中文版| English| 中國科學院    天气预报:
你現在的位置: 首頁 / 首頁信息 / 成果轉化

專利名稱:基于葉綠素熒光的浮遊植物光合速率快速檢測方法

文章來源: 发布时间: 2019-10-23

專利名稱:基于葉綠素熒光的浮遊植物光合速率快速檢測方法 

申 请 号 

CN201410465026.3 

申 请 日 

2014.09.12 

公開(公告)號 

CN104215616B 

公開(公告)日 

2017.02.15 

申請(專利權)人 

168棋牌

发 明 人 

殷高方;趙南京;石朝毅;胡麗;方麗;肖雪;段靜波;邱曉晗;覃志松;王園園;張玉鈞;劉建國;劉文清

專利類型 

發明專利

摘 要 

本發明公開了一種基于葉綠素熒光的浮遊植物光合速率快速檢測方法。本發明從光合作用能流角度出發,采用葉綠素熒光作爲光合作用的探針,提出一種浮遊植物葉綠素熒光的可變光脈沖誘導方法,將複雜的光合作用能流過程分段,通過分析不同誘導模式下葉綠素熒光動力學曲線,分段獲得主導光合作用能流效率的光合參數;在此基礎上,根據生物膜能流過程,建立基于葉綠素熒光的浮遊植物光合速率的定量分析方法,實現浮遊植物光合作用狀態和生長潛能的實時快速檢測,爲發展現場原位測量技術提供方法基礎。

主權項 

1.基于葉綠素熒光的浮遊植物光合速率快速檢測方法,其特征在于包括以下步驟:

(1)設計快速可變光脈沖激發策略,實現光合作用能流過程的分段

浮遊植物細胞經暗適應後,參與Calvin循環的幾種酶失去活性,重新照光後需要經過一個光合誘導期才能正常運行;在光合誘導期內,所有的電子受體均能接收電子被還原,卻不能及時給出電子被氧化,存在一個單電子周轉期,不同電子受體單周轉的周期不同;在單周轉期內,強光照射促使能夠接收電子的電子受體數快速減少至零,電子傳遞鏈被阻塞,葉綠素熒光快速上升至最大;單周轉期後,電子受體再氧化給出電子,葉綠素熒光開始弛豫下降;

QAQBPQ單周轉周期分別爲100μs1ms10-20ms,是電子傳遞鏈中的容易産生電子阻塞的三個電子受體,采用快速可變的光脈沖作激發光源,通過調節光脈沖振幅、頻率、占空比和激發時序,設計不同的激發策略,選擇性還原QAQBPQ,獲取不同誘導模式下的葉綠素熒光動力學曲線;

QA飽和快相熒光動力學曲線。在不造成光損傷的情況下,采用占空比大的高強度快速光脈沖,在QA單電子周轉內産生足夠高的能量累積,將其全部還原,打斷光合作用的電子傳遞鏈,獲得QA飽和快相熒光動力學曲線,該曲線僅與QA之前光合能流過程有關;

QB飽和快相熒光動力學曲線。QA單周轉期後,電子向後傳遞給QB;通過降低脈沖光瞬時光強和占空比,在QB單周轉期內使QA發生更多氧化還原反應,將電子傳遞到QB,將其全部還原,阻塞電子傳遞鏈,獲得QB飽和快相熒光動力學曲線,該曲線僅與QB之前光合能流過程有關;

PQ飽和快相熒光動力學曲線。再次降低脉冲光瞬时光强和占空比,在PQ單周轉期內使QB發生更多氧化還原反應,將電子傳遞到PQ,將其全部還原,阻塞光電子傳遞鏈,産生PQ飽和快相熒光動力學曲線,該曲線取決于PQ之前光合能流過程;

PQ飽和弛豫熒光動力學曲線。PQ電子飽和後,關閉飽和光脈沖,使用微弱探測光脈沖激發,爲了減小探測光對光合作用過程影響,探測光脈沖需要保持較低光強和占空比;PQ飽和模式下,PQ池被全部還原,探測光脈沖産生的熒光達到峰值,PQ單周轉期結束,PQ重新被氧化,電子向後傳遞,探測光脈沖誘導熒光出現弛豫下降過程,該過程僅與PQ後光合能流過程有關;

(2)分析葉綠素熒光動力學曲線,獲取主導光合作用能流效率的光合參數

在浮遊植物光合誘導期內,強光照射促使能夠接收電子的電子受體數快速減少至零,葉綠素a分子吸收的激發能就不再參與光化學反應,表現爲葉綠素熒光的快速上升;過了光合誘導期後,Calvin循環得以正常運行,葉綠素熒光開始弛豫下降;根據浮遊植物光合作用能量傳遞模型,該葉綠素熒光動力學過程f(t)表示爲激發光能I(t)、功能吸收截面σPSII、光化學反應電荷分離效率η和電子受體再氧化動力學過程的函數;

