（生态学专业论文）利用叶绿素荧光技术揭示人工培育的铜藻幼苗对胁迫温度、光照、和盐度的反应.pdf

铜藻栽培研究：利用叶绿素荧光技术揭示人工培育的铜藻幼 苗对胁迫温度、光照、和盐度的反应 摘要 叶绿素荧光分析技术( c m o r o p h y l lf l u o r e s c e n c em e a s u r e m e n t s ) 是以光合作用 理论为基础、利用叶绿素荧光作为天然探针，进行探测和研究植物光合作用生理 状况以及各种外界环境因子对其细微影响的新型活体测定和诊断技术，具有快 速、灵敏、对细胞无损伤的优点，是研究光合作用的良好探针。目前，国内外对 植物体内叶绿素荧光动力学的研究已经成为一大热点。 2 0 0 8 年，以全人工条件下培育的潮下带褐藻铜藻幼苗( 主茎0 1 3c m ) 为材 料，利用叶绿素荧光测定仪( m i i l ip a m ，w a l z ，g e 咖a n y ) ，通过测量叶绿素荧光 量子产量变化，研究了在不同温度、光照强度和盐度胁迫条件下幼苗光合作用的 表现。 本文研究的主要结果如下： ( 1 ) 在本实验条件下，短时间3 5 的高温会明显不可逆转的破坏铜藻幼苗 光合系统，铜藻幼苗生长的温度上限为2 8 ，最适生长温度是2 2 2 4 。3 5 胁 迫1 h 铜藻的f v f m 降到对照的6 3 ，经2 4 h 恢复仅为4 9 6 ，个别参数甚至降 到0 ，原本黄褐色的叶片明显萎焉苍白，个别叶片甚至脱落。十天内经2 8 处理 铜藻幼苗的f v f m 虽然下降不明显，但叶片明显萎缩，2 8 处理组生长速度仅 为0 8 3d 1 ，3 0 处理组生长速度呈负值( o 8 8d 1 ) 。2 2 、2 4 和2 6 处理l o 天 的幼苗的鲜重增长速度为4 5 3 ，5 9 9 和2 5 9 d 1 ，叶长长度增长的速度为2 3 2 ， 2 0 4 和0 5 2 d 1 ( 2 ) f m7 随光强增加而降低，最高光强3 2 0 岬o lp h o t o n sm 一2 s 一1 ，f m 7 最低 降到o 4 左右。随着光强降低，f m7 逐渐恢复，最终可以恢复到对照水平。将铜 藻幼苗暴露在室外水箱中仅1h ，f v f m 就降到0 3 6 ，随着光强和紫外强度的增 强，f v f m 急剧下降，最高光合作用有效光强1 4 9 0 岬o lp h o t o n sm 2 s 1 和最高 紫外光4 7 2 0 州c m 一2 时降到0 1 1 ，仅为同一时间室内对照水箱的1 5 左右，随 着光强和紫外光的降低稍有回升。经过2 4h 室内恢复后，处理1 h 幼苗的f 帅m 基本恢复到对照水平，超过1h 处理幼苗的f v f m 虽都有不同程度的恢复，但 是幼苗叶片明显萎焉。 ( 3 ) 渗透压的改变对铜藻的影响不大。9 6 0 盐度处理6 h 、以及在自来水 中处理l h 都不会对幼苗的f 训f m 产生明显的影响。随着盐度增加，处理时间的 延长，虽然幼苗的f v 原m 的明显降低，2 4h 恢复后，即使在6 0 处理6h 的f v ，f m 也恢复到正常水平。随着盐度降低和处理时间的延长，幼苗的f v f m 均呈下降 趋势。自来水处理0 5 ，l ，3 和6h 的f v f m 分别为对照组的9 5 7 7 ，7 8 3 8 ， 5 0 o o 和3 6 4 9 ，经2 4h 恢复后藻体的f v 用m 分别为对照组的9 7 1 8 ，7 6 7 1 ， 4 4 4 4 和2 8 3 8 。 在这项研究中，铜藻幼苗最适生长温度为2 2 2 4 ，这个结果符合自然种群 幼苗出现时间基本在夏季早期的观察。由于铜藻的商业化栽培或者大规模重建铜 藻藻场还没有实现，相关研究基本是空白，这项研究的结果提供了有价值的信息。 另外，附生杂藻的去除是海藻人工栽培过程中一大难题。附生杂藻同要培养的海 藻竞争生存空间、营养和光照。在铜藻人工苗种的人工培育过程中，根据本项研 究可以采用自来水短暂浸泡的方法来有效地消除一些对渗透压敏感的杂藻种类， 如石莼属( 阳置m ) 、多管藻属俨d 咖枣砌d 甩蛔互印) 和水云属c 眈f d 阳矽嬲置矽p ) 和 浒苔属( 励陀厂d 肌d 印砌泐) 中的种类。 虽然叶绿素动力学参数不能给出环境胁迫对海藻在细胞水平和分子水平的 影响，但是叶绿素荧光技术可以快速、简便、灵敏、以及对受测试的藻体无损伤 得探测出海藻受到各种环境胁迫后所处的生理状态。可以预测，这种技术将被广 泛地使用在在海藻人工栽培的研究中。 本论文来源于中国科学院海洋研究所国家8 6 3 高技术研究与开发项目 ( 2 0 0 6 从1 0 a 4 1 2 ，2 0 0 6 a a l o a 4 1 6 ) ：国家自然科学基金项目( 3 0 6 7 1 5 9 6 ， 3 0 4 7 1 3 2 7 ) ；国家科技基础条件平台工作项目一水产种质资源标准化整理、整合 与共享课题( 2 0 0 6 d k a 3 0 4 7 0 0 1 7 ) 支持。 