【正文】 存在一套調(diào)節(jié)激發(fā)能分配的機制，來保證光合作用能夠高效進行，并且對環(huán)境變化作出響應和適應。 其機理是： ①降低 1chl的壽命，從而減少 PSII反應中心和LHCII種 1O2的產(chǎn)生； ②阻止類囊體膜的過度酸化和長壽命 P680＋ 的產(chǎn)生； ③降低 PSI將 O2還原為 O2－ .的速率。強光時減少，弱光時增多。 （ 3）特定波長下光吸收的測定 ΔA505：通過測定完整葉片照光前后的 ΔA505，來反應玉米黃質(zhì)的形成。 水分過多 ● 根系活力受阻； ● 電子傳遞效率下降； ● NADP還原受阻制 四、空氣 光合作用的原料 CO2來源于空氣，一般空氣中的 CO2濃度位 300－ 400ppm。 五、礦質(zhì)營養(yǎng) ● N、 P、 K不足：光合下降。 按照以上原則，可把擴散阻力分為以下幾段： 界面層阻力 rL和 rL’: 指葉面空氣滯留層對氣體擴散造成的阻力。 rs’= 對于界面層阻力，此系數(shù)為 。 根據(jù) A計算 這是 Farquhar和 Sharkey發(fā)展的方法，計算簡便。光飽和的光合速率與 Rubisco具有良好的正相關(guān)。 如果 TP的利用速率低于其產(chǎn)生速率，則 Pi的再生釋放就會減慢，從而因 Pi再生對光合造成限制，即磷再生限制。本節(jié)主要講述葉綠素熒光分析的基本原理和技術(shù)，為感興趣的、試圖在田間或?qū)嶒炇依眠@項技術(shù)的初學者提供一個簡要的指導。 ②非光化學猝滅 (NPQ)：與此同時，能量轉(zhuǎn)化為熱能的效率增加。和光化學效率不同，完全抑制熱耗散是不可能的，所以，要想測定出沒有非光化學猝滅存在下的葉綠素熒光產(chǎn)量也是不可能的。 J=ΦPSII PFDa （ ） 這里 PFDa吸收的光量子通量密度（ μmol photon m2 s1） , PSII和 PSI之間能量分配的因子。應該注意的是，以 NPQ和 qN來測定熱耗散，與暗適應的狀態(tài)密切相關(guān)，當參照值較高時，熱耗散也增加，這就意味著不同歷史狀態(tài)和不同種之間難以進行明確的比較。 （一） PSII量子效率作為光合作用的度量 熒光分析的主要誘人之處，是它可以給出光合作用的度量，不過，過于簡化和不適當?shù)氖褂茫矔斐稍S多困惑。在沒有光呼吸的條件下，同時測定不同光強時的CO2同化和 φPSII，繪出 CO2固定的量子效率（ CO2）和 φPSII線性關(guān)系圖，可以算出固定 1分子 CO2的電子需要量。 熒光分析的另一個用途，是測定植物對不同微環(huán)境的適應。目前認為， PSII最易受強光導致的損傷，是光合器官中最為脆弱的部位。 NPQ=(FmFm’)/Fm’ NPQ與熱耗散呈直線相關(guān)，其值范圍是 0～無窮大。 ΦPSII＝ (Fm’Ft)/Fm’ 這個參數(shù)測定的是 PSII葉綠素吸收光能用于光化學反應的那一部分占多少。在這個閃光期間，熒光產(chǎn)量達到一個沒有光化學猝滅存在下的最大值，即最大熒光（ Fm）。 當把一個葉片從暗中轉(zhuǎn)移到光下時， PSII中心逐漸關(guān)閉，使得熒光產(chǎn)量在照光后 1s內(nèi)增加，接下來，熒光產(chǎn)量又開始下降，持續(xù)幾分鐘。 第四章 利用葉綠素熒光分析研究光合作用 近些年來，葉綠素熒光分析在植物生理生態(tài)研究中應用非常廣泛，似乎在田間不進行熒光分析就不是對光合進行研究。 其重要參數(shù)是： φPSII （ PSII光化學效率） 在低光強下，由于種種原因造成的 φPSII降低會成為光合作用的限制因子。 在嚴重水分脅迫時， gs雖然進一步降低，但葉肉導度降低幅度更大，葉肉因素成為主導因素。因為兩者成直線關(guān)系， CO2濃度可代表光合速率。因為葉肉細胞的 CO2濃度 Ci’無法估計，直接測定則難度較大。所以，光合和蒸騰的總阻力是明顯不同的。 （ 4）光合產(chǎn)物積累與分配 長期生長在高 CO2濃度下，導致淀粉積累、蔗糖合成增加。 