OJIP、QA再(zai)氧(yang)化(hua)、Kautsky分(fen)析Cd對擬(ni)南芥光合(he)作用(yong)的影響(xiang)

葉綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像技術(shu)應用—OJIP、Q_A再(zai)氧(yang)化(hua)、Kautsky分(fen)析Cd對擬(ni)南芥光合(he)作用(yong)的影響(xiang)

葉(ye)綠素熒(ying)光(guang)動力(li)學(xue)（Kautsky誘(you)導(dao)效(xiao)應）主(zhu)要用於(yu)區分(fen)光化(hua)學(xue)非(fei)光(guang)化(hua)學(xue)反(fan)應，獲得(de)光(guang)化學(xue)效(xiao)率(lv)等(deng)參(can)數。而快速(su)葉綠素熒(ying)光(guang)動力(li)學(xue)（OJIP）則(ze)主(zhu)要用以獲(huo)取(qu)與光系(xi)統(tong)（PS）尤(you)其(qi)是(shi)光(guang)系(xi)統(tong)（PSⅡ）和電子(zi)傳遞(di)元(yuan)件的結(jie)構和功能(neng)有(you)關的信(xin)息，如(ru)量(liang)子產(chan)率、PSⅡ受(shou)體到(dao)PSⅠ電子(zi)傳遞(di)效率、光反(fan)應中心(xin)活性(xing)等(deng)。QA再(zai)氧(yang)化(hua)取(qu)決(jue)於(yu)QB接受(shou)電子(zi)的能(neng)力(li)以及(ji)質體(ti)醌(kun)庫的氧(yang)化(hua)還原(yuan)狀(zhuang)態(tai)，更針對(dui)性(xing)地(di)研(yan)究光化(hua)學(xue)反(fan)應過程中QA-QB-PQ的電子(zi)傳遞(di)狀態(tai)。

Küpper等科學(xue)家(jia)采用Fluorcam葉(ye)綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像、FKM多光譜(pu)熒(ying)光動態(tai)顯(xian)微成(cheng)像技術(shu)，通(tong)過(guo)OJIP、Q_A再(zai)氧(yang)化(hua)、Kautsky成(cheng)像等測(ce)量(liang)方法(fa)，開展(zhan)壹系(xi)列(lie)實驗，分(fen)析在(zai)Zn/Cd影響(xiang)下(xia)，擬(ni)南芥不同(tong)葉齡、不同(tong)部位的光(guang)合(he)生理指標變(bian)化，從(cong)宏觀和顯微角度，在(zai)組(zu)織(zhi)、細(xi)胞水平(ping)上更深(shen)入地(di)研(yan)究了Cd毒(du)性(xing)對(dui)擬(ni)南芥光合(he)作用(yong)的影響(xiang)。結(jie)果表(biao)明，從光(guang)合(he)作用(yong)的異(yi)質抑(yi)制(zhi)可以明顯看(kan)出不(bu)同(tong)組(zu)織(zhi)對鎘(ge)的敏(min)感(gan)性(xing)不(bu)同(tong)。

Fluorcam葉綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像Kautsky誘導效(xiao)應測(ce)量(liang)結果： Cd處(chu)理組(zu)葉(ye)肉與葉脈(mai)之(zhi)間(jian)大(da)光(guang)量(liang)子產(chan)量(liang)Fm、光系(xi)統(tong)飽和度（Fp-Fs）/Fp的差異(yi)比不(bu)同(tong)葉齡間的差異(yi)更明顯。另外(wai)，葉(ye)片(pian)的實(shi)際光量(liang)子效(xiao)率ΦPSⅡ顯(xian)著(zhu)受Cd毒(du)性(xing)抑(yi)制(zhi)，而(er)NPQ則仍(reng)維(wei)持(chi)在(zai)較(jiao)高水平(ping)。Cd毒性(xing)明顯抑(yi)制(zhi)了(le)PSⅡ的運(yun)行(xing)效率(lv)。

Fluorcam葉(ye)綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像OJIP快速熒(ying)光(guang)動力(li)學(xue)測(ce)量(liang)結果：OJIP曲線(xian)反映Cd誘(you)導F0的增(zeng)加，且葉脈(mai)中的F0變(bian)化程度更大(da)，Cd影響(xiang)下(xia)，曲線(xian)J-I相變(bian)平、J-P相(xiang)熒光上升幅(fu)度變(bian)小。OJIP成(cheng)像直觀顯示(shi)葉(ye)片(pian)光合(he)狀態(tai)異(yi)質性(xing)以(yi)及(ji)光(guang)合(he)作用(yong)對(dui)不同(tong)濃(nong)度Cd毒性(xing)的響(xiang)應，Cd毒性(xing)導(dao)致(zhi)光(guang)合(he)電子(zi)傳遞(di)效率下(xia)降(jiang)。結(jie)果表(biao)明，葉脈(mai)比(bi)葉(ye)肉細(xi)胞對(dui)Cd毒(du)性(xing)更敏(min)感(gan)，光合(he)反應的受(shou)抑(yi)制(zhi)程度與Cd濃(nong)度呈線(xian)性(xing)關(guan)系(xi)。反(fan)映出Cd毒(du)性(xing)對(dui)PSⅡ、PSⅡ到(dao)PSⅠ的逐步(bu)抑(yi)制(zhi)。

