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熒光產(chǎn)生機(jī)理
熒光是一種光致發(fā)光的冷發(fā)光現(xiàn)象。當(dāng)光照射到某些原子時(shí),光的能量使原子核周圍的一些電子由原來(lái)的軌道躍遷到了能量更高的軌道,即從基態(tài)躍遷到*激發(fā)單線態(tài)或第二激發(fā)單線態(tài)等。*激發(fā)單線態(tài)或第二激發(fā)單線態(tài)等是不穩(wěn)定的,所以會(huì)恢復(fù)基態(tài),當(dāng)電子由*激發(fā)單線態(tài)恢復(fù)到基態(tài)時(shí),能量會(huì)以光的形式釋放,所以產(chǎn)生熒光。另外,熒光是物質(zhì)吸收光照或者其他電磁輻射后發(fā)出的光。大多數(shù)情況下,發(fā)光波長(zhǎng)比吸收波長(zhǎng)較長(zhǎng),能量更低。但是,當(dāng)吸收強(qiáng)度較大時(shí),可能發(fā)生雙光子吸收現(xiàn)象,導(dǎo)致輻射波長(zhǎng)短于吸收波長(zhǎng)的情況發(fā)生。當(dāng)輻射波長(zhǎng)與吸收波長(zhǎng)相等時(shí),既是共振熒光。
熒光參數(shù)
在葉綠素?zé)晒夥治鲋谐S玫臒晒鈪?shù)是初始熒光Fo、暗適應(yīng)后zui大熒光產(chǎn)量Fm、可變熒光Fv、zui大光化學(xué)效率Fv/Fm、光照下zui大熒光產(chǎn)量Fm"、給定光強(qiáng)下穩(wěn)態(tài)熒光Fs、光照下光系統(tǒng)II的有效量子產(chǎn)量Yield、光化學(xué)猝滅系數(shù)qP、非光化學(xué)猝滅系數(shù)qP和NPQ。在這里Fo是已經(jīng)暗適應(yīng)的光和機(jī)構(gòu)光系統(tǒng)II反應(yīng)中心均處于開放時(shí)的熒光強(qiáng)度,它與所激發(fā)的強(qiáng)度和葉綠素濃度有關(guān),而與光合作用的光反應(yīng)無(wú)關(guān)。Fm為充分暗適應(yīng)后的zui大熒光,是已經(jīng)暗適應(yīng)的光合機(jī)構(gòu)光系統(tǒng)II反應(yīng)中心全部關(guān)閉時(shí)的熒光強(qiáng)度,F(xiàn)v是熒光的可變部分,受耗散能量的途徑因素的影響。Fv/Fm是表明光化學(xué)反應(yīng)狀況的一個(gè)重要參數(shù),反應(yīng)光系統(tǒng)II反應(yīng)中心的zui大光能轉(zhuǎn)換效應(yīng)。
葉綠素?zé)晒猬F(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)
將暗適應(yīng)的綠色植物突然暴露在可見光下后,植物綠色組織發(fā)出一種暗紅色,強(qiáng)度不斷變化的熒光。熒光隨時(shí)間變化的曲線稱為葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線。zui直觀的表現(xiàn)是,葉綠素溶液在透射光下呈綠色,在反射光下呈紅色的現(xiàn)象。其本質(zhì)是,葉綠素吸收光后,激發(fā)了捕光色素蛋白復(fù)合體,LHC將其能量傳遞到光系統(tǒng)2或光系統(tǒng)1,期間所吸收的光能有所損失,大約3%-9%的所吸收的光能被重新發(fā)射出來(lái),其波長(zhǎng)較長(zhǎng),即葉綠素?zé)晒狻?br />葉綠素?zé)晒猱a(chǎn)生的原理
葉片是進(jìn)行光合作用的主要器官,葉綠體是進(jìn)行光合作用的主要細(xì)胞器。葉綠體是由葉綠體膜包裹起來(lái)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(xué)能的主要過程是在基粒中進(jìn)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(jī)溶劑。從化學(xué)性質(zhì)講,葉綠素是葉綠酸的產(chǎn)物,葉綠酸的兩個(gè)羥基分別被甲醇和葉綠醇酯化而得到的,對(duì)光、熱、酸敏感,能發(fā)生皂化反應(yīng),性質(zhì)不穩(wěn)定。
