叶绿体延迟荧光中730nm成分产生机理的光谱学研究

叶绿体685 nm延迟荧光成分被认为源于PSⅡ作用中心的电荷复合。利用多种光谱学测量手段研究了叶绿体延迟荧光光谱中730 nm峰的产生机制。不同浓度下叶绿体延迟荧光光谱实验结果表明：初始随浓度的增加,延迟荧光光谱中685和730 nm成分强度均增强;当浓度增加到7.8 μg·mL-1时,685 nm成分强度达最大,730 nm成分强度继续上升;当浓度增加到31.2 μg·mL-1时,延迟荧光光谱中730 nm成分强度达最大,而685 nm成分已明显下降。吸收光谱实验结果表明：A₆₈₅/A₇₃₀在叶绿体浓度增加的过程中几乎不变。叶绿体730 nm荧光成分的激发光谱实验结果表明：685 nm光对730 nm荧光有较高的激发效率。上述实验结果表明叶绿体延迟荧光光谱中730 nm峰是由PSⅡ所发685 nm成分激发PSⅠ所产生的荧光。同一浓度下叶绿体延迟荧光光谱波形随延迟时间(1～9 s)的不变性进一步证明了这一结论。     

光学相关论题 生物光学

Q632006032789叶绿体延迟荧光中730nm成分产生机理的光谱学研究=Spectroscopic research on mechanism for730nm compo-ment in delayedfluorescence of chloroplast[刊,中]/王成龙(华南师范大学激光生命科学研究所暨激光生物科学教育部重点实验室.广东,广州(510631)),邢达…∥光谱学与光谱分析.—2006,26(1).—6-10利用多种光谱学测量手段研究了叶绿体延迟荧光光谱中730nm峰的产生机制,给出了不同浓度下叶绿体延迟荧光光谱实验结果。吸收光谱实验结果和叶绿体730nm荧光成分的激发光谱实验结果表明了叶绿体延迟荧光光谱中730nm峰是由PSⅡ…     

光系统Ⅱ荧光特性快速扫描成象光谱技术研究

本文以菠菜(Spinica oleracea L.)叶绿体中的PS颗粒复合物、CP47、CP43和LHC为材料,对其结构和功能关系进行了分析,用扫描成象光谱技术对这四种样品的光谱特性进行了研究,并通过对其荧光发射光谱图象的处理,得到它们的荧光发射光谱曲线.分析结果表明,PS颗粒复合物的荧光发射光谱中心波长在680.1nm,波段的范围较宽;CP43荧光光谱的中心波长位于680nm,并在近红外区观察到振动小峰;CP47荧光光谱的中心波长在691.3nm处;CP47和CP43在短波长区640nm和长波长区720nm附近分别出现肩峰,推测可能是样品中游离的叶绿素a和叶绿素b分子引起;LCH荧光发射光谱的峰值位于678nm,光谱范围为576nm～780nm.     

利用延迟荧光光谱F730/F685的逆境胁迫生理检测方法

以玉米98-2为样品,实验分析了高温、盐及紫外UV-B胁迫下,样品离体叶片延迟荧光发射光谱的变化.标记685 nm主峰带的最高峰值为F685,730nm次峰带的最高峰值为F730,实验发现不同的逆境胁迫对比值F730/F685均产生了显著的影响.结合样品在相同逆境下叶绿素荧光参数Fv/Fm以及DF强度的检测实验,结果表...     

PSⅡ颗粒复合物低温荧光光谱特性

为了获得低温下PSⅡ颗粒复合物色素分子间的能量传递信息,运用荧光激发谱及荧光发射谱对273 K温度时不同波长光激发下菠菜的PSⅡ颗粒复合物的荧光光谱特性进行了研究,分析得出荧光强度的大小与激发光的波长有关,在实验所采用的激发波长中,436 nm的光激发产生的荧光强度最大,520 nm的最小.在能量传递过程中Chl a分子的荧光效率最高,Chl b分子次之.结合吸收谱分析还发现在PSⅡ颗粒复合物中至少存在四种具特征吸收的Chl分子： Chl a661660, Chl a/b672669,670,Chl a682680,Chl a690687.对436 nm光激发所得到的荧光发射谱进一步经高斯解析后得到五个光谱组分：661 nm,672 nm,682 nm,690 nm,730 nm,所占的比例分别为4.75%,9.89%,43.18%,22.08%,20.10%.     