关键词：温度；光照强度；盐度；铜藻：叶绿素荧光产量 c u l t i v a t i o no fs a r g a s s u mh o m e r i ：s t r e s sr e s i s t a n c eo fy o u n g s p o r o p h y t e st oav a n e 够o f t e m p e r a t l l r e s ，i r r a d i a n c el e v e i s a n ds a l i n i t i e sr e v e a l e db yc h l o r o p h y n u o r e s c e n c e m e a s u r e m 蛐t s a b s t r a c t c h l o r o p h y l lf l u o r e s c e n c e i sb a s e do nm en l e o r yo fp h o t o s y n t h e s i s ，u s i n g c l l l o r o p h y l l n u o r e s c e n c ea l san a t u r a lp r o b ef o rd e t e c t i o na i l d咖d yo ft h e p h y s i o l o 西c a l s t a ：c l l so fp l a n tp h o t o s y n m e s i s ，a sw e l la sav 撕e t yo fe x t e m a l e n v i i o 啪e 删f a c t 0 i s旅c t e dt t l e i rn e wn l i n o ri 1 1v i v od e t i e 】1 n i n a t i o no fa n d d i a 印o s t i ct e c h n o l o 鼢ar a p i d ，s e n s i t i v e ，n 0d 锄a g e t ot h ec e l l st h ec h a f a c t e f i s t i c s 。f s t u d i e sa r ea9 0 0 dp r o b eo fp h o t o 驴m e s i s a tp r e s e n t ，b o t l la th o m ea 1 1 da b r o a do f p l a n tc 1 1 l o r o p h y un u o r e s c e n e ek i i l e t i c si i l 、，i v or e s e a r c hh a sb e c o m ev e r yh o t 1 1 12 0 0 8 ，p h o t o s y n t l l e t i cp e r f o m a i l c e so fy o u n gs e e d l i n g so f s a r g a s s 啪h o m 耐 w e r ei 1 1 v e s t i g a t e du n d e rv 撕o u st e m p 强嘲【】r e ，l i g j i ta n ds a l i i l i t ) ，c o n d i t i o n sb yu s eo f c h l o r o p h y nf l u o r e s c e n c em e 2 u s u r e m e n t s i 沁s u l t ss h o w e dt 1 1 a t ： ( 1 ) u n d e rn l ec o n d “i o no fo u ri n v e s t i g a t i o n ，t l l ep h o t o s y n t h e t i cs y s t e mo fy o u n g s e e d l i n g so fs a 略a s s u i nh o m e r ic a nb eo b v i o u s l yd e s 怕y e dw i t h o u tr e s u m i n gi n s h o nt i m eb yh i 曲t 啪p e r a t u r eo f35 t h eu p p e rs l l n ，i v a lt e m p e r a t u r el i m i to fy o u l l g s e e d l i n g sw a s2 8 ，t l l ea p p r o p r i a t eg r o 、t ht e m p e r a t u r er 觚g e d1 j r o m2 2t o 2 4 o p t i m a l 啪o r o p h y l ln u o r e s c e n c eq u a i l n 脚y i