葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量中 Fv/Fm 與 FvP/FmP 方法的差異及應(yīng)用

一、Fv/Fm 測(cè)量法的基本原理與特點(diǎn)

（一）測(cè)量原理

Fv/Fm 測(cè)量法基于暗適應(yīng)條件下的葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)原理。在暗適應(yīng)過程中，植物葉片中的光系統(tǒng) Ⅱ 反應(yīng)中心處于開放狀態(tài)，此時(shí)非光化學(xué)淬滅（NPQ）被充分消除，光化學(xué)淬滅處于最大水平。暗適應(yīng)后，對(duì)葉片施加一個(gè)極弱的測(cè)量光，此時(shí)測(cè)得的熒光值為初始熒光（Fo），它代表了 PSII 反應(yīng)中心處于開放狀態(tài)時(shí)的熒光發(fā)射，主要來源于天線色素蛋白復(fù)合體的熒光發(fā)射。隨后，施加一個(gè)飽和脈沖光，使 PSII 反應(yīng)中心瞬間處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)測(cè)得的熒光值為最大熒光（Fm）。而可變熒光（Fv）則定義為最大熒光與初始熒光的差值，即 Fv=Fm-Fo。Fv/Fm 則表示 PSII 的最大量子產(chǎn)額，其計(jì)算公式為 Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm，該值反映了 PSII 反應(yīng)中心在開放狀態(tài)下將吸收的光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的最大效率。

（二）測(cè)量步驟

Fv/Fm 測(cè)量法的核心步驟是暗適應(yīng)處理。通常需要將植物葉片置于暗環(huán)境中一段時(shí)間（一般為 20-30 分鐘以上），以確保 PSII 反應(yīng)中心開放，非光化學(xué)淬滅解除。暗適應(yīng)可以通過暗適應(yīng)夾等工具實(shí)現(xiàn)，將葉片夾持后放置在黑暗環(huán)境中。暗適應(yīng)結(jié)束后，使用葉綠素?zé)晒鈨x先施加測(cè)量光獲取 Fo，再施加飽和脈沖光獲取 Fm，最后通過計(jì)算得到 Fv/Fm 值。

（三）測(cè)量精確度及影響因素

在理想的暗適應(yīng)條件下，F(xiàn)v/Fm 測(cè)量法具有較高的測(cè)量精確度和重復(fù)性，其正常值范圍通常在 0.75-0.85 之間，當(dāng)植物受到逆境脅迫（如干旱、高溫、低溫、鹽脅迫等）時(shí)，該值會(huì)顯著下降，因此常被用作植物光合功能損傷的敏感指標(biāo)。然而，F(xiàn)v/Fm 測(cè)量法的精確度受暗適應(yīng)質(zhì)量的影響較大。若暗適應(yīng)時(shí)間不足，PSII 反應(yīng)中心未能開放，非光化學(xué)淬滅未消除，會(huì)導(dǎo)致 Fo 偏高、Fm 偏低，從而使計(jì)算得到的 Fv/Fm 值偏小，產(chǎn)生測(cè)量誤差。此外，暗適應(yīng)過程中環(huán)境條件的變化（如溫度波動(dòng)、葉片失水等）也可能影響測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性。

（四）暗適應(yīng)對(duì)植物的潛在干擾

有學(xué)者提出，傳統(tǒng) Fv/Fm 測(cè)量法所需的暗適應(yīng)過程可能破壞植物本身的生理狀態(tài)平衡。自然生長(zhǎng)狀態(tài)下的植物葉片長(zhǎng)期處于光周期循環(huán)中，暗適應(yīng)強(qiáng)制中斷了正常的光驅(qū)動(dòng)代謝過程，可能導(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉、光合酶活性改變、碳代謝流中斷等一系列生理變化。這種人為干預(yù)不僅偏離了植物真實(shí)的生長(zhǎng)環(huán)境，還可能使測(cè)量結(jié)果無法準(zhǔn)確反映植物在自然光照條件下的光合功能狀態(tài)，尤其對(duì)光周期敏感型植物或處于快速生長(zhǎng)階段的葉片影響更為顯著。

二、FvP/FmP 測(cè)量法的基本原理與特點(diǎn)

