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1.葉綠素?zé)晒鉁y量有哪些主要技術(shù)？有沒有哪種儀器可以同時實(shí)現(xiàn)這些測量技術(shù)？

答：葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)有三種主要測量技術(shù)路線：

1)PAM脈沖調(diào)制式葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)：測量PAM熒光淬滅動力學(xué)曲線

2)直接激發(fā)式（非調(diào)制式）葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)：測量OJIP快速熒光誘導(dǎo)曲線

3)雙調(diào)制式葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)：時間分辨率可以達(dá)到1微秒，用于測量QA-再氧化動力學(xué)曲線、S-state、單周轉(zhuǎn)或多周轉(zhuǎn)飽和光閃快速熒光動力學(xué)等

4)其它葉綠素?zé)晒鉁y量技術(shù)：如激光誘導(dǎo)（LIF）葉綠素?zé)晒鉁y量、太陽光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒猓⊿olar-induced Chlorophyll Fluorescence，SIF）測量等（參見本條后面介紹） 

目前，能夠同時完成上述1）至3）三種熒光動力學(xué)曲線測量的儀器只有FL6000雙調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x、 FluorCam封閉式熒光成像系統(tǒng)和FKM多光譜熒光動態(tài)顯微成像系統(tǒng)。而由于OJIP快速熒光動力學(xué)曲線和QA-再氧化動力學(xué)曲線對技術(shù)的特殊要求，對這兩種曲線的成像分析更是只有FluorCam封閉式熒光成像系統(tǒng)和FKM多光譜熒光動態(tài)顯微成像系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)。

左圖： FL6000雙調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x；中圖：FluorCam封閉式熒光成像系統(tǒng)；右圖：FKM多光譜熒光動態(tài)顯微成像系統(tǒng)

超積累植物鼠耳芥在Cd/Zn處理后的OJIP成像圖與OJIP動力學(xué)曲線（Morina, 2020）

超積累植物鼠耳芥在Cd/Zn處理后的PAM熒光淬滅顯微成像圖與QA-再氧化動力學(xué)分析（Morina, 2020）

易科泰生態(tài)技術(shù)公司提供葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)全面解決方案，除傳統(tǒng)的PAM技術(shù)、OJIP測量技術(shù)、雙調(diào)制技術(shù)外，還提供葉綠素?zé)晒飧吖庾V成像和激光誘導(dǎo)（LIF）葉綠素?zé)晒飧吖庾V成像技術(shù)方案，不僅可以解析植物葉綠素?zé)晒舛S異質(zhì)性分布，還進(jìn)一步從高光譜緯度解析葉綠素?zé)晒夤庾V特性，并成像分析Fr（葉綠素?zé)晒饧t色峰值）、Ffr（葉綠素?zé)晒膺h(yuǎn)紅峰值）、Fr/Ffr、F735/F700（與葉綠素濃度呈直線相關(guān)）及基于葉綠素?zé)晒獠煌逯担t色峰值Fr和遠(yuǎn)紅峰值Ffr等）的葉綠素?zé)晒鈪?shù)。LIF葉綠素?zé)晒飧吖庾V成像技術(shù)可實(shí)現(xiàn)大田葉綠素?zé)晒饨剡b感測量。

左圖：葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fr/Ffr成像；右圖：葉綠素?zé)晒夤庾V（易科泰光譜成像與無人機(jī)遙感研究中心提供）

2.測量葉綠素?zé)晒獾墓庠礊槭裁醋詈镁邆鋬煞N以上顏色？什么顏色的光源最好？

答：在FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)中一般推薦的光源組成是這樣的：

5)測量光：紅光

6)光化光：紅光+白光或紅光+藍(lán)光

7)飽和脈沖光：白光或藍(lán)光

在脈沖調(diào)制技術(shù)中，測量光最主要的作用是測量最小熒光F0。而在激發(fā)F0時，要求光反應(yīng)中心不產(chǎn)生電荷分離和熱耗散。在激發(fā)葉綠素?zé)晒獾目梢姽獠ǘ沃校t光波長最長，能級最低，能夠確保葉綠素分子被激發(fā)到較低的激發(fā)態(tài)。而藍(lán)光等波長較短的光在激發(fā)葉綠素?zé)晒鈺r則可能造成熱耗散。因此紅光最佳的熒光測量光源。