e l d s ( f 们m ) o fs e e d l i n g so fs h o m 甜 a r e re x p o s u r et o3 5 f o r1hw a s6 3 o c o m p a r e dt ot h ec o n t r o la 1 1 dt 1 1 e c o n s p o n d i n gr e c o v e r e dv a l u e sa r e r2 4h w a s4 9 6 c o m p a r e dt ot h ec o n t r 0 1 a n d s o m ep a r a m e t e r se v e nr e d u c e dt o0 t h ef i l e m o t1 e a v e sb e c 锄es h v e l i n g ，a n ds o m e l e a v e sd r o p p e d n l ei n i t i a la n df i n i a lo p t i m a lc l l l o r 叩h y l ln u o r e s c e n c eq u 戤1 t u my i e l d s ( f v f m ) o ft l l es e e d l i n g so fs h o m e a r e re x p o s e d t o2 8 f o r1o da n dc o r r e s p o n d i n g r e c o v e r e dv a l u e sm e r2 4ha l m o s t h a v en od i f i b r e n c e r e l a t i v e g r o w t l lr a t e si n w e i g h t so fs h o m e r is e e d l i n g sa r e re x p o s u r et o2 8 f o r1o dw a s0 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1 l 【0 1 1 l yl h ，f v f md e c r e a s e dt o0 3 6 ，锄d f v f mt e m p e s t u o u s l yd e c r e a s e dw i t ht 1 1 ei n c r e a s i n go fa c t i v er a d i a t i o n ( p ：a r ) 锄du v r a d i a t i o na b o v et l l eo u t d o o rt a 】成，u 1 ef m o f 也es e e d l i n g sd e c r e a s e dt 00 11w h e nt h e l l i 曲e s ta c t i v er a d i a t i o n ( p ：a r ) w a s14 9 0 岬o lp h o t o n sm 一2 s - la n du v r a d i a t i o nw a s 4 7 2 0 “wc m - 2 ，a 1 1 dw a so m y1 5 c o m p a r e dt 0t l l ei n d 0 0 rt a n k 嬲t l l ec o n t r o l ，b u t r e c o v e r e dt o0 5 碰e r2 4hi i ls t 眦d a r dc l l l t u r ec o n d i t i o n a 金e r2 4h r e c o v e r y ，f m 7 o f s h o m e r is e e d l m ge x p o s e d1 hb 勰i c a l l yr e c o v e r e dt 0 l ec o n 昀l ，a l t l l o u 曲m ef me x p o s e d o v e r1ha l s or e c o v e r e d ，t h el e a v e sb e c 锄e 嘶v e l i n g ( 3 ) o s m o t i cc h a n g e sh a dn oe v i d e n t l ye 疵c t0 ns h o m 嘶s e e d l i n g s s i ) 【h o u r 讹融m e n t si n9 - 6 0 s a l i 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ys u m m e r b e c a u s ec o m m e r c i a l l yc u l t i v a t i o na i l dc o s m i c a l l yr e c o n 蛐m c tm es u b t i d a la l g a lf l o