叶绿素荧光在生理生态研究中的应用.pptx

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1、目录目录一一.叶绿素荧光的发现及发展叶绿素荧光的发现及发展二二.重要的荧光参数及其意义重要的荧光参数及其意义三三.荧光技术在逆境研究中的应用案例荧光技术在逆境研究中的应用案例四四.相关汉语文献及其他相关汉语文献及其他第1页/共43页一一.叶绿素荧光的发现及发展叶绿素荧光的发现及发展发现发现德国植物生理学家德国植物生理学家Kautsky于于1931年发现年发现叶绿素荧光动力学现象。叶绿素荧光动力学现象。上世纪上世纪80年代，年代，gren（1985）和）和Schreiber（1986）相继创制出便携的调制式）相继创制出便携的调制式荧光仪，并实现了商品化。成为光合作用研荧光仪，并实现了商品化。成为

2、光合作用研究的新热点，极大地推动了光合过程中光能究的新热点，极大地推动了光合过程中光能利用、逆境条件下光合作用的光抑制、光破利用、逆境条件下光合作用的光抑制、光破坏及其防御机制的研究。坏及其防御机制的研究。第2页/共43页叶绿素荧光动力学研究得到广泛应用的原因叶绿素荧光动力学研究得到广泛应用的原因1、叶绿素荧光动力学特性包含着光合作用过程的丰富信息叶绿素荧光动力学特性包含着光合作用过程的丰富信息光能的吸收与转换光能的吸收与转换 能量的传递与分配能量的传递与分配 反应中心的状态反应中心的状态过剩光能及其耗散过剩光能及其耗散光合作用光抑制与光破坏光合作用光抑制与光破坏等等等等2、可以对光合器官进行

3、、可以对光合器官进行“无损伤探查无损伤探查”，获得，获得“原位原位”的（的（in situ）信息。）信息。3、近年来测定仪器的性能和自动化程度越来越高，操作步近年来测定仪器的性能和自动化程度越来越高，操作步骤越也来越简便。骤越也来越简便。第3页/共43页由于以上原因由于以上原因叶绿素荧光动力学技术在：叶绿素荧光动力学技术在：光合作用生理生态光合作用生理生态逆境生理逆境生理等研究领域得到了较快的普及和等研究领域得到了较快的普及和广泛的应用广泛的应用 第4页/共43页第5页/共43页二二.重要的荧光参数重要的荧光参数基础荧光参数基础荧光参数Fo：最小荧光产量最小荧光产量(Minimal fluor

4、escence)，也称初始荧也称初始荧光产量光产量(Original fluorescence)或基础荧光产量或基础荧光产量。是对充分暗。是对充分暗适应叶片（适应叶片（PS反应中心处于完全开放状态）照以极弱的反应中心处于完全开放状态）照以极弱的测测量光后发出的荧光量光后发出的荧光。此时光化学猝灭系数。此时光化学猝灭系数qP1，非光化学，非光化学猝灭系数猝灭系数qNP0。一般认为，这部分荧光是在天线中的激发一般认为，这部分荧光是在天线中的激发能尚未被反应中心捕获之前，由天线叶绿素发射出的。当存能尚未被反应中心捕获之前，由天线叶绿素发射出的。当存在天线热耗散时，在天线热耗散时，Fo会降低；当反应中

5、心失活或遭到破坏时，会降低；当反应中心失活或遭到破坏时，Fo会提高。已知过高的温度往往使会提高。已知过高的温度往往使PSII放氧复合体脱离，反放氧复合体脱离，反应中心失活。此时应中心失活。此时Fo会明显提高。因此，可以用会明显提高。因此，可以用Fo随温度的随温度的变化动态来反映高温对光合器的危害，并用来评价植物的抗变化动态来反映高温对光合器的危害，并用来评价植物的抗热性。热性。第6页/共43页Fm：最大荧光产量：最大荧光产量(Maximal fluorescence)，是是PS反应中心完全关闭时的荧光产量。此时反应中心完全关闭时的荧光产量。此时光化学和非光化学荧光猝灭均为光化学和非光化学荧光猝

6、灭均为0(qP0，qNP0)。Fm可反映通过可反映通过PS的电子传递最大潜力。通常的电子传递最大潜力。通常叶片经暗适应至少叶片经暗适应至少20min后照以饱和脉冲光后后照以饱和脉冲光后测得。测得。Fs:稳态荧光产量。稳态荧光产量。即在光照下，光即在光照下，光-暗反应暗反应达到动态平衡时的荧光产量。达到动态平衡时的荧光产量。第7页/共43页存在的问题存在的问题关于荧光发射的理论基础和对测定结果的理解关于荧光发射的理论基础和对测定结果的理解和解释十分复杂；和解释十分复杂；部分初学者，对荧光参数的意义理解不透，尤部分初学者，对荧光参数的意义理解不透，尤其是不了解叶绿素荧光动力学特性在整个光合过其是不