左：熒光淬滅測量過程中qN與qP的變化；右：紅光和藍(lán)光激發(fā)葉綠素?zé)晒獾牟顒e

在光化光和飽和光的選擇上，則主要考慮熒光激發(fā)效率問題，這與植物/藻類樣品中光合色素的吸收光譜是密切相關(guān)的。如下圖可見，紅光和藍(lán)光對應(yīng)葉綠素吸收峰，激發(fā)葉綠素?zé)晒庑首罡?，也可用于研究植?藻類對不同光質(zhì)的響應(yīng)。白光是連續(xù)光譜，可模擬自然光，同時兼顧各種光合色素。紅光能級較低，一般不推薦作為飽和脈沖光源。FluorCam也可定制其他波段光源針對特定樣品，尤其是藻類樣品，比如590 nm琥珀光、530nm青光、505nm綠光等。

兩種或兩種以上光化學(xué)光的另一個優(yōu)勢是，可進(jìn)行不同光質(zhì)光和效率研究及光生物學(xué)研究，如下圖所示（引自Sander W. Hogewoning等，Blue light dose-responses of leaf photosynthesis, morphology, and chemical composition of Cucumis sativus grown under different conbinations of red and blute light. Journal of Experimental Botany, 2010）

3.FluorCam有哪些PAM脈沖調(diào)制測量功能與參數(shù)？

答：FluorCam主要的PAM脈沖調(diào)制測量功能和獲得的參數(shù)如下：

• ?Fv/Fm：測量參數(shù)包括F0，F(xiàn)m，F(xiàn)v，F(xiàn)v/ Fm等

• ?Kautsky誘導(dǎo)效應(yīng)：F0，F(xiàn)p，F(xiàn)v，F(xiàn)t_Lss，QY，Rfd等熒光參數(shù)

• ?熒光淬滅分析：F0，F(xiàn)m，F(xiàn)p，F(xiàn)s，F(xiàn)v，F(xiàn)v/ Fm，QY，F(xiàn)0’，F(xiàn)m’，F(xiàn)v’/ Fm’，NPQ，qP，Rfd，qN，qL等

• ?光響應(yīng)曲線：F0，F(xiàn)m，F(xiàn)v/ Fm，不同光強(qiáng)下QY，F(xiàn)v’/ Fm’，NPQ，qP，ETR等

具體參數(shù)可參閱下表：

參數(shù)符號概念描述

4.主要葉綠素?zé)晒鈪?shù)的值域范圍是多少？相互關(guān)系是怎么樣的？

答：一般來說，F(xiàn)m ≥ Fp ≥ Ft ≥ Fs ≥ Fo，F(xiàn)o’ ≥ Fo，F(xiàn)m’ ≤ Fm，暗弛豫（actinic light關(guān)閉后）的Fm ≤ 暗適應(yīng)的Fm，F(xiàn)p和Fm’沒有嚴(yán)格高低關(guān)系。

最大光化學(xué)效率Fv/Fm或QYmax值域0 – 1。但實(shí)際上，在理想狀況下存在上限。：

• ?C3植物：0.83 - 0.84                                 (Bjorkman and Demmig 1987) 

• ?C4植物：0.78                                                 (Pfundel 1998)

• ?藻類：常低于0.7                                         (Trissl and Wilhelm 1993)

