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測定問題，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，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、Fm、Fm'、F0'和Fs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)熒光儀相對較簡單，結(jié)合調(diào)制型的飽和脈沖技術(shù)，開發(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F0、Fm、Fm'、F0'和Fs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、測定結(jié)果
1． 典型瞬態(tài)模式測定
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后測定不同光化光強(qiáng)度下OJIP的變化。如上圖所示，測定強(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)度條件下測得的相應(yīng)的參數(shù)
|
測量項(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)測定
該模式下可得F0、Fm、Fm'、F0'和Fs五項(xiàng)參數(shù)，用于類似調(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)的測量。如上圖所示，測定強(qiáng)度依次為50、100、500和1800。測量過程中，飽和脈沖強(qiáng)度設(shè)為5000，設(shè)置光化光梯度，測量時(shí)間為儀器本身設(shè)置，飽和光1s，光化光9s，共10s，設(shè)置測量時(shí)間為300s。300s測量時(shí)間結(jié)束，開始施加遠(yuǎn)紅光時(shí)長4s，黑暗時(shí)長1s，接著有個(gè)短的飽和脈沖出現(xiàn)獲取F0'后，整個(gè)測量結(jié)束。
表2 脈沖瞬態(tài)熒光動(dòng)力學(xué)測定所得的相關(guān)參數(shù)
|
測量
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)的測量。如上圖所示，測定強(qiáng)度依次為50、100、500和1800。測量過程中，飽和脈沖強(qiáng)度設(shè)為5000，設(shè)置光化光梯度，測量時(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)，然后開始測量，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次測量，即2個(gè)飽和光出現(xiàn)過了。本次實(shí)驗(yàn)設(shè)置了20次測量，整個(gè)測量過程中飽和光會(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，測量結(jié)束。
表3 后穩(wěn)態(tài)熒光動(dòng)力學(xué)測定所得的相關(guān)參數(shù)
|
測量項(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)長下OJIP曲線
參考文獻(xiàn)
Schreiber U.Chlorophyll Fluorescence: a Signature Photosynthesis.pp279-319. Eds by Papageorgiou G.C., Govindjee. Springer (2004).
Strasser,R.J. Ibid. Pp 321-362.
試驗(yàn)日期：2011年7月
試驗(yàn)地點(diǎn)：北京林業(yè)大學(xué)生科院
儀器生產(chǎn)商：北京雅欣理儀科技有限公司標(biāo)簽：
熒光儀
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