操作手册 - East China Normal Universityzwslx.ecnu.edu.cn/_upload/article/files/4f/7f/1ed8... · 3.2 饱和脉冲分析法我们前面已经提到，叶片吸收的光能以热、荧光和光合作用的形式释放出

调制叶绿素荧光仪——

Junior－PAM

操作手册

信长朋译

第一版

2008年 8月

泽泉国际集团（香港）有限公司

泽泉科技有限公司

德国WALZ 公司中国技术服务中心

地址：上海市中江路879 号天地软件园28 号楼402-403 室（200333）

电话：021-51556114/15/16/17/18 传真：021-51556111 E-Mail：[email protected] 网址：http://www.zealquest.com

调制叶绿素荧光仪 Junior-PAM 操作手册泽泉科技有限公司，德国 WALZ 公司中国技术服务中心

I

目录

1 安全指导....................................................................................................................1

2 Junior-PAM 组件及安装 ............................................................................................2

2.1 Junior-PAM 组件 .............................................................................................2

2.2 仪器的组装及软件安装.................................................................................3

2.2.1 Junior-PAM 组装 ..................................................................................3

2.2.2 安装 WinControl-3 软件 .....................................................................3

3 PAM 荧光测定技术和饱和脉冲分析 ......................................................................4

3.1 调制荧光（脉冲－振幅－调制）.................................................................4

3.2 饱和脉冲分析法.............................................................................................6

4 基本实验....................................................................................................................8

4.1 Fo'-Mode 的测量 .............................................................................................8

4.2 荧光诱导曲线.................................................................................................9

5 Junior-PAM 控制软件 WinControl-3 的操作..........................................................11

5.1 初始窗口/主窗口 .........................................................................................11

5.1.1 Box (1)主菜单 ....................................................................................11

5.1.2 Box (2) 数据管理和图形形状的设定 ..............................................12

5.1.3 Box (3) 侧栏 ......................................................................................13

5.1.4 Box (4) 饱和脉冲分析数据 ..............................................................14

5.1.5 Box (5) 在线数据 ..............................................................................15

5.1.6 Box (6) 饱和脉冲触发 ......................................................................15

5.1.7 Box(7) 实验的参数及程序 ...............................................................15

5.1.8 Box (8) 图形形状及荧光仪设置 ......................................................16

5.1.9 Box (9) 坐标轴调整 ..........................................................................17

5.1.10 选择纵坐标及进行文本注释..........................................................17

5.1.11 图表区-选择数据 ............................................................................17

5.2 诱导曲线窗口...............................................................................................18

5.3 光响应曲线...................................................................................................18


II

5.4 饱和脉冲图形窗口.......................................................................................18

5.4.1 Box (2) 数据管理 ..............................................................................18

5.4.2 Box (3) 侧栏 ......................................................................................19

5.4.3 饱和脉冲面板....................................................................................19

5.5 报告文件窗口...............................................................................................20

5.5.1 Box (11) 数据管理 ............................................................................20

5.5.2 Box (12) 报告数据区域 ....................................................................21

5.6 设置窗口.......................................................................................................22

5.6.1 Box (14) 设备名 ................................................................................22

5.6.2 Box (15) 测量相关设置 ....................................................................22

5.6.3 Box (16) 光源相关设置 ....................................................................23

5.6.4 Box (17) 程序相关设置 ....................................................................23

5.6.5 Box (18) 光强列表 ............................................................................24

5.7 系统设置.......................................................................................................25

6 参数符号及计算公式..............................................................................................26

6.1 相对荧光产量...............................................................................................26

6.1.1 样品暗适应后进行测定....................................................................26

6.1.2 对光下样品进行测量........................................................................26

6.2 荧光淬灭参数...............................................................................................27

6.3 相对电子传递速率（ETR） .......................................................................28

6.4 光响应曲线...................................................................................................29

6.5 本章参考文献...............................................................................................31

7 一些叶绿素荧光的综述文献..................................................................................33

