叶绿素荧光理论与应用叶绿素荧光现象Kautsky 等（1931）发现，将暗适应的绿色植物 突然暴露在可见光下后，植物绿色组织发出一种暗 红色，强度不断变化的荧光。透射光下反射光下在生理温度下，叶绿素荧光的波长 峰值大约为685nm的红光，并且一直延 伸到800nm的远红光处当叶绿素分子吸收光能后，叶绿素分子中的电子被激发，激发态 电子的寿命非常短，当带电子从激发态回到到基态的去激过程中， 一小部分激发能（3-9%）以红色的荧光形式耗散。叶绿体中激发能的去向：热耗散激发能光化学反应 形成同化力CO2固定光呼吸Mehler 反应 N代谢荧光最大荧光 荧光波动 荧光稳态荧光快速上升阶段时间（min）Kautsky EffectFluorscence暗 反 应光活化过程对（Kautsky Effect）的解释 ：连续光下荧光产量瞬间上升， 这是因为照光后某些碳同化酶需要光活化，因此碳同化途径产生延 迟。这使得照光初期相当多的QA处于还原状态，从而导致了荧光产 量的瞬态上升。这之后，由于光化学过程和热耗散过程的发生，荧 光产量产生淬灭到一个稳态数值（Ft）。荧光随时间变化的曲线称为 叶绿素荧光诱导动力学曲线00
100 200 300 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 Time (s) Time (s) O O T Fluorescence intensity00Fluorescence intensityPAPB叶绿素荧光诱导动力学曲线的意义从O点到P点的荧光上升过程称为快速叶绿素 荧光诱导动力学曲线，主要反映了PSⅡ的原初光化学反应及光合机构电子传递状态等过程的变化。从P点到T点的下降阶段主要反映了光合碳代谢的变化，随着光合碳代谢速率的上升，荧光强度（T）逐渐下降。叶绿素荧光动力学曲线包含着 光合作用过程丰富的信息● 光能的吸收与转换 ● 能量的传递与分配 ● 反应中心的状态 ● 过剩光能及其耗散● PSII供体侧和受体的活性 ● 电子传递体PQ库的大小以及活性 ● 光合作用光抑制与光破坏……等等如何测定叶绿素荧光？1.脉冲调制式荧光仪：测定时仪器提供一种脉冲调制光，能诱导出 脉冲式荧光。当有其它光线同时存在时，会产 生以下三种光信号：1.自然光中具有的荧光波长的红光信号 2.自然光诱导的非脉冲荧光信号 3.脉冲调制光诱导的脉冲荧光信号脉冲调制式荧光仪能排除自然光中的红光信号 和自然光诱导的荧光信号，只监测脉冲光调制光 诱导的荧光信号的变化。这样便可以直接在光照 条件下测定叶绿素荧光。这类荧光仪有： FMS-1、FMS-2等脉冲调制式荧光仪为了避免脉冲调制 光对光合机构造成影响，必须在两次闪光 之间有足够长的间歇时间，因此脉冲调制 光的频率不可能很高，这就限制了它无法 快速地记录叶绿素荧光的变化。因此就无 法反映光能被叶绿素吸收后，由PSII供体 侧和受体侧瞬间变化所引起的叶绿素荧光 的变化。调制式荧光仪测定的参数中，除了FV/FM反映 了荧光诱导动力学曲线上升过程中O-P阶段的变化 外，其它所有参数都是反映P点之后的下降过程。 调制式荧光仪主要通过测量光化学反应的情况 来反映光合作用的碳同化反应启动后的光能捕获、 转化及利用效率。而对于碳同化活化之前PSⅡ的光 化学变化，所获得的信息就很少了。脉冲调制荧光仪测定原理图主要荧光参数及其意义Fo：初始荧光产量，也称基础荧光，是PSⅡ反应 中心（经过充分暗适应以后）处于完全开放状 态时的初始荧 光产量。一般认为，这部分荧光是天线中的激发能尚未被反应中心捕获之前， 由天线叶绿素发出的。当反应中心失活或者遭到破坏时，Fo上升。 已知过高的温度往往使PSII放氧复合体脱离，反应中心失活。此时Fo会明显提高。因此，可以用Fo随温度的变化动态来反映高温对光合器 官的危害，用来评价植物的抗热性。Fm：最大荧光产量。是PSⅡ反应中心完全关闭时的荧 光产量。通常叶片经暗适应20min后测得。 Fv=Fm-Fo：可变荧光，反映PSⅡ的电子传递最大潜 力。经暗适应后测得。 Fv/Fm：暗适应下PSⅡ反应中心完全开放时的最大 光化学效率，反映PSⅡ反应中心最大光能 转换效率。 Fv/Fo：代表PSⅡ潜在光化学活性，与有活性的反 应中心的数量成正比关系。Fo’： 光适应下初始荧光。Fm’： 光适应下最大荧光。Fv’=Fm’-Fo’：光适应下可变荧光。Fs : 稳态荧光产量Fv’/Fm’：光适应下PSⅡ最大光化学效率，它反映有 热耗散存在时PSⅡ反应中心完全开放时的 光化学效率，也称为最大天线转换效率。φPSⅡ=(Fm’-Fs)/Fm’ ： PSⅡ实际光化学效率，它反映在照光下PSⅡ反应中心部分关闭的情况下的实际光化学效率。qP =(Fm’ -Fs)/(Fm’-Fo’) ：光化学猝灭系数，它反映了PSⅡ反应中心的开放程度。1- qP 用来表示PSⅡ反应中心的关 闭程度。 qNP =(Fm-Fm’)/(Fm-Fo’) ：非光化学猝灭系数 NPQ = (Fm-F’m)/F’m ＝Fm/Fm’-1 ：非光化学猝灭 ETR = φPSⅡ ×absorbed PFD ×0.5 ：PSII电子传递 速率?