[发明专利]远程无线监测植物叶绿素荧光的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及植物叶绿素荧光测量技术领域，具体涉及一种远程无线监测植物叶绿素荧光的方法和系统。

背景技术

光合作用是植物的核心代谢过程，是整个生态系统能量流动和物质循环的基础。在野外现场测量植物的光合作用是植物生理生态学研究的热点。常用的方法是携带仪器到野外人工测量植物光合作用的日变化，难以做到长期连续监测。

植物光合作用的测量主要包括气体交换、调制叶绿素荧光、差示吸收和光合放氧等几种技术。目前只有气体交换和调制叶绿素荧光技术适合野外测量。其中调制叶绿素荧光技术被称为光合作用研究的活体探针，它不仅能反映光能吸收、激发能传递和光化学反应等光合作用的原初反应过程，而且与电子传递、质子梯度的建立及ATP合成和CO₂固定等过程有关。多数光合作用过程变化都可通过调制叶绿素荧光反映出来，而其测定不需破碎细胞、不伤害生物体，因此通过研究叶绿素荧光变化来反映光合作用的变化是一种简便、快捷、可靠的方法，在国际科研界得到了极为广泛的应用(Papageorgiou GC，Govindjee.Chlorophyll a Fluorescence：a Signature of Photosynthesis.Dordrecht：Springer；2004.)。

调制叶绿素荧光技术中常用的荧光参数包括(韩博平，韩志国，付翔.藻类光合作用机理与模型.2003.科学出版社.P.57-78；Schreiber U.Pulse-Amplitude-Modulation(PAM)fluorometry and saturation pulse method：an overview.In：Chlorophyll Fluorescence：a Signature of Photosynthesis.Edited by Papageorgiou GC，Govindjee，Springer；2004：279-319；Kramer DM，Johnson G，Kiirats O，Edwards GE.New fuorescence parameters for the determination of QA redox state and excitation energy fluxes.Photosynthesis Research，2004，79：209-218)：

暗适应后的基础荧光Fo；

暗适应后的最大荧光Fm；

实时荧光F；

光适应后的最大荧光Fm’；

最大光合效率Fv/Fm＝(Fm-Fo)/Fm；

实际光合效率Y(II)＝(Fm’-F)/Fm’；

相对电子传送速率rETR＝PAR*Y(II)*0.84*0.5；

光化学淬灭qP＝(Fm’-F)/Fv’＝1-(F-Fo’)/(Fm’-Fo’)或qL＝(Fm’-F)/(Fm’-Fo’)·Fo’/F＝qP·Fo’/F；

非光化学淬灭qN＝(Fv-Fv’)/Fv＝1-(Fm’-Fo’)/(Fm-Fo)或NPQ＝(Fm-Fm’)/Fm’＝Fm/Fm’-1；

调节性能量耗散的量子产量Y(NPQ)＝1-Y(II)-1/(NPQ+l+qL(Fm/Fo-1))；

非调节性能量耗散的量子产量Y(NO)＝1/(NPQ+l+qL(Fm/Fo-1))等。

这些荧光参数都具有典型的生物学意义，有着非常广泛的应用。由于在野外测量Fo’非常不方便，且Fo’的数值与Fo非常接近，因此在生态学研究中计算qP、qL、qN等参数时一般用Fo代替Fo’。

对植物的光合作用进行长期连续监测一直是科研人员的梦想。德国WALZ公司推出的连续监测荧光仪MONITORING-PAM，可以连续监测F、Fm’、Y(II)和rETR四个荧光指标(Porcar-Castell A，Pfündel E，Korhonen JFJ，Juurola E.A new monitoring PAM fluorometer(MONI-PAM)to study the short-and long-term acclimation of photosystem II in field conditions Photosynthesis Research，2008，96(2)：173-179.)，但由于在连续监测过程中软件不具备每天重新测量Fo和Fm的功能，因此无法长期监测qP、qL、qN、NPQ、Y(NPQ)、Y(NO)等参数。同时测量数据不能远程无线传输，只能人工下载。