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《哈尔滨工业大学》 2007年
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延迟荧光检测技术及其在光合能力与胁迫检测中的应用

王俊生  
【摘要】: 延迟荧光(Delayed Fluorescence, DF)是植物光合器官在停止光照后的发光现象,仅发生在活的细胞里面,是研究植物体内和体外各种化学和物理因子对光合器官功能活性效应的良好手段。目前,DF已在生物医学、农业科学、食品工业和环境科学等研究领域显示出广泛的应用前景。 在植物正常生理条件、盐胁迫、紫外胁迫的情况下,DF对其光合活性变化具有灵敏性和测量速度快的特点,利用这一特点,发展和建立一种植物叶片在位和环境条件(温度、湿度、CO2浓度)可控的DF动态衰减检测技术,并应用于植物光合能力快速检测、盐胁迫植物生理伤害程度检测、紫外辐射胁迫植物生理伤害程度检测,对于高光合品种快速鉴定、抗盐植物新品种的快速筛选、紫外辐射环境胁迫植物生理实时监测和早期检测等都有着重要的理论意义和实用价值,同时也为此技术在其他领域的应用研究提供了一定的理论和实验基础。 本文以DF动态衰减技术为核心,对DF动态衰减检测方法进行了研究,并设计了适用于植物叶片在位和环境条件可控的DF动态衰减检测系统;通过分析DF动态衰减的曲线特征,研究了DF定量化方法,在此基础上研究了DF表征植物光合能力的理论、方法以及实现;研究了利用DF技术来检测盐胁迫和紫外辐射胁迫对植物伤害程度的方法,论文主要研究工作如下: 针对目前DF动态衰减检测技术中存在的离体和无环境控制带来的测量不准确、应用受限、重复性差等缺点,提出了一种在位和环境条件可控的植物叶片DF动态衰减检测方法,并根据DF动态衰减特性,提出了DF动态衰减信号处理方法。 根据DF动态衰减检测原理,依据DF发射和激发特性以及DF动态衰减规律,设计了适用于植物叶片在位和环境条件可控的DF检测系统。系统包括在位密封叶室、LED激发光源和环境(温度、湿度、CO2浓度)控制、电气控制、通道型光电倍增管直流模块、数据采集与处理等。对LED激发光强和环境控制部分的可调范围和稳定性进行了测试,并对DF检测系统的信噪比进行了测试。 根据DF强度、PSⅡ反应中心原初光化学反应量子效率、PSⅡ电子传递速率、最优条件(饱和CO2浓度、最适宜温度、饱和光强)下光合速率的限速步骤四者之间的关系,建立了利用DF表征植物光合能力的数学关系模型,确定了两者相关关系的条件,分析了延迟荧光动态衰减多指数模型特征,提出了简化的DF三指数动态衰减近似模型,分析了简化模型特征,研究了DF定量化计算方法,研究了DF参数优化方法,建立了DF表征植物光合能力数学关系数据库,完善了利用DF检测植物光合能力的方法,设计并完成了基于该方法的光合能力快速检测系统。并在野外条件下利用该系统与光合速率测定仪(LI-6400)对几种作物进行了光合能力的对比测量,验证了系统测量的准确性及快速性。 提出了利用DF技术检测植物盐胁迫程度的方法。研究了不同浓度NaCl对DF强度及光合速率的影响,分析了不同浓度的CaCl2、6-BA和SA盐胁迫缓解效应对DF强度和光合速率的影响,并研究了在CaCl2、6-BA、SA三种盐胁迫缓解因子作用下DF时间动力学的变化,从而验证了DF能够在位快速准确的表征盐胁迫对植物生理的伤害程度。 提出了利用DF检测植物紫外胁迫程度的方法。研究了不同UV-B照射强度对DF与叶绿素含量的影响;分析了UV-B与白光共同作用对DF与光合速率的影响,并研究了不同UV-B照射时间对DF强度的影响;从而验证了DF能够在位快速准确的表征UV-B辐射胁迫对植物生理的伤害程度。
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