通过叶绿素荧光全方位探索光合作用电子传递
2024年1月5日-7日，由广东省植物生理学会主办，广州中医药大学，华南农业大学承办的第一届光合作用前沿论坛在广州大学城中心酒店南粤厅顺利召开，小编作为赞助商工程师受邀作“通过叶绿素荧光全方位探索光合作用电子传递”的报告。报告首先从全方位探索光合作用电子传递的技术路线入手，化整为零的给所有参会老师展示了光合作用电子传递链上可以被测量的步骤与环节。然后再从全方位探索光合作用电子传递的实施方案展开，介绍了四通道动态LED阵列近红外光谱仪DUAL-KLAS-NIR如何完成光合作用电子传递全过程的通关式测量。随后介绍的新款多激发波长叶绿素荧光仪Multi-Color-PAM-II可以检测放氧复合体S*状态，可以测量高能淬灭HIQ，补齐原初电子供体水氧化裂解的环节以及光系统Ⅱ天线内部能量传递与淬灭相关过程的测量。完美的闭环了通过叶绿素荧光全方位探索光合作用电子传递的解决方案。除此之外，小编还在报告中展示了植物多酚叶绿素荧光仪LSA-2050，蜂巢矩阵叶绿素荧光成像系统HEXAGON-IMAGING-PAM，超便携调制叶绿素荧光仪气孔计附件MINI-PAM-Ⅱ/Porometer。新技术和新产品吸引了大量老师的关注，纷纷举起手机拍照记录。为方便大家进一步详细了解报告的全部内容，现将PPT及讲稿分享如下。
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DOI: 10.1002/9780470015902.a0029372
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光合作用电子传递从原初电子供体H2O开始，在光反应阶段的最终电子受体NADPH，综合整个光合作用过程最终电子受体为CO2。因此广义的电子传递应包含光反应和暗反应，而我今天讲的是狭义的电子传递，聚焦的是光反应阶段。
在这个过程中有哪些步骤可以被测量呢？我们可以化整为零的来看。
首先是PSII的电荷分离，PSII电荷分离后再还原的过程需要氧化裂解水来补充电子，PSII受体侧QA被还原后再氧化电子传给QB，之后是PQ被还原且质子化。携带电子和质子的PQH2把电子传给Cytb6f，Cytb6f通过质体蓝素PC将电子传给PSI。PSI在光下也会电荷分离，发生氧化还原状态的变化，氧化的PSI会被系统间传来的电子还原，氧化过程把电子传给受体侧分子铁氧还蛋白Fd。Fd再通过FNR传递给NADP+合成NADPH，光合线性电子传递完成。
电子传递伴随着质子转运，类囊体腔酸化，激活非光化学淬灭，状态转换，光合控制等生理过程。除了下线性电子传递(LEF)外，还有环式电子传递(CEF)调节ATP/NADPH。非光化学淬灭(NPQ)，环式电子传递(CEF)，状态转换(State transitions)，光合控制((Photosynthesis/tic Control))是目前比较明确的光合作用短期调控的机制。
光反应产生的NADPH和ATP用于CO2固定相关的CBB循环，完成光合作用H2O-CO2的电子传递。
如何来走完这条技术路线呢？
下面要给各位老师介绍的这款光合测量设备是四通道动态LED阵列近红外光谱仪-DUAL-KLAS-NIR。它几乎可以完成上述所有过程的测量。
它可以测量测量叶片表层和深层细胞的叶绿素荧光，反应PSII光能利用，电子传递，光化学淬灭，非光化学淬灭，测量QA的还原与再氧化，测量捕光天线磷酸化与去磷酸化参与的状态转换等等。测量PSI(P700)氧化还原，围绕PSI的环式电子传递。测量系统间电子传递载体库PQ Poolsize。
当然，它最独特的功能是测量质体蓝素(PC)氧化还原和铁氧还蛋白(Fd) 还原氧化，得到PC/P700，Fd/P700，即PSI供体侧和受体侧的库的大小，以及由Cytb6f参与的光合控制。
它是如何实现的呢？
