調製葉綠素螢光儀

工作原理

1983年，WALZ公司首席科學家，德國烏茲堡大學教授Ulrich Schreiber博士利用調製技術和飽和脈衝技術，設計製造了全世界第一台脈衝振幅調製（Pulse-Amplitude-Modulation，PAM）螢光儀——PAM-101/102/103。所謂調製技術，就是說用於激發螢光的測量光具有一定的調製（開/關）頻率，檢測器只記錄與測量光同頻的螢光，因此調製螢光儀允許測量所有生理狀態下的螢光，包括背景光很強時。正是由於調製技術的出現，才使得葉綠素螢光由傳統的“黑匣子”（避免環境光）測量走向了野外環境光下測量，由生理學走向了生態學。

經過充分暗適應後，所有電子門均處於開放態，打開測量光得到Fo，此時給出一個飽和脈衝，所有的電子門就都將該用於光合作用的能量轉化為了螢光和熱，此時得到的葉綠素螢光為Fm。根據Fm和Fo可以計算出PS II的最大量子產量Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm，它反映了植物的潛在最大光合能力。

所謂飽和脈衝技術，就是打開一個持續時間很短（一般小於1 s）的強光關閉所有的電子門（光合作用被暫時抑制），從而使葉綠素螢光達到最大。飽和脈衝（Saturation Pulse, SP）可被看作是光化光的一個特例。光化光越強，PS II釋放的電子越多，PQ處累積的電子越多，也就是說關閉態的電子門越多，F越高。當光化光達到使所有的電子門都關閉（不能進行光合作用）的強度時，就稱之為飽和脈衝。

打開飽和脈衝時，本來處於開放態的電子門將該用於光合作用的能量轉化為了葉綠素螢光和熱，F達到最大值。

在光照下光合作用進行時，只有部分電子門處於開放態。如果給出一個飽和脈衝，本來處於開放態的電子門將該用於光合作用的能量轉化為了葉綠素螢光和熱，此時得到的葉綠素螢光為Fm’。根據Fm’和F可以求出在當前的光照狀態下PS II的實際量子產量Yield=ΦPSII=ΔF/Fm’=(Fm’-F)/Fm’，它反映了植物目前的實際光合效率。

光照狀態下打開飽和脈衝時，電子門被完全關閉，光合作用被暫時抑制，也就是說光化學淬滅被全部抑制，但此時螢光值還是比Fm低，也就是說還存在螢光淬滅，這些剩餘的螢光淬滅即為非光化學淬滅。淬滅係數的計算公式為：qP=(Fm’-Fs)/Fv’=1-(Fs-Fo’)/(Fm’-Fo’)；qN=(Fv-Fv’)/Fv=1-(Fm’-Fo’)/(Fm-Fo)；NPQ=(Fm-Fm’)/Fm’=Fm/Fm’-1。

在光照下光合作用進行時，只有部分電子門處於關閉態，實時螢光F比Fm要低，也就是說發生了螢光淬滅（quenching）。植物吸收的光能只有3條去路：光合作用、葉綠素螢光和熱。根據能量守恆：1=光合作用+葉綠素螢光+熱。可以得出：葉綠素螢光=1－光合作用－熱。也就是說，葉綠素螢光產量的下降（淬滅）有可能是由光合作用的增加或熱耗散的增加引起的。由光合作用的引起的螢光淬滅稱之為光化學淬滅（photochemical quenching, qP）；由熱耗散引起的螢光淬滅稱之為非光化學淬滅（non-photochemical quenching, qN或NPQ）。光化學淬滅反映了植物光合活性的高低；非光化學淬滅反映了植物耗散過剩光能為熱的能力，也就是光保護能力。

調製葉綠素螢光儀

基本介紹

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