光合仪.doc

1、适用范围：研究光合作用机理，各种环境因子（光、温、营养等）对植物生理生态的影响、植物抗逆性（干旱、冷、热、UV、病毒、污染等）、植物的长期生态学变化等。在植物生理学、植物生态学、植物病理学、农学、林学、园艺学、水生生物学、环境科学、毒理学、微藻生物技术等领域有着广泛的应用。2、原理：仪器通过光源提供测量光、光化光及饱和脉冲光，采用独特的脉冲-振幅-调制技术，检测植物在光合作用过程中所产生的微弱荧光，根据荧光的变化通过适当的仪器参数反映植物的光合特性，进而研究植物的光合作用。3.测定参数：Fo、Fm、F、Ft、Fm、Fv/Fm、F/Fm、qL、qP、qN、NPQ、Y(NPQ)、Y(NO)、ETR、C/Fo、PAR和叶片温度等。MINI-PAM采用了独特的调制技术和饱和脉冲技术，从而可以通过选择性的原位测量叶绿素荧光来检测植物光合作用的变化。MINI-PAM的调制测量光足够低，可以只激发色素的本底荧光而不引起任何的光合作用，从而可以真实的记录基础荧光Fo。MINI-PAM具有很强的灵敏度和选择性，使其即使在很强的、未经滤光片处理的环境下（如全日照甚至是10000 mol m-2 s-1的饱和光强下）也可测定荧光产量而不受到干扰。MINI-PAM是野外光合作用研究的强大工具。超便携式调制叶绿素荧光仪MINI-PAM的特点在于快速、可靠的测量光合作用光化学能量转换的实际量子产量。此外，MINI-PAM秉承了WALZ公司PAM系列产品的一贯优点，通过应用调制测量光来选择性的测量活体叶绿素荧光。基于创新性的光电设计和高级微处理器技术，MINI-PAM在达到超便携设计的同时可以得到灵敏、可靠的结果。同时，MINI-PAM的操作非常简单。测量光合量子产量只需一个按键（START）操作即可，仪器会自动测量荧光产量（F）和最大荧光（Fm），并计算光合量子产量（Y=F/Fm），得到的数据会在液晶显示屏上显示同时自动存储。此外MINI-PAM还有许多模式（MODE）菜单，包括荧光淬灭分析（qP、qN和NPQ）和记录光响应曲线等，以满足用户的特殊需要。连接光适应叶夹2030-B后，可以测量光合有效辐射（PAR）、叶片温度和相对电子传递速率（rETR）。内置电池可以满足1000次量子产量测量的需要，仪器内存可以存储4000组数据。Windows操作软件WinControl可以进行数据传输、数据分析和遥控操作。标准版的MINI-PAM采用红光作为测量光。根据用户需要，我们也可提供以蓝光（470 nm）作为测量光的MINI-PAM。功能编辑1）可测荧光诱导曲线并进行淬灭分析（Fo, Fm, Fv/Fm, F, Fm, F/Fm, qP, qN, NPQ, rETR, PAR和叶温等）2）可测光响应曲线和快速光曲线（RLC）3）51个内置模式菜单，方便参数设置和标准测量4）可在线监测植物、微藻、地衣、苔藓等的光合作用变化5）功能强大，特别适合野外操作，实验室内利用WinControl控制时可自编程序4 常用荧光参数4.1 Fo、Fm和Fv/FmFo和Fm分别为暗适应样品的最小和最大荧光，当光系统 II的所有反应中心均处于开放态时得到Fo，均处于关闭态时得到Fm。Fv/Fm反映了（在最适条件下经过暗适应后的）PS II的最大量子产量，其计算公式如下：Fv/Fm(FmFo)/Fm生理状态处于最佳状态并且经过充分暗适应的高等植物样品，其Fv/Fm一般在0.8-0.85左右，相当于比值Fm/Fo在5-6左右。“暗适应”不一定非得是严格的长时间黑暗。对Fo而言，背景光应当很低，这样才不至于因还原态光系统II的累积而引起荧光上升。