光聲光譜技術(shù)在光合作用研究中的應用
1當光照射密閉容器里的樣品時(shí)，容器內能產(chǎn)生聲 波，這一現象稱(chēng)為光聲效應。光聲光譜是基于光聲效 應的一種光譜技術(shù)。早在1880年Bell就發(fā)現了光聲 效應，但直到20世紀70年代，Robin和Rosencwaig 的研究工作n 表明光聲光譜法可以用來(lái)測定傳統光 譜法難以測定的光散射強或不透明樣品時(shí)，光聲光譜 才開(kāi)始引起人們的廣泛重視。近年來(lái)，隨著(zhù)新光源、 學(xué)和生物技術(shù)研究特別支持項目共同資助。 聲傳感技術(shù)以及微弱信號檢測技術(shù)不斷進(jìn)步，加上光 聲光譜學(xué)理論逐步完善，光聲光譜技術(shù)得到迅速發(fā) 展。目前，光聲光譜技術(shù)已廣泛應用于物理學(xué)、化學(xué)、 生物學(xué)、醫學(xué)和環(huán)境保護等眾多領(lǐng)域。 20世紀70年代中期以來(lái)，研究者開(kāi)始應用光聲 光譜技術(shù)研究光合作用。Adams等 得到完好和搗 碎了的菠菜葉子的光聲光譜圖，與所提取的葉綠素的 吸收光譜完全一致；Malkin等[3 首先應用光聲光譜 技術(shù)來(lái)檢測光合作用的能量利用效率；Buhs等 發(fā) 現在氣態(tài)光聲池裝置下出現的強烈信號來(lái)自光合作 用放氧；Poulet’~：2提供了分析光聲矢量信號的數學(xué)分 析方法，針對實(shí)驗中出現的氣體吸收信號以及為區分 光聲放氧信號和氣體吸收信號；Reising等 組建了 氣態(tài)脈沖式光聲儀�？傊�在不到30a時(shí)間，光聲技術(shù) 被越來(lái)越廣泛地運用到光合作用研究領(lǐng)域。

l 光合作用研究中光聲光譜技術(shù)的特點(diǎn) 光聲光譜技術(shù)目前已普遍應用于光合作用的研 究，相比于其它技術(shù)．
光聲光譜技術(shù)具有獨特的特點(diǎn)。 (1)光聲光譜技術(shù)是目前光合作用放氧測定技術(shù)中時(shí) 間分辨率最好的一項技術(shù)。這是因為普通氧電極是通 過(guò)電化學(xué)的方式，而光聲光譜技術(shù)通過(guò)物理的光聲效 應來(lái)檢測放氧信號。(2)利用光聲技術(shù)可以方便地研 究葉片的狀態(tài)轉換和環(huán)式電子傳遞生理功能，而過(guò)去 對狀態(tài)轉換和環(huán)式電子傳遞的研究主要利用葉綠體。 (3)利用光聲技術(shù)可以監測到光合作用中快速C()! 吸收情況，而這一點(diǎn)用常規的氣體交換技術(shù)是很難實(shí) 現的。(4)利用光聲技術(shù)還可以了解光合反應中心在 照光后因為分子結構重排而導致的體積變化，從而研 究這種體積變化對瞬態(tài)光譜吸收數據造成的影響。 (5)利用光聲光譜結合葉綠素熒光技術(shù)可以很好地研 究自然狀態(tài)下葉片的抗逆生理機制L7]。(6)利用光聲 光譜技術(shù)可以直接測量光熱效應，也即所吸收的光能 有多少轉化為非輻射的熱耗散，而目前常用的葉綠素 熒光技術(shù)只能間接估計熱耗散所占的份額。(7)光聲 光譜技術(shù)還能測定光合過(guò)程中的能量轉化效率等等。 光聲光譜技術(shù)特點(diǎn)的體現是與不斷發(fā)展的光聲 光譜理論和不斷改進(jìn)的光聲光譜設備緊密相關(guān)的。