r a h a sn o tc o m e 仃u e ，a n dh a sn oa 1 1 dr e l a t i o n 列s n j d yu pt ot h ep r e s e n t ，s 0o u rs t u d y s u p p i yv a l u a b l ei n f o n n a t i o n a n o t h e rr e l e v a n ti s s u er e g a r d st ot l l ec o n t a m i n a t i o n 锄d r e m o v a lo fe p i p h y t i ca l g a es u c ha su l v as p p ，p o l y s i p h o n i as p ，e c o t o c a 巾u ss p p ， e n t e l o m o 叩h as p p ，a 1 1 dt h e s ea l g 跹a r eu s u a l l yv e ur e s i s t 锄tt o 锄b i e n ts o l a r i m l d i a n c e ，t od e s i c c a t i o n 锄dt oc h a l l g eo ft e m p e r a t u r e i ti su s u a l l yv e r yd i 衢c u l tt o 6 1 t e ro u ts p o r e so ft l l e s ea l g a ee v e nw i t l lt h eh e l po fs a l l d - f j l t e rw a t e rt r e a t m e n ts y s t e m i nac o m m e r c i a lf 跚n t h e 印i p h ”i ca l g a ec o m p e t ew i t hs e e d l i n g sf o rs u b s t r a t es p a c e ， p h o t o n s ，c 0 2a n dn u t r i e n t si nt h ea n i f i c i a lr a i s i n gs y s t e ma i l dt h e r e f o r em u s tb e r e m o v e df r o mt i m et ot i m eu n t i lt 1 1 ee r e c tt 1 1 a 1 1 io ft h es e e d l i n g ss t a l l d su p t h e r e f o r e 印i p 岍i ca l g a et 1 1 a ta r es e n s i t i v et oo s m o t i cc h a l l g e sc o u l db er e m o v e db ys u c h 慨a t m e n t sa tf i x e dt i m ei m e a l s c l d o r o p h y l lf l u o r e s c e n c e e m i t t e df o m a l g 翻s 锄p l eu i l d e rv a r i o l l ss 吮s s 向l c o n d i t i o n sc o u l db et i l ( e na sa d i a 印o s t i c 印p r o a c ht oe s t i m a t et h ep h y s i o l o 西c a ls t a t e ， e s p e c i a l l yt 1 1 ep h m o s y n t h e t i ce m c i e n c y a i t l l o u g l lt h e s ep a r a i i l e t e r sc o u l dn o tg i v et l l e c h a i l g e so nm o l e c u l a ro rc e l l u kp r o c e s s e s ，t h e yp r o v i d eaf 掇e r ， e c o n o m i c ， n o n - d 锄a g i n ga 1 1 dm o s to fa l 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本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得或其他教育机构的学位或证 书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：弘参养 签字日期：伽7 年衫月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：弘西最 剔程毛j ll ， 签字日期：沙0 7 年多月罗日 签字日期：q 晕6 月p 日 利用叶绿素荧光技术揭示人工培育的铜藻幼苗对胁迫温度、光照、和盐度的反应 0 前言 铜藻s a g a s s 啪h o m e r i ( t u m ) 属褐藻门，马尾藻属，为北太平洋西部特有的一 种不连续分布的的大型暖温带性大型褐藻，生长在低潮带深沼中或大干潮线深至4 米处的岩石上( 曾呈奎，1 9 6 2 ) 。