左1：OJIP快速熒光(guang)淬(cui)滅動(dong)力(li)學(xue)曲線(xian)（control:10μM Zn,Cd：50μM Cd處(chu)理2月(yue)）

左(zuo)2：葉肉OJIP熒(ying)光(guang)參(can)數；左3：葉脈(mai)OJIP熒(ying)光(guang)參(can)數

OJIP熒光(guang)成(cheng)像參數（control:10μM Zn,Cd15：15μM Cd處(chu)理2月(yue)，Cd75：75μM Cd處(chu)理2月(yue)）

ΦPo:PSⅡ原(yuan)初(chu)光化學(xue)反(fan)應的大(da)光(guang)量(liang)子產(chan)量(liang)；  ΦET2o：QA到(dao)QB的電子(zi)傳遞(di)量(liang)子產(chan)量(liang)；

ΦRE1o：到(dao)PSⅠ的電子(zi)傳遞(di)量(liang)子產(chan)量(liang)；        J^abs/RC:單位反(fan)應中心(xin)吸(xi)收的光(guang)量(liang)子通(tong)量(liang)

FKM多光(guang)譜熒光顯(xian)微(wei)成(cheng)像Q_A再(zai)氧(yang)化(hua)測(ce)量(liang)結果：PSII反應中心(xin)被(bei)逐步(bu)抑(yi)制(zhi)，QA、QB之(zhi)間以及(ji)進(jin)壹(yi)步(bu)向(xiang)PSI受體的電子(zi)傳輸的量(liang)子產(chan)率降(jiang)低，均與降低QA再(zai)氧(yang)化(hua)的動(dong)力(li)學(xue)和降低PSII的運(yun)行(xing)效率(lv)相關。隨(sui)著Cd濃(nong)度增大(da)，快(kuai)相和慢相Q_A再(zai)氧(yang)化(hua)產(chan)率(lv)下(xia)降(jiang)，進(jin)壹(yi)步(bu)證(zheng)明了Cd毒(du)性(xing)導(dao)致(zhi)電子(zi)傳遞(di)受損。

葉(ye)肉細(xi)胞FKM多(duo)光(guang)譜(pu)熒光顯(xian)微成(cheng)像Kautsky誘導效(xiao)應測(ce)量(liang)結果：Zn對照(zhao)組(zu)葉(ye)肉細(xi)胞的Fm、Fv/Fm等(deng)參數(shu)細(xi)胞間(jian)大(da)小均勻，而(er)Cd處(chu)理組(zu)部(bu)分(fen)細(xi)胞受(shou)到(dao)了明顯毒(du)性(xing)抑(yi)制(zhi)。Cd毒(du)性(xing)在(zai)細(xi)胞水平(ping)的影響(xiang)具有(you)明顯異(yi)質性(xing)。

北京(jing)易科泰生態(tai)技(ji)術(shu)有(you)限公(gong)司提供(gong)植(zhi)物(wu)/藻(zao)類光(guang)合(he)作用(yong)研(yan)究全面(mian)技(ji)術(shu)方(fang)案(an)：

• FluorPen/AquaPen手(shou)持(chi)式(shi)葉(ye)綠素熒(ying)光(guang)儀
• Fluorcam葉綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像系(xi)統(tong)
• FKM多(duo)光(guang)譜(pu)熒(ying)光(guang)動態(tai)顯(xian)微成(cheng)像系(xi)統(tong)
• PlantScreen植(zhi)物(wu)高(gao)通量(liang)表(biao)型分析平臺(tai)
• 智(zhi)能(neng)LED光源(yuan)人(ren)工氣候(hou)箱(xiang)/生長室(shi)

參考(kao)文(wen)獻

1. Filis Morina , Hendrik Küpper. Direct inhibition of photosynthesis by Cd dominates over inhibition caused by micronutrient deficiency in the Cd/Zn hyperaccumulator Arabidopsis halleri [J]. Plant Physiology and Biochemistry,2020

2. Küpper, H., Benedikty, Z., Morina, F., et al. Analysis of OJIP Chlorophyll Fluorescence Kinetics and QA Reoxidation Kinetics by Direct Fast Imaging[J]. Plant Physiology, 2019