2 光合作用研究中光聲信號分析 光聲信號可以為氣態(tài)環(huán)境中的微音器和液態(tài)環(huán) 境中的壓電傳感器所檢測到。 用于光合作用研究的光聲光譜儀有四種類(lèi)型．即 氣態(tài)調制型光聲光譜儀、氣態(tài)脈沖型光聲光譜儀、液 態(tài)脈沖型光聲光譜儀．以及目前已經(jīng)出現液態(tài)調制型 光聲光譜儀 。 對氣態(tài)光聲光譜儀而言，如果光合樣品是葉片， 氣體交換信號和樣品周?chē)鷼怏w的熱漲縮是產(chǎn)生的光 聲信號的主要組分。兩種組分的物理學(xué)性質(zhì)不一樣， 熱組分從葉綠體逸散到周?chē)�空氣中的速度比氣體交 換組分要快。 對于氣態(tài)脈沖式光聲儀而言，由于上面所說(shuō)的物 理學(xué)性質(zhì)上的差異，第一個(gè)光脈沖所產(chǎn)生的光聲信號 是光聲熱信號，其后均為氣體交換信號，這樣就可以 區分這兩種組分 。 ；對于氣態(tài)調制型光聲光譜儀，當 加上飽和背景光時(shí)，光合系統處在飽和狀態(tài)，光合氣 體交換速率不變，而光熱組分隨調制光變化，利用鎖 相放大器將光熱信號檢測出來(lái)，這樣可以區分這兩種 組分。；如果將調制頻率提高到100Hz以上。這時(shí)放 氧信號跟不上調制頻率的變化，鎖相放大器只能將光 熱信號檢測出來(lái)，采用這種方法也可以區分這兩種組 分；此外，可以利用特殊的傳感器來(lái)區分這兩種組分， 如LiNbO。壓電傳感器晶體與氣體之間的聲學(xué)阻抗 不匹配，因此，只能檢測到光熱信號l】 。 。 如果光合樣品是葉綠體懸浮液等液態(tài)制品(包括 PSⅡ和PS l的光合反應中一12,)，氣態(tài)光聲光譜儀只能 檢測到熱漲效應，這是因為在液體中，氧的逸散途徑 變長(cháng)以及液體表面的存在，大大衰減了放氧信號并導 致調制放氧頻率變小，因而鎖相放大器不能檢測 到 。液態(tài)光聲光譜儀不僅可以檢測到熱漲效應。而 且可以檢測到反應中心的體積變化 ，熱漲效應與樣 品溫度相關(guān)而反應中心的體積變化與光照強度相關(guān)。 由于光合樣品吸收一部分光能進(jìn)行光合作用，將 能量?jì)Υ嬗诠夂献饔玫闹虚g和最終產(chǎn)物，這種作用與 光合樣品的光聲熱漲效應相競爭，降低了光聲熱信 號，降低部分的相對值即為能量?jì)Υ婊蚍Q(chēng)光化學(xué)損 失。對葉片能量?jì)Υ娴臏y定一般將調制頻率調高到 100Hz以上，或采用水滲葉的方式 。 氣態(tài)光聲技術(shù)還能檢測光聲放氧信號的相對大 �。�稱(chēng)為氧的相對量子產(chǎn)率。

3 光合作用研究中光聲技術(shù)的發(fā)展 影響光聲效應的因子很多，如樣品的物理結構、 傳導性質(zhì)及葉圓片的氣體交換等，因此，光聲技術(shù)和 裝置是多種多樣的。
3．1 氣態(tài)光聲檢測 通常所用的光聲技術(shù)是將樣品置人含有微小體 積氣體的光聲池中，檢測光聲效應所引起的氣體壓強 的變化．Ducharme等 首先設計了這種光聲裝置用 于光合作用。這種裝置很適合于活體葉(離體的或非 離體的)的光聲測量，可以方便地測定放氧的相對量 子產(chǎn)率、能量?jì)Υ娴取?BR>氣態(tài)光聲光譜儀一般由電源、光源、光聲池、傳 感器、放大電路和輸出設備構成。傳感器一般采用微 音器；放大電路有兩種選擇，對于調制型光聲光譜儀， 放大部分采用鎖相放大器只對同頻率的信號進(jìn)行放 大，這樣可以提高儀器的信噪比并排除其它非調制信 號的干擾 ，對于脈沖型光聲光譜儀。利用精密的放 大電路直接將信號放大。研究者對氣態(tài)光聲光譜儀進(jìn) 行了各種改進(jìn)以用于不同的研究目的，比如為研究植 物葉片不同層次細胞的光能利用情況，Han等 巧 妙地改進(jìn)這種氣態(tài)調制式的光聲儀，使之可以測定葉 片不同層次的細胞的放氧相對量子效率。