我国的铜藻不仅是海藻工业的优质原料，还被广 泛应用到医药、食品、饲料和有机肥料等方面，具有较高的商业价值。铜藻植株 高大、分枝繁茂、成片漂浮在水面，被称为“海中森林 。铜藻形成的海藻场中 栖息生活着多种门类的海洋生物，为其提供了避敌、索饵、产卵的场所。铜藻快 速生长和巨大的生物量引起海洋工作者的关注与兴趣，被海洋生态学家列为重建 海底藻场，实施海洋生态修复的重要物种之一( 孙建璋，2 0 0 7 ；杨宇峰等，2 0 0 3 ； y o k o u c h ie ta 1 ，1 9 9 1 ) 。 铜藻作为保护区标志性的优势海洋生物物种，生物量在不断下降，有的海藻 场正在大面积的消失。南麂列岛是以保护海洋生物多样性为目标，以海洋贝藻类 及其生态环境为主要保护对象的特定海洋系统的国家级保护区，1 9 9 8 年纳被入联 合国科教文组织世界人与生物圈保护区。在我国近海环境质量下降的今天，该保 护区已出现贝藻类生物多样性下降的趋势( 孙建璋，2 0 0 7 ) 。目前关于铜藻的报道 多集中在对其繁殖、生理和生态方面的研究( 孙建璋，2 0 0 7 ；t a 圳iu c l l i d a 1 9 9 3 ) 。 中国作为一个海藻养殖大国，从暖温带到亚热带，每年鲜海藻产量高达4 百万吨， 铜藻作为一个潜在的人工栽培海藻物种，相应的胁迫生理研究目前是空白，而海 藻幼苗时期对各种不良环境条件的反应合相应的处理措施通常是一种海藻种苗栽 培所必须要了解的内容。 2 0 0 7 2 0 0 8 年，我们在全人工条件下，采用同步受精技术实现了大规模铜藻 苗种培育。这项研究的主要目的是利用叶绿素荧光测量技术了解全人工铜藻幼苗 在不同温度、光照强度和盐度等胁迫条件下光合效率的表现，从而为今后苗种的 大规模栽培和海藻场的恢复提供直接的技术支持。叶绿素荧光技术( c m o r o p h y l l n u o r e s c e n c em e a s u r e m e n t s ) 是2 0 世纪8 0 年代崛起的一种有效、操作简单、对受 试对象无伤害的快速光合生理测定技术，不仅被广泛应用在陆地作物和微藻胁迫 生理的研究领域，( d a v i s i o n ，1 9 9 6 ；h a l l e l t ，1 9 9 7 ；g e r a r d ，1 9 9 7 ；s c h r e i b e r ，u 1 9 9 7 ； s c l l r e i b e r ，2 0 0 4 ) ，同样也可应用到大型海藻生理胁迫研究( b i d w e l l ，19 8 5 ；l u n i n g ， 利用叶绿素荧光技术揭示人工培育的铜藻幼苗对胁迫温度、光照、和盐度的反应 2 0 0 3 ，a d 锄s ，2 0 0 4 ；p a n ge ta 1 ，2 0 0 7 ；n a u l 】a n n ，2 0 0 8 ) 。这种技术可以在不破损活 体样品( 甚至不发生任何接触) 的情况下用来了解海藻光合生理状态，判断其转 化光能的效率，测定电子传递的速率，估计其受环境条件胁迫( 如温、光等) 的 程度。 利用叶绿素荧光技术揭示人工培育的铜藻幼苗对胁迫温度、光照、和盐度的反应 l 叶绿素荧光技术在海藻环境胁迫中的应用现状及发展前 里 尿 1 1 叶绿素荧光技术的定义、原理、特征、诱导和应用范围 1 1 1 叶绿素荧光技术的定义、特征和原理 叶绿素荧光分析技术( c 1 1 l o r o p h y uf l u o r e s c e n c em e a s u r e m e n t s ) 是以光合作用 理论为基础、利用叶绿素荧光作为天然探针，进行探测和研究植物光合作用生理 状况以及各种外界环境因子对其细微影响的新型活体测定和诊断技术，具有快 速、灵敏、对细胞无损伤的特点，是研究光合作用的良好探针( p 印a g o 玛i o u ，1 9 7 5 ； b r i a n t a i s ，1 9 8 0 ；h e i n 砌c h ，1 9 8 4 ；赵会杰，2 0 0 0 ；陈贻竹，1 9 9 5 ；张守仁， 1 9 9 6 ) 。 除了快速、灵敏、有效无损伤等优点外，叶绿素荧光动力学还如下显著特点： ( 1 ) 植物发出的荧光区分为性质完全不同的两部分：固定荧光( f o ) 和可变荧 光( f v ) 两部分。固定荧光代表不参与光化学反应的光能辐射部分，可变 荧光代表可参与光化学反应的光能辐射部分。