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叶绿素a荧光作为一种可测量信号，被广泛用于探测植物中的光化学反应。ChlF测量通常基于对光合作用光系统II（Photosystem II, PSII）的量子效率、NPQ、光化学猝灭等方面的评估。然而，绝对幅度的测量存在固有的不确定性，影响了现有方法的实用性。

2024年2月，Plant Phenomics 在线发表了美国密苏里大学联合江南大学合作完成的题为 Dynamic Analysis of Chlorophyll a Fluorescence in Response to Time-Variant Excitations during Strong Actinic Illumination and Application in Probing Plant Water Loss 的研究论文。

本研究探讨了在强光照射下，叶绿素a荧光（Chlorophylla fluorescence, ChlF）对时间变化激发的动态响应，并将其应用于探测植物水分损失。研究中使用伪随机二进制序列（pseudo-random binary sequence, PRBS）作为时间变化的多频率照明激发，并在频率域中分析了响应的幅度增益变化。研究发现，非光化学猝灭（Nonphotochemical quenching, NPQ）活动开始时，ChlF响应的幅度会变化，使得ChlF对光照激发的响应呈现出非线性和非平稳特性。低频增益与非光化学猝灭线性相关，可以用作参考来补偿ChlF测量中的变异性。高频幅度增益在经过低频增益校正后，与水分损失显示出更强的相关性。这项工作证明了动态特性在扩大ChlF测量在植物分析中应用的有用性，并提供了一种方法来减轻在强光照射下ChlF测量中的变异性。

在本研究中，作者旨在分析在强光照射下，ChlF对时间变化激发的动态响应。研究使用了多种植物样本，包括菠菜、拟南芥、柑橘、橡树和茉莉，通过调节叶绿素荧光仪来实施时间变化的激发信号，并以100 kHz的采样频率测量ChlF。此外，通过控制植物样本的水分损失来诱导光能收集和传输过程的变化，以观察分析在水分胁迫条件下是否仍然有效。实验观察到，在NPQ效应下，ChlF响应在时间域内的变化，以及在频率域内对PRBS激发的ChlF响应进行了分析。结果显示，低频增益与NPQ活动呈线性相关，可以作为补偿ChlF测量变化的参考。此外，通过改变PRBS激发信号的幅度，发现ChlF动力学系统是非线性的，因为高频增益随激发幅度而变化。水分损失测试表明，高频增益与水分损失的依赖性更强，而低频增益变化较小。通过回归分析，发现高频增益与相对水分含量的减少有关，而增益差异对水分损失最为敏感。这表明，通过使用低频增益作为基线，可以改善ChlF测量，至少部分消除与适应强光照射过程中变化相关的差异。

图1 新鲜甘蓝样品对强光照和 PRBS 光照信号的 叶绿素a荧光 响应。(A) 正常时间刻度。(B) 对数时间刻度 以清晰显示反应的早期 OJIP 阶段。

本研究展示了动态测量和分析可以作为增强植物研究中ChlF测量使用的另一种途径。强光照射似乎在0.03 rad/s以下的低频对ChlF有更强的影响。低频增益与NPQ线性相关，并显示出作为参考以抑制ChlF测量中变异性的有用性。强光照射影响ChlF的幅度，使ChlF对光照激发的响应呈现出非线性和非平稳特性。低频和高频之间的幅度增益差异对植物水分损失显示出强烈的依赖性。

论文链接：

http://spj.science.org/doi/10.34133/plantphenomics.0151

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