F0爲所有PSII反應中心都打開時的初始熒光,FmPSII反應中心全部關閉時的最大熒光,C(t)t時刻PSII反應中心關閉比例或關閉狀態,C(t)取決于激發光能I(t)PSII的傳遞速率和QA的再氧化速率,由下式表示:

函數g(t)描述了t時刻QA的再氧化動力學過程,取決于其後的電子傳遞速率由下式表示:

然而,由于公式(1)-(3)非线性很强,不存在能够描述叶绿素荧光信号与激发信号之间函數关系的解析解,采用快速光脉冲和高速采样率测量叶绿素荧光动力学曲线,公式(1)-(3)可离散化爲公式(4)-(6)的遞歸形式:

fn爲第n個光脈沖的葉綠素熒光采樣值,Cn爲第n個脈沖時PSII反應中心關閉狀態,表示如下:

In爲第n個光脈沖的激發能量,An,k取決于QA及其後的電子受體的再氧化動力學過程:αk和分別是各電子受體的再氧化幅值常數和電子傳遞速率,Δt是光脈沖周期;理論上通過(4)-(6)式對fn進行擬合,便反演得到之前列舉的所有的熒光參數;

然而,(4)-(6)式中共有包括功能吸收截面、電子傳遞速率在內的7個光合參數,直接進行熒光動力學曲線擬合仍無法得到准確的數值解;因此,通過分析QAQBPQ饱和模式下的快相荧光和弛豫荧光,分段研究光合作用过程,以减少拟合参数个数,使拟合函數对某个或几个参数更加敏感,获得准确有效的光合参数;

QA飽和快相熒光分析 QA飽和模式下,电荷在QA處累積,電子傳遞鏈中斷,熒光快速上升,得到PSII反應中心全部關閉時的最大熒光Fm、所有PSII反應中心都打開時的初始熒光F0;該快相熒光過程與QA後的電子傳遞過程無關,(4)-(6)式得以簡化:通過(7)(8)式對QA飽和模式的快相熒光進行曲線擬合,得到功能吸收截面σPSII和電荷分離效率η,同時,計算出最大光量子效率Δφ(Fm-Fo)/Fm

QB飽和快相熒光分析 QB飽和模式下,电荷在QB處累積,該快相熒光過程與QB後的電子傳遞過程無關,F0FmσPSIIη保持不變且已知,通過(4)-(6)式分析QB飽和下的快相熒光曲線能夠准確得到QAQB間電子傳遞速率

PQ飽和快相熒光分析 PQ飽和模式下,电荷在PQ處累積,該快相熒光過程與PQ後的電子傳遞過程無關,同理通過QB飽和下的快相熒光分析能准確得到QBPQ間電子傳遞速率④PQ飽和弛豫熒光分析

PQ電子飽和後,PQ池被全部還原,探測光脈沖産生的熒光達到峰值,PQ單周轉期結束,PQ再氧化過程開啓,在PQ處累積的電荷向後傳遞,光合作用正向電子傳遞效率非常高,逆向電子傳遞過程能忽略,熒光呈現弛豫下降過程,該過程僅與PQ後光合能流過程有關,通過(5)式,即能擬合出PQPSI電子傳遞速率和PSIFd的電子傳遞速率

(3)結合生物膜能流理論,建立浮遊植物光合速率葉綠素熒光分析方法

浮遊植物光合速率是活體細胞對光能吸收、轉化和利用效率,即參與光化學反應能量占激發光能量的比例;根據生物膜能流理論,浮遊植物光合速率ψ與最大光量子效率,功能吸收截面σPSII,電荷分離效率η,以及QAQBPQPSIFd主要电子受体间的電子傳遞速率这些光合参数线性相关,具体由(9)式計算:

通過(9)式建立基于葉綠素熒光的浮遊植物光合速率的定量分析方法,實現浮遊植物光合作用狀態和生長潛能的實時快速檢測。

IPC信息 

IPC主分類號 

G01N21/64(2006.01)I 

IPC分類號 

G01N21/64(2006.01)I 

G 物理

     G01 測量;測試 

      G01N 借助于測定材料的化學或物理性質來測試或分析材料 

關閉

掃一掃

      <kbd id='ahhvsdug'></kbd><address id='ahhvsdug'><style id='ahhvsdug'></style></address><button id='ahhvsdug'></button>