（一）測(cè)量原理

FvP/FmP 測(cè)量法是一種在穩(wěn)態(tài)光條件下測(cè)量 PSII 最大量子產(chǎn)額的方法，其前提是 PSII 的活性淬滅機(jī)制仍在運(yùn)作且 PSII 處于開放狀態(tài)。在穩(wěn)態(tài)光環(huán)境中，植物葉片處于光適應(yīng)狀態(tài)，此時(shí) PSII 反應(yīng)中心在光驅(qū)動(dòng)下不斷進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，活性淬滅（如光化學(xué)淬滅 qP）機(jī)制正常運(yùn)作，而非光化學(xué)淬滅可能部分存在，但通過特定的測(cè)量設(shè)計(jì)可確保 PSII 反應(yīng)中心處于開放狀態(tài)。在測(cè)量過程中，首先在穩(wěn)態(tài)光條件下獲取基礎(chǔ)熒光（F），然后施加飽和脈沖光，測(cè)得此時(shí)的最大熒光（FmP），而可變熒光（FvP）則為 FmP 與 F 的差值，即 FvP=FmP - F。FvP/FmP 的計(jì)算公式為 FvP/FmP=(FmP - F)/FmP，該值反映了在穩(wěn)態(tài)光條件下 PSII 的最大量子產(chǎn)額。

（二）測(cè)量步驟

與 Fv/Fm 測(cè)量法不同，F(xiàn)vP/FmP 測(cè)量法不需要進(jìn)行暗適應(yīng)處理。測(cè)量時(shí)，直接將測(cè)量探頭對(duì)準(zhǔn)處于自然光照或特定穩(wěn)態(tài)光環(huán)境下的植物葉片，儀器會(huì)先在當(dāng)前的穩(wěn)態(tài)光條件下測(cè)量基礎(chǔ)熒光（F），隨后施加一個(gè)飽和脈沖光，測(cè)得最大熒光（FmP），進(jìn)而計(jì)算得到 FvP/FmP 值。這種測(cè)量方式簡(jiǎn)化了操作步驟，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)植物葉片光合功能的快速實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（三）測(cè)量精確度及影響因素

FvP/FmP 測(cè)量法避免了暗適應(yīng)過程帶來的時(shí)間成本和潛在誤差，能夠在自然生長(zhǎng)條件下快速獲取測(cè)量結(jié)果，具有較高的時(shí)間分辨率。然而，其測(cè)量精確度受穩(wěn)態(tài)光環(huán)境穩(wěn)定性的影響較大。若測(cè)量過程中光照強(qiáng)度發(fā)生波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致 PSII 反應(yīng)中心的開放狀態(tài)發(fā)生變化，從而影響基礎(chǔ)熒光（F）和最大熒光（FmP）的測(cè)量準(zhǔn)確性，進(jìn)而導(dǎo)致 FvP/FmP 值的偏差。此外，植物葉片的生理狀態(tài)（如葉片溫度、水分狀況等）在穩(wěn)態(tài)光條件下的動(dòng)態(tài)變化也可能對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定影響。

三、Fv/Fm 與 FvP/FmP 測(cè)量法的對(duì)比分析

（一）測(cè)量原理差異

Fv/Fm 測(cè)量法依賴于暗適應(yīng)條件，通過消除非光化學(xué)淬滅，使 PSII 反應(yīng)中心處于開放的 “靜息" 狀態(tài)，測(cè)量的是暗適應(yīng)后的最大量子產(chǎn)額，反映了 PSII 的潛在最大光化學(xué)效率。而 FvP/FmP 測(cè)量法在穩(wěn)態(tài)光條件下進(jìn)行，PSII 反應(yīng)中心處于動(dòng)態(tài)的光化學(xué)過程中，活性淬滅機(jī)制正常運(yùn)作，測(cè)量的是穩(wěn)態(tài)光下的最大量子產(chǎn)額，反映了 PSII 在實(shí)際光環(huán)境中的即時(shí)最大光化學(xué)效率。

（二）測(cè)量步驟差異

Fv/Fm 測(cè)量法的關(guān)鍵步驟是暗適應(yīng)處理，這需要額外的時(shí)間和設(shè)備（如暗適應(yīng)夾），操作相對(duì)繁瑣，不適合進(jìn)行大規(guī)模、高通量的快速測(cè)量。而 FvP/FmP 測(cè)量法無需暗適應(yīng)，可直接在自然或穩(wěn)態(tài)光環(huán)境下測(cè)量，操作簡(jiǎn)便快捷，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)植物葉片的連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（三）測(cè)量精確度差異