8 JUNIOR-PAM 技术参数.........................................................................................35


1

1 安全指导

1、仪器安装使用前首先阅读安全指导和操作指南

2、注意所有的安全警告

3、仪器要远离热源

4、保持仪器清洁，注意防尘，远离水和潮湿的地方

5、只能用干布清洁仪器

6、不要自行打开仪器，仪器应由专业人员维修

7、不要用光纤对着眼睛以免强光灼伤


2

2 Junior-PAM 组件及安装

2.1 Junior-PAM 组件

a) Junior-PAM主机

b) USB连接线

c）包含WinControl-3软件和英文版操作手册的光盘

d) 英文版操作手册

e）400×1.5 mm(长×直径)光纤

f) 叶夹和磁性叶夹

g）荧光标准

图2.1 Junior-PAM的组成


3

2.2 仪器的组装及软件安装

2.2.1 Junior-PAM 组装

将光纤较粗的一端插到Junior-PAM主机的光纤接口，轻轻的将光纤插到

底，锁紧。

将光纤另一端插到磁性叶夹，调节光纤末端到样品的距离为1mm。

用USB线将Junior-PAM主机和电脑（支持Windows 2000, XP 或者 Vista）连

接好。

图2.2 Junior-PAM光纤接口图2.3 磁性叶夹

2.2.2 安装 WinControl-3 软件

登录http://www.walz.com/ 下载最新版WinControl-3，将软件放到英文目

录下，双击软件进行安装。（建议将软件安装到D盘或者E盘等非系统分区）

安装完成后会在桌面上出现WinControl-3快捷方式。

双击桌面上WinControl-3的快捷方式启动软件，软件启动后自动搜索仪器

接口，搜索成功后直接进入主界面（未连接仪器时可以选择

Offline-Mode）。


4

3 PAM 荧光测定技术和饱和脉冲分析

叶绿素分子吸收可见光光子后发生电子跃迁，电子跃迁到能量较高的激发

态。通常情况下处于激发态的电子不稳定，要放出能量回到基态。电子回到基

态时放出的能量用于：1）发射出红色荧光；2）放出热；3）用于光化学反应。

三种途径彼此竞争，因此热耗散和光化

学反应的变化都会引起荧光产量的变

化，当然入射光强的变化也会引起荧光

的变化。

在光合膜上，有2％到10%的吸收光能以PSII荧光的形式释放出来。而PSI发

射的荧光量很小并且是恒定的，这里没有进行考虑。从1931年Kautsky和Hirsch

（Naturwissenschaften 19:964）观察到叶绿素荧光的产量变化和光合作用相关

开始，到接下来的50年中，快速、高灵敏度荧光仪的发明为阐明光合作用复杂的

机理起到了极大的推动作用。

20世纪80年代中期，调制荧光仪专利技术（PAM）的发明大大促进了光合作

用的研究。从第一台调制荧光仪PAM－101到最新的便携式荧光仪（PAM－

2100/2500）、水下荧光仪（Diving－PAM）及荧光成像系统（Imaging－PAM M

Series）在世界各地都得到了广泛的应用。

和传统荧光仪不同的是，PAM荧光仪只记录由测量光激发的荧光，而对由其

它光照引起的荧光不进行记录。这就允许在存在环境光时对样品进行测定。

下面简短介绍调制荧光仪的荧光信号及饱和脉冲分析方法。

3.1 调制荧光（脉冲－振幅－调制）

图3.1 A 描绘这么一个程序：存在脉冲光时分别照射两个不同强度的光化光

（每个持续80s）。通常情况下这个脉冲光的振幅和频率恒定且强度较低（不足

以引起光合作用），在PAM荧光仪中，这个脉冲光就是测量光。


5

图3.1 调整荧光仪（PAM）测量图解

