光合參數與螢光參數之間的關係

　　光合參數與螢光參數之間的關係

　　光合參數和螢光參數往往會同時出現在光合研究的相關文獻中。一般來看研究光合生理的實驗都要有光合參數也有螢光參數，數據才顯得完整。No investigation into the photosynthetic performance of plants under field conditions seems complete without some fluorescence data.—Giles N.Johnson。近年來隨著高精度、高時間解析度的螢光儀(如英國Hansatech公司的FMS-2螢光儀，Handy PEA植物效率儀)的問世，兼且螢光儀以其測定方便，快捷，數據量大等優點很快受到廣大科研工作者的青睞。涉及螢光參數的文獻也越來越多。甚有些不太清楚的人甚說螢光參數就可以完全代替光合參數，不用測定光合直接測定螢光參數就可以。然而光合和螢光之間究竟是怎麼樣的關係呢?我們實驗的時候怎麼選取呢?什麼時候用光合參數什麼時候用螢光參數呢?

　　葉綠素螢光產生的基本原理：

　　

　　圖1葉綠素螢光產生的基本原理模式圖

　　從圖中我們可以了解到葉綠素分子吸收光能(激發能)後，由基態躍遷到激發態(圖中的單線態和單線態)，激發態是不穩定的狀態，會重新回到基態，電子由激發態回到基態的過程中，大部分能量轉向反應中心推動光化學反應以及接下來的電子傳遞、光合磷酸化，固定、還原CO2並終將能量貯存在有機物中;一部分能量以熱的形式耗散;再有一小部分能量以螢光的形式發出。三者之間是此消彼長相互競爭的關係。因此我們可以用葉綠素螢光來研究光合作用的變化。

　　光合和螢光的關係

　　由上面螢光產生的原理我們知道，螢光和用於光化學反應的能量是競爭的關係，因此可以用螢光來反映光合或者精確說是反映光化學反應。因此那種用螢光可以完全代替光合的說法是錯誤的，少是很不負責任的。我們常見的和光合相關的螢光參數有Fv/Fm、ΦPSII、NPQ、qP等。

　　Fv/Fm：暗適應下PSⅡ的光化學效率，反應植物潛在的光化學能力，常用來作為分析光抑制的指標。和光合速率等參數相差很遠，不能用來代替光合速率使用;

　　NPQ：非光學化淬滅，是指因非光化學反應引起的螢光產量的降低，一般用來表示熱耗散的多少;

　　qP：光化學淬滅，是指由於光化學反應引起的螢光產量的降低，常用來反映反應中心的開放程度，結合NPQ可以反映過剩激發能的多少，植物是否受到過剩激發能的傷害;

　　ΦPSII：光下PSII的實際光化學效率，ΦPSII*PFD(光強)*0.5*α= ETR用來表示電子傳遞速率。有些文獻中也用Yield來表示ΦPSII。

　　由各螢光參數的意義，ΦPSII以及電子傳遞速率ETR和光合速率相關。非逆境環境中生長的植物的ETR在和光合速率是成正比的。因此很多研究生在相關的儀器經銷商的誤導下用ETR甚ΦPSII來代替光合速率使用。當然，這樣應用有時候是可以說明問題的，然而，在進一步分析的時候就容易出問題，影響文章的發表，尤其是英文刊物(SCI)的發表。

　　葉綠素分子激發以後，回到基態的過程中大部分能量用於光化學反應以及後來的電子傳遞，電子終傳遞給NADP+產生NADPH，用來CO2固定，還原的CO2就是用光合儀測定出來的光合速率的基礎。光合電子傳遞鏈傳來的電子除了用於碳代謝(CO2固定)過程，還用來進行氮代謝、硫代謝、米勒反應、水水循環、光呼吸等。在非逆境條件ETR和光合速率是成正比的。然而，螢光參數主要是在逆境研究中應用，在逆境條件下，從光系統傳來的電子更多地分配到光呼吸、米勒反應等過程的電子增多，此時，ETR就不能很好的反應光合速率，ΦPSII就更沒有太多說服力了。因此，螢光是用來分析和解釋光合作用以及光合速率在逆境下降低的原因，而不能直接代替光合速率直接使用。

　　螢光參數也可以反映豐富的關於光合機構的信息，也可以直接在文獻中應用，文獻中應用主要集中在以下幾個方面：

　　1. Fv/Fm，光抑制的指標：植物在逆境條件(高溫、低溫、乾旱等)下，往往伴隨著強光，容易發生光抑制，光抑制時，Fv/Fm值明顯下降，因此在文獻中，Fv/Fm的下降常用來作為發生光抑制的標誌。

　　Fv/Fm也常用來分析植物在逆境下究竟是發生光抑制還是光破壞?發生光抑制的植物如果在非脅迫條件下可以恢復到對照的水平，說明只是光抑制而不是光破壞，否則則表明發生光破壞。

　　2. qP：表示反應中心的關閉程度，1-qP則表示反應中心的開放程度，用來分析逆境下反應中心的活性。

　　3. NPQ：反應植物的熱耗散水平常和葉黃素循環結合在一起。同時qI、qE、qT等參數也常見於文獻中，說明熱耗散的問題。

　　4. ETR：結合光呼吸等光合參數的測定，來研究光能的分配等問題。

　　5. PI(得自Handy PEA)性能指數：在優良品種或抗逆品種選育中應用廣泛，且效果很好，一方面可以對大量的後代群體進行篩選;另一方面可以對鑑定出的優良品種或者抗逆性品種進行進一步的深入分析，提供更深層次的理論基礎。

　　6.ΦPSII常用來分析是否是光合下降的原因，也常用來分析ΦPSII的降低是光合降低的原因還是結果。某些時候是因為逆境傷害了光合機構中的PSII，導致ΦPSII的降低進而進一步影響光合速率;也有時候某些逆境(如乾旱等)是通過影響氣孔來導致光合速率的降低，使得PSII的功能可逆下調，來適應光合速率的降低。

　　7. WUE=淨光合速率Pn/蒸騰速率E,水分利用效率也可以反映抗旱性。

　　光合參數和螢光參數並不是等同的，因此我們在使用的時候要特別注意，根據自己的實驗設計和終要說明的問題來選擇相應的儀器測定有用的光合或者螢光數據。切記盲目的測定很多螢光參數，更多的時候螢光參數都是為了進一步解釋和說明光合作用。