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植物光诱导延迟荧光特征及其在环境、农业中的应用研究

王成龙  
【摘要】: 本论文研究了与植物代谢及光合紧密相关的光诱导延迟荧光特征,以及延迟荧光在环境检测和农业中的应用。主要取得了以下成果:利用植物的光诱导延迟荧光在一定程度上可以检测出雨水和空气中酸性物质对植物叶片的胁迫效应,该方法比常规的理化手段更接近于环境的真实状况;从实验条件下得出延迟荧光最佳的作用参数,在此基础上提出并设计了应用延迟荧光作为手段便捷准确的测量光合能力的方法与传感器,该传感器能较真实的反映植物在所处生理条件下的光合能力。 第一章绪论中介绍了延迟荧光的基本知识和研究进展。 第二章介绍了化学发光和生物发光的基本概念及特点,重点介绍了延迟荧光概念和延迟荧光理论。 第三章首先理论模拟了延迟荧光产生的分子机理,并且推导出延迟荧光的衰减动力学符合多指数形式,然后从实验上进行了验证。延迟荧光的衰减动力学依赖于从Q回流的电子(electron)与氧化态的P680~+,其中快相延迟荧光成份源于Q_A~-上电子回流与P680~+的复合产生,慢相成份源于Q_B~=上电子的回流与P680~+的复合产生。延迟荧光的长延时成份来源于PSⅠ中的电子回流到PSⅡ与P680~+复合产生激发态的P680~*退激发。 第四章利用多种光谱学测量技术研究了叶绿体延迟荧光光谱中730nm峰的产生机制。不同浓度下叶绿体延迟荧光光谱实验结果表明:初始随浓度的增加,延迟荧光光谱中685nm和730nm成份强度均增强;当浓度增加到7.8μg/ml时,685nm成份强度达最大,730nm成份强度继续上升;当浓度增加到31.2μg/ml时,延迟荧光光谱中730nm成份强度达最大,而685nm成份已明显下降。吸收光谱实验结果表明:A685/A730在叶绿体浓度增加的过程中几乎不变。叶绿体730nm荧光成份的激发光谱实验结果表明:685nm光对730nm荧光有较高的激发效率。上述实验结果表明叶绿体延迟荧光光谱中730nm峰是由PSⅡ所发685nm成份激发PSⅠ所产生的荧光。同一浓度下叶绿体延迟荧光光谱波形随延迟时 华南师范大学硕士学位论文摘要 间(l一95)的不变性进一步证明了这一结论。 第五章系统研究了在酸雨胁迫环境下植物光诱导延迟荧光特性的变化和植 物叶片叶绿体数量和功能的改变之间的关系。实验结果表明:绿色植物叶片光诱 导延迟荧光强度的变化能很好地反映植物叶片中完整叶绿体的数量以及叶绿体 的功能的变化。因此,利用植物的光诱导延迟荧光在一定程度上可以检测出雨水 和空气中酸性物质对植物叶片的胁迫效应,该方法比常规的理化手段更接近于环 境的真实状况,而且比叶绿素荧光技术便于操作。利用这种光强度的变化来表征 环境对植物的胁迫程度,为环境污染的监测及生物学评价提供了新的检测手段。 第六章研究了植物叶片光诱导延迟荧光和光合速率间的相互关系。对延迟荧 光的作用参数进行了实验性研究。通过实验找到了最佳的作用参数,利用该参数 设置了延迟荧光测量仪器,测量了植物叶片的延迟荧光强度,同时用便携式光合 速率测定仪对比测量了光合速率。研究结果表明:植物叶片延迟荧光强度和现有 的便携式光合速率测定仪在实验室条件下测得的光合速率具有很好的相关性,能 较真实的反映植物在所处生理条件下的光合能力。 第七章对延迟荧光的应用研究作了简要展望,认为光诱导延迟荧光可以在医 学、生物科学等领域得到广泛的应用。


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