三、水分 水是光合作用的原料，但僅占吸收量的一少部分。 在這個過程中， PSII中水光解所產(chǎn)生的電子，通過 PSI傳遞給 O2，最終又還原成 H2O, 其中沒有氧的釋放。 目前，人們常用 antherxanthin+Zea /Vio+antherxanthin+Zea比值，來表示有機體中的脫環(huán)氧化狀態(tài)。即： P680→Pheo→QA→QB→Cytb559→Chlz→P680 也有實驗指出 PSⅡ 中環(huán)式電子傳遞為： P680→ Cytb559→ Pheo →P680 Falkowski估算，在飽和光照下，又 15％的電子走這條循環(huán)傳遞途徑。其實驗證據(jù)是： 采用利富平（ rifampicin），一種質(zhì)體中的轉(zhuǎn)錄抑制劑處理，既不加劇光抑制，也不妨礙修復。由于放氧復合體不能很快把電子傳遞給反應中心，從而延長了氧化型 P680(P680+)的存在時間。 在植物的進化過程中，光合作用機構(gòu)也在不斷進化。 Q循環(huán)（ 1） Q循環(huán)（ 2） PC（質(zhì)藍素） 質(zhì)藍素 (PC)是位于類囊體膜內(nèi)側(cè)表面的含銅的蛋白質(zhì)，氧化時呈藍色。有關(guān)分子氧釋放的機理，依然是目前研究的重要問題。 電子從 P680傳遞到去鎂葉綠素（ Pheo）繼而傳遞到兩個質(zhì)體醌 QA和 QB。 這種依靠電子振動在分子間傳遞能量的方式就稱為 “ 共振傳遞 ” 。 最穩(wěn)定的價電子處于基態(tài) ， 能量最低 。 電子傳遞體在類囊體膜上的這種分布，使電子在膜的內(nèi)外進行定向傳遞，形成跨膜質(zhì)子梯度，推動 ATP形成。 D1蛋白亞基是 QB的載體，故又稱為 QB蛋白，它可被DCMU等除草劑結(jié)合，從而阻斷電子從 QA－ 向 QB－ 的傳遞。 此外， PQ的移動性，也使得 H＋ 向類囊體腔內(nèi)釋放，造成跨膜質(zhì)子動力勢，推動 ATP形成。它們都抑制了 ATP酶活性從而阻斷光合磷酸化。 光抑制的機理 （ 1）光合機構(gòu)的破壞 部位： PSII反應中心。采用氯霉素（ chloramphenicol） ,一種葉綠體蛋白質(zhì)合成抑制劑處理，可以加劇光抑制，并且抑制恢復過程。 Falkowski(1986)、 Thompson(1988)等用生理學和物理學方法，證實了之一循環(huán)的存在。非輻射能量耗散的增加不可避免地導致光能轉(zhuǎn)化效率的下降，但它卻能減輕甚至避免過剩光能對光合機構(gòu)的破壞，因此這種光抑制被認為是光合機構(gòu)為適應強光所付出的必要代價，被稱為 光合作用的下調(diào)（ down regulation）。光呼吸的保護作用大致通過四條途徑實現(xiàn)： ① 光呼吸釋放 1分子 CO2比光合碳同化固定 1分子CO2多消耗兩倍的化學能量，當碳同化不能及時利用化學能量時，光呼吸的耗能運轉(zhuǎn)可以減少過剩光能的積累； ②光呼吸循環(huán)加速了磷的周轉(zhuǎn)利用，從而避免了光合作用的無機磷限制； ③光呼吸釋放的 CO2和再生的 3一磷酸甘油酸可以重新進入卡爾交循環(huán)，維持一定的光合速率； ④光呼吸降低 Mehler反應速率，有利于減輕 O2－ 光合機構(gòu)對低溫、冰凍的適應機制 ◆ 可溶性蛋白積累； ◆ 糖蛋白增加； ◆ Rubisco結(jié)構(gòu)和催化活性改變。不論在普通空氣下測定還是在高 CO2濃度下測定均如此。 按照費克擴散定律，擴散途徑中氣體的擴散通量與擴散途徑的濃度差成正比，而與擴散阻力成反比。 gs＝ 1/rs (氣孔導度 ) gm=1/rm （葉肉導度） 其優(yōu)點是導度與通量成正比直線關(guān)系，容易進行數(shù)據(jù)處理。這樣，可以根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)，進行氣孔限制值的計算。 