如果用图3.1 A的照光程序来照射Junior-PAM的荧光标准而用传统荧光仪进

行记录时就会得到图3.1 B中标注了"standard"的荧光曲线。如果用这个程序照

射叶片的话，用传统荧光仪记录的典型“Kautsky-type”诱导曲线如图3.1 B中

标注了"leaf"的荧光曲线。从图3.1 B中的荧光曲线中我们可以看到光化光的强

度大大影响了荧光信号的强度，当光化光强度较高时记录的荧光信号远高于当

光化光较低时记录的荧光信号。传统荧光仪不仅记录由测量光激发的荧光也记

录了由光化光激发的荧光，即传统荧光仪记录的是这两种荧光信号的加和。


6

而PAM荧光仪只记录由脉冲测量光激发的荧光（见图3.2 B的插图）。因此，

用图3.1 A的程序照射荧光标准时PAM荧光仪记录的荧光信号是恒定的；而当照

射叶片时，虽然两个光化光光强相差一倍，但是PAM荧光仪记录的两个光化光下

的荧光曲线几乎是相同的（图3.1 C）。

3.2 饱和脉冲分析法

我们前面已经提到，叶片吸收的光能以热、荧光和光合作用的形式释放出

来，三条途径相互竞争。由于光合速率上升引起的荧光产量的淬灭称为光化学

淬灭，而其它部分的荧光淬灭都是由热耗散引起的，称之为非光化学淬灭。饱

和脉冲分析法可以区分光化学淬灭和非光化学淬灭。

图3.2 饱和脉冲分析方法


7

图3.2是一条荧光诱导曲线。当叶片在黑暗状态下长时间暗适应后所有的

PSII反应中心都处于开放状态，可以最大效率的将激发能转化成光化学。即，此

时的光化学淬灭是最大的。此时荧光产量最低，记作Fo。

暗适应叶片在照光前和照光后分别照射一个饱和脉冲光。“饱和”是指光

的强度和持续时间都足够完全还原两个光系统之间的电子载体从而使PSII缺乏

电子受体。在缺少电子受体的情况下，PSII的反应中心不能进行光化学反应从

而完全关闭，即，光化学淬灭为0。此时，荧光产量达到最大值记作Fm（暗适应

后样品）或Fm'（光下样品）。

在图3.2中，每次饱和脉冲后照射了几秒钟的远红光。运红光被PSI吸收

（PSII吸收的很少）。PSI吸收远红光后迅速从电子传递链中获得电子从而使

PSII的反应中心打开使光化学淬灭最大化。照远红光使荧光产量降到一个很低

的水平，记作Fo'。

照射光化光时，会在类囊体膜两侧产生跨膜质子梯度（ΔPH）及叶黄素、玉

米黄质。跨膜质子梯度和玉米黄质的浓度可以很好的反映非光化学淬灭。当光

化光关闭后，跨膜质子梯度瓦解叶黄素逐步转化成堇菜黄质。

然而，远红光引起的PSII反应中心开放速度比跨膜质子梯度的瓦解和叶黄

素的转化要快。因此，当关闭光化光照射远红光时的最小荧光产量代表的是处

于开放状态的PSII反应中心存在非光化学淬灭时的荧光产量。关掉光化光后叶

片要暗适应一段时间才能使PSII的反应中心完全打开。

综上，饱和脉冲分析法提供的主要信息如下：

（1）处于黑暗或照光状态的叶片在照射饱和脉冲时光化学淬灭降到0同时荧

光产量达到最大（分别记做Fm或Fm'）。

（2）处于黑暗或照光状态的叶片在照射饱和脉冲前的荧光产量分别记做Fo

或Fs。

通常情况下我们使用荧光比值而不是荧光产量的绝对值来反映PSII的状

态。WinControl-3的各荧光比值参数计算公式参考表6.1。


8

4 基本实验

本章介绍了两个用WinControl-3进行最简单的测量，关于WinControl-3的

详细使用请参考第5章。

进行实验前将Junior-pam连接好（参考第2章）。将叶片暗适应30分钟后放

到磁性叶夹上进行实验，在测量Fv/Fm前确保实时荧光（Ft）小于600，通过调节

测量光强度（参见5.6.2）。

4.1 Fo'-Mode 的测量

启动WinControl-3观察荧光信号，如果没有观察不到荧光信号请确认<Rec.