因次，根据可变荧光在总的 最大荧光( f i n - f v + f o ) 中所占的比例( f 价m ) ，即可简便地得出植物原初 光能转换效率 ( 2 ) 荧光动力学是测定植物从暗中转到光下，其光合作用功能从钝化或静止状 态转为局部活化状态过程中的荧光状态变化，因此，该技术包含着十丰富 的光合信息，而一般的静态的荧光测定技术无法与该技术相媲美。 ( 3 ) 有些叶绿素荧光仪具有不怕其它较强光源干扰的优点，甚至可拿到光下现 场操作。如西德公司w a l z 生产的叶绿素荧光测定系统m i m p a m 。 ( 4 ) 应用微处理器或计算机是荧光动力学测量技术的另一个发展趋势，其可以 实现测量仪器智能化。如o q u i s t 教授设计的便携式植物胁迫计 p s m ( o q u i s t l 9 2 ；1 9 9 4 ) ，和中国科学院植物研究所光合作用研究室组装的 用微机程控的、具有荧光动力学图形处理功能的、特别是用均一化的荧光 3 利用叶绿素荧光技术揭示人工培育的铜藻幼苗对胁迫温度、光照、和盐度的反应 动力学曲线的累加和平均的功能毫秒荧光计( 林世青等，1 9 9 2 ) ，它们对荧 光参数可进行自动测量和计算。 1 1 2 叶绿素荧光技术的原理 光合作用在叶绿体中进行，而光反应和暗反应则分别在叶绿体的类囊体膜和 基质中进行，光反应是对太阳光能的吸收、传递和转化，形成活跃的化学胄i a t p 和n a d p h 2 的过程，是由光系统i ( p si ) 、光系统i i ( p s i i ) 以及聚光色素 完成，其中聚光色素分子受光激发后将激子( e x c i t o l l ) 传递给反应中心( r c ) ，由色 素中一少部分叶绿素a ( c m a ) 来承担，如果l 地处于开放状态，激子即被俘获而 用于光化学反应，如果遇到关闭的r c ，激子便以不同方式衰变，转变成荧光或 转变为热，目前已经证明，在室温条件下叶绿体发射的荧光绝大部分来自光系统 i i ( p si i ) 的天线色素蛋白复合体中的叶绿素a 分子，荧光发射波长范围约在 6 5 0 7 8 0 姗之间，荧光发射峰在6 8 5 和7 3 5 衄处，其荧光激发光谱与叶绿体的 吸收光谱近似，荧光激发峰在4 3 8 和4 8 0 姗左右。因此，叶绿素a 荧光与光合 作用中各种反应紧密相关，任何逆境对光合作用某过程的响都可通过体内叶绿素 a 荧光诱导动力学反映出来。因此，叶绿素a 荧光动力学对于研究逆境胁迫对 植物的影响具有十分重要的意义( 刘家尧，1 9 9 7 ) 。 因为叶绿体色素在植物体光合作用过程中起着关键作用，它能将太阳能转换 为化学能，而大部分叶绿素荧光来自p s i i 天线色素系统，p s i 色素系统基本不发 荧光因此，受光激发的叶绿素所产生的荧光一直被用来作为研究光合作用机理的 探针( d a u ，1 9 9 4 ；赵会杰，2 0 0 0 ) 。胁迫环境对植物体光合作用影响是多方面的， 胁迫因子不仅会导致光合结构的损伤，也会影响光合电子的传递及其暗反应有关 酶的活性( 冯建灿，2 0 0 2 ) 。利用叶绿素荧光技术可以快速、灵敏、有效无损伤得 探测胁迫因子对植物体光合作用的影响，叶绿素荧光参数与光合作用各个反应阶 段紧密联系，任何逆境对光合作用某个过程的影响都可以通过叶绿素荧光动力学 各个参数反应出来。 叶绿素动力学又被称为k a u s t k y 效应，将绿色植物或含叶绿素的部分组织， 如叶片、芽、嫩枝条、茎以及单细胞藻类悬液和海藻叶片放在黑暗中环境适应 1 5 2 0 m i n ，或用近红外光预照射，然后在可见光下激发，并用荧光计检测，则会 4 利用叶绿素荧光技术揭示人工培育的铜藻幼苗对胁迫温度、光照、和盐度的反应 发现植物绿色组织会发出一种微弱的暗红色强度随时间不断变化的荧光信号，这 个过程称为植物体内叶绿素荧光诱导动力学，简称为叶绿素荧光动力学。由于这 个现象最早于19 31 年被k a u 鲥( ) r 发现，因此，它有时也被称为k a u s t l ( y 效应 ( k a u t s k y ，1 9 3 1 ；林世青，1 9 9 2 ) 。 光合机构吸收的光能有三个可能的去向：一是用于推动光化学反应，引起 反应中心的电荷分离及后来的电子传递和光合磷酸化，形成用于固定、还原二氧 化碳的同化力( a t p 和n a d p h ) ；二是转变成热散失；三是以荧光的形式发射出 来。由于这三者之间存在此消彼长的相互竞争关系，所以可以通过荧光的变化探 测光合作用的变化。实际上，以荧光形式发射出来的光能在数量上很少，还不到 吸收的总光能的3 。在很弱的光强下，光合机构吸收的光能大约多达9 7 被用 于光化学反应，仅有2 5 被转变成热散失掉，0 5 被变成红色( 在体内，叶绿素 的荧光发射峰在6 8 5 n m 左右) 的荧光发射出来；在很强的光下，当全部p s i i 反应 中心关闭时，吸收的光能9 5 9 7 被变成热，有2 5 5 o 被变成荧光发射。 