其中一个关键的技术是差分模型图的创建，通过在近红外光区为P700, PC, Fd创建专属的差分模型图，可以实现P700,PC ,Fd氧化还原的在线解卷积。
这张片子里的显示的已有的不同物种的差分模型图，有水稻，拟南芥，杜鹃，桑树，苦草的，常春藤等，文献报道中也有测蓝藻的。
差分模型图创建完成后就可以进行PSII荧光，P700, PC, Fd氧化还原的测量了。
测荧光，我们一般先测Fo, Fm，计算Fv/Fm，测P700,PC ,Fd呢？我们先Fd的最大还原量，然后测P700,PC的最大氧化量。Pm，PCm，Fdm相当于PSII的Fv/Fm。
然后我们还可以测量诱导曲线和光曲线，暗弛豫，来反应电子传递组分适应光的过程。除此之外，DUAL-KLAS-NIR还可以模拟波动光对光合电子传递的影响，波动周期从1s-24h可调。
除了上述标准配置即可实现的所有测量功能外，它还可以扩展P515/535模块测量质子动力势的组分跨膜电位，跨膜质子梯度，质子导度；扩展NADPH/9AA模块测量光诱导的NADPH生成量；可以与GFS-3000光合仪联用，实现更多功能。
这是目前使用DUAL-KLAS-NIR发表的一些文章和国际&国内的一些用户单位。
DUAL-KLAS-NIR解决了电子传递链绝大多数组分的测量，最前面还有一个氧化裂解水的过程未解决，这个时候就需要我们另外的一款新设备登场了。
多激发波长叶绿素荧光仪Multi-Color-PAM-II，这是个迭代出来的二代产品。通过其搭载的超高分辨率单周转(ST)检测器，Multi-Color-PAM-II正式开启亚μs时域叶绿素荧光测量。
它可以做什么呢？
首先，它可以探测放氧复合体(OEC)的S*状态，环境或突变对放氧复合体(OEC)的S*状态的影响。
其次，它可以测量捕光天线内部的高能态淬灭，测量HIQ是表征类胡萝卜素自由基对单激发态Chl能量淬灭的有效方法，单激发态Chl是一种活性很强的物质，也是一种胁迫指标。
第三，它可以测量Thermal Phase相关的延迟荧光。
Multi-Color-PAM-II将于2024年初月开始全球发售，我们还要再等过一段时间，不过很值得期待。
光合作用是通过色素吸收光能的，接下来给各位老师介绍一款最新的植物多酚叶绿素荧光仪LSA-2050。它可以测量叶绿素含量、Fv/Fm，UV-B荧光，UV-A荧光/类黄酮指数，类胡萝卜素指数，花青素指数。
这张片子显示了两种植物小檗和菜豆的测量结果。顶部叶片和下部叶绿素含量，Fv/Fm差别不大，但是顶部对UV-A/B屏蔽作用更强。野外和温室里栽培的菜豆也显示出类似的结果。
叶绿素荧光除了单点测量外，也可以进行大面积成像。WALZ也推出了一系列的荧光成像系统。最新的是蜂巢矩阵成像系统HEXAGON-IMAGING-PAM。成像的功能更直观，但是有很多核心的、要注意的要素。
首先是成像的光场要均匀，否则成出来的像意义不大。以96孔板为例，如果成像区域光场不均匀，96个孔的样品接受的光强就会有差异，成像结果显示的样品差异不可信。只有成像区域光场均匀，才可以完成384孔凝胶板上藻类突变体的筛选。
其次是工作距离，工作距离可调，但是在一个实验中要保持一致。
在成像距离和光场均匀的情况下，成像区域内的所有样品才能被均一化测量，大大提高了叶绿素荧光检测的通量。
最后要跟大家分享的一个新产品是便携式叶绿素荧光仪的气孔计附件MINI-PAM-Ⅱ/Porometer。它的特点是流速设置范围大，测量气体交换慢的阴生植物，如中草药和气体交换强的植物，如粮食作物都可以轻松应对。
它可以单点或随慢速动力学诱导曲线或光曲线测量植物叶片的气孔导度，边界层导度。带有自动稳定功能，触发测量后自动平衡，稳定后自动记录数据。
这里显示了气孔导度和慢速动力学诱导曲线同步测量的结果。下面的是鼠尾草幼叶和成熟叶片气孔导度随光强的变化，成熟叶片的气孔随光强升高下降比幼叶叶明显。
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