叶绿体长延时(τ＞5 s)荧光成分产生机理的实验验证

延迟荧光中各成分产生机理的研究对延迟荧光的应用具有重要指导意义。从电荷复合理论出发,对叶绿体光诱导延迟荧光的产生机制进行了简化的理论模拟,得出了延迟荧光的衰减动力学方程,并推断延迟荧光衰减动力学方程中的常数C为延迟荧光中的更长延时成分。其产生机理是由于PSⅠ中的电子回流到PSⅡ与P680⁺复合产生激发态的P680^*退激发产生,并从实验上成功地证明了延迟荧光的长延时(τ＞5s)成分来源的这种电子回流、复合和退激发过程。     

叶绿体光诱导延迟荧光产生机理的光谱学研究

研究延迟荧光产生机理对延迟荧光的应用具有重要指导意义。从电荷复合理论出发,对叶绿体光诱导延迟荧光的产生机制进行了简化的理论模拟。得出： 延迟荧光的衰减动力学符合双指数形式;衰减中快相成分对应电子从Q-_A上电子回流与P680+的复合产生;慢相成分对电子从Q=_B回流与P680+的复合产生。实验结果支持上述理论推理,并证明延迟荧光的更长延时成分来源于PSⅠ中的电子回流到PSⅡ与P680+复合产生激发态的P680*退激发产生。     

基于延迟荧光光谱F685/F730温度响应曲线的植物耐热性评价

以3种不同耐热型玉米植株叶片为样品,分析了在10~50 ℃温度胁迫下,样品离体叶片延迟荧光光谱的变化。实验发现:温度对延迟荧光光谱主峰685 nm的最高峰值强度(F₆₈₅)和次峰730 nm的最高峰值强度(F₇₃₀)的比值F₆₈₅/F₇₃₀产生了显著的影响。此外,不同耐热型样品在10 ℃胁迫下的F₆₈₅/F₇₃₀值(V₁₀)与50 ℃胁迫下的F₆₈₅/F₇₃₀值(V₅₀)之间存在显著差异:不耐热样品叶片的V₁₀/V₅₀高于耐热的,越耐热的样品V₁₀/V₅₀值越小,且随着胁迫时间的延长,V₁₀/V₅₀也逐渐减小。因此,通过对实验结果的分析认为,延迟荧光光谱F₆₈₅/F₇₃₀比值是随着温度胁迫规律变化的,F₆₈₅/F₇₃₀比值的温度响应曲线有望成为一种鉴定和评价植物耐热性的新方法。     

超快微光分子光谱探测技术研究

按照超快极微弱分子吸收光谱学,荧光光谱学,时间分辨光谱学以及偏振荧光光谱学探测特性,设计、集成组建了能够探测紫外－可见－红外快到飞秒时间分辨的单分子光学事件的激光瞬态光谱仪.其光源有从300 nm到3000 nm连续可调的飞秒激光器、纳秒氢灯及连续氙灯.光谱分辨率达0.05 nm,在泵浦探测差异吸收下有小于150 fs的时间分辨率.谱仪能够实时给出光谱曲线及生物分子组分寿命.利用该谱仪探测了PSⅡCC,PSⅡRC的能量传递动力学.在83 K温度下PSⅡCC中的β-Car分子接收507 nm光能,以单步跃迁和随机转移的方式通过Chl a641.5637/638分子传递光能到反应中心Chl a683.2680/681,平均传能时间为77 ps,有59.94％的组分用355 ps时间电荷重组.在PSⅡRC中的β-Car分子接收507 nm光能,由Chl a641.5637/638分子传递光能通过Chl a678.2675.5到反应中心,平均传能时间为88.5 ps.在83 K温度下,反应中心复合物离子对;P680+·pheo-］平均再复合寿命为19.35 ns.     

应用荧光探针研究菠菜叶绿体膜对低强度电磁场的辐射敏感性

应用ANS渗入菠菜叶绿体膜后的ANS荧光光谱和光合细胞Chla荧光参数的变化研究了菠菜叶绿体膜对辐射功率密度为5 mW·cm-2以下的300 MHz低强度电磁场的辐射敏感性。研究发现,在1～5 mW·cm-2的低强度电磁场作用下,菠菜叶绿体ANS荧光光谱的位置没有明显变化,但ANS荧光强度明显增大,表明低强度电磁场使菠菜叶绿体膜流动性变小。1～5 mW·cm-2低强度电磁场的作用还使菠菜叶绿体发出的Chla荧光参数F₀减小,f_V／F₀,F_V／F_m和ΔF_V／T增大,F_VI／F_V减小,表明低强度电磁场使菠菜叶绿体膜发生了光系统Ⅱ(PSⅡ)无活性中心向有活性中心的转变,PSⅡ潜在活性提高、光合电子传递过程加快,原初光能转换效率增强。菠菜叶绿体膜ANS荧光和Chla荧光对低强度电磁场的这种辐射敏感性说明了低强度电磁场能对菠菜光合作用系统产生非热效应,并且,菠菜光合细胞有可能通过PSⅡ活性中心异质性的转变来适应电磁辐射增强的环境。     

83 K光系统Ⅱ核心复合物不同激发的荧光光谱学

在83 K低温下,利用稳态荧光光谱技术对光系统Ⅱ（PSⅡ）核心复合物中激发能的传递进行了研究,激励波长分别选择为436 nm,480 nm,495 nm和507 nm,得到4种波长激发下的稳态荧光光谱.经过比较发现其最大峰值所在的位置没有因激发波长的不同而发生改变,都在696 nm处,在不同激发波长下经过高斯解析获得不同的谱带.根据发射光谱与吸收光谱的对应性,反映了不同的光谱特性,说明在不同波长光的激发下,核心复合物中能量传递的途径不同.同时,可以分析出在核心复合物中,至少有Chl a670.4670,Chl a684.7,685.1683,Chl a689.0687,Chl a690.9,693.4,695.2,698.06904种Chl a组分参与了能量的传递.     