這一上限在不同文獻(xiàn)中存在差異，但一般來說，C3植物在實(shí)驗(yàn)中對照組數(shù)據(jù)要爭取大于0.8，最高不能高于0.86。

實(shí)際光化學(xué)量子效率或量子產(chǎn)額QY或ΦPSII值域0 ? 1，≤ Fv/Fm，一般隨Actinic light升高而降低。

Rfd值域?yàn)? ? ∞ ，一般在0 – 6。

qN、 qP、 qL值域?yàn)? – 1。

NPQ值域?yàn)? ? ∞，一般在0 – 4。因此，有的文獻(xiàn)中會使用NPQ/4這一參數(shù)來對其歸一化。

5.FluorCam軟件中的熒光參數(shù)似乎與文獻(xiàn)中的有些差異，一般文獻(xiàn)中使用的參數(shù)對應(yīng)FluorCam軟件中的哪個參數(shù)？

答：軟件中為了便于識別與區(qū)分，與文獻(xiàn)中的一般描述有所差異。一般文獻(xiàn)中提到的參數(shù)在FluorCam軟件中的顯示如下：

文獻(xiàn)中的參數(shù)FluorCam軟件中的參數(shù)

軟件參數(shù)后綴L代表光適應(yīng)過程，D代表暗弛豫過程， ss為steady-state縮寫，代表穩(wěn)態(tài)。Lss即為光穩(wěn)態(tài)。

對于光適應(yīng)條件下的熒光參數(shù)，文獻(xiàn)中都默認(rèn)使用的是光穩(wěn)態(tài)時的對應(yīng)參數(shù)。FluorCam軟件中特別以Lss后綴加以區(qū)分。而其他的L1、L2、D1、D2等對應(yīng)的參數(shù)則可以表征表示光適應(yīng)或暗弛豫從起始到穩(wěn)態(tài)的變化過程。

在光響應(yīng)曲線Light Curve測量中，由于每一個光強(qiáng)梯度均達(dá)到光穩(wěn)態(tài)，因此參數(shù)后綴均為Lss，不同數(shù)字表示不同的光強(qiáng)梯度。

QY在中英文文獻(xiàn)中可能會有多種不同的表述方法，但實(shí)際上其代表的意義是相同的，即光適應(yīng)下的真實(shí)光能轉(zhuǎn)化效率，計(jì)算公式也是相同的。 

6.光適應(yīng)下的最小熒光F0’是如何測量的？

答：最小熒光 F0是在暗適應(yīng)條件下測量得到的，這時PSII光反應(yīng)中心處于完全開放狀態(tài)（qP=1）。而在光適應(yīng)下PSII光反應(yīng)中心處于部分關(guān)閉的狀態(tài)（0＜qP＜1），這時候怎么可能測量最小熒光呢？

以前，由于技術(shù)限制，所有葉綠素?zé)晒鈨x器都不能直接測量F0’。1997年，Oxborough和Baker提出了一個F0’的估算公式：

之后的一系列研究證明，這個公式估算得到的數(shù)據(jù)是可信的。即使是現(xiàn)在，大部分沒有明確說明的葉綠素?zé)晒鈨x器依然是使用這個公式進(jìn)行估算。

但這個數(shù)據(jù)終究不是直接測量得到的，在很多光合研究中是無法代表。隨著LED技術(shù)的進(jìn)步，F(xiàn)luorCam則通過配備專用的遠(yuǎn)紅光源板來對F0’進(jìn)行實(shí)測。這是利用了遠(yuǎn)紅光只會激發(fā)PSI而不激發(fā)PSII的特性。在光適應(yīng)剛剛結(jié)束，光化光關(guān)閉時，立刻照射遠(yuǎn)紅光，使PQ庫氧化，強(qiáng)制PSII達(dá)到完全開放的狀態(tài)，從而對F0’進(jìn)行實(shí)測。

從另外一個方面說，沒有配備遠(yuǎn)紅光源的葉綠素?zé)晒鈨x或者熒光成像儀都是不能實(shí)際測量F0’的。同時，有些熒光成像儀即使配備了遠(yuǎn)紅光源，但由于其遠(yuǎn)紅光源沒有與PAM脈沖調(diào)制測量程序聯(lián)動，也不能實(shí)際測量F0’。