ΦPSII以及ETR和光合速率最相关。非 逆境环境中生长的植物的ETR和光合速率是 成正比的。 ? 叶绿素分子激发以后，回到基态的过程 中大部分能量经电子传递后除了用于碳代谢 过程，还用来进行氮代谢、硫代谢、米勒反 应、水水循环、光呼吸等。 ? 在逆境条件下，从光系统传来的电子更 多地分配到光呼吸、米勒反应等过程，此时 ，ETR就不能很好的反应光合速率，ΦPSII 就更没有太多说服力了。.9 .8 .7qP.6 .5 .8 .7(A)A：光化学猝灭系数（qP） B：光能捕获效率（Fv’/Fm’） C：PSII量子效率(ФPSII)Fv'/Fm'.6 .5 .4 .5(B)?PSII.4NaCl胁迫对杂交酸模叶片光 化学猝灭系数（qP）、PSII 反应中心光能捕获效率 （Fv’/Fm’）、和PSII量子效 率(ФPSII)的影响.3(C).2 0 50 100 150 200 250 NaCl (mmol/L).9 (A) .8 .7 (C).7 .6 .5?PSIIqP.4 .6 .3 .5 .4 .8 .7 (B) (D) .2 .14.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 .5 0.0Fv'/Fm'.6 .5 .4 .3 .2 27 30 33 36 39 42 45 48 27 30 33 36 39 42 45 48 Temperature (oC)NPQ○，对照；●，200 mmol/L NaCl对照叶片和盐胁迫叶片光化学猝灭系数（qP）、PSII光能捕获 效率（Fv’/Fm’）、PSII量子效率(ФPSII，)、非光化学猝灭 (NPQ，D)对温度的响应。示NaCl处理增加叶片的抗高温能力.80 .75 .70 (A).65 .60 .55 .50 .75 .70 (B)Ca2+ 对NaCl胁迫下杂交酸模 叶片PSII光化学反应的影响●： ck ○： 8 mmol/L Ca2+qP Fv'/Fm'.65 .60 .55 .50 .45 .6 .5 (C)?PSII.4 .3 .2 .1 0 100 200 300 NaCl (mmol/L)Ca2+ 对不同浓度NaCl胁迫 下杂交酸模叶片光化学猝灭 （qP），PSII反应中心光 能捕获效率（Fv’/Fm’）和 PSII光量子效率(Φ PSII, ) 的影响1.0 .8 .6 .4 .2 0.0 0 2 4 6 8 10 12 Time (h)Fv/Fm●，21 % O2 ○，2 % O2强光下氧浓度对杂交酸模叶片PSII光抑制及其恢复的影响120A?Po (in % relative to 25 C)o1008060403d 7d 11 d80 0 20 150140BF (in % relative to 25 oC)130120110高温对不同 叶龄沙地榆 叶片Fo、Fm 的影响100o90 80 110 80CF (in % relative to 25 oC)1009080m7060 20253035404550Temperature (oC)0.8 0.6PSIICK - MnETR200 150 100 50 0CK - Mn0.4 0.2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Time (min)1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 30 60 90 Time(min) 120 150 180CK - Mn2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Time (min)强光下对照与缺锰 叶片PSII实际光化 学效率（Φ PSII） 和电子传递速率 （ETR）和光化学 猝灭qP的变化。qP不同温度 下、强光 对玉米叶 片最大光 化学效率 的影响1.0 Stress .8 RecoveryFv/Fm.6 .4 .2 0.0 0 5 10 15 20 25 Time (h)低温和低温弱光胁迫下甜椒Fv/Fm的响应及其随后的 恢复。恢复条件为25 ?C和100 ?mol m-2 s-1光强。 ▲，低温弱光胁迫；Δ，低温黑暗胁迫。40ETR (?mol m-2s-1)32 24 16 8 0 0 2 4 Time (h) 6 8低温弱光胁迫对甜椒叶片线性电子传递的影响▲，对照； △，低温弱光胁迫（4 ℃和100 μmol m-2 s-1光强）； ▼， MV处理（4 ℃和100 μmol m-2 s-1光强）；?，AsA处理（4 ℃和100 μmol m-2 s-1光强）1 0.80.0080.006φ PSll0.4 0.2 0NPQ0.60.0040.0021 1 0.8Fv/Fm479P rate (μ mol.m-2.s-1)1
