葉綠素熒光成像技術應用—OJIP,、QA再氧化、Kautsky分析Cd對擬南芥光合作用的影響
葉綠素熒光動力學（Kautsky誘導效應）主要用于區(qū)分光化學非光化學反應,，獲得光化學效率等參數(shù),。而快速葉綠素熒光動力學（OJIP）則主要用以獲取與光系統(tǒng)（PS）尤其是光系統(tǒng)（PSⅡ）和電子傳遞元件的結(jié)構(gòu)和功能有關的信息，如量子產(chǎn)率,、PSⅡ受體到PSⅠ電子傳遞效率,、光反應中心活性等。QA再氧化取決于QB接受電子的能力以及質(zhì)體醌庫的氧化還原狀態(tài),，更針對性地研究光化學反應過程中QA-QB-PQ的電子傳遞狀態(tài),。
Küpper等科學家采用Fluorcam葉綠素熒光成像、FKM多光譜熒光動態(tài)顯微成像技術,，通過OJIP,、QA再氧化、Kautsky成像等測量方法,，開展一系列實驗,，分析在Zn/Cd影響下，擬南芥不同葉齡,、不同部位的光合生理指標變化,，從宏觀和顯微角度，在組織,、細胞水平上更深入地研究了Cd毒性對擬南芥光合作用的影響,。結(jié)果表明，從光合作用的異質(zhì)抑制可以明顯看出不同組織對鎘的敏感性不同,。
Fluorcam葉綠素熒光成像Kautsky誘導效應測量結(jié)果： Cd處理組葉肉與葉脈之間大光量子產(chǎn)量Fm,、光系統(tǒng)飽和度（Fp-Fs）/Fp的差異比不同葉齡間的差異更明顯,。另外，葉片的實際光量子效率ΦPSⅡ顯著受Cd毒性抑制,，而NPQ則仍維持在較高水平。Cd毒性明顯抑制了PSⅡ的運行效率,。
Fluorcam葉綠素熒光成像OJIP快速熒光動力學測量結(jié)果：OJIP曲線反映Cd誘導F0的增加,，且葉脈中的F0變化程度更大，Cd影響下,，曲線J-I相變平,、J-P相熒光上升幅度變小。OJIP成像直觀顯示葉片光合狀態(tài)異質(zhì)性以及光合作用對不同濃度Cd毒性的響應,，Cd毒性導致光合電子傳遞效率下降,。結(jié)果表明，葉脈比葉肉細胞對Cd毒性更敏感,，光合反應的受抑制程度與Cd濃度呈線性關系,。反映出Cd毒性對PSⅡ、PSⅡ到PSⅠ的逐步抑制,。
左1：OJIP快速熒光淬滅動力學曲線（control:10μM Zn,Cd：50μM Cd處理2月）
左2：葉肉OJIP熒光參數(shù),；左3：葉脈OJIP熒光參數(shù)
OJIP熒光成像參數(shù)（control:10μM Zn,Cd15：15μM Cd處理2月，Cd75：75μM Cd處理2月）
ΦPo:PSⅡ原初光化學反應的大光量子產(chǎn)量,； ΦET2o：QA到QB的電子傳遞量子產(chǎn)量,；
ΦRE1o：到PSⅠ的電子傳遞量子產(chǎn)量； Jabs/RC:單位反應中心吸收的光量子通量
FKM多光譜熒光顯微成像QA再氧化測量結(jié)果：PSII反應中心被逐步抑制,，QA,、QB之間以及進一步向PSI受體的電子傳輸?shù)牧孔赢a(chǎn)率降低，均與降低QA再氧化的動力學和降低PSII的運行效率相關,。隨著Cd濃度增大,，快相和慢相QA再氧化產(chǎn)率下降，進一步證明了Cd毒性導致電子傳遞受損,。
葉肉細胞FKM多光譜熒光顯微成像Kautsky誘導效應測量結(jié)果：Zn對照組葉肉細胞的Fm,、Fv/Fm等參數(shù)細胞間大小均勻，而Cd處理組部分細胞受到了明顯毒性抑制,。Cd毒性在細胞水平的影響具有明顯異質(zhì)性,。
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參考文獻
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
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