Ci: 從 CK到中度脅迫一直下降，嚴重干旱時又升高； Ls: 從 CK到中度脅迫一直上升，嚴重干旱時又下降； 葉肉導度：從 CK到中度脅迫下降，但幅度不大，嚴重脅迫時急劇下降。當 RuBP的濃度不足以飽和Rubisco的催化部位時，便會發(fā)生 RuBP再生對光合作用的限制。 ②有些實驗則證明，葉片中光合產(chǎn)物積累，并不導致 Pn下降； ③產(chǎn)物限制的閾值觀點：認為即便植物體內(nèi)存在產(chǎn)物限制，也是在光合產(chǎn)物積累到一定水平之后，才會抑制光合作用。一旦 PSII吸收光能， QA接受一個電子，在它把電子傳給下一個受體 QB之前，就不能再接受電子了。這種技術(shù)可以使光化學猝滅暫時降低到 0。關(guān)掉作用光（ AL），加上遠紅光，可以測定照光下的零水平熒光（ Fo’）。 Fv/Fm的暗適應值反映了 PSII潛在量子效率，常用作光合作用的靈敏指標，對于大多數(shù)植物來說，其值在 右。如上所述，葉綠素熒光可以給我們提供關(guān)于 PSII的信息，告訴我們 PSII利用光能的程度以及過剩光能破壞的程度。由于上述原因， IRGA法在植物生態(tài)生理研究中仍很重要。 熒光分析還可用來于了解低溫和高溫的效應。造成這種現(xiàn)象的原因，主要是由于 CO2固定的相對速率變化以及光呼吸、氮代謝、Mehler反應（電子交給氧）等幾個過程的的競爭。這一過程需要類囊體腔的的 pH值和光誘導的玉米黃素的形成。 ΦPSII反應的是吸收光能用于光化學反應的部分，而 qP表示 PSII中心處于開放狀態(tài)的部分。 三、熒光猝滅分析 在葉綠素熒光分析使用不長的歷史中，出現(xiàn)了很多不同的參數(shù)，來計算光化學猝滅和非光化學猝滅，甚至有時一個參數(shù)會有不同的解釋。不過，不同植物達到穩(wěn)態(tài)所需時間差異很大。所以，通過測定葉綠素熒光產(chǎn)量，即可獲得光化學效率和熱耗散的信息。 光合產(chǎn)物限制 早在 100多年前，就有人提出，照光葉片中同化物的積累會使葉片的光合速率下降，即產(chǎn)物抑制假說。 CE大小是活化 Rubisco多少的指標。 此法可以避免對氣孔限制值的過分估計，氮存在兩個缺點： （ 1）需要測定 Pnci和 PnCa兩條曲線，較煩雜 （ 2）逆境下， Pn太低，甚至為負值，此時側(cè)難以估計 Ls。自從測定氣孔導度的儀器問世以后，由于能夠間接測算出 Ci（細胞器間隙 CO2濃度），便可繪出 Ci－ Pn曲線。 葉肉阻力 rm’: 指 CO2在葉肉細胞擴散的阻力。 第三章 逆境下光合作用的限制部位 從上一章所述可知，幾乎所有的不良環(huán)境都會導致光合速率的下降，那么，這些環(huán)境脅迫是如何引起葉片光合速率下降的呢？是在 CO2從空氣向葉綠體羧化部位的傳導過程中，還是在 CO2的固定、還原過程中？還是在同化力形成過程中？如果能對這些問題作出滿意的回答，對于深入了解光合作用的調(diào)控機理，獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效是非常有益的。 C4植物由于存在一個碳二羧酸循環(huán)途徑，使 VBS細胞中 CO2濃度成倍增加，通常條件下， CO2濃度不是其光合限制因子。光抑制處理后， ΔA320減少，表明反應中心電荷分離受抑（即還原態(tài) QA減少了）。可隨光強而變化。直到 1990年， DemmmigAdams等，證明了這一循環(huán)與類囊體膜的能量化一起，共同調(diào)節(jié)能量耗散過程。（如用 λ＝ 650nm，主要被 PSII吸收的光照射小球藻，吸收的激發(fā)能向 PSI分配比例增加）。 當光抑制不太嚴重時，回到非脅迫條件下，幾分鐘到幾個小時，光合功能可以恢復。） 類囊體垛疊程度改變 葉綠體運動 葉片伸展角度改變 但這些調(diào)節(jié)是有一定限度的，當光強突然增加，植物來不及調(diào)節(jié)適應時，便會引起光抑制或光破壞。 Fd: 是 2Fe－ 2S鐵氧還蛋白 →P700→A0→A1→FA→FB→FX→fd→NADP ↓ 假環(huán)式 cytb/f O2 ↓ ↓