400 200 0 0 54790.6 0.4 0.2 0 5 10 15 20 PEG (%)10 PEG (%)1520经1200μmol·-2·-1强光及不同浓度PEG处理4小时后， m s 不同节位大豆离体叶片Fv/Fm、φPSII、Prate、及NPQ的变化PFD 12001 0.8PFD 20 40℃φ PSll1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0PFD 400 40 ℃PFD 20φ PSll0.6 0.4 0.2 0 0 2 4 62461 0.9 0.8Fv/Fm48101 1/Fm Fv479PFD 1200PFD200.7 0.6 0.5 0.4 0 2 4 Time (hour) 60.8PFD400 PFD200.6 0.4 0 1 2 3 4 Time (hoour) 5 6田间大豆不同节位离体叶片的Fv/Fm、及φPSII在40℃下对强光 （1200μmol）及弱光（400μmol）的反应以及随后的暗恢复过程9:00 AM 100Relative Pn (%)14：00PM70 40 10 -20 11 20 43 84 100Relative leaf area (%)大豆叶片从伸出到展开过程光合速率的相对值叶绿素荧光用于能量分配的研究1st node40 Pn) .s )-1 -14th node25)12 Pn-17th nodePn20 15 10 5 0 -5 610.s-2.s30-28 6 4 2 0 -2 6 8 10 12 14 16 18P n( μ m ol. mP n( μ m ol. m-22010 0 6 10 12 14 16 18 Tim e of the day (hour) CK 1 D1 W 1 881012141618P n( μ m ol. m-4 Tim e of the day(hour) CK 3 D3 W3Tim e of the day (hoour) CK 2 D2 W2长期干旱(D)、淹涝(W)及正常浇水(CK) 大豆倒数第1、4、7位叶片光合日变化0 .0 1 5 0 .0 1 2NPQ ( 1 /Fm')NPQNPQNPQ0 .0 0 9 0 .0 0 6 0 .0 0 3 0 1 0 .8φ PS llφ PS llφ PS llφ PS ll0 .6 0 .4 0 .2 0 6 8 10 12 14 16 18 20 6 8 10 12 14 16 18 20 6 8 10 12 14 16 18 20Time o f th e d a y ( h o u r )Time o f th e d a y ( h o u r ) CK 3 D1 D2 D3Time o f th e d a y ( h o u r ) W 1 W 2 W 3CK 1CK 2长期干旱及淹涝胁迫大豆叶绿素荧光参数的日变化的比较CK 1CK 2CK 3P D 37% 56%P 34%D 58%P 29%D 63%????? ¨CK 1CK 2CK 3P 58%D 36%P 55%D 41%D P 53% 43%????? ì ùW 1W 2W 3P 16%D 73%P 15%D 74%11 %D 78%????? ¨W1W2W3P D 47% 49%P D 41% 53%P D 37% 58%????? ì ùD 1D2D3P 32%D 59%P D 34% 58%P 22%D 69%????? ¨D1D2D3D P 41% 55%P 54%D 42%D P 44% 52%????? ì ù午中 时对长 对吸期 吸收干 收光旱 光能及 能分淹 的配涝 分的胁 配平迫 均大 值豆 及一 中天?? ?? ?? ?? ¤? ?? ?? ?? ¤? ?? ?? ??叶绿素荧光用来研究光合机构在光下 的启动过程600 400Bits200 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800叶片由黑暗转入强光后叶绿素荧光的猝灭过程2. 连续激发式荧光仪连续激发式荧光仪具有相当高的分辨率， 初始记录速度为每秒钟10万次，从10μs 到最长300s内不同时间的荧光信号都能被 定量地记录。所以能够从荧光O-P上升过 程中捕捉到更多荧光信息的变化，能够准 确记录O-P变化过程中的O点、K点、J点 和 I点的变化。用连线激发式荧光仪测定的荧光诱导曲线Relative fluorescence intensity1.2 1.0 .8 .6 .4 .2b' c'OKJcIPa(a') b0.0 100 101 102 103 104 105 106 107 Time (?s)连续激发式荧光仪有：Handy PEA， PEA，Pocket PEA， PEA Senior, M-PEA 等Handy PEAPEAPocket PEAPEA SeniorM-PEA典型的 O-J-I-P 荧光诱导曲线A P IChl a fluorescence intensity (relative units)Chl a fluorescence intensity (relative units)00