Online>是否被选中，如果未选中请选中，然后点击<Autoscale>按钮。

图4.1 测试Fo’-Mode


9

点击<Fo,Fm>按钮测量Fv/Fm。数据显示在<Result>侧栏的顶部（图4.1），

点击<Autoscale>可以查看整个荧光信号图。

确保Fo'-Mode未被选中，点击<Program>并选中<Act.+Yield>。

<Act.+Yield>程序会先执行一个饱和脉冲然后打开光化光照着一定时间（光

化光强度和持续时间在Settings中设置），在光化光照光结束时再执行一个

饱和脉冲。注意观察Kautsky诱导动力学曲线，在照光后荧光产量将慢慢下

降。

激活<Fo'-Mode>再次执行<Act.+Yield>。<Fo'-Mode>被激活后，每次执行

饱和脉冲光后会自动打开远红光使得荧光产量迅速下降到一个比较低的值

（比前一个<Act.+Yield>程序时低，请仔细对比）（见图4.1）。

4.2 荧光诱导曲线

图4.2 荧光诱导曲线


10

点击<Rec.>标签并点击<New Record>开始一个新的实验。

打开<Act.Light>，选中<Clock>重复执行饱和脉冲，几分钟后关闭

<Act.Light>。

图4.2是一个典型的诱导曲线。在刚开始打开光化光时PSII的光合量子产量

几乎降到0，随后光合慢慢启动PSII的光合量子产量慢慢回升到一个中等水

平。刚开始打开光化光时因为没有跨膜ΔPH 所以非光化学淬灭（NPQ）为0。

照光后，ΔPH 慢慢形成非光化学淬灭（NPQ）逐渐升高。在照光后期随着碳

同化对APT需求的增加，一部分跨膜ΔPH用于APT的合成，从而使非光化学淬

灭（NPQ）下降。

关闭光化光后，随着光系统间电子受体的再氧化PSII的的光合量子产量逐

步回升到一个最大值。同时，由于跨膜ΔPH的消失，非光化学淬灭（NPQ）

逐渐下降。

荧光诱导和暗驰豫曲线可以通过<Program>区的<IC+Recov.>自动执行。


11

5 Junior-PAM 控制软件 WinControl-3 的操作

5.1 初始窗口/主窗口

图5.1显示的是WinControl-3的初始窗口（主窗口）。这个窗口分为11部分，

下面对这11个区域分别进行详细介绍。

图5.1 WinControl-3初始窗口

5.1.1 Box (1)主菜单

<File>

<Load Data> 删除当前数据并导入以前存储的数据。注意：<Rec.Online>被

选中时（见 Box (2)）导入数据将会显示当前记录数据而不是导入的数据。要查

看导入的数据请在 Box(3)中点击<Rec.>标签，并选择记录 1。

<Save Data> 存储当前实验的所有数据。


12

<Quit> 退出 WinControl-3。

<View>

<Results Panel> 是否显示 Box (5)。

<Status Panel> 是否显示 Box (7)。

<Warnings> 打开提示窗口显示程序开始的时间和一些不严重的错误。

<Batch Window> 打开程序文件，目前 Junior-PAM 不支持编程。

<Accessories>

<Temperature Units> 切换温度显示的单位，摄氏度或者华氏度。

<Record File> 打开 WinControl-3 的数据自动保存功能，这样可以防止程

序出错时数据丢失。数据文件存储为*.pam 格式。

5.1.2 Box (2) 数据管理和图形形状的设定

删除所有的数据。

删除当前数据并打开一个已经保存的数据文件。

存储当前实验数据。

打印当前显示的图形。

是否显示网格。

是否显示图例。

将数据点用线连接起来。

打开一个新的 WinControl-3 窗口，对参数进行独立设置，

该功能主要用于查看 Monitoring-PAM 不同探头的荧光参数。

连续在线记录 Ft、PAR*和 Temp*。<Rec. Online>不影响各

个参数的计算。长时间测量时建议将<Rec. Online>功能关闭

以减小数据文件的大小。

设定数据（Ft、PAR*和 Temp*）的采样频率。

<Options>包括三个菜单，其中<Zoom to Selection> 和

<Export Selection>两项只有当<Chart>区域选择有数据的时候才有效。把鼠标光


13

标移动到<Chart>区域，按下左键移动鼠标，选择你感兴趣的区域，被选中的区

域将被高亮显示。在<Chart>区域点击左键将取消已经选择的区域。也可以在已

选择的区域点击鼠标右键选择 Options 操作。

<Export All> 将图上的所有数据输出成 CSV 格式的文件。

<Zoom to selection> 放大选中的区域。

<Export Selection> 将选中区域的数据输出成 CSV 格式的文件。

是否显示 Box (3)。

5.1.3 Box (3) 侧栏

<Val.> 控制图表上显示的荧光参数。

<Online> 连续记录的在线数据

Ft 实时荧光值。

PAR* 光化光光强 (μmol photons · m-2 · s-1)。在未连接外置光量子探头的情

