脈沖瞬態(tài)葉綠素?zé)晒鈨x的研發(fā)

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）。最近更由于熒光動(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)

測(cè)量項(xiàng)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(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)后第一個(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)

測(cè)量 項(xiàng)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(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。第一個(gè)飽和光之前葉片暗適應(yīng)，然后開(kāi)始測(cè)量，發(fā)出第一個(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，最后一個(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)

測(cè)量項(xiàng)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(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

儀器生產(chǎn)商：北京雅欣理儀科技有限公司