氣態(tài)的光聲裝置有以下的局限性：(1)因為光聲 池體積微小(

3．2 液態(tài)光聲檢測 利用壓電傳感器可以對滲水葉、葉綠體懸浮液等 液態(tài)制品因照射光而產(chǎn)生的光聲信號進(jìn)行檢測。此時(shí) 光聲池不必密封，氣態(tài)光聲檢測技術(shù)所出現的局限性 都可以避免，并且可以將時(shí)間分辨率提高到1 ms以 內_ 。Brumfeld等 改進(jìn)的液態(tài)調制式光聲技術(shù)將 調制頻率提高到10 kHz(也即每周期100 s)，十分 有利于研究光合反應中心從微秒級到毫秒級的反應。 此外，液態(tài)脈沖式光聲儀的時(shí)間分辨率已經(jīng)達到50 ps 。 液態(tài)光聲檢測的局限性在于不能檢測光合氣體 交換信號，只能檢測光聲光熱信號和體積信號的變 化。溫度計| 溫度表| 風(fēng)速計| 照度計| 噪音計| 輻照計| 聲級計| 溫濕度計| 紅外線(xiàn)測溫儀| 溫濕度儀| 紅外線(xiàn)溫度計| 露點(diǎn)儀| 亮度計| 溫度記錄儀| 溫濕度記錄儀| 光功率計| 粒子計數器| 粉塵計|

3．3 光聲技術(shù)與葉綠素熒光技術(shù)的結合 普遍認為光聲放氧信號、光聲熱信號與葉綠素熒 光有密切的關(guān)系。為研究這種關(guān)系，Snel等 聲與熒光結合的儀器，光聲池的下表面同時(shí)置上檢測 光聲信號的聲敏傳感器和檢測熒光的PAM101儀的 光纖。Kolbowski等 將脈沖式氣態(tài)光聲與PAM101 熒光儀結合起來(lái)，初步顯示了熒光、光聲放氧、光聲 能量?jì)Υ婧凸饴暁怏w吸收信號的同時(shí)測量。

 4 光聲光譜技術(shù)在光合作用中的應用
4．1 光譜掃描 如果單獨考慮光聲光熱效應，則光聲光譜技術(shù)可 以用來(lái)進(jìn)行非破壞性的植物色素吸收光譜的掃描。改 變調制頻率和位相可以進(jìn)行不同深度色素掃描分 析 一。此外，不同深度的能量?jì)Υ鎾呙杞Y合光纖 微探測器可以用來(lái)研究不同層次葉肉組織的光能利 用梯度 。但這種光譜掃描的方法具有一定的局限 性，即光聲能量?jì)Υ嫘盘柉B加在光聲熱信號上，會(huì )對 色素吸收光譜造成影響 。
4．2 光聲能量?jì)Υ娴男再|(zhì) Carpentier等 ” 采用氣態(tài)調制型光聲技術(shù)研 究了光系統I(PS I)和光系統Ⅱ(PSⅡ)的能量?jì)?存性質(zhì)，能量?jì)Υ婺芰績(jì)Υ娴牡箶蹬c入射光強I呈線(xiàn) 性關(guān)系，DCMU處理大大降低PSⅡ的能量?jì)Υ娴墓?飽和曲線(xiàn)中的半光強i50；電子受體鐵氰化鹽(Fe (CN) 。)也降低了PS Ⅱ 的i50； 二氯靛酚藍 (DCIP)／四甲基對苯二胺(TMPD)增大了DCMU 處 理的PSⅡ的i50值，這些結果說(shuō)明，PSⅡ的能量?jì)Υ?值反映在調制周期時(shí)間內光照導致的PSⅡ還原側質(zhì) 體醌庫(PQ庫)的還原狀態(tài)。電子供體、電子受體 對PS I反應中心能量?jì)Υ娴挠绊懡Y果說(shuō)明，PS I的 能量?jì)Υ嬉卜磻�在調制周期時(shí)間內PS I還原側FeS 中心的還原狀態(tài)�！�?。
