植物光诱导延迟荧光特征及其在环境、农业中的应用研究

摘要

该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QA<'->上电子回流与P680<'+>的复合产生,慢相成份源于QB<'=>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730 nm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间(1~9s)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

目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1延迟荧光

1.2延迟荧光的研究现状

1.3本论文的主要工作

第二章生物发光与化学发光

2.1生物发光[1]

2.2低水平发光或超微弱暗化学发光[1]

2.3化学发光中的激发态[1]

2.4植物光诱导延迟荧光[2]

2.4.1概况

2.4.2延迟荧光的理论

第三章延迟荧光机理初探

3.1理论分析

3.2实验研究

3.2.1材料与方法

3.2.2结果与分析

3.3结论

第四章叶绿体延迟荧光中730nm成份产生机理的光谱学研究

4.1引言

4.2材料与方法

4.3结果和讨论

4.3.1叶绿体的延迟荧光和荧光光谱

4.3.2叶绿体在不同浓度下的延迟荧光光谱

4.4结论

第五章逆境下植物延迟荧光特性研究

5.1实验材料与方法

5.1.1植物叶片的采样

5.1.2植物延迟荧光检测系统

5.1.3叶绿体的制备

5.1.4叶绿体完整率的测定

5.1.5叶绿体放氧活力的测定

5.1.6植物光合效率的测定

5.2结果和讨论

5.2.1模拟酸雨对植物叶片延迟荧光的影响

5.2.2二氧化硫对植物叶片延迟荧光的影响

5.3结论

第六章延迟荧光在农业光合能力检测中的应用研究

6.1引言

6.2.实验

6.2.1叶绿体的制备

6.2.2光谱测量

6.2.3延迟荧光测量系统

6.2.4仪器性能验证

6.3结果与讨论

6.3.1最佳激发参数和测量温度的选择

6.3.2传感器测量结果和传统方法测量结果的相关性分析

6.4.结论

第七章光诱导延迟荧光的应用展望

7.1延迟荧光在生物医学中的应用

7.1.1衰老与活性氧发光分析

7.1.2炎症与活性氧发光检测[6]

7.1.3血清的延迟荧光与疾病诊断

7.2延迟荧光在农业科学中的应用

7.3延迟荧光在环境科学中的应用

结束语

参考文献

参考文献(1)

参考文献(2)

参考文献(3)

参考文献(4)

参考文献(5)

参考文献(6)

参考文献(7)

硕士期间申请的专利和发表的论文

致谢

硕士学位论文授权书