如何用光看清植物健康：葉綠素熒光測定
一、什么是葉綠素熒光測定？
葉綠素熒光測定是通過檢測植物葉片中的葉綠素分子在光照下所發(fā)出的熒光來研究植物光合作用效率和健康狀況的技術(shù)。葉綠素是植物進行光合作用的關(guān)鍵色素，當光照射到葉綠素分子時，能量將主要用于光合作用、熱耗散、和發(fā)射熒光。通過測定和分析熒光信號，人們可以深入了解植物的光合作用效率及其對環(huán)境脅迫的響應(yīng)。
圖1 植物葉綠素熒光參數(shù)成像示例圖，包括Fm，F(xiàn)o，F(xiàn)o’ , FPSII, Fv, NPQ, qN, qP等。
二、測定葉綠素熒光的常見方法有哪些？
目前，測試葉綠素熒光測定分析有四種方法（分別是脈沖幅度調(diào)制熒光PAM、快速熒光動力學OJIP、快速重復率熒光FRR、日光誘導熒光SIF），PAM仍是目前最受歡迎和最具影響力的平臺。在使用場景上，PAM適合于實驗室環(huán)境，F(xiàn)RR方法也稱為激光誘導葉綠素熒光瞬態(tài)，適合于野外連續(xù)監(jiān)測，SIF可以利用光譜儀近地面測量或利用衛(wèi)星遙感測量等。
三、葉綠素熒光的測定有哪些應(yīng)用？
葉綠素熒光分析既是室內(nèi)光合作用基礎(chǔ)研究的先進工具，也是室外自然條件下診斷植物體內(nèi)光合組織運轉(zhuǎn)情況、分析植物對環(huán)境變化響應(yīng)機制的重要方法。如今，人們通過葉綠素熒光分析估計量子效率、光合能力，計算光合電子傳遞效率、胞間CO2濃度，并試圖用熒光參數(shù)來快速篩選遺傳變異的植物。
四、葉綠素測定過程中常見的光源：
- 測量光：是一種光強度極弱的調(diào)制光，幾乎不能引起光系統(tǒng)II反應(yīng)中心關(guān)閉，即全部QA都處于氧化態(tài)，此時熒光的產(chǎn)率最低，檢測到的熒光參數(shù)為Fo。
- 光化光（或作用光）：用于推動光合作用光化學反應(yīng)，光強范圍在0-2000 umol·m-2·s-1，可因?qū)嶒災(zāi)康牟煌兓?/li>
- 飽和脈沖光：光強通常在5000-10000 umol·m-2·s-1，閃光時長≤1s，確保QA完全處于還原態(tài)（即QA-），此時測定的熒光參數(shù)為FM或FM’。
- 遠紅光：720-730nm，PPFD為30 umol·m-2·s-1，4 s，測定Fo’之前使用，用于激發(fā)PSI而不激發(fā)光系統(tǒng)II，促使電子向下游傳遞，推動QA氧化。
五、測定葉綠素熒光的基本步驟是怎樣的？
六、葉綠素測定過程中需注意的問題
1、測定溫度：在20 ℃以下的環(huán)境中測定時，由于熒光儀探頭和葉片之間的溫度差會引起探頭表面凝水，造成低估qP值。
2、葉綠體運動：光引起的葉綠體運動會導致高估qN，防止辦法是從作用光中除掉能引起葉綠體運動的光（波長<510 nm）。
3、葉片表面特征：葉片上下表面的特征不同，導致Fv/FM也不相同。
4、暗適應(yīng)時間的確定取決于實驗?zāi)康�。如果要得到PSII最大的光化學效率Fv/FM，那最好經(jīng)過一個黑暗的夜晚，使所有的能量耗散過程全部停止；如果要連續(xù)觀察熒光參數(shù)的日變化等動態(tài)變化，則15-20 min的黑暗即可。
5、熒光參數(shù)預期值：
- Fv/FM（C3、C4植物和藻類分別為0.83-0.85、0.78和0.70）
- φPSII（小于Fv/FM的任何值）
- qP和qN（0-1）
- NPQ（一般0-4）
這些數(shù)據(jù)可以作為測定結(jié)果是否可靠的參考。
6、用熒光參數(shù) φPSII計算的光合電子傳遞效率ETRPSII只是一個近似值，可能有多種誤差來源。例如，ETRPSII計算式中的0.84（葉片光吸收的百分數(shù)）和0.5（兩個光系統(tǒng)均等地使用葉片吸收的光能）都是假設(shè)的，未必符合被測葉片的真實情況，除非通過試驗測定這兩個數(shù)值。
7、不可在同一葉片的同一部位過多、過頻地（即兩個光脈沖之間的暗間隔過短）使用飽和光脈沖，否則會導致光合機構(gòu)的光破壞。
8、葉片熒光測定不可代替氣體交換測定。盡管用葉綠素熒光參數(shù)計算光合電子傳遞速率可以估計光合能力，但仍不能代替氣體交換測定。即使同一時刻在葉片的同一部位測定，熒光分析結(jié)果和氣體交換結(jié)果也多有不同。例如，熒光測定一般反映葉片上層細胞的情況，而氣體交換測定則反映整個葉片包括中下層細胞的情況。
再如，PSII最大的光化學效率Fv/FM對水分脅迫不是很敏感，即使葉片的相對含水量降到50%以下，也很少變化，但此時氣體交換測定的光合速率已急劇降低。因此，若想對葉片的光合功能做出正確估計，最好將這兩種甚至更多的技術(shù)同時使用。