4．3 環(huán)式電子傳遞 以PS I為中心的環(huán)式電子傳遞在生理上的功能 和意義一直不太清楚，其中原因之一是很難直接測量 自然狀態(tài)下環(huán)式電子傳遞。近年來(lái)通過(guò)光聲技術(shù)對 PS I的能量?jì)Υ娴难芯�，給出了環(huán)式電子傳遞存在 的有力證據。Veeranjaneyulu等 ⋯研究光聲放氧信號 和能量?jì)Υ嫘盘柕牟ㄩL(cháng)譜，放氧到710 nm處降到0， 而能量?jì)Υ嬖?00～ 720 nm 處還仍然存在； Carpentier等 用DCMU 處理綠藻后發(fā)現還存在一 小部分的能量?jì)Υ�；Canaani等 ¨利用光聲技術(shù)發(fā)現 在光抑制的情況下Ps l儲存一定的能量；Canaani 等 對綠藻(Dunaliella salina)進(jìn)行鹽脅迫處理 (4M)，與對照相比，710 nm的能量?jì)Υ嫔仙�、而�?耦聯(lián)劑nigericin抑制這種能量?jì)Υ娴纳仙�趨勢；�?DCMU所抑制不了的能量?jì)Υ婵梢杂?，5-dibromo一 3 methyl 6-isoprophyl—P benzoquinone(DBMIB)完全 抑制，這些結果都說(shuō)明存在以PS I為中心的環(huán)式電 子傳遞，而且這種電子傳遞對植物抗逆性起了十分重 要的作用。 研究者利用光聲技術(shù)對環(huán)式電子傳遞儲能的大 小和PS I參與環(huán)式電子傳遞的程度以及環(huán)式電子流 的大小和類(lèi)型進(jìn)行討論 “ 。Jacque 胡利用電子受 體和抑制劑研究一種藻()hlamydomonas reinhardtii， 以PS I為中心的環(huán)式電子傳遞的類(lèi)型：一種環(huán)式電 子傳遞對DBMIB／MV(甲基紫精)敏感，說(shuō)明PQ和 鐵氧還蛋白參與其間；一種對抗酶菌素A(ANT)、粘 噻唑菌醇和2 n—heptyl 4一hydroxyquinoline N oxide (HQNO)敏感，說(shuō)明細胞色素b6(Cytb6)參與其間； 一種為NADPH 所調節。
4．4 狀態(tài)轉變與愛(ài)默生效應 在光合系統中，兩光系統的能量分配可以發(fā)生變 化，稱(chēng)為狀態(tài)轉變；愛(ài)默生增強效應直接反映在狀態(tài) I下能量分配有利于PSⅡ這一現象。利用光聲技術(shù) 可以方便地研究狀態(tài)轉換以及愛(ài)默生增強效應。 對于在狀態(tài)I下能量分配有利于PSⅡ，而在狀 態(tài)Ⅱ下兩個(gè)光系統的能量分配趨于平衡的機制目前 仍解釋得不清楚，有研究者認為激能滿(mǎn)溢造成了能量 從光系統Ⅱ向光系統l的傾斜。激能滿(mǎn)溢假說(shuō)有許多 爭議，另一種可能原因是捕光色素蛋白復合物Ⅱ (I CH Ⅱ)的磷酸化并向基粒非垛疊區的PS I移 動(dòng) ’ ，增大了PS I的吸收光的截面積。 Canaani等 利用光聲技術(shù)和熒光技術(shù)研究一 種藻Nostoe在710nm 光下的愛(ài)默生效應，結果說(shuō)明 在從狀態(tài)I轉變到狀態(tài)Ⅱ時(shí)，有15 ～21％ 的能量 從PSⅡ轉移到PS I。