可以通过用黑布盖住样品来检验（若盖住后Fo下降说明背景光太强）。在600 Hz的调制频率下，即使测量光强度设置在最高时，也仅引起Fo的轻微上升。对Fm而言，选择的暗适应就不那么简单了。有几种机制引起光照下的Fm淬灭，它们暗驰豫的速率不同。实际上，中等强度的光强（如室内光强2040 mol?m-2?s-1）可能会促进部分驰豫。在野外实验中，Fo和Fm的测定最好在清早太阳尚未直接照射到叶片上时进行。建议通过选择合适的测量光强、增益（Gain）和样品与光纤间的距离来调节Fo在200400 mV之间4.3 FmFm代表光适应的样品打开饱和脉冲时得到的最大荧光产量。在绿色植物中，Fm往往小于经过暗适应后得到的Fm。由定义可知，得到Fm或Fm时光系统II反应中心的光化学能量转换是零。最大荧光值的淬灭（Fm小于Fm）就被定义为非光化学淬灭，可以用非光化学淬灭系数qN或NPQ表示（见6.1.7）。4.3 FtFt代表任一给定时间测量得到的荧光产量。它反映了样品的还原状态和能态。淬灭分析时得到的Ft值即为Fo和Fm，或Fo和Fm。每次打开饱和脉冲时测得的Ft（打开饱和脉冲前的荧光产量）都会与在线计算的参数一起自动存储到报告文件中。Ft的分辨率在一定程度上受数字噪音（digital noise）的影响，而这种噪音不随增益（Gain）的设置和信号幅度的变化而变化。因此，随着荧光信号的升高噪音导致的信号干扰会下降。实际应用中，推荐调节Fo值在200500 mV之间。4.4 量子产量Yield可以认为参数Yield是MINI-PAM和DIVING-PAM荧光仪提供的最重要的信息。它是利用饱和脉冲法进行荧光淬灭分析的根本。如果与叶片接收的PAR和叶片温度结合，Yield提供的信息就特别重要。Yield最常用于野外测量稳态光照下的量子产量，此时光系统II的有效量子产量最接近于光合作用的实际量子产量。Yield是根据下式计算的：Y(FmFt)/FmF/FmYield的计算不需要测量Fo，这是一个很大的优点。实际上，Yield的测量非常简单。开机后，只需按一下“Yield”键即可。然后系统就会自动打开测量光测定Ft，随后马上打开一个饱和脉冲测定Fm，这样就可计算出Yield。如果连接了叶夹2030-B，2030-B上的光量子探头会自动测量有效PAR，并自动计算电子传递速率ETR测量Yield和Fv:m的一个优点是，它们都是比值，不依赖于测量的灵敏度。在野外实验中，这两个参数具有很大优势，因为它们与样品叶绿素浓度的高低和样品形状（如地衣、藻类、苔藓等）无关。尽管样品大小不同，样品与光纤间距离不同，只要Ft（或Fo）和Fm（或Fm）值在检测器的线性范围之内，就可以得到可靠的结果。测量时光纤应在朝向样品的位置稳定2 秒。4.5 ETR和PAR测量ETR和PAR需要连接叶夹2030-B（见3.3）或微型光量子/温度探头2060-M（见3.5）。ETR代表相对光合电子传递速率，单位是mol电子?m-2?s-1，它是根据Yield和PAR计算出来的：ETRYield PAR 0.5 0.84上式满足如下假设：- Yield代表全部光合量子产量- PAR代表入射到样品的光合有效辐射强度，单位为mol?m-2?s-1- 传递一个电子需要吸收两个光子，因为光合电子传递需要两个光系统的参与（系数0.5） - 入射光强有84被叶片吸收（系数0.84）实际上，最后一个假设并不是永远都正确。尽管报道表明许多种植物叶子的吸光系数接近0.84，但吸光系数还受许多其它因素的影响，如叶片的反射系数、叶绿素浓度和入射光的光谱组成等。在计算ETR时应考虑到这些因素的影响。ETR可以与CO2的固定速率和O2的释放速率进行比较。