7.葉綠素?zé)晒鉁y量前為何要進(jìn)行暗適應(yīng)？必須要進(jìn)行暗適應(yīng)嗎？

答：暗適應(yīng)是為了測最大熒光Fm和最小熒光Fo。

植物/藻類在經(jīng)過一定的暗適應(yīng)后，QA最大程度被氧化，光反應(yīng)中心完全“開放”，此時儀器運(yùn)行程序則自動發(fā)出測量光，才以測得最小熒光F0。此測量光極小，不能引起光化學(xué)反應(yīng)。也可不進(jìn)行暗適應(yīng)直接測量，運(yùn)行Fv/Fm程序，測量得到的QYmax=QY（實(shí)際光量子效率）。

8.已經(jīng)有葉綠素?zé)晒鈨x了，是否還有必要買葉綠素?zé)晒獬上駜x？

答：有必要。葉綠素?zé)晒鈨x為點(diǎn)測量，獲得眾多熒光參數(shù)值，單次測量難以反映樣品的整體特性，可多次測量取平均值等。比起熒光儀，葉綠素?zé)晒獬上駜x有以下不可替代的優(yōu)點(diǎn)：

?數(shù)據(jù)結(jié)果可以是整個樣品的平均值，可反映樣品的整體特性，避免樣品差異造成的誤差；也可以通過ROI選區(qū)工具自動或手動選擇不同區(qū)域進(jìn)行分析

?成像圖能夠全面反映整株植物、葉片、藻類群體等的不同位置熒光強(qiáng)度變化與分布，即光合作用生理生態(tài)及脅迫的異質(zhì)性分布狀態(tài)。

?可測量葉片、果實(shí)、麥穗、大型藻/微藻、整株植物乃至植物冠層等各種樣品。

?可同時測定幾十、甚至上百株個樣品。

?能夠在顯微水平研究葉綠體或藻類細(xì)胞。

?尤其適用于環(huán)境脅迫早期植物不同部位光合活性的變化規(guī)律、突變體不同部位的光合功能差異等研究。      

9.葉綠素?zé)晒鉁y量時如何選擇光質(zhì)？

答：葉綠素?zé)晒鉁y量主要針對葉綠素a，葉綠素a的兩個光譜吸收波峰在藍(lán)紫光波段和紅光波段，因此選擇藍(lán)光、紅光或者白光（復(fù)合光）一般均可。其中注意，藍(lán)藻測量時盡量選擇紅光。

10.葉綠素?zé)晒鉁y量必須在植物活體上測量嗎？

答：原則上，葉綠素?zé)晒鉁y量因盡量對樣品活體原位檢測。條件不允許時可以測量離體葉片，但盡量在活體狀態(tài)下進(jìn)行暗適應(yīng)處理，測試時離體時間不超過15-20分鐘。但具體情況也要看樣品在離體后失水影響的具體情況，有些樣品則在短時離體后就會萎蔫卷曲，如水稻，而有些樣品可耐受長時間離體，如一些革質(zhì)葉片。離體檢測盡量使用濕紗布等包裹葉梗，如需光下轉(zhuǎn)運(yùn)可使用兩片濕濾紙夾住葉片，避免葉片失水，影響測量結(jié)果。

11.NPQ為負(fù)值應(yīng)當(dāng)如何解決？

答：一般是測量參數(shù)設(shè)置不當(dāng)造成的，可嘗試將飽和脈沖光適當(dāng)調(diào)大或光化光適當(dāng)調(diào)小。有些是樣品特性造成的，這種情況可嘗試更換光質(zhì)。

12.是否能獲得ETR？如何獲得ETRmax？

答：葉綠素?zé)晒鉁y量儀運(yùn)行LC1~3程序，葉綠素?zé)晒獬上襁\(yùn)行LightCurve程序，均可獲得ETR。ETRmax則需使用sigma plot等工具軟件，擬合光響應(yīng)曲線RLC來獲得。（參考文獻(xiàn)：Ralph P J, Gademann R. Rapid light curves: A powerful tool to assess photosynthetic activity[J]. Aquatic Botany, 2005,82(3):222-237. 更多參考文獻(xiàn)可聯(lián)系易科泰獲?。?/span>