7、了解叶绿素荧光动力学特性在整个光合过程中所占的地位，因而对荧光参数测定结果的意程中所占的地位，因而对荧光参数测定结果的意义存在一些误解。义存在一些误解。第8页/共43页我们的主要应用我们的主要应用光合机构的激发能分配；光合机构的激发能分配；光系统光系统IIII的光抑制；的光抑制；环境胁迫下光系统环境胁迫下光系统IIII活性。活性。第9页/共43页三三.荧光技术在逆境研究中荧光技术在逆境研究中的应用案例的应用案例（一）荧光技术在叶片发育中的（一）荧光技术在叶片发育中的应用分析应用分析选题依据1 1、为什么选择生长过程中的叶片进行研究？、为什么选择生长过程中的叶片进行研究？以往对植物环境适应性的研

8、究主要强调植物成熟叶片的适以往对植物环境适应性的研究主要强调植物成熟叶片的适应机制；应机制；叶片生长过程中同样会经历环境胁迫，而且幼叶对环境胁叶片生长过程中同样会经历环境胁迫，而且幼叶对环境胁迫的适应性也直接关系到植物能否适应环境。迫的适应性也直接关系到植物能否适应环境。第10页/共43页1叶片生长过程中光合能力的变化第11页/共43页第12页/共43页第13页/共43页2叶片生长过程中光化学效率和电子传递活性的变化第14页/共43页3叶绿体色素的变化第15页/共43页第16页/共43页5叶片水分状况与叶黄素组分及活性氧清除酶活性之间的相关性分析第17页/共43页RWC(Negativelin

9、earcorrelation)w(Positivelinearcorrelation)9:00AM2:00PM9:00AM2:00PMNPQ0.9580.9910.7600.548(V+A+Z)/Chl0.8950.9410.8790.775(A+Z)/Chl0.9600.9800.6670.617(A+Z)/(V+A+Z)%0.9410.9720.6130.579SODactivity0.9380.9750.8380.770APXactivity0.9030.9790.6370.535CATactivity0.9310.9300.7630.620PODactivity0.9010.9630.

10、5790.479GRactivity0.9070.9390.5970.437第18页/共43页6叶片生长过程中叶角的变化及对光能截获和光抑制的影响第19页/共43页第20页/共43页第21页/共43页 皇冠草属于泽泻科、刺果泽泻属，多年生挺水植物，皇冠草属于泽泻科、刺果泽泻属，多年生挺水植物，原产于南美亚马逊流域及其支流原产于南美亚马逊流域及其支流 。易驯化为沉水。易驯化为沉水植物。用途：观赏等。植物。用途：观赏等。（二）荧光技术在淹水胁迫中的应用（二）荧光技术在淹水胁迫中的应用第22页/共43页科学科学/实践问题：实践问题：源于三峡库区消落带植被修复源于三峡库区消落带植被修复植物淹水后复出后

11、更容易死亡，为什么？植物淹水后复出后更容易死亡，为什么？问题转化问题转化：淹水淹水 陆陆地地 光抑制导致光合器官光抑制导致光合器官/叶片出水后死亡？叶片出水后死亡？强光强光高氧高氧弱光弱光低氧低氧第23页/共43页试验设计试验设计对照对照全淹全淹淹水淹水离体离体弱光弱光活体活体出水出水强光强光处理处理2020天天第24页/共43页淹水后叶片形态特征的变化淹水后叶片形态特征的变化第25页/共43页淹水阶段净光合速率、气孔导度和蒸腾速率的淹水阶段净光合速率、气孔导度和蒸腾速率的变化变化净光合速率净光合速率气孔导度气孔导度蒸腾速率蒸腾速率对照气生叶沉水叶气生叶对照第26页/共43页淹水阶段叶绿素含量

12、的变化淹水阶段叶绿素含量的变化气生叶沉水叶对照第27页/共43页淹水阶段淹水阶段Fv/FmFv/Fm和和PSPS的变化的变化沉水叶气生叶对照第28页/共43页出水后自然状态下叶片出水后自然状态下叶片Fv/FmFv/Fm和和RWCRWC的变化的变化第29页/共43页出水后弱光环境下出水后弱光环境下Fv/FmFv/Fm的变化的变化第30页/共43页出水后不同处理的离体叶片在强光下及恢出水后不同处理的离体叶片在强光下及恢复过程中光抑制的差异复过程中光抑制的差异第31页/共43页（三）荧光技术在盐胁迫胁迫中的应用（三）荧光技术在盐胁迫胁迫中的应用科学问题：科学问题：盐胁迫下盐胁迫下PSIIPSII失活