温室黄瓜病虫害的叶绿素荧光光谱分析

基于叶绿素荧光光谱分析技术,从光谱形态角度出发确定了波长685 nm作为健康与病虫害叶片分析的第一特征点,采用简单波段自相关选择与主成分分析方法相结合实现对光谱的降维处理,并在保持光谱信息达到99.999%的前提下将主成分因子个数由10降为5。对比分析了偏最小二乘回归、BP神经网络和最小二乘支持向量机回归三种建模方法,以真实值与模型预测值的相关系数作为评价标准,最终确定最小二乘支持向量机为温室黄瓜病虫害叶绿素荧光光谱分析的一种较为适宜的建模方法。     

水稻叶绿素浓度对荧光光谱的影响

为了加强对水稻生长状况的监测,指导水稻的田间施肥,提高施肥利用效率,以增加农作物产量、提高粮食品质,实验室搭建了基于激光诱导荧光技术的荧光探测系统,以研究水稻叶片的叶绿素含量与荧光峰值比之间的相关性。文中测量样本为水稻分蘖期和拔节期的倒二叶,栽培地区位于中国江汉平原。文中先采用凯氏定氮法和相应公式结合测得水稻叶片的叶绿素含量(mg·g-1),再用搭建的荧光探测系统采集了水稻叶片不同叶绿素含量的荧光光谱(激发波长为355 nm)。获得了水稻叶片在不同叶绿素含量下的荧光光谱数据库,定量分析了荧光峰值比F₇₄₀/F₆₈₅(荧光谱峰740 nm、685 nm处的荧光强度比)与叶绿素含量的相关性,发现叶绿素含量的变化对荧光光谱特性影响明显。由实验数据分析可知荧光参数中的峰值比(F₇₄₀/F₆₈₅)与叶绿素含量呈现很好的线性正相关,相关系数(R2)在水稻的分蘖期和拔节期分别达到了0.901 3和0.912 5。实验分析结果表明诱导荧光光谱技术具有方便、快捷、无损等优点,在农作物生长状况的遥感定量监测等方面也具有一定发展潜力。     

Stress-Induced Alteration of Chlorophyll Fluorescence Polarization and Spectrum in Leaves of <Emphasis Type="Italic">Alocasia macrorrhiza</Emphasis> L. Schott

The value of intrinsic chlorophyll fluorescence polarization, and the intensity in emission spectrum were investigated in leaf segments of Alocasia macrorrhiza under several stress conditions including different temperatures (25–50°C), various concentrations of NaCl (0–250 mM), methyl viologen (MV, 0–25 μM), SDS (0–1.0%) and NaHSO₃ (0–80 μM). Fluorescence emission spectrum of leaves at wavelength regions of 500–800 nm was monitored by excitation at 436 nm. The value of fluorescence polarization (P value), as result of energy transfer and mutual orientation between chlorophyll molecules, was determined by excitation at 436 nm and emission at 685 nm. The results showed that elevated temperature and concentrations of salt (NaCl), photooxidant (MV), surfactant (SDS) and simulated SO₂ (NaHSO₃) treatments all induced a reduction of fluorescence polarization to various degrees. However, alteration of the fluorescence spectrum and emission intensity of F₆₈₅ and F₇₃₁ depended on the individual treatment. Increase in temperature and concentration of NaHSO₃ enhanced fluorescence intensity mainly at F₆₈₅, while an increase in MV concentration led to a decrease at both F₆₈₅ and F₇₃₁. On the contrary, NaCl and SDS did not cause remarkable change in fluorescence spectrum. Among different treatments, the negative correlation between polarization and fluorescence intensity was found with NaHSO₃ treatments only. We concluded that P value being measured with intrinsic chlorophyll fluorescence as probe in leaves is a susceptible indicator responding to changes in environmental conditions. The alteration of P value and fluorescence intensity might not always be shown a functional relation pattern. The possible reasons of differed response to various treatments were discussed.     

Laser-Induced Chlorophyll Fluorescence: A Technique for Detection of Dimethoate Effect on Chlorophyll Content and Photosynthetic Activity of Wheat Plant

Laser-induced chlorophyll fluorescence (LICF) spectra and fluorescence induction kinetics (FIK) curves of wheat plant leaves treated with different concentrations (50, 100 and 200 ppm) of dimethoate are recorded. LICF spectra are recorded in the region of 650-780 nm using violet diode laser (405 nm) and FIK curve at 685 and 730 nm with red diode laser (635 nm) for excitation. The fluorescence intensity ratios (FIR) are determined from LICF spectra and vitality index (R(fd)) from FIK curves. These parameters along with photosynthetic pigment contents and growth parameters are used to analyze the effect of dimethoate on wheat plants. The result indicates that lower concentration of 50 ppm shows stimulatory response while higher concentrations of dimethoate are hazardous for growth, photosynthetic pigments and activity of wheat plants.