13.葉綠素?zé)晒獬上駮r對樣品有何要求？

答：要求樣品無任何遮擋，盡量平鋪，整株植物成像則最好對同一水平高度的部分進(jìn)行檢測。大型藻可有水濕潤但水不要沒過樣品。背景盡量單純并且為黑色或者非反光材質(zhì)。避免使用錫紙、塑料板等反光物品。測量時一般選用葉片正面，而當(dāng)葉片背面首先遭受病蟲害時，則也可對背面進(jìn)行檢測。

14.我的不同處理組樣品是分開成像的，那在寫論文時如何將圖片放在一起對比？

答：屬于同一實(shí)驗(yàn)且需要保存的成像圖，必須將其彩色標(biāo)尺調(diào)整為相同的區(qū)間。具體步驟如下：

1）點(diǎn)選軟件result界面右下方Group color前√ ，同一類參數(shù)將使用同一彩色標(biāo)尺。

2）點(diǎn)選右下方Manual color前√ ，手動設(shè)定標(biāo)尺范圍，右鍵保存成像圖。

3）不同處理樣品重復(fù)以上步驟，所有樣品同一參數(shù)的成圖像標(biāo)尺范圍必須設(shè)定一致。

4）設(shè)定標(biāo)尺范圍的標(biāo)準(zhǔn)：符合對應(yīng)參數(shù)的理論范圍，比如Fv/Fm、QY不超過0-1，NPQ一般不超過0-4等；為了突出成像效果，可縮小標(biāo)尺范圍，但要確保成像圖上主要的像素點(diǎn)在這一范圍內(nèi)

15.可以通過FluorCam評估葉綠素濃度嗎？

答：有三種方法可以評估葉綠素濃度：

1）最小熒光F0、最大熒光Fm和OJIP快速熒光參數(shù)Area都與葉綠素濃度有正相關(guān)性，有很多相關(guān)的文獻(xiàn)進(jìn)行過探討（Chen，2021，2017）。但由于葉綠素?zé)晒鈪?shù)同時與光合狀態(tài)有關(guān)，因此在使用上應(yīng)小心。

2）通過PAR吸收模塊實(shí)現(xiàn)。通過這個模塊測量計(jì)算的NDVI植被歸一化指數(shù)，與葉綠素濃度成正相關(guān)，這一參數(shù)本身就廣泛用于大田遙感普查、森林生態(tài)監(jiān)測等。同時成像圖能夠反映葉綠素濃度異質(zhì)性。

3）通過紫外激發(fā)多光譜熒光成像實(shí)現(xiàn)。測量的F690/F740與葉綠素濃度為負(fù)相關(guān)。目前已有研究其用于作物氮素營養(yǎng)狀況評估。

浙江大學(xué)應(yīng)用FluorCam多光譜熒光成像技術(shù)進(jìn)行油菜氮素營養(yǎng)快速評估（Sun，2020）

16.在使用FluorCam軟件導(dǎo)出數(shù)據(jù)時，使用Frame numeric還是 numeric average更好？

答：通常，我們建議使用numeric average。以計(jì)算Fv/Fm為例，F(xiàn)rame numeric是指先計(jì)算每個像素的Fv/Fm，然后再除以像素?cái)?shù)求得區(qū)域平均Fv/Fm。而numeric average，則是先獲得整個區(qū)域的平均F0、平均Fm，再以此計(jì)算Fv/Fm。如果分析過程中，樣本信號強(qiáng)，噪點(diǎn)很少，兩種方式的差異不明顯。如果樣本熒光信號弱，并且存在噪點(diǎn)，則選擇numeric average更好。