在這種狀態(tài)轉變中捕光色素蛋 白復合物I (I HC I)／Ⅱ被磷酸化并發(fā)生可逆移 動(dòng)一“ ，這種轉移導致PS I／PSⅡ吸收截面積的顯著(zhù) 變化～ ，用磷酸化酶的抑制劑NaF可以抑制狀態(tài)改 變的發(fā)生 。 然而用I CH Ⅱ的磷酸化并不能完全解釋狀態(tài)轉 變發(fā)生的機理。Canaani等一 發(fā)現缺失葉綠素的突變 苗的狀態(tài)轉變產(chǎn)生的原因是激能滿(mǎn)溢，而正常植株卻 是PS I／ps I吸收截面積改變造成狀態(tài)轉變。 Mullineaux等一 。用液態(tài)脈沖式光聲儀測量一種藻 ((Tyanobacte, ia1)的細胞在狀態(tài)轉變過(guò)程中630 nm 處光熱變化過(guò)程，發(fā)現在狀態(tài)I和狀態(tài)Ⅱ下光熱組分 均為2O 左右，說(shuō)明在狀態(tài)Ⅱ下，藻膽蛋白體細胞的 捕光復合物并沒(méi)有離開(kāi)PSⅡ 。
4．5 應用液態(tài)脈沖式光聲儀研究光反應中心的原初 光化學(xué)過(guò)程 通常用超快速吸收光譜研究反應中心的電子傳 64 遞過(guò)程，但是照光后的反應中心由于分子重排導致結 構發(fā)生變化，這種結構變化可能對光譜造成影響l_4 。 近年來(lái)研究者應用液態(tài)脈沖式光聲技術(shù)對反應中心 在納秒級到微秒級內光誘導的結構變化進(jìn)行研究。液 態(tài)脈沖光聲信號由熱信號和結構變化引起的體積變 化信號所組成，區分這兩種信號可以采用降低溫度的 方法，在4(、左右熱變化信號消失，只存在體積變化 信號。出現的光聲負信號被認為是分子重排導致的結 構變化引起的， 出現的時(shí)間在5O ns以?xún)?j， 對于 Phodobacter sp—R一26光合細菌，這種結構變化發(fā)生在 Behl P Q 和BchlP Q 一之間。這種結構變化導致 的體積變化大致在10×10 。m／mll3 、20×10 。m／ ml～ 和32×10 。m／ml 之間，由于時(shí)間分辨率目前 還到不10ps， 還需要進(jìn)一步研究。
4。6 光聲瞬態(tài)研究 用氣態(tài)調制光聲技術(shù)檢測的暗適應葉受光照后 出現一個(gè)短周期的光聲信號(產(chǎn)生時(shí)間小于1 s)，文 獻 上稱(chēng)為Oxygen Gush。同時(shí)或隨后出現一系列的 復雜的瞬態(tài)，包括光熱信號(能量?jì)Υ嫘盘?，氧氣 釋放信號，氣體吸收信號，最后趨向于穩態(tài)H ’ 。 這種復雜的光聲動(dòng)態(tài)變化曲線(xiàn)和光照強度，暗適應時(shí) 間、溫度、氣體成分等環(huán)境因子相關(guān)。 暗適應葉在重新照光時(shí)，葉綠素熒光迅速上升的 同時(shí)光聲信號的放氧組分下降l_4 ’”]。Malkin E44 3對暗 適應11 min的葉照70Wm。!強調制光時(shí)，觀(guān)察到氧 峰的下降沿與熒光的上升沿明顯相關(guān)�？赡苷f(shuō)明水到 PQ庫電子傳遞受限從而導致熒光上升而放氧下降。 一般而言，會(huì )出現第2個(gè)峰。在高濃度CO 下出現負 信號，該負信號被認為代表與光反應過(guò)程結合緊密的 氣體吸收。HavauxL4。 認為第1個(gè)氧氣釋放峰與葉綠 素熒光的0 P段線(xiàn)性相關(guān)，其他的并沒(méi)有顯著(zhù)的線(xiàn) 形關(guān)系。