叶绿素荧光与植物光合联用技术

1.同步测量光合和荧光参数的意义

众所周知，光合参数会随着环境与植物本身生理状态的变化而在同一天的不同时间产生很大的差异，同时叶绿素荧光参数也会有类似的变化（图1,2）。而且植物不同部位叶片、同一叶片的不同部位的光 合能力也有差异。因此对于植物光合生理研究来说，同步测量植物相同部位的光合和叶绿素荧光参数才 能保证数据的准确性。如果分别使用光合仪和叶绿素荧光仪，要做到这一点很不容易，野外的生态学研究中就更加困难。

2.叶绿素荧光与植物光合联用系统的组成与功能

叶绿素荧光与植物光合联用系统主体由LCpro-SD光合测量模块和OS5p调制叶绿素荧光测量模块组 成。两个测量模块既可以联用，也可以分别作为单独的光合仪和叶绿素荧光仪使用。LCpro-SD光合测量 模块用以测量植物叶片的光合速率、蒸腾速率、气孔导度等与植物光合作用相关的参数。通过人工光源、 CO2控制单元和温度控制单元可以同时精确调控环境条件，从而测定光强、CO2浓度和温度对植物光合系 统的影响。OS5p叶绿素荧光测量模块提供Fv/Fm模式、Yield模式、Kinetic模式和OJIP模式共四种调 制测量模式，可以自动测量目前叶绿素荧光研究中的所有常用参数。两者通过光合-荧光联用适配器连 接，可在测量光合数据的同时，同步获取同一叶片在相同部位、相同时间的叶绿素荧光参数，确保数据 的精确性。SL3500高性能LED光源（选配）则用于模拟不同光强、光质的自然光，用来在实验室内研究植物光合与叶绿素荧光的光响应曲线。

 本系统的两个主要测量模块均为便携式设计，体积轻小。光合测量模块重 4.4Kg，荧光测量模块重2.3kg，经过人体工程学优化，配有舒适型肩带，携带操作非常简便。在野外操作时，可两人合作，也可一人单独操作。可在恶劣环境下使用，均为内置电池，采用低能耗技术，野外电池持续工作时间可达16 小时以上，使用即插即拔的SD卡存储数据，并可实时图形显示测量数据。

CO2测量：0-3000ppm，分辨率1ppm

H2O测量：0-75 mbar，分辨率0.1mbar

PAR测量：0-3000  μmolm-2s-1，余弦校正

叶室温度：-5 -50℃，精度±0.2℃ 叶片温度：-5 -50℃，精度±1.5℃

空气泵流量：100 -500ml/min

CO2控制：由内部CO2 供应系统提供，最高2000ppm

H2O控制：可高于或低于环境条件

温度控制：由微型peltier 元件控制，可高于或低于环境14℃ 

荧光检测模式：脉冲调制模式显示屏：两个模块均有各自的LCD显示屏 电源：内置电池，均可支持16小时以上连续测量系统总重量：7.5kg

数据存储：两个模块配有各自的SD卡，可存储上万组数据 

荧光测量光源： 

4.基本应用

在一般的植物生理学和生态学研究中，光合数据和叶绿素荧光数据经常是作为两个部分分别进行讨论的。这种应用虽然非常广泛，但经常只是讨论某种胁迫条件对这两类参数的影响，并没有 深入探讨两者的关系，仅能解释植物光合生理的一些表面问题。叶绿素荧光与植物光合联用系统在这方面的作用也只是使获得的数据更加准确。

5.高级应用

  植物光合和叶绿素荧光的同步测量应用最广泛是研究量子产额和CO2固定之间的关系。当CO2同化的量子产 量（ΦCO2，即光合速率除以光合有效辐射）和PSII 量子 产量（ΦPSII）两者呈显著线性相关时，表明光呼吸十分微弱。否则表明光呼吸较强。

测定植物的光响应曲线是很常用的植物光合实验方 法。实际上叶绿素荧光也有相应的光响应曲线，一般是测 定不同光强下电子传递速率（ETR）的变化。同步测定 光合作用和叶绿素荧光的光响应曲线，能够更好地阐述不 同植物或者同一植物在不同环境条件下光合能力和光合系统对光强的响应情况。对两者的分析可以得到植物光抑 制和光呼吸的相关数据。使用同样的方法还可以同步测量光合和荧光的CO2响应曲线。

Nielsen 在同步测定酢浆草（Oxalis triangularis）光合 和ETR的光响应曲线时，发现当光合有效辐射大于400μmolm-2s-1时，虽然光合速率仍在升高，但ETR 却开始下降。作者认为这是由于使用的Walz 荧光仪的最 大饱和脉冲只能达到2400μmolm-2s-1，在高光强下不能使 光系统II真正饱和。本系统的最大饱和脉冲可以达到15000μmolm-2s-1，因此不存在这个问题。

1.   基本应用

对多花蔷薇（Rosamultiflora）的净光合速率、量子产额和电子传递速率进行同步测量。 这种同步测量提高了获取数据的准确性，尽量减小了环境因素和植物本身生理状态对数据的影响，但没有将光合和叶绿素荧光的数据有机结合起来。

 2.   高级应用

同步测定重度干旱胁迫下如意蔓（Plectranthusverticillatus）光合速率和叶绿素荧光的相关性。使用光合仪配备的人工光源模拟不同光强，同时测定净光合速率、量子产额和电子 传递速率。

CO2量子产量和PSII量子产量并没有呈线性关系。ΦPSII的升高速度要高于ΦCO2，表明如意蔓在干旱胁迫下有较强的光呼吸。

 2）Pn和ETR的光响应曲线

同步测定如意蔓光合速率和ETR  的光响应曲线。发现两者的变化趋势基本相同。在光强大约为500μmolm-2s-1时达到最大。在更高的光强下，因为光抑制而逐渐下降。但是使用光合仪的这种小型人工光源进行这种实验室实验有一个缺陷。植物的光合能力在光照条件下和黑暗条件下是截然不同的。黑暗状态下的植物大多要进行大约30分钟的光适应才 能完全激活其光合系统。光合仪的人工光源一般只是用于在良好 的光照条件下控制照射到单个叶片的光强，难以对多株植物或一株较大植物的多个叶片同时进行光适应。因此，推荐在进行类似 实验时，使用SL3500高性能LED光源。SL3500光源不但可以 对多株实验室培养植物同时进行光适应，而且其本身就能够调控 不同的光强，可以直接用于进行光响应曲线的测定。另外，SL3500 光源可以选择不同的光质（光照的颜色），也可以通过控制三色 光调配出各种颜色，用于研究不同光质对光合作用的影响。