17.FluorCam顯示pixels overflow是什么意思？對數(shù)據(jù)有何影響？怎么修正？

答：高靈敏度CCD相機(jī)檢測熒光的范圍為0-4096個單位，高分辨率CCD相機(jī)則在0-65536。超出該信號就會警示pixels overflow即信號溢出。在開始實(shí)驗(yàn)測量前，您需要在live窗口調(diào)整shutter和sensitivity，以及設(shè)置適合的光強(qiáng)。在打開flash情況下調(diào)整shutter和sensitivity使暗適應(yīng)后的樣品熒光值處于較低數(shù)值（此時顯示的熒光值其實(shí)F0）。我們通常建議高靈敏度CCD相機(jī)設(shè)置到500-1000，高分辨率CCD相機(jī)設(shè)置到5000-10000。不同的植物需要不同的設(shè)置，建議預(yù)實(shí)驗(yàn)摸索。

18.Shutter和sensitivity如何影響成像質(zhì)量？為了獲得最佳效果，建議哪些組合設(shè)置？

答：詳細(xì)的設(shè)置方法參考說明書。簡短來說，shutter即快門時間，同時還控制測量光的持續(xù)時間，一般不超過20或30ms ，sensitivity即靈敏度。兩者越高，熒光信號值越高，太高則超出正常F0的范圍。Shutter一般建議設(shè)置10-20us，最大不超過33us。Sensitivity越高信噪比越低，建議一般不超過50％。

19.鹽脅迫水稻幼苗非光化學(xué)熒光淬滅成像：視頻中動力學(xué)曲線隨著脅迫加重而上升說明了什么，還有怎么去分析此類型的動力學(xué)曲線？

答：動力學(xué)曲線隨脅迫加重上升一般是因?yàn)槊{迫導(dǎo)致PSII光化學(xué)反應(yīng)活性降低，光能轉(zhuǎn)化效率低，更多的光能以熒光的形式散失，所以導(dǎo)致熒光信號增強(qiáng)。

熒光動力學(xué)曲線的分析通常有兩種方式：一是比較不同樣品在暗適應(yīng)-光適應(yīng)-暗弛豫3個階段的熒光強(qiáng)度變化的差異，考察PSII對光強(qiáng)變化的適應(yīng)性和可塑性以及每個階段的PSII的活性及電子傳遞狀況。分析結(jié)果都是定性描述，定量分析仍需借助計(jì)算值；另外一種分析方式是將動力學(xué)曲線上的特征性熒光強(qiáng)度（如Fm_Ln，n代表第幾次脈沖）作為變量，和計(jì)算值（如Fv/Fm）一起輸入到數(shù)學(xué)模型中，從而篩選出能夠反映脅迫程度的特征參數(shù)。后者可參考以下論文：

龍燕, 馬敏娟, 王英允,等. 利用葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)識別苗期番茄干旱脅迫狀態(tài)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2021, 37(11):8.

20.葉綠素?zé)晒鉁y量技術(shù)與光合儀的區(qū)別？

答：兩者都是研究植物和藻類光合作用的有效工具，但是側(cè)重不同。

光合儀主要測量植物的宏觀參數(shù)，如光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度等，以評估衡量植物光合作用的強(qiáng)度和能力，并標(biāo)配或可選配微氣候控制如光、溫、濕、CO2模塊。

葉綠素?zé)晒獠粌H能反映光能吸收、激發(fā)能傳遞和光化學(xué)反應(yīng)等光合作用的原初反應(yīng)過程，而且與電子傳遞、質(zhì)子梯度的建立及ATP合成和CO2固定等過程有關(guān)，是研究植物光合作用的“探針”。

兩者結(jié)合測量在植物光合生理研究中可以有效互補(bǔ)，可廣泛應(yīng)用于衡量植物生長狀況，不同脅迫處理對植物光系統(tǒng)的影響，評價生態(tài)系統(tǒng)碳收支與全球氣候變化的相互關(guān)系，植物光系統(tǒng)對全球變化響應(yīng)等方面。

21.藍(lán)藻光合參數(shù)的測定

答：由于藍(lán)光無法激發(fā)藍(lán)藻PSII主要的天線色素藻膽素，只能激發(fā)葉綠素，而藍(lán)藻中PSI中的葉綠素要多于PSII，這會使PQ庫部分氧化，所以需要選擇藍(lán)光以外的激發(fā)光源，如UV365nm、cyan470nm、green530nm、orange625nn。