Bukhov等 對成熟葉測光聲變化和可變熒 光淬滅組分Afast／Aslow之間的關(guān)系發(fā)現光照初期 20 S內，Afast／Aslow沒(méi)有變化而氧峰出現下降，光 化學(xué)淬滅不變；20 S過(guò)后，Afast／Aslow與光聲信號 的線(xiàn)性相關(guān)程度逐漸變大。光化學(xué)淬滅變大。這說(shuō)明 在光照初期20 s內，光系統Ⅱ的初級電子受體(Q ) 全部還原而電子傳遞到PS I的能力低。在20 s之后， 光合活性增強，Afast／Aslow變大說(shuō)明線(xiàn)性電子傳遞 變強�？赡艿�1個(gè)氧峰反映的是誘導初期PSⅡ的電 子傳遞的瓶頸現象 。 由于高頻下光聲的信噪比變小，因而較難準確地 觀(guān)察到能量?jì)Υ娴乃矐B(tài)變似“]。Snel等 。。以370 Hz 的調制光測定光化學(xué)能量損失光化學(xué)損失，發(fā)現在強 飽和背景光(30Win～。)下存在雙相變化，快過(guò)程反 映光合最小熱耗散(小于10 ms，此時(shí)光合機構處在 最有效狀態(tài))；慢過(guò)程1 S內完成，在這個(gè)時(shí)間段非光 化學(xué)淬滅并未形成，因而說(shuō)明光合系統的電子傳遞受 限。在前30 S內，放氧與光化學(xué)損失不成比例，可能 是某種電子傳遞并未伴隨著(zhù)能量?jì)Υ娴漠a(chǎn)生。 Malkin等 E 用水滲葉在低頻下觀(guān)察能量?jì)Υ娴乃矐B(tài) 變化，一開(kāi)始出現最大光熱信號(即能量?jì)Υ孀钚?． 隨后趨于穩態(tài)。然而這種瞬態(tài)并未小到可以忽視的程 度，因此，他認為這種能量?jì)Υ嫠矐B(tài)可能反映PS I途 徑的電子傳遞(內源電子供體或循環(huán)式電子傳遞)。30 min暗適應可使這種能量?jì)Υ嫠矐B(tài)達到最小。低光強 的能量?jì)Υ嫠矐B(tài)接近于穩態(tài)而高光強的能量?jì)Υ嫠?態(tài)值下降。說(shuō)明甚至在光合誘導的初期，低光強下的 PSⅡ仍保持著(zhù)有效的光化學(xué)電子傳遞。誘導期問(wèn)光 聲熱信號也曾出現幾個(gè)瞬態(tài)峰，與放氧和氣體吸收峰 相對應。 在研究光聲放氧動(dòng)力學(xué)的過(guò)程中，有研究者發(fā)現 在某些情況下出現氣體吸收信號 。]。光聲氣體吸收 信號是與光聲氧氣釋放信號疊加在一起的，為區分這 兩種信號，Kolbowski等l9 設計計算機控制的脈沖調 制系統分析光聲信號．發(fā)現氧氣釋放峰在5 ms，而氣 體吸收峰在7 ms。Reising等 利用這種結合熒光的 新型光聲儀進(jìn)一步研究光聲氣體吸收瞬態(tài)。發(fā)現氣體 吸收和類(lèi)囊體膜能量化有緊密的關(guān)系，非光化學(xué)淬滅 上升伴隨著(zhù)氣體凈釋放的略微下降。高濃度的CO 誘導這種氣體吸收的發(fā)生。在MV存在的情況下，低 濃度的氧氣和高濃度的氧氣環(huán)境中，氣體吸收峰面積 不一致，說(shuō)明這種氣體吸收并不是(1，5一二磷酸核酮 糖羧化酶／加氧酶)催化的羧化或加氧反應。因此目 前認為這種氣體吸收有兩種可能：(1)因為光誘導的 基粒pH值升高 ¨隨后高pH值誘導碳酸鹽的形成 導致CO!的吸收 ；(2)各種類(lèi)型的() 吸收 。