比较时要注意以下几点：- 每固定一分子CO2或释放一分子O2要传递4个电子- ETR/4和CO2固定及O2释放速率不是完全吻合的；其差异可能是由光呼吸电子传递、氮还原或围绕光系统II的电子传递引起的- 一方面荧光信息主要来源于叶片表层的叶绿体，而气体交换来源于叶片的所有叶绿体；另一方面，入射光主要被叶片表层吸收，因此除非发生了光抑制，气体交换也主要发生在叶片表层。ETR的测量就和Yield的测量一样，在饱和脉冲模式下每次打开饱和脉冲时都进行。4.6 qP、qN和NPQqP和qN分别被定义为光化学和非光化学荧光淬灭系数：qP(FmFt):(FmFo) qN(FmFm):(FmFo)这两个系数的变化范围在01之间。它们的在线计算需要预先测量Fo和Fm（如通过“Fm”键）随后在每次打开饱和脉冲时都会自动计算qP和qN。测得的数值被存入报告文件中。参数NPQ是非光化学淬灭的另一种表达方式，其计算公式如下：NPQ(FmFm):Fm在数学意义上，NPQ可以在0间变化，实际上NPQ一般不会超过10。选用NPQ还是qN要根据实际情况而定。采用NPQ时注重于由天线系统中的热耗散引起的非光化学淬灭，因此NPQ是“过量光能”的有效探针。而且，NPQ的测定不需要测量Fo（Yield和ETR也不需要）。另一方面，NPQ对与qN值在00.5之间时偶联的非光化学淬灭不敏感。这部分qN与类囊体膜的能态化密切相关，后者是一种重要的光合作用调节机制。单键操作ONOFFMODEMEM， （短按）开机，长按键激活背景光（无任何操作超过50秒时，背景光会自动关闭）。 关机键。另外当无任何操作超过4分钟时，仪器会自动关机。 在打开MEM或SET键后，按此键可重新回到MODE界面。 查看存储在仪器内部的数据。 翻查MODE的51个页面，也可查看存储的数据；在MODE菜单中按SET键后，利用这两个键改变参数设置。STARTSET打开一个饱和脉冲测量量子产量和相关荧光参数。 开始/结束选定的功能。6.2 双键操作以下操作可以实现MODE的多功能操作。但必须长按第一个键，直到短按第二个键后，再同时放手。MODE + STARTMODE+SETMODE+MODE+MODE+ONMODE+MEMON+SETON+STARTON+MEMON+ON+SET+OFF回到标准显示模式。 从MODE中一个常用功能界面跳到另一个常用功能界面（见8.1）。 到MODE第17个界面：LIGHT CURVE (快速光曲线)，按SET键执行到MODE第21个界面：IND. CURVE（诱导曲线） 打开/关闭 测量光 到MODE第28个界面：REP-CLOCK 打开/关闭 光化光 打开/关闭 照射光化光并测量量子产量 开始/停止 重复执行选定的功能（在第29界面选定被重复执行的功能，如SAT-PULSE、ACT-LIGNT、ACT+YIELD、LIGHT CURVE、L-CURVE+REC.、IND. CURVE、IND.C+REC.等） 开始/停止 LIGHT CURVE（快速光曲线）（与第17界面同） 开始/停止 INDUCTION CURVE（诱导曲线）（与第21界面同） 在仪器按键没反应时，重启动Mini-PAM。数据存储功能所有打开饱和脉冲时测量的数据都会自动保存，仪器最多可以存储4000组数据。 按MEM键，即可以得到以下界面：表示：第382组数据，测试时间是1995年5月27日12时27分。A是样品标记（见第51个MODE界面），Y（PS II实际光量子产量）=0.322，ETR=21.1，L表示光合有效辐射强度是157umolm-2s-1。按SET键，即可得到本组数据的其它信息：F：表示