O 0 0.0 .2 .4 .6 time (s) .800 J
O P IB1.00 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 time (s)图A: 时间坐标为线性形式； 图B: 时间坐标为对数形式O-J-I-P荧光诱导曲线 的特征位点1400tFmaxFP =FM1. 20-50?s时荧光（O点）Fluorescence Intensity (a.u.)1200P30 msFI2. 300 ?s时荧光（K相）1000I2 msFJ800J0.53. 2 ms时荧光（J相）4. 30 ms时荧光（I相） 5. 0.3-2s 荧光（P相）600Relative variable fluorescence V0.40.350 ? s40050 ? s300 ? sF02000.2O?t0.1?VM0 M0 = (? V/? t) 00.4 0.6 0.80.0 0.0 0.20 0.01 0.1 1 10100Time (ms)100010000Time (ms)O-J-I-P曲线特征位点的意义★ 为什么会产生这些特征位点？ ★ 这些位点的变化反映了什么问题？X PheoQAQB PQ Cytf PC H2 O Z P680 光量子 P700 光量子 O2?FdNADPH2O — Z — P680 — Pheo — QA — QB — PQ 光合电子传递链1 st hu2 nd hu3 rd huPh QAQB2[11]4 th huPh QAQB2[12]PQH2Ph QA QB2[8] Ph QAQBPh QA QBPh QAQBPhQA QB2[10] Ph Q AQ B-PQH2[7] Ph QA QBPh QAQB[9][4][6][3][5]PQ[1]Ph QA QBPh QA QB [2] [2]PQOK~ 0.2J~ 2I~ 20P~ 200 ms照光后，PSII作用中心及受体侧电子传递体的状态。O点：PSⅡ作用中心完全开放时，即所有的 电子受体（QA 、QB 、PQ等）处于最大程度 氧化态时的荧光，称为初始荧光或最小荧 光（Fo）。 O点荧光强弱与天线色素含量 的多少及作用中心的活性状态有关。 如： 天线色素降解可导致Fo下降；作用中心失活可导致Fo上升。J点：PSⅡ的电子受体QA第一次处于瞬时 最大程度还原态时的荧光。J点时电子受 体主要状态：QA- QB，QA- QB-。J点的大小反映了QA被还原的速率。它与 反应中心色素、捕光色素和QA、QB的状 态有关，如果电子从QA向QB 的传递受到 限制，J点就会升高。如：当PSII反应中 心失活时(D1蛋白降解)， QB 非还原反应中 心数量增加，会导致J点的升高。I点：反应了PQ库的异质性,即快还原型PQ库和慢还原型PQ库的大小。I点时电子 受体主要状态：QA-QB2-。P点：PSⅡ的电子受体（QA、QB、PQ等）处于 最大程度还原态时的荧光，称为最大荧光。 P点时电子受体主要状态：QA-QB2-，PQH2。P点出现的时间（0.3- 2s）与PSII复合体 的结构和功能、PQ库的大小有关； P点高低除了与诱导荧光的光强有关外， 还与天线的结构和功能、天线能量耗散的大小 有关。Sm Sm SmOJIP曲线和直线F = FM之 间的标准化后的面积形式: Sm = Area / (FM－FO）反映 了从0 ms到 tFm时间内将电 子传递链中的电子受体全部 还原所需的能量。即PSⅡ反 应中心受体侧PQ库的大小， 当电子从QA-进入电子传递链 越多，则到达FM所需要的时 间就越长，Sm的值也越大。植物叶片生理状态的变化都会影响到 快速叶绿素荧光的变化，而任何环境条件 的改变都会影响到植物叶片生理状态，因 此通过检测快速叶绿素荧光的变化可以知 道环境因素对植物生理状态的影响。叶绿 素荧光的变化相当灵敏，从植物的形态和 生长看不出任何变化时，叶绿素荧光就会 发生显著的变化。不同环境条件下J-I-P 曲线变化举例Chl a fluorescence intensity800 600 400 2003000Fluorescence intensity0min 30min 45min 60min00
1e+0 1e+1 1e+2 1e+3 1e+4 1e+5 1e+6 1e+70 100 101 102 103 104 105 106 107 time (?s)Time (?s)苔藓脱水过程中O-J-I-P 荧光诱导曲线的变化玉 米 缺 铁 后 O-J-I-P 荧光诱导曲线的变化00 0 0 1e+0 1e+1 1e+2 1e+3 1e+4 1e+5 1e+6 1e+7Chl a fluorescence intensity00
