葉綠素熒光動力學的基本原理

    將綠色植物含葉綠素的部分組織，如葉片、芽、嫩枝條、莖或單細胞藻類懸液放在暗處適應片刻，或用近紅外光預照射，然后在可見光下激發(fā)，并用熒光計檢測，結(jié)果就會發(fā)現(xiàn)植物綠色組織會發(fā)出一種微弱的暗紅色強度隨時間不斷變化的熒光信號，這種熒光信號絕大部分是來自葉綠體光系統(tǒng)II的天線色素蛋白復合體中的葉綠素a分子，這過程即為葉綠素熒光動力學。經(jīng)暗適應的綠色植物樣品突然受到可見光照射時，其體內(nèi)葉綠素分子可在納秒級時間內(nèi)發(fā)出一定強度的熒光，此時的熒光稱為固定熒光，然后熒光強度增加的速度減慢，因而在固定熒光處形成拐點，接著以毫秒級速度形成一個緩臺階，數(shù)秒后熒光強度可達最高點，稱為“P”峰。若所用激發(fā)光強度達到或超過被測樣品光反應的光飽和點時，P峰即趨于或等于最大熒光產(chǎn)量(Fm)，F(xiàn)m可反映通過 PSII的電子傳遞情況。熒光強度超過Fo那一部分的熒光稱為可變熒光(Fv)。在P峰之后，植物熒光通常經(jīng)1次～2次阻尼振蕩，才降到接近Fo的穩(wěn)定的水平。熒光強度下降的過程現(xiàn)稱為熒光淬滅。葉綠素熒光動力學有兩個特點: 一是它可將植物發(fā)出的熒光區(qū)分為性質(zhì)上*不同的兩個部分固定熒光部分和可變熒光部分。固定熒光代表不參與PSII光化學反應的光能輻射部分，也稱初始熒光或基礎熒光，是光系統(tǒng)II反應中心處于*開放時的熒光產(chǎn)量，它與葉片葉綠素濃度有關(guān)；可變熒光代表可參與PSII光化學反應的光能輻射部分。根據(jù)可變熒光在總的最大熒光中所占的比例，即可簡便地得出植物PSII原初光能轉(zhuǎn)換效率。

光合作用機理

    光合作用的是能量及物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程，首先由葉綠素將光能轉(zhuǎn)化成電能，經(jīng)電子傳遞產(chǎn)生ATP和NADPH形式的不穩(wěn)定化學能，zui終轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的化學能儲存在糖類化合物中。
    光反應：吸收光能，合成一些如ATP、NADPH等高能物質(zhì)，用以維持細胞生長；
    暗反應：利用ATP、NADPH固定二氧化碳，生成一些列碳水化合物 葉綠素熒光動力學包含著光合作用過程的重要信息，如光能的吸收和轉(zhuǎn)化。能量的傳遞與分配、反應中心的狀態(tài)，過剩能量的耗散以及反映光合作用的光抑制和光破壞。應用葉綠素熒光可以對植物材料進行原位、無損傷的檢測，且操作步驟簡單。所以葉綠素熒光越來越受到人們的青睞，在光合生理和逆境生理等研究領(lǐng)域有著廣泛的應用。葉綠素熒光技術(shù)廣泛應用于植物光合作用效率、植物逆境脅迫、育種篩選和植物健康評價等方面的研究，被稱為植物光合作用研究無損傷的探針。水陸兩用自動熒光測量系統(tǒng)由澳大利亞悉尼大學的Runcie博士帶領(lǐng)團隊設計；采用*的“快門”式熒光技術(shù)，在測量時系統(tǒng)按照預設程序自動的旋轉(zhuǎn)熒光探頭到葉片表面，而在測量間期探頭自動旋轉(zhuǎn)到葉片側(cè)面，從而既避免了人為干擾，又保證了測量葉片始終處于自然狀態(tài)。系統(tǒng)既可以在陸地使用，也可以在各種水體中使用；既可以連接多達8個熒光探頭實現(xiàn)多點長期無人值守的連續(xù)測量，又可以拆分為單探頭的便攜式熒光儀從而實現(xiàn)調(diào)查式測量

葉綠素熒光產(chǎn)生的原理

    葉片是進行光合作用的主要器官，葉綠體是進行光合作用的主要細胞器。葉綠體是由葉綠體膜包裹起來的組織，膜內(nèi)主要含有基質(zhì)、基粒、類囊體。葉綠體的光合色素主要集中在基粒之中，光能轉(zhuǎn)換為化學能的主要過程是在基粒中進行的。 
    在高等植物體內(nèi)含有光合色素包括葉綠素和類胡蘿卜素兩種，一般情況下以3:1的比例存在于類囊體的膜中。葉綠素分為葉綠素a和葉綠素b,類胡蘿卜素分為胡蘿卜素和葉黃素。
    葉綠素不溶于水，而溶于有機溶劑。從化學性質(zhì)講，葉綠素是葉綠酸的產(chǎn)物，葉綠酸的兩個羥基分別被甲醇和葉綠醇酯化而得到的，對光、熱、酸敏感，能發(fā)生皂化反應，性質(zhì)不穩(wěn)定。
    光合作用是高等植物從外界環(huán)境獲取能量的重要途徑，是高等植物進行生命活動的基礎。由綠色植物發(fā)射的葉綠素熒光以一種復雜的方式表達光合作用活性和行為。當光子照射綠色植物的葉片時，光能在葉片的分配有反射、透射和吸收等三種主要的去激途徑。葉綠素分子吸收的光能除了大部分進行光化學反應外，少部分會以熱耗散和熒光的方式釋放出來。

葉綠素熒光動力學在植物抗逆性研究中的應用

    光抑制也是一種光保護過程，經(jīng)常用Fv/Fm來檢測光抑制。當植物受到光抑制時，常伴隨Fv/Fm的降低和非輻射能量耗散的增加。熱耗散在防御光破壞過程中起重要作用，與熱耗散密切相關(guān)的調(diào)節(jié)機制是植物體內(nèi)葉黃素循環(huán)。葉黃素循環(huán)存在于所有高等植物、蕨類、苔蘚和一些藻類的類囊體膜上。其過程是在抗壞血酸和NADPH2的參與下，紫黃質(zhì)在幾分鐘內(nèi)通過環(huán)氧玉米黃質(zhì)轉(zhuǎn)化為玉米黃質(zhì)，提高了玉米黃質(zhì)水平。而玉米黃質(zhì)的含量與熱耗散有密切的關(guān)系。自然條件下，隨著光強的增加，玉米黃質(zhì)的含量提高；當光強下降時，玉米黃質(zhì)向紫黃質(zhì)轉(zhuǎn)變。如果通過葉黃素循環(huán)的非輻射能量耗散仍不能*消耗過量的過剩的光能時，剩余的這部分能量有可能形成單線態(tài)氧，從而對光合機構(gòu)造成危害。