熒光產(chǎn)生的物理機(jī)制是斯托克斯位移,當(dāng)一定波長(zhǎng)的光子碰撞到葉綠素分子時(shí),光子可能被分子吸收,使分子的能量升高,處于較高能態(tài)的分子是不穩(wěn)定的,一般要通過釋放吸收的能量而回到穩(wěn)定的基態(tài)即zui低能級(jí),其中一部分將以輻射的形式回到基態(tài)。分子必須在吸收一定頻率范圍的激發(fā)光后,通過振動(dòng)馳豫回到*激發(fā)電子態(tài)的zui低能級(jí),由此向下的輻射躍遷才可能產(chǎn)生熒光,因此熒光的波長(zhǎng)一般要比激發(fā)光的波長(zhǎng)要長(zhǎng)。
光合作用
光合作用是指含葉綠素的植物細(xì)胞和細(xì)菌吸收光能,將無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物并釋放氧氣的過程。他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(jìn)行生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。由綠色植物發(fā)射的葉綠素?zé)晒庖砸环N復(fù)雜的方式表達(dá)光合作用活性和行為。當(dāng)光子照射綠色植物的葉片時(shí),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(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)外,少部分會(huì)以熱耗散和熒光的方式釋放出來(lái)。
在植物光合作用過程中,葉綠素色素分子對(duì)光能的吸收及能量的轉(zhuǎn)變途徑中包括著極復(fù)雜的生物物理及生物化學(xué)過程。在葉綠體內(nèi)激發(fā)能從葉綠素b向葉綠素a的傳遞效率幾乎達(dá)到100%,所以檢測(cè)不到葉綠素b的熒光,因此,在對(duì)葉綠素?zé)晒膺M(jìn)行分析時(shí),通常是指葉綠素a發(fā)出的熒光。
光合作用過程中有兩種不同的光化學(xué)反應(yīng),他們發(fā)生在相關(guān)聯(lián)的不同色素基團(tuán)中,這些基團(tuán)被稱為PSI和PSII。在常溫下,PSI色素系統(tǒng)基本不發(fā)熒光,接近95%的被檢測(cè)到的,葉綠素?zé)晒庑盘?hào)來(lái)源于PSII相關(guān)的葉綠素分子,因此,我們研究的葉綠素?zé)晒夤庾V主要由PSII相關(guān)葉綠素分子產(chǎn)生的。
葉綠素?zé)晒獾臏y(cè)量
測(cè)量光閃,光源光源,能量極低,只能輕微的擾動(dòng)光合結(jié)構(gòu)的氧化還原能量極低,只能輕微的擾動(dòng)光合結(jié)構(gòu)的氧化還原狀態(tài),而剛好不產(chǎn)生電子的分離與傳遞。
典型光閃持續(xù)時(shí)間,典型光強(qiáng),波長(zhǎng),飽和光閃,光源,攜帶很高的能量,能夠一次翻轉(zhuǎn)所有活化攜帶很高的能量,能夠一次翻轉(zhuǎn)所有活化反應(yīng)中心的光化學(xué)狀態(tài)反應(yīng)中心的光化學(xué)狀態(tài)。
葉綠素?zé)晒夥治龇椒ǖ姆诸?/strong>
葉綠素?zé)晒夥治龇ㄖ饕譃閮深?,一類是研究熒光?qiáng)度隨時(shí)間變化,即葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué);一類是研究熒光強(qiáng)度在波長(zhǎng)空間范圍內(nèi)的變化,即葉綠素?zé)晒夤庾V分析法。
葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)研究的特點(diǎn)
葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)特性包含著光合作用過程的豐富信息,光能的吸收和轉(zhuǎn)換,能量的傳遞與分配,反應(yīng)中心的狀態(tài),過剩光能及其耗散,光合作用光抑制與光破壞。
可以對(duì)光合器官進(jìn)行“無(wú)損傷探查”
操作步驟簡(jiǎn)單快捷。
葉綠素?zé)晒鈨x的應(yīng)用
可以做野外葉片研究,溫室培養(yǎng),作物病害評(píng)估,環(huán)境評(píng)價(jià),園藝學(xué),農(nóng)學(xué),林學(xué),水生物學(xué),毒理學(xué),突變株篩選,遺傳育種等。
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