101 102 103 104 105 106 107 time (?s)Fluorescence intensitytime (?s)烟草叶片高温处理后OJIP 荧光诱导曲线的变化大豆叶片衰老后OJIP荧光 诱导曲线的变化荧光Fluorescence感病处理Infection treatment 对照CKA IPBC00 500 0 .01J I O O.1 1 10 100
1 10 100 PJ时 间Time(ms)灰霉病菌侵染的黄瓜叶片和对照叶片处理前（A）、处理第10天 （B）、第15天（C）快速叶绿素荧光诱导动力学曲线变化不同温度下处理大豆叶片5min钟后，OJIP曲线的变化叶绿素荧光诱导动力学曲线的形态发生了变 化，说明植物叶片的生理生化状态、光合机构发 生了变化。 但是到底发生了什么变化？这便需 要JIP-test 来定量的分析和解释。JIP-test就是通过定量分析快速叶绿素荧光 诱导动力学曲线的变化，来解释PSII光能吸收、 转换、电子传递、PSII作用中心以及受体侧和供 体侧的活性、以及电子传递体氧化还原状态动态 变化的一种手段。JIP test 的创始人-瑞士日内瓦大学Reto Strasser 教授JIP-test理论基础 - 生物膜能量流动由 J I P test 可得出的多种不同的参数PIABS PICSo PICSM F O/FM F V/F O1.25 0.75 0.25 -0.25 -0.75MO MG VJ VI?o/(1-?o) ?Po/(1-?Po)10 RC/ABS SFIABS DIo/CSM ETo/CSM TRo/CSM ABS/CSM RC/CSM DIo/CSo ETo/CSo TRo/CSo?Po ?o ?Eo-1.25 -1.75?DoSm N Sm/tFMAX ??k kNPkP ABS/CSo ABS/RC RC/CSo TRo/RC DIo/RC ETo/RCJIP-test 部分参数JIP –test 计算出的参数O-J-I-P曲线和直线F = FM之间的标准化后的面积形式（Sm = Area / (FM－FO） 反映了从0 ms到 tFm时间内将电子传递链中的电子受体全部还原所需的能量。比活性参数（QA处在可还原态时，单位PSⅡ反应中心的活性）ABS/RC= MO?(1/ VJ)?(1/φPo) 单位反应中心吸收的光能TRO/RC= MO?(1/ VJ)ETO/RC= MO?(1/ VJ)?ψO单位反应中心捕获的用于还原QA的能量（在t＝0时）单位反应中心捕获的用于电子传递的能量（在t＝0时）DIO/RC= ABS/RC- TRO/RC单位反应中心耗散掉的能量（在t＝0时）量子产额或能量分配比率φPo=TRO/ABS=(1-FO/FM) 最大光化学效率（在t＝0时）ψO=ETO/TRO=(1-VJ)φEo=ETO/ABS=(1-FO/FM)?ψO φDo=1-φPo =(FO/FM) φRo =RE/ABS =TRo/ABS (1 - VI)捕获的激子将电子传递到电子传递链中超过QA的其它电 子受体的概率（在t＝0时）用于电子传递的量子产额（在t＝0时） 用于热耗散的量子比率（在t＝0时） 用于还原PSI受体侧末端电子受体的量子产额（t＝0时）比活性参数（照光材料单位截面积的活性）ABS/CSO≈FOABS/CSM≈FM TRO/CSO=φPo?(ABS/CSO) ETO/CSO=φEo?(ABS/CSO)单位面积吸收的光能（在t＝0时）单位面积吸收的光能（在t＝tFM时） 单位面积捕获的光能（在t＝0时） 单位面积的电子传递的量子产额（在t ＝0时）DIO/CSO=(ABS/CSO) - (TRO/CSO) 单位面积的热耗散（在t＝0时）反应中心的密度RC/CSO=φPo?(VJ/MO)? (ABS/CSO) 单位面积有活性反应中心的数量Performance Index 性能指数 ？ 综合指数？PIABS＝RC/ABS ? [φPo/(1-φPo)] ? [ψO/(1 - ψO )] 以吸收光能为基础的性能指数 PICS＝RC/CSo ? [φPo/(1-φPo)]? [ψO/(1 - ψO )] 以单位面积为基础的性能指数PI 是所有荧光参数中最敏感的参数，在Fv/Fm及其 它许多参数尚未发生变化时，PI已出现明显的变化。JIP 曲线及有关参数的标准化不同样品测定的原始JIP曲线1. 用（Fm-Fo）进行标准化后相对可变荧光的变化Vt = (F t – Fo) / (Fm – Fo) （Ft指任意时刻的荧光数值）标准化后增加了不同样品之间的可比性,无论测定样品的面积大小 是否相同,都可以进行比较,尤其适合比较苔藓,地衣等不规则样品.2. 用（Fj-Fo）进行标准化后相对可变荧光的变化W = (Ft – Fo) / (Fj – Fo) （Ft指任意时刻的荧光数值）3. K点相对可变荧光的标准化（WK）,表示K点相对值的大小。ΔW =WK 处理 /WK 对照表示处理植株中有活性反应中心占对照植株的比例WK= (Ft-FO)/(FJ-FO)（Ft和Fo为t点和O点荧光值）ΔWWk反映放氧复合体的状况， Wk越大,放氧氧复合体受到的伤害 越严重。