13、与失活速率无关，主要抑失活与失活速率无关，主要抑制失活制失活PSPS反应中心的。反应中心的。极端光强和离体材料极端光强和离体材料田间？田间？第32页/共43页第33页/共43页第34页/共43页第35页/共43页第36页/共43页四四.相关汉语文献及其他相关汉语文献及其他相关汉语文献：相关汉语文献：张守仁张守仁 1999 1999 叶绿素荧光动力学参数的意义及讨论叶绿素荧光动力学参数的意义及讨论 植物学通报植物学通报 李鹏民李鹏民 高辉远等高辉远等 2005 2005 快速叶绿素荧光诱导动力学分析在光合作用研究中的应用快速叶绿素荧光诱导动力学分析在光合作用研究中的应用 植物生理与分子生物学学报

14、植物生理与分子生物学学报 第37页/共43页JiangChuang-Dao,WangXin,GaoHui-Yuan,ShiLei,ChowWahSoon.(2011)Systemicregulationofleafanatomicalstructtue,photosyntheticperformanceandhigh-lighttoleranceinsorghumseedlings.PlantPhyisol.,155:1416-1424SCI(TOP10)HaoHai-Ping,JiangChuang-Dao(通讯作者),ZhangShou-Ren,TangYu-Dan,ShiLei.(201

15、1)Enhancedthermal-toleranceofphotosystemIIbyelevatingrootzonetemperatureinPrunusmirakoehneseedlings.PlantSoil,publishedonline(DOI10.1007/s11104-011-1037-y)SCIMaoShu-Yan,JiangChuang-Dao(通讯作者),ZhangWen-Hao,ShiLei,ZhangJin-Zheng,Chow Wah-Soon,Yang Jing-Cheng.(2009)Water translocationbetweenrametsofstra

16、wberryduringsoildryinganditseffectsonphotosyntheticperformance.Physiol.Plant.，137:225-234SCIZhangZhan-Jiang,JiangChuang-Dao,ZhangJin-Zheng,ZhangHui-Jin,ShiLei.(2009)EcophysiologicalevaluationofthepotentialinvasivenessofRhustyphinainitsnon-nativehabitats.TreePhysiol.,29:1307-1316SCI(TOP10)Jiang Chuan

17、g-Dao,Jiang Gao-Ming,Wang Xianzhong,Li Ling-Hao,BiswasDilip Kumar,Li Yong-Geng.(2006)Increased Photosynthetic Activities andThermostabilityofPhotosystemIIwithLeafDevelopmentofElmSeedlings(UlmusPunila)ProbedbytheFastFluorescenceRiseOJIP.Environ.Exp.Bot.，58:261-268SCIJiang Chuang-Dao,Gao Hui-Yuan,Zou

18、Qi,Jiang Gao-Ming,Li Ling-Hao.(2006)Changesofleaforientation,photoprotectivemechanismsandphotosynthesisduringdevelopmentofsoybeanleaves.Environ.Exp.Bot.,55:87-96SCI近期近期论文文发表表第38页/共43页专利申请专利申请：姜闯道，巩玥，石雷，20102010，一种提高热带、亚热带地区植物的长势的方法,(申请号：发明专利姜 闯 道，巩 玥，石 雷，20102010，一 种 克 隆 植 物 的 灌 溉 方 法,(,(申 请 号：20101

19、0289782.7)201010289782.7)发明专利姜闯道，郝海平，石雷，唐宇丹，20102010，一种根系控温装置，(申请号：发明专利姜闯道，郝海平，石雷，唐宇丹，20102010，一种根系控温装置，(申请号：实用新型社会活动：社会活动：北京市青少年科技创新俱乐部指导教师国内外多家核心期刊审稿人等第39页/共43页主持项目：主持项目：1.国家自然基金面上项目：盐胁迫条件下甜高粱光抑制的PSII行为机制及应用研究，2008-2010年2.国家自然基金面上项目：盐胁迫下高粱光合机构的强光获得性适应及缓解光抑制的关键机制，2009-2011年3.北京市自然科学基金面上项目：C4作物的强光系统调控及应用研究，2012-2014年4.中国科学院知识创新方向性项目课题：逆境下胡杨生化保护机制研究，2007-2010年5.国家十一五科技支撑项目子课题：三峡库区消落带植物两栖适应的关键策略，2008-2010年6.首都环境安全科普教育平台建设项目：首都环境生态系统群落组成现状，2008-2009年第40页/共43页研究兴趣：研究兴趣：资源植物光合作用调控、功能优化机制及应用高光效植物资源发掘与应用欢迎合作！欢迎合作！第41页/共43页Thank you for your attention!第42页/共43页感谢您的观看！第43页/共43页