脈沖瞬態(tài)葉綠素熒光儀的研發(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 生物科學與技術學院植物生理教研組 2．北京雅欣理儀科技有限公司

   Schreiber（2004）和 Strasser（2004）的文章代表當前葉綠素熒光儀的主流方向，Walz公司的PAM調制型熒光儀在1986年推出后深受廣大研究者歡迎，成為研究葉綠素熒光動力學主流。隨后其他一些公司，也陸續(xù)推出相應的儀器。非調制的瞬態(tài)熒光儀由于電子元件器件和單片機數(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及有關新的型號為主，順應了在光抑制和非還原中心的相關研究需要。

近些年來，瞬態(tài)熒光技術得到了較大的發(fā)展，特別是OJIP（或OKJIP）及其他相關的研究（Stasser 2001）。zui近更由于熒光動力學模型及相關模擬技術的發(fā)展，主要以瞬態(tài)熒光為基礎的（Laisk 等主編Photosynthesis in silico）模擬技術，更使瞬態(tài)熒光儀有了新的發(fā)展。但是調制熒光儀以F₀、F_m、F_m'、F₀'和F_s等基本參數(shù)為基礎可以計算多種熒光動力學參數(shù)，仍是當前葉綠素熒光動力學研究的主要內容。同時我們從2005年開始，研究后穩(wěn)態(tài)誘導熒光動力學，有可能進一步發(fā)展在后穩(wěn)態(tài)條件下的相關參數(shù)。鑒于非調制的瞬態(tài)熒光儀相對較簡單，結合調制型的飽和脈沖技術，開發(fā)了脈沖瞬態(tài)熒光儀（Pulse Transition-Fluorescence Meter，商品名Yaxin-1161G葉綠素熒光儀），具有瞬態(tài)熒光儀特征（能測定OJIP及其他參數(shù)），同時結合調制型熒光的優(yōu)點（能測F₀、F_m、F_m'、F₀'和F_s等基本相關參數(shù)），這樣達到便攜和小型化。

一、儀器相關參數(shù)

 飽和脈沖光強強度范圍：0-5000 µmol ·photon ·m^-2s^-1

 光化光光強強度范圍：0-2000µmol ·photon ·m^-2s^-1

 采樣速率5µs 可變

 A/D 12位

二、測定結果

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度條件下的OJIP曲線及其相關參數(shù)，如圖1所示。

                           

圖1 不同光化光強度條件下的OJIP曲線

注1：盆栽綠蘿放入暗室，暗適應2h后測定不同光化光強度下OJIP的變化。如上圖所示，測定強度從上到下一次為3500、3000、2500、2500、2000、1500、1000、500、200、100和50µmol ·photon ·m^-2s^-1等，光化光持續(xù)時間均為10s。

                                  表1  不同光化光強度條件下測得的相應的參數(shù)

2．脈沖瞬態(tài)熒光動力學測定

   該模式下可得F₀、F_m、F_m'、F₀'和F_s五項參數(shù)，用于類似調制式熒光儀相關參數(shù)的計算。同時可以獲得從暗適應后*個飽和脈沖的到的OJIP圖形，還能得到第2個脈沖及以后各個脈沖相關變化，即J和P的相關變化。如圖2所示。

                圖2 脈沖瞬態(tài)不同光化光強度條件下OJIP曲線

注：盆栽綠蘿放入暗室，暗適應2h后進行不同光化光強度下，脈沖瞬態(tài)熒光動力學的測量。如上圖所示，測定強度依次為50、100、500和1800。測量過程中，飽和脈沖強度設為5000，設置光化光梯度，測量時間為儀器本身設置，飽和光1s，光化光9s，共10s，設置測量時間為300s。300s測量時間結束，開始施加遠紅光時長4s，黑暗時長1s，接著有個短的飽和脈沖出現(xiàn)獲取F₀^'后，整個測量結束。

                                表2 脈沖瞬態(tài)熒光動力學測定所得的相關參數(shù)

3．后穩(wěn)態(tài)誘導熒光動力學測定

   達到穩(wěn)態(tài)后，由于接著再給飽和脈沖、黑暗以及遠紅光的誘導，所以在光化光誘導下可產生后穩(wěn)態(tài)誘導熒光動力學。如圖3 所示。

     圖3后穩(wěn)態(tài)不同光化光強度條件下OJIP曲線

注：盆栽綠蘿放入暗室，暗適應2h后進行不同光化光強度下，后穩(wěn)態(tài)熒光動力學的測量。如上圖所示，測定強度依次為50、100、500和1800。測量過程中，飽和脈沖強度設為5000，設置光化光梯度，測量時間為儀器本身設置，飽和光1s，光化光10s，共11s。*個飽和光之前葉片暗適應，然后開始測量，發(fā)出*個飽和光，飽和光完成后，施加遠紅光（4s）、黑暗（1s）、光化光（10s），然后又是一個飽和光，這樣就完成了2次測量，即2個飽和光出現(xiàn)過了。本次實驗設置了20次測量，整個測量過程中飽和光會出現(xiàn)20次，這20個飽和光中間，隔著遠紅光、黑暗和光化光，zui后一個飽和光完成后，測量結束。     

表3 后穩(wěn)態(tài)熒光動力學測定所得的相關參數(shù)

4．循環(huán)電子傳遞和線性電子傳遞相關性的測定

穩(wěn)態(tài)熒光后，如果停止光化光，P₆₈₀停止電子輸出，而P₇₀₀在遠紅光繼續(xù)傳遞電子，是光合電子進入循環(huán)式電子傳遞，大約需10s或更長一段時間后，突然有光化學誘導使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  不同遠紅光時長下OJIP曲線

參考文獻

Schreiber U.Chlorophyll Fluorescence: a Signature Photosynthesis.pp279-319. Eds by Papageorgiou G.C., Govindjee. Springer （2004）.

Strasser,R.J. Ibid. Pp 321-362.

試驗日期：2011年7月

試驗地點：北京林業(yè)大學生科院

儀器生產商：北京雅欣理儀科技有限公司