该图的ΔW显示出对照与处理植株之间的最大差别出现 在0.3ms，说明对放氧复合体活性的影响最大。4. 处理植株与对照植株相对可变荧光的差值Vt ＝［(F t – Fo) / (Fm – Fo)］; ΔVt =Vt 处理-Vt 对照ΔVtVt不同KNO3处理植株JIP曲线( Vt ), 以及不同处理与对照之间的荧光差 值ΔVt 的变化。同处理与对照之间的最大差值出现在300um处，说明 处理最大程度影响了放氧复合体的活性。1.2Vt = (Ft - Fo)/(Fm - Fo)1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0OP I△ Vt = △ [(Ft - Fo)/(Fm - Fo)]HNS CM CF HNS-HNS CM-HNS CF-HNS J Ka0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 -0.1 0.3 0.2Vt = (Ft - Fo)/(Fm - Fo)1.0 0.8 0.60.1 0.4 0.2 0.0 c 0.0 -0.1 0.3 0.2 0.6 0.1 0.4 0.2 0.0 0.01 Time(ms) 0.0 -0.1 100 Vt = (Ft - Fo)/(Fm - Fo)1.0 0.8△ Vt = △ [(Ft - Fo)/(Fm - Fo)]△ Vt = △ [(Ft - Fo)/(Fm - Fo)]b赤星病菌A. alternata 代 谢产物对不同叶龄烟草叶 片JIP曲线的影响。 图a, b, c 表示衰老程度逐 渐增加的烟草叶片. Vt曲线变化最显著的位点 为K点,表明赤星病菌代谢 产物对光合机构影响最大 的部位是放氧复合体OEC 的活性。此外随着叶片的 衰老,赤星病菌代谢产物对 放氧复合体OEC的伤害作 用也逐渐加剧.引自Jia Yu-jao et al , Physiologia Plantarum 4–175.0.11105. 用 F300us -Fo 进行标准化化得到 L bandL band ＝(Ft-Fo)/(F300us-Fo)，Δ Lband＝ L band 处理 - L band 对照04) L band as relative variable fluorescence between Fo and F300us and differences The increase in fluorescence at 150 to 200 us is due to the ungrouping of thylakoids like grana thylakoids into stroma thylakoids leading to disconnection of energetic cooperativity. 如果基粒类囊体解离，就会导致类囊体之间的能量传递受阻，导致150-200um处荧光值上升。 如果Δ Lband＞0，说明类囊体之间的能量传递受阻，如果Δ Lband≤0说明光合膜系统完整，能量传递顺畅Normalization plot: F1(0.05 ms) to F3(2 ms)1.00.90.8○-对照0.7○-处理10.6Fluorescence [mV]○- 处理20.5 0.40.30.20.10.0 0.05 0.0500.0800.10.1000.12 Time [ms]0.150.200.250.30.30过量锰胁迫导致Lband增加引自Li et al. BMC Plant Biology
6. 用雷达（蜘蛛）图表示荧光参数的变化处理植株荧光参数与对照植株荧光参数比值将对照植物的 各种荧光参数 都作为1，其他 各处理植株的 荧光参数都转 变成对照植株 荧光参数的百 分数。 图中黑色为 对照小麦，其 他颜色为不同 干旱处理小麦。处理植株荧光参数与对照植株荧光参数的差值PIABS PICSo PICSM F O/FM F V/FO1.25 0.75 0.25 -0.25 -0.75MO MG VJ VI?o/(1-?o) ?Po/(1-?Po)10 RC/ABS SFIABS DIo/CSM ETo/CSM TRo/CSM ABS/CSM RC/CSM DIo/CSo ETo/CSo TRo/CSo?Po ?o ?Eo-1.25 -1.75?DoSm N Sm/tFMAX ??k kNP对照植株的各 荧光参数用黑线 “0” 表示，大于 0表示处理植株 该参数值升高， 小于0表示处理 植株该参数值下 降。kP ABS/CSo ABS/RC RC/CSo TRo/RC DIo/RC ETo/RC7. 能量流动模型 Energy Pipeline Models叶绿素荧光参数的变化可以用直观 的能量流动模型来表示★ Specific (membrane) model ★Phenomenological (Yield) modelJ I P-Test 应用举例1.