行不同光化光強度下，后穩(wěn)態(tài)熒光動力學的測量。如上圖所示，測定強度依次為50、100、500和1800。測量過程中，飽和脈沖強度設為5000，設置光化光梯度，測量時間為儀器本身設置，飽和光1s，光化光10s，共11s。第一個飽和光之前葉片暗適應，然后開始測量，發(fā)出第一個飽和光，飽和光完成后，施加遠紅光（4s）、黑暗(1s)、光化光(10s)，然后又是一個飽和光，這樣就完成了2次測量，即2個飽和光出現過了。本次實驗設置了20次測量，整個測量過程中飽和光會出現20次，這20個飽和光中間，隔著遠紅光、黑暗和光化光，最后一個飽和光完成后，測量結束。
表3 后穩(wěn)態(tài)熒光動力學測定所得的相關參數
|
測量項目 |
SL(T) |
AL(T) |
Total T |
FR Time/s |
Dark T/s |
F0 |
Fm |
Fv/Fm |
|
后穩(wěn)態(tài) |
5000(1) |
50(10) |
20次 |
4 |
1 |
365 |
1909 |
0.81 |
|
后穩(wěn)態(tài) |
5000(1) |
100(10) |
20次 |
4 |
1 |
356 |
2296 |
0.84 |
|
后穩(wěn)態(tài) |
5000(1) |
200(10) |
20次 |
4 |
1 |
362 |
1859 |
0.81 |
|
后穩(wěn)態(tài) |
5000(1) |
500(10) |
20次 |
4 |
1 |
352 |
2024 |
0.83 |
|
后穩(wěn)態(tài) |
5000(1) |
800(10) |
20次 |
4 |
1 |
382 |
1925 |
0.8 |
|
后穩(wěn)態(tài) |
5000(1) |
1000(10) |
20次 |
4 |
1 |
372 |
1918 |
0.81 |
|
后穩(wěn)態(tài) |
5000(1) |
1200(10) |
20次 |
4 |
1 |
357 |
1908 |
0.81 |
|
后穩(wěn)態(tài) |
5000(1) |
1200(10) |
20次 |
4 |
1 |
338 |
1750 |
0.81 |
|
后穩(wěn)態(tài) |
5000(1) |
1800(10) |
20次 |
4 |
1 |
325 |
1649 |
0.8 |
|
后穩(wěn)態(tài) |
5000(1) |
2000(10) |
20次 |
4 |
1 |
246 |
1412 |
0.83 |
4．循環(huán)電子傳遞和線性電子傳遞相關性的測定
穩(wěn)態(tài)熒光后，如果停止光化光，P680停止電子輸出，而P700在遠紅光繼續(xù)傳遞電子，是光合電子進入循環(huán)式電子傳遞，大約需10s或更長一段時間后，突然有光化學誘導使P680發(fā)出電子。在這一過程就可以了解電子的情況。如圖4所示。
圖4 不同遠紅光時長下OJIP曲線
參考文獻
Schreiber U.Chlorophyll Fluorescence: a Signature Photosynthesis.pp279-319. Eds by Papageorgiou G.C., Govindjee. Springer (2004).
Strasser,R.J. Ibid. Pp 321-362.
試驗日期：2011年7月
試驗地點：北京林業(yè)大學生科院
儀器生產商：北京雅欣理儀科技有限公司標簽：
熒光儀
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