在体内，由于吸收的光能多被用于光合作用，叶绿素a 荧光的量子产额( 即量子 效率) 仅仅为o 0 3 o 0 6 。但是，在体外，由于吸收的光能不能被用于光合作用， 这一产额增加到o 2 5 o 3 0 ( h e m e r i n g t o n ，1 9 8 2 ；h o r t o n ，1 9 8 4 ；l o a u s e ，1 9 8 8 ；b a l 【e r ， 2 0 0 4 ) 。 在室温条件下，绝大部分荧光来自p s 天线，而不是反应中心的叶绿素a 分子。这是因为反应中心的叶绿素分子仅占叶绿素总量的几百分之一。叶绿素荧 光发射的高峰在6 8 5 衄( 天线色素) 和6 9 5 砌( 反应中心) 。在体内，决定荧光产额 的主要因素是电子的第一个稳定的醌受体q a 的氧化还原状态。实际上，在暗适 应的健康叶片和良好的叶绿体，所有的q a 都处于还原态时的最大荧光产额与所 有的q a 都处于氧化态时的最小荧光产额之比约是5 “。然而，这个比值可以发 生很大变化，取决于照光状态和一些处理条件。多种因素影响荧光强度，比如， 激发光强、反应中心对激发能的捕获和转化速率，激发能以热的形式耗散的程度 和两个光系统间能量的分配等。当p si i 的光化学反应被阻止时，最大荧光产额 的减少是反应中心和天线热耗散增加的反映( h a w b n s ，1 9 8 l ；b r a d u r y ，1 9 8 1 ； k a u s k y ，1 9 8 2 ；林世青，1 9 9 2 ) 。由于可以测定完整叶片的荧光，因此，叶绿素a 荧 光诱导动力学可以成为原位检测p si i 重要步骤的极好的探针。 利用叶绿素荧光技术揭示人工培育的铜藻幼苗对胁迫温度、光照、和盐度的反应 1 1 3 叶绿素荧光的诱导和常用参数 叶绿素荧光诱导动力学曲线一般包括o i d p s m t 等相。这些信号反映出 从能量的吸收、转化和转移到c 0 2 固定的一系列过程。其中，o p 为快速荧光( 1 秒内完成) ，能够反映出光合作用的光反应，p t 为慢荧光，其能够反映出光合作 用暗反应( h a w k i n s ，1 9 8 1 ；陈贻竹，1 9 9 5 ) 。植物体经过暗适应后，如果开始时给 予的激发光弱到不足以引起p si i 中心的激发，那么首先产生的稳定荧光信号称 为最小荧光，即暗荧光，此时瞬时的荧光诱导相位称为初位或0 相，此时的荧光 强度为f o 。此时所有p si i 反应中心都处于开放状态，光合膜处于非能量化状态， 随后荧光强度会以较慢的速度增加，与f o 处形成一拐点，接着形成一较小的毫 秒级的坡度，称为i ( i i l f l e c t i o n ) 相和d ( d e l a y ) 相，随后荧光强度会在较短时间 内达到p 峰，p 峰位于叶绿素荧光诱导动力学曲线的最高点，其高低代表p s 的光化学活性。p 峰后荧光会递减到s ，s 上升形成m ( s e c o n dm a x i m 啪) 峰， 随后逐渐下降，最后回到接近f o 的稳态t ( s t e a d ys t a t e ) ( 、k o o t e n ，1 9 9 0 ；刘 家尧，1 9 9 7 ；张守仁，1 9 9 9 ) 。 在1 9 9 0 年召开的国际荧光研讨会上已经基本上给出了大部分叶绿素动力学 参数标准术语( 、k 0 0 t e n ，1 9 9 0 ) 。 f o ( n l i 幽a ln u o r e s c e n c e ) ，即固定荧光，初始荧光，也称基础荧光抽k o o t e n ， 1 9 9 0 ) ，0 水平荧光( 王可玢，1 9 9 7 ) ，是p s i i 反应中心处于完全开放时的荧光产 量，与叶绿素浓度有关。f o 的大小主要取决于p sl i 天线色素内的最初激子密度、 天线色素之间以及天线色素到p s 反应中心的激发能传递机率的结构状态 ( 心a i l s e ，1 9 8 4 ) ，因此这部分荧光强度与激发光的强度和叶绿素含量有关，是一 个纯物理过程，它与光合作用的光反应无关。 f 表示任意时间实际荧光产量( a c t l j a lf l u o r e s c e n c ei n t e i l s i 够a ta 1 1 yt i m e ) o k o o t e n19 9 0 ) f a 表示稳态荧光产量( n u o r e s c e n c ei ns t a b l es t a t e ) f v 抽k o o t e n ，19 9 0 ) f m 表示最大荧光产量( m a ) 【i m a lf l u o r e s c e n c e ) ( v a i 贰o o t e n ，19 9 0 ) ，植物体经 过1 5 2 0 m i n 暗适应后，用饱和的荧光激发，植物体的荧光产量会达到最大值f m ， 此时p si i 处于完全密闭