Fv/Fm 測(cè)量法在嚴(yán)格的暗適應(yīng)條件下，測(cè)量結(jié)果具有較高的穩(wěn)定性和重復(fù)性，是實(shí)驗(yàn)室中精確評(píng)估 PSII 最大量子產(chǎn)額的標(biāo)準(zhǔn)方法。但暗適應(yīng)過程的質(zhì)量控制難度較大，易受外界因素干擾，且可能干擾植物生理狀態(tài)。FvP/FmP 測(cè)量法雖然避免了暗適應(yīng)的問題，但受穩(wěn)態(tài)光環(huán)境波動(dòng)的影響較大，在光照不穩(wěn)定的情況下測(cè)量精確度可能下降，但其在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)植物光合功能變化方面具有優(yōu)勢(shì)。

（四）適用場(chǎng)景差異

Fv/Fm 測(cè)量法適用于實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)植物光合生理特性的精確研究，如逆境脅迫下植物光合功能損傷的定量分析、不同基因型植物光合效率的比較等。由于需要暗適應(yīng)，該方法不太適合田間自然條件下的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和大規(guī)模樣品測(cè)量。FvP/FmP 測(cè)量法適用于田間自然環(huán)境或溫室穩(wěn)態(tài)光條件下的快速監(jiān)測(cè)，可用于評(píng)估植物在實(shí)際生長(zhǎng)環(huán)境中的光合表現(xiàn)，如作物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、生態(tài)系統(tǒng)光合功能評(píng)估等，尤其適合需要快速獲取大量數(shù)據(jù)的研究場(chǎng)景。

四、MultispeQ 植物多參數(shù)測(cè)量?jī)x與 FvP/FmP 測(cè)量法的應(yīng)用

MultispeQ 植物多參數(shù)測(cè)量?jī)x是一款便攜式的植物生理測(cè)量?jī)x器，其在實(shí)驗(yàn)中通常不采用暗適應(yīng)方法，而是使用 FvP/FmP 測(cè)量法。這一設(shè)計(jì)主要基于以下原因：首先，MultispeQ 的應(yīng)用場(chǎng)景多為田間自然環(huán)境或溫室實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要快速獲取植物的光合生理信息，暗適應(yīng)過程會(huì)顯著降低測(cè)量效率，無法滿足高通量、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求。其次，F(xiàn)vP/FmP 測(cè)量法的前提是 PSII 的活性淬滅機(jī)制仍在運(yùn)作且 PSII 處于開放狀態(tài)，MultispeQ 通過優(yōu)化的測(cè)量光和飽和脈沖光設(shè)計(jì)，能夠在穩(wěn)態(tài)光條件下準(zhǔn)確測(cè)量 F 和 FmP，從而計(jì)算得到 FvP/FmP 值。

在實(shí)際應(yīng)用中，MultispeQ 結(jié)合 FvP/FmP 測(cè)量法能夠快速評(píng)估植物的光合功能狀態(tài)，如在作物育種中篩選高光效品種、在農(nóng)田管理中監(jiān)測(cè)作物的生長(zhǎng)狀況和逆境響應(yīng)等。與傳統(tǒng)的 Fv/Fm 測(cè)量法相比，MultispeQ 的測(cè)量過程更加便捷高效，能夠在自然條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)植物的無損監(jiān)測(cè)，避免了暗適應(yīng)對(duì)植物生理狀態(tài)的干擾，為植物生理研究和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐提供了有力的工具支持。

Fv/Fm 和 FvP/FmP 兩種葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量方法在原理、步驟、精確度和適用場(chǎng)景等方面存在顯著差異。Fv/Fm 測(cè)量法基于暗適應(yīng)條件，雖能精確反映 PSII 的潛在最大光化學(xué)效率，但暗適應(yīng)可能干擾植物生理狀態(tài)，更適用于實(shí)驗(yàn)室精確研究；而 FvP/FmP 測(cè)量法無需暗適應(yīng)，可在穩(wěn)態(tài)光下快速獲取 PSII 即時(shí)最大光化學(xué)效率，更貼合自然生長(zhǎng)狀態(tài)，適用于田間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和高通量測(cè)量。

MultispeQ 植物多參數(shù)測(cè)量?jī)x采用 FvP/FmP 測(cè)量法，充分發(fā)揮了其在快速、便捷、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及減少生理干擾方面的優(yōu)勢(shì)。未來需進(jìn)一步優(yōu)化兩種方法的標(biāo)準(zhǔn)化流程，探索結(jié)合二者優(yōu)勢(shì)的綜合測(cè)量方案，同時(shí)推動(dòng)儀器技術(shù)發(fā)展，開發(fā)兼具高精度、高效率且低生理干擾的測(cè)量工具，為植物光合作用研究和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供更強(qiáng)支撐。