日本萬(wàn)用MULTI| 日本三和SANWA| 日本橫河YOKOGAWA| 日本日置HIOKI| 日本加野KANOMAX| 日本新宇宙COSMOS| 日本凱世KAISE| 日本新寶SHIMPO| 日本愛(ài)宕ATAGO 光聲氣體信號中出現氣體吸收信號，但這種氣體 吸收信號到底是() 吸收還是CO 吸收?如果不解決 這個(gè)問(wèn)題，光聲技術(shù)研究在檢測光合作用氣體信號上 就有很大的局限性。Reising等。。 應用光聲脈沖調制 技術(shù)，加入碳酸酐酶的抑制劑ethoxyzolamide，部分 抑制了這種吸收信號，但不影響()。釋放和熒光誘導 曲線(xiàn)，暗示這種吸收是CO 快速溶解所致(為碳酸酐 酶所催化)。Havaux等 在研究熱脅迫時(shí)發(fā)現48(、3 min熱脅迫導致氣體吸收的產(chǎn)生。起初他認為這種氣 體吸收是熱脅迫導致的Mehler反應加速進(jìn)行。在隨 后的研究中，Havaux等 認為這種氣體吸收是快速 的CO�？焖偃芙�，熱導致的這種氣體吸收對DCMU 不敏感，對PC抑制劑HgC1 敏感，這些結果說(shuō)明了 廣西科學(xué) 2004年2月 第11卷第1期 熱脅迫下氣體吸收聯(lián)系著(zhù)PS I，而與PSⅡ無(wú)關(guān)。 Tabrize等 對CO 吸收曲線(xiàn)增加了一個(gè)修正系數， 解決了CO 吸收曲線(xiàn)隨其濃度變化的影響，其實(shí)驗 結果證明這種氣體吸收與質(zhì)子梯度的建立緊密相關(guān)。 Reising等 胡用煙草突變植株再次證明這種氣體吸收 是CO 快速吸收。 如果這種氣體吸收是CO：快速吸收的話(huà)，可以 用光聲技術(shù)研究自然狀態(tài)下碳酸酐酶在光合作用中 的功能，而在以前是很難做到這一點(diǎn)的 ；可以采用 Poulet等 的方法精確得到放氧的相對量子產(chǎn)率；此 外， 可以更好解釋Canaani等h ]所謂的弱光適應 態(tài)。
4．7 環(huán)境脅迫
4．7．1 熱脅迫與冷脅迫 Havaux等 ” 用光聲技術(shù)測量?jì)煞N蠶豆葉片在 熱脅迫下的氧相對量子產(chǎn)率和能量?jì)Υ�，發(fā)現耐熱品 種的氧相對量子產(chǎn)率和能量?jì)Υ姹炔荒蜔崞贩N保持 穩定的時(shí)間長(cháng)，而能量?jì)Υ嬗直确叛醴�定。這說(shuō)明PS I較PSⅡ對熱脅迫不敏感。低光強可以保護蠶豆葉 片抵抗40(、的溫和脅迫，而且熱脅迫刺激了PS I的 能量?jì)Υ�，這說(shuō)明與PS I相連的環(huán)式磷酸化活性增 強以產(chǎn)生ATP來(lái)修補被破壞的PSⅡ “ 。此外，48 C 脅迫下3 min光聲信號出現的氣體吸收被認為是 Mehler反應所產(chǎn)生的() 光還原 。Havaux等_6門(mén)研 究PS I對熱脅迫的短期響應，發(fā)現PS I存在著(zhù)獨立 于PSⅡ的電子流途徑，這說(shuō)明在熱脅迫條件下PS I 存在著(zhù)一種自我保護機制。 Yakir等 結合葉綠素熒光和光聲技術(shù)研究 冷脅迫對西紅柿葉片的影響發(fā)現黑暗中冷脅迫對氧 釋放量子產(chǎn)率、葉綠素熒光和二氧化碳的吸收均無(wú)明 顯的影響，而一旦照光，三者均急劇下降。