高温处理对碱蒿快速叶绿素荧光动力学曲线的影响不同温度对碱蒿叶片叶绿素荧光诱 导动力学曲线的（a），及WK的影 响（b）。 △：对照 ▲：400mmol/L NaCl处理 从图可以看出，高温处理后出现 了明显的K点，随着温度升高放氧 复合体活性受到到伤害。而盐适应 提高了植株对高温的抗性。○：400mmol/L NaCl处理 ●：对照 （引自：卢丛明等人论文）：高温处理对盐胁迫后碱蒿 ψo ，φPEO ，和RC/CS的影 响。 ●：对照 ○：400mmol/L NaCl处理；从图可以看出，高温处理伤害了PSII的反应中心（ RC/CS） 和电子传递（ψo ，φPEO）的 活性。而盐适应提高了植株对PSII高温 的抗性。2.病原菌对快速叶绿素荧光动力学曲线的影响荧光Fluorescence感病处理Infection treatment 对照CKA IPBC00 500 0 .01J I O O.1 1 10 100
1 10 100 PJ时 间Time(ms)灰霉病菌侵染的黄瓜叶片和对照叶片处理前（A）、处理第10天（B）、 第15天（C）快速叶绿素荧光诱导动力学曲线变化1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0Vj0.006 0.004 0.002 0Mo30 25 20 15 10 5 0 0Sm3 6 9 感病处理φ Po12 15 对照0.6 0.4 0.2 003 6 9 12 15 感病处理 对照φ Eo3 6 9 感病处理1215 对照1 0.8 0.6 0.4 00.8 0.6 0.4 0.2ψo3 6 9 感病处理12 15 对照03 6 9 感病处理1215 对照03 6 9 感病处理12 15 对照灰霉病菌侵染的黄瓜叶片后对黄瓜荧光参数的影响600 500 400 300 200 100 0 0.8ABS/CSo 350 300 250 200 150 100 50 0 12 15 对照 0 RC/CSo.7 .6WK .5感病处理 Infection treatment 对照 CK.43 6 9 感病处理 12 15 对照3 6 9 感病处理.3 .2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 处理天数 Days of treatment(d)灰霉病菌侵染的黄瓜叶片后对黄瓜荧光参数的影响。 结果表明灰霉病菌侵染破坏光合机构放氧复合体(OEC)、降低了PSII反应 中心的活性以及电子传递体QB及PQ的活性。引自贾裕娇等, 中国科技论文在线精品论文，）可以看出TeA毒 素处理不同时间 对菠菜叶片的最 大光化学效率 φPo、PSII供体 侧、光能吸收和 捕获等过程都没 有产生明显的影 响，但是对却显 著抑制了 ψo 和 φPEo，说明TeA 阻碍了电子由 QA- 向QB的传递。链格孢菌毒素-- 细交链格孢酮酸(TeA) 对菠菜叶绿 素快速荧光动力学曲线的影响。 (引自陈世国等 EEB ,9–2893.衰老快速叶绿素荧光动力学曲线的影响1.2Fluorescence intensity (relative unit)(a)(b)1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 500 00 10-2 10-1 100 Time (ms) 101 102 103 Time (ms)一串红植株衰老过程中叶绿素荧光动力学曲线及Wk的变化1.0 .8(a)a1.0b c dW.8 .6WK?Po.6 .4 .2.4 .20.0 .81.0 .8 .6 .4 .2 0.0b caa(b)0.0 0.0ABCD.51.0 Time (ms)1.52.0?O.6 .4 .2 0.0 .8 (c) a b c c?Eo.6 .4 .2 0.0 1.0 .8 (d) a ab c d一串红叶片衰老过程中PSⅡ最大量 子效率（φPo）、捕获的激子将电 子传递到电子传递链中QA-下游的 电子受体的概率（ΨO）、电子传 递链效率（φEo）、吸收光能为基 础的性能指数（PIABS）以及Wk的 变化。 A、B、 C、 D分别表示充分展开5 天、 50天、55天和60天的叶片.PIABS.6 .4 .2 0.0 A B C b c d D4. PSII光化学反应性能指数 PI 的灵敏性PIABS＝RC/ABS ? [φPo/(1-φPo)] ? [ψO/(1 - ψO )]2.5 A 2.0 .8 1.0PIABS1.0 .5 0.0 0 20 40 60PIABS FV/FM.4 .2 0.080100relative leaf area杂交酸膜叶片展开过程中FV/FM和 PIABS的变化FV/FM1.5.65. JIP曲线和PSI活性同时测定用PEA Senior 或M-PEA可以同 时测定JIP诱导 曲线和PSI的活 性。