1)調(diào)制葉綠素?zé)晒?調(diào)制葉綠素?zé)晒馊Q脈沖-振幅-調(diào)制(Pulse-Amplitude-Modulation,PAM)葉綠素?zé)晒猓覀儑鴥?nèi)一般簡稱調(diào)制葉綠素?zé)晒猓瑴y量調(diào)制葉綠素?zé)晒獾膬x器叫調(diào)制熒光儀,或叫PAM。
調(diào)制葉綠素?zé)晒猓≒AM)是研究光合作用的*工具,與光合放氧、氣體交換并稱為光合作用測量的三大技術(shù)。由于其測量快速、簡單、可靠、且測量過程對樣品生長基本無影響,目前已成為光合作用領(lǐng)域發(fā)表文獻(xiàn)最多的技術(shù)。
2)調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x的工作原理
1983年,WALZ公司科學(xué)家,德國烏茲堡大學(xué)教授Ulrich Schreiber博士利用調(diào)制技術(shù)和飽和脈沖技術(shù),設(shè)計制造了臺脈沖振幅調(diào)制(Pulse-Amplitude-Modulation,PAM)熒光儀——PAM-101/102/103。
所謂調(diào)制技術(shù),就是說用于激發(fā)熒光的測量光具有一定的調(diào)制(開/關(guān))頻率,檢測器只記錄與測量光同頻的熒光,因此調(diào)制熒光儀允許測量所有生理狀態(tài)下的熒光,包括背景光很強(qiáng)時。正是由于調(diào)制技術(shù)的出現(xiàn),才使得葉綠素?zé)晒庥蓚鹘y(tǒng)的“黑匣子”(避免環(huán)境光)測量走向了野外環(huán)境光下測量,由生理學(xué)走向了生態(tài)學(xué)。
所謂飽和脈沖技術(shù),就是打開一個持續(xù)時間很短(一般小于1 s)的強(qiáng)光關(guān)閉所有的電子門(光合作用被暫時抑制),從而使葉綠素?zé)晒膺_(dá)到。飽和脈沖(Saturation Pulse, SP)可被看作是光化光的一個特例。光化光越強(qiáng),PS II釋放的電子越多,PQ處累積的電子越多,也就是說關(guān)閉態(tài)的電子門越多,F(xiàn)越高。當(dāng)光化光達(dá)到使所有的電子門都關(guān)閉(不能進(jìn)行光合作用)的強(qiáng)度時,就稱之為飽和脈沖。
打開飽和脈沖時,本來處于開放態(tài)的電子門將該用于光合作用的能量轉(zhuǎn)化為了葉綠素?zé)晒夂蜔幔現(xiàn)達(dá)到值。
經(jīng)過充分暗適應(yīng)后,所有電子門均處于開放態(tài),打開測量光得到Fo,此時給出一個飽和脈沖,所有的電子門就都將該用于光合作用的能量轉(zhuǎn)化為了熒光和熱,此時得到的葉綠素?zé)晒鉃镕m。根據(jù)Fm和Fo可以計算出PS II的量子產(chǎn)量Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm,它反映了植物的潛在光合能力。
在光照下光合作用進(jìn)行時,只有部分電子門處于開放態(tài)。如果給出一個飽和脈沖,本來處于開放態(tài)的電子門將該用于光合作用的能量轉(zhuǎn)化為了葉綠素?zé)晒夂蜔幔藭r得到的葉綠素?zé)晒鉃镕m’。根據(jù)Fm’和F可以求出在當(dāng)前的光照狀態(tài)下PS II的實際量子產(chǎn)量Yield=ΦPSII=ΔF/Fm’=(Fm’-F)/Fm’,它反映了植物目前的實際光合效率。
在光照下光合作用進(jìn)行時,只有部分電子門處于關(guān)閉態(tài),實時熒光F比Fm要低,也就是說發(fā)生了熒光淬滅(quenching)。植物吸收的光能只有3條去路:光合作用、葉綠素?zé)晒夂蜔帷8鶕?jù)能量守恒:1=光合作用+葉綠素?zé)晒猓珶帷?梢缘贸觯喝~綠素?zé)晒猓?-光合作用-熱。也就是說,葉綠素?zé)晒猱a(chǎn)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熒光淬滅稱之為光化學(xué)淬滅(photochemical quenching, qP);由熱耗散引起的熒光淬滅稱之為非光化學(xué)淬滅(non-photochemical quenching, qN或NPQ)。光化學(xué)淬滅反映了植物光合活性的高低;非光化學(xué)淬滅反映了植物耗散過剩光能為熱的能力,也就是光保護(hù)能力。
光照狀態(tài)下打開飽和脈沖時,電子門被關(guān)閉,光合作用被暫時抑制,也就是說光化學(xué)淬滅被全部抑制,但此時熒光值還是比Fm低,也就是說還存在熒光淬滅,這些剩余的熒光淬滅即為非光化學(xué)淬滅。淬滅系數(shù)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。
當(dāng)F達(dá)到穩(wěn)態(tài)后關(guān)閉光化光,同時打開遠(yuǎn)紅光(Far-red Light, FL)(約持續(xù)3-5 s),促進(jìn)PS I迅速吸收累積在電子門處的電子,使電子門在很短的時間內(nèi)回到開放態(tài),F(xiàn)回到最小熒光Fo附近,此時得到的熒光為Fo’。由于在野外測量Fo’不方便,因此野外版的調(diào)制熒光儀(除PAM-2100和WATER-PAM)外,多數(shù)不配置遠(yuǎn)紅光。此時可以直接利用Fo代替Fo’來計算qP和qN,盡管得到的參數(shù)值有輕微差異,但qP和qN的變化趨勢與利用Fo’計算時是一致的。由于NPQ的計算不需Fo’,近10幾年來得到了越來越廣泛的應(yīng)用。
根據(jù)PS II的實際量子產(chǎn)量ΔF/Fm’和光合有效輻射(Photosynthetically Active Radiation, PAR)還可計算出光合電子傳遞的相對速率rETR=ΔF/Fm’•PAR•0.84•0.5。其中0.84是植物的經(jīng)驗性吸光系數(shù),0.5是假設(shè)植物吸收的光能被兩個光系統(tǒng)均分。