編者按(an):OJIP曲線即(ji)熒(ying)光快相,可以簡單理解為把Fv/Fm的峰(feng)拉寬,放大(da),觀察和研究熒(ying)光上(shang)升的細節,從而獲(huo)得與原初(chu)光化學反應(ying)有(you)關的信息。測(ce)量熒(ying)光快相需要較高(gao)的時間分辨率,多款PAM熒(ying)光儀,如PAM-2500、Dual-PAM、Multi-Color-PAM、Phyto-PAM-Ⅱ等均具有(you)熒(ying)光快相測(ce)量功能(neng)。那么PAM的調制技術與非調制(連續激發)熒光儀測出的OJIP曲線有什么區別?在數據分析和應用的時候需要注意些什么?我們就這(zhe)些(xie)大家(jia)關心的(de)問題,與快相熒光領域(yu)的(de)資深專家(jia),德國WALZ應用科學家(jia)Gert Schansker博士(shi)進行了探討(tao)。
葉(xie)綠(lv)素(su)熒光快速誘(you)導(dao)動力學(xue)包含(han)許多(duo)(duo)有用的信息,但(dan)由(you)于JIP-test理(li)論(lun)的諸多(duo)(duo)限制,導(dao)致這些信息可能難以充分(fen)利用。首先要注意JIP-test是基于純QA模型的,這意味著可變熒光完全由QA的氧化還原狀態所決定。這一概念由Duysens and Sweers (1963)提出。但我們從模擬研究中了解到的情況并非如此,否則強光下只需幾ms就可以達到最大熒光Fm,這與測量結果不符。早在1986年,Schreiber 1986, Neubauer and Schreiber/Schreiber and Neubauer 1987就廣泛而系統地闡述了基于調制測量光和800μs電子快門的熒光快相,命名為O-I1-I2-P。(譯者注:Schreiber教授是PAM發明人)
飽和脈沖(chong)誘導的多相熒(ying)光上升誘導動力學(xue)曲線,由(you)初代PAM-100測量
1991/1992 Strasser and Govindjee發表了使用非快門系統(連續激發)測量的類似結果,命名(ming)為(wei)O-J-I-P,并(bing)將相關(guan)的數據處理和分析方法命名(ming)為(wei)JIP-test。雖然Schreiber一直強調I1相與J相的不同,但有學者認為兩者實際上并無差別。JIP-test包含的一個重要創(chuang)新就是以對(dui)數時間軸為坐標。現(xian)在(zai)(zai),人們(men)在(zai)(zai)展示快相熒光(guang)時會(hui)很(hen)自然地以對數時間(jian)軸為坐(zuo)標(biao),但我(wo)們(men)很(hen)難意識到這在(zai)(zai)當時是多么具有革命性(xing)。我(wo)們(men)從(cong)Merope Tsimilli-Michael那(nei)里得知(zhi),對數時間(jian)軸的最初想法是由已過世的Tom Bannister提出(chu)的。以對數時間(jian)軸(zhou)展示的多相熒光誘導(dao)動(dong)力學曲線(左(zuo),PAM調制測量;右,連續激發測量)在JIP-test中,J相是(shi)整個數據(ju)分(fen)析的核心。Reto Strasser等認為O-J段是單個電荷分離區,而J-I-P段是多個電荷分離區。雖然有學者認為O-J段實際上應當是2-3個電荷發生了分離,但重要的是曲線被分成了PSⅡ部分和后PSⅡ部分,這一觀點影響深遠。七十年代,Strasser等(deng)提出了flux理(li)論,并(bing)認為(wei)OJIP曲線(xian)正是(shi)這一理(li)論的完美(mei)載體。但是(shi),通過JIP-test進(jin)行(xing)(xing)數據處理(li)時需(xu)要進(jin)行(xing)(xing)各種的標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)化,例如在O和(he)P以及O和(he)J之(zhi)間進(jin)行(xing)(xing)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)化等(deng)等(deng)。需要標準化成為整個方法的一個弱點。以高溫脅迫為例,在重度高溫脅迫下,會有大量的PSII供體受損,此時飽和脈沖已無法激發出真正的Fm。另外,高溫脅迫也會導致Fo的上升,這可能是由QA與QB間的平衡發生變化而引起的。如果對這樣的數據進行雙重標準化,曲線就會變得格外陡峭。Strasser等認為這是快速供體存在的證據。然而,有研究發現如果不對曲線進行標準化,那么高溫脅迫對曲線斜率的影響就不復存在了(Toth et al. BBA 2007)。這表明Strasser等的快速供體理論很可能是標準化本身造成的人為假象。類似的問題在其他脅迫中也存在。由于連續激發測量難以準確獲得Fo和Fm,缺少這些數據,分析結果將難以避免地受到標準化的人為影響。另(ling)一個需要注(zhu)意的(de)問題是(shi),JIP-test是(shi)建立在Fo和(he)Fm與(yu)葉片(pian)的(de)葉綠素含量成正比的(de)假(jia)設(she)基礎上(shang)的(de)。這一假設必須得到實驗的驗證,但事實并非如此。Din? et al. (BBA 2012)的研究表明,Fm和Fo對葉綠素含量的變化并不敏感,直至葉綠素喪失達到80%。許多與衰老有關的研究也證實了這一點。這就意味著JIP-test中所有關于CS0和CSm的參數都失去了意義。還(huan)有(you)一個需(xu)要注意的問題就(jiu)是J相(xiang)。有研究 (Toth et al. PRES 2007)發現,FJ對PQ的氧化還原狀態敏感。在特定脅迫下可加劇黑暗中PQ庫的還原程度,并獲得更高的FJ(和更低的1-VJ)。然而,實際情況可能更為復雜,因為熱相(JIP)的振幅可能也對特定脅迫敏感(有人在鹽脅迫的研究中注意到了這一現象)。低強度的遠紅光也許能用來區分兩者。后來,Schrieber提出了一種通過PAM熒光儀在I1相的頂部疊加一個飽和閃光的方式,測量我們稱之為I1(max)的方法,這是一項重要的創新成果,可(ke)用于確(que)定PSII反應中心的(de)周轉速率以及捕光天線的(de)光學截(jie)面積等(deng)。箭頭所指為在I1相頂部疊加單周轉飽和閃光測量I1(max)正如前文所述,JIP-test是一種基于純QA模型的理論,你可以看到PSⅡ和小部分PQ庫的信息。但從動力學角度看,基于JIP-test開發出的PSⅠ參數可能就沒有實際意義了。雖然通過生理學手段分析OJIP瞬態熒光曲線會更好,但即便如此,JIP-test中的許多參數也是非常有用的,關于這一點可以參考Kalaji et al. (PRES 2014 and PRES 2017)的文章。
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