4．7．2 光抑制 Buschman 在研究中發(fā)現蘿卜子葉被強光(600 W ·m )抑制1 5 min內，能量?jì)Υ娲蟠鬁p小，同時(shí) 伴隨可變熒光的降低。Havaux 在329Hz頻率下測 豌豆葉片的光熱值，發(fā)現在強光(4000／xmol photons／ m!×S)下15 min內，光熱值增長(cháng)了兩倍，而在685 nm處葉綠素熒光和放氧信號(14 Hz)都降低。這說(shuō) 明非輻射的熱耗散的升高是葉片對強光的一種保護 機制的反映，在強光脅迫下，光合系統把吸收的過(guò)多 能量以熱的形式散發(fā)出去。Canaani等∽ 發(fā)現能量?jì)?存要比氧氣釋放對光抑制不敏感，這也許是環(huán)式磷酸 化的作用。 光抑制下光聲熱信號升高的機理目前并不清楚， 一個(gè)觀(guān)點(diǎn)認為光系統熱耗散的升高伴隨著(zhù)類(lèi)囊體pH 值梯度的建立和熒光發(fā)射的降低 。葉綠素熒光的 能量淬滅qE反映了質(zhì)子梯度的建立，然而qE在暗 中數秒內即恢復，而光聲熱在暗中恢復很慢。 。 Havaux等 ” 用(DTT)二硫代蘇糖醇處理受光抑制 的葉片，抑制了玉米黃素的形成，同樣造成了光熱值 的上升，說(shuō)明熱散失升高不是因為玉米黃素形成導 致。 4．7．3 水分脅迫 用光聲技術(shù)和熒光技術(shù)結合起來(lái)的方法對水分 脅迫下的西紅柿葉片的研究表明，PSⅡ的人工電子 供體可以減緩干旱對PSⅡ氧化側的傷害，PS I相對 來(lái)說(shuō)不受干旱影響，狀態(tài)I到狀態(tài)Ⅱ的改變受到抑 制，這使葉片處在狀態(tài)I，光能量分配有利于PS Ⅱ一 �？焖俚乃�分脅迫主要影響PSⅡ的氧化側，而 慢的水分消耗在前6 d主要影響能量?jì)Υ�，PS I保持 穩定，進(jìn)一步的缺水將損害PS I，使雙光增益大大降 低：。 。

5 結束語(yǔ) 應用光聲光譜技術(shù)在研究光合作用的過(guò)程中出 現了許多新的現象需要解釋?zhuān)�比如說(shuō)光熱信號與葉綠 素熒光的能量淬滅之間的關(guān)系；光聲放氧信號中出現 的氧峰信號產(chǎn)生的機理；光聲氣體吸收信號到底是 o：吸收還是CO：的快速溶解；光聲檢測到的反應中 心在原初光化學(xué)反應過(guò)程中體積變化所發(fā)生的時(shí)間 和大小等等。這些現象有的已得到初步結論，有的還 在研究過(guò)程中，但無(wú)疑光聲光譜技術(shù)在光合作用研究 中的應用大大開(kāi)拓了視野，豐富了我們對光合作用機 理的認識。

 脅迫下的西紅柿葉片的研究表明，PSⅡ的人工電子 供體可以減緩干旱對PSⅡ氧化側的傷害，PS I相對 來(lái)說(shuō)不受干旱影響，狀態(tài)I到狀態(tài)Ⅱ的改變受到抑 制，這使葉片處在狀態(tài)I，光能量分配有利于PS Ⅱ一 �？焖俚乃�分脅迫主要影響PSⅡ的氧化側，而 慢的水分消耗在前6 d主要影響能量?jì)Υ�，PS I保持 穩定，進(jìn)一步的缺水將損害PS I，使雙光增益大大降 低：。 。

5 結束語(yǔ) 應用光聲光譜技術(shù)在研究光合作用的過(guò)程中出 現了許多新的現象需要解釋?zhuān)�比如說(shuō)光熱信號與葉綠 素熒光的能量淬滅之間的關(guān)系；光聲放氧信號中出現 的氧峰信號產(chǎn)生的機理；光聲氣體吸收信號到底是 o：吸收還是CO：的快速溶解；光聲檢測到的反應中 心在原初光化學(xué)反應過(guò)程中體積變化所發(fā)生的時(shí)間 和大小等等。這些現象有的已得到初步結論，有的還 在研究過(guò)程中，但無(wú)疑光聲光譜技術(shù)在光合作用研究 中的應用大大開(kāi)拓了視野，豐富了我們對光合作用機 理的認識。