用M-PEA同时测定的巴尔干苣苔(Haberlea rhodopensis)植物叶 片的JIP诱导曲线, 延迟叶绿素荧光以及820nm反射(反映PSI活性) 的变化Flu transmission at 820 nm (relative unit)1.2 1.1 1.0(a)(b).3.9 .8 .7 .6 0 500 Time (ms)?I/IO.2 .1 0.0a b c A B C c D00 10-2 10-1 100101102103Time (ms)一串红叶片衰老过程中820 nm透射光形状及相对可变透射光ΔI/Io (PSI 活性) 的变化（●、○、▼、△分别表示充分展开5天、50天、55天和60天的叶片）1.2 (a) 1.0 P I J (b) I P1.2 1.0 .8 .6 .4 O O .2 0.0 P I I J J 1.0 .8 .6 .4 .2 O (e) O (f) 1.0 .8 .6 .4 .2 0.0 (g) (h) 1.0 .8 .6 .4 .2 0.0 101 102 103 104 105 106 101 102 103 104 105 106 Time (?s) Time (?s) 0.0.7 .6 .5(I30 ms-IO)/IOb aFlu (relative unit).8 .6 J .4 .2 0.0 1.0 .8.4 .3 .2 .1 0.0 .3 .4 .5 ?O .6 .7(c)P(d)Vt.6 .4 .2 0.0 1.0 .8.6 .4 .2 0.0 1.0 .8金银忍冬叶片光下 （○）和黑暗（●）脱 水不同时间后快速叶绿 素荧光诱导动力学（a, b）、相对可变荧光Vt = (Ft－FO) / (FM－FO) （c, d）、820 nm透射 荧光（ It/Io，）It/IoIt/Io.6 .4 .2 0.01.0A0.8Fv/Fm (cucumber) Fv/Fm (Rumex) △ I/Io (cucumber) 0.4 △ I/Io (Rumex)0.5Fv/Fm0.60.3△ I/Io0.40.2Fig. A 4℃ 低温处理对冷敏 感植物黄瓜和抗冷植物杂交酸 模叶片PSII最大光化学效率 (Fv/Fm)和PSI 最大光化学活 性(ΔI/Io) 的影响。用PEA Senior 同时测定PSI和PSII的 活性 。 Fig.B 4℃ 低温处理对冷敏 感植物黄瓜和抗冷植物杂交酸 模叶片Fv/Fm和 ΔI/Io影响的相 对值。将低温处理前的数据设 为100％，处理后的数据换算 成处理前的百分数。0.20.10.0 100Fv/Fm or △ I/Io (%)B0.080 60 40 20 0 0 2 4 Time of treatment (h) 6 8 10可以看出：低温对PSI活性的 抑制程度显著大于对PSII活性 的抑制,黄瓜的PSI对低温更敏 感。JIP test 参数φRo （RE/ABS =TRo/ABS (1 - VI) ）表 示用于还原PSI末端电子受体的量子产额， 该 参数可以反映PSI的相对活性。0.5 0.4 0.3Δ I/Io0.35cucumber Rumex0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05黄瓜 Rumex－K1?Ro0.2 0.1 0.0 Time of treatment (h)-0.1 0 2 4 6 8 100 0 1 2 3 4 5 6 低温处理时间（h） 7 8 94℃ 低温处理对冷敏感植物黄瓜和抗冷植物 杂交酸模叶片φRo 和PSI活性△I/Io的影响。0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 Δ I/Io 黄瓜 Rumex-K1 y = 1.7248x - 0.2163 R 2 = 0.9382** y = 0.8826x + 0.0529 R 2 = 0.9204**4℃ 低温处理黄瓜和杂交酸模叶片φRo 和PSI活性△I/Io的相关性。φ RoC-0h C-8h R-0h R-8h ?Eo(%)Fv/Fm(%) 10050??(%)? 4℃ 低温处理8h对冷敏 感植物黄瓜和抗冷植物 Rumex K-1 叶片Fv/Fm, ψ O, φ Eo, Δ I/Io, ETR 和 φ R0 的影响.0ETR(%) ??Ro(%)? 处理前两种植物叶片的 荧光参数都设为100%, 处理后的荧光参数设为 处理前的百分数.? 可以看出低温处理对线 性电子传递(ETR)和PSI 活性(Δ I/Io，φ Ro ） 的影响最显著.△ I/Io (%)由于J I P test具有快速、灵敏、非破坏 性、检测仪器小巧、便携以及价格相对便宜 等优点，该理论越来越多地被广泛应用，它 已深入到几乎所有的植物生物学研究领域。如：栽培、育种、生理生态、抗逆性、 全球环境变化、植物生长调节剂、除草剂、 转寄因、品种和试验材料筛选等。THANK YOU