况下，PAR*显示的值是<Int. PAR list>中仪器内置的值。Junior－PAM 连接外置

光量子探头时，PAR*显示的值是<Int. PAR list>中仪器内置的值和实际光强的加

和。注：<Int. PAR list>中的值是在没有外界照光的情况下，Junior-PAM 的 400mm

光纤末端 1mm 远处的光强。

Temp* 温度(°C)。在未连接外置温度探头的情况下，显示的是仪器内置传感器的

温度。

<SAT-Pulse> 光下样品执行饱和脉冲测量的数据。

F’ 在执行饱和脉冲前的基础荧光值。

Fm’ 执行饱和脉冲时 PSII 反应中心全部关闭时达到的最大荧光产量。

Fo’ 光下 PSII 反应中心处于开放状态时的最小荧光产量。Fo’可以通过关闭

光化光后用远红光测量，也可以通过公式进行计算（参考 6.1.2）。激活<Fo’-Mode>

（Box （9））后可以测量 Fo’。

Y（II）实际光合量子产量（实际光合效率）

ETR 通过 Y（II）和 PAR 计算得到的电子传递速率（μmol electrons/(m2·s)）。

<Quench> 淬灭分析参数

qP 光化学淬灭系数（基于“沼泽模型”）。

qL 光化学淬灭系数（新参数，基于“湖泊模型”）。


14

qN 非光化学淬灭系数。

NPQ 非光化学淬灭系数。qN 和 NPQ 都是反映了非光化学淬灭，只是计算公

式不同。

Y（NPQ）调节性能量耗散的量子产量。

Y（NO）非调节性能量耗散的量子产量

注意：Y（II）+Y（NPQ）+Y（NO）=1

<Rec.>侧栏

点击<New Record>可以在当前数据文件基础上新加一个记录。每个记录文件

按编号排列，点击相应编号可以分别查看对应的记录文件。

注意：当显示诱导曲线或快速光曲线时，<Rec.>列出的是最近加载的诱导曲

线或者快速光曲线。通过点击 Box（9）中的相应程序可以开始新的诱导曲线或

者快速光曲线。单个记录文件可以包含多个诱导曲线或者快速光曲线。（Several

induction or light curves can be carried out during a single record.）

<Chan.>侧栏

列出了连接在当前电脑上可以被 WinControl-3 控制的所有的荧光仪。注意：

WinControl 一次只能控制一台 Junior-PAM，但是可以同时控制一台 Junior-PAM

和其他可以被控制的荧光仪，如 Monitoring-PAM。

5.1.4 Box (4) 饱和脉冲分析数据

Box (4)栏标题显示的是当前连接的设备编号，只连接 Junior-pam 时标题显示

为<Results (#1)>。

Box (4)栏中的饱和脉冲数据分三组显示。

组一（Fo, Fm, Fv/Fm）显示的是样品暗适应后执行饱和脉冲测量的数据。

Fo 最小荧光也叫基础荧光

Fm 执行饱和脉冲时 PSII 反应中心全部关闭时达到的最大荧光产量。

Fv/Fm =(Fm-Fo)/Fm；PSII 的最大光合量子产量（光合潜能）。

组二 (qP, qL, qN, NPQ, Y(NPQ), Y(NO)) 显示的是淬灭分析参数，同 5.1.3 中

的<Quench>数据。<Fo’-Mode>未被激活时将用暗适应后测得的 Fo 和 Fm 来计算

Fo’（计算公式见 6.1.2）各个参数的计算公式参考表 6.1。

组三 (F’, Fm’, PAR, Y(II), ETR, Fo’) 显示的是光下样品执行饱和脉冲测量


15

的数据，同 5.1.3 中的<SAT-Pulse>数据。

5.1.5 Box (5) 在线数据

Ft 实时荧光值。

PAR* 光化光光强 (μmol photons · m-2 · s-1)。在未连接外置光量子探头的情

况下，PAR*显示的值是<Int. PAR list>中仪器内置的值。Junior－PAM 连接外置

光量子探头时，PAR*显示的值是<Int. PAR list>中仪器内置的值和实际光强的加

和。注：<Int. PAR list>中的值是在没有外界照光的情况下，距 Junior-PAM 的

400mm 的光纤末端 1mm 远处的光强。

Temp* 温度(°C)。在未连接外置温度探头的情况下，显示的是仪器内置传感

器的温度。

UBat USB 口的供电电压。

5.1.6 Box (6) 饱和脉冲触发

点击<Fo, Fm>和<SAT>都会手动执行一个饱和脉冲。样品暗适应后点击<Fo,

Fm>执行饱和脉冲测量 Fo，Fm。测量光下样品时点击<SAT>执行饱和脉冲测量

F’和 Fm’。

Box (6)窗口同时也显示了饱和脉冲时荧光曲线的形状用于判断饱和脉冲参

数设置是否合理，只有荧光峰值达到平台且平台与虚线重合时，才能准确测量

Fm 或 Fm'。点击<Graph>可以放大荧光曲线图。

5.1.7 Box(7) 实验的参数及程序

Box (7)包括 3 组：<Status>，<Basics>和<Program>。

<Status>

这一区域列出了 Junior-pam 的 7 项重要功能，通过选中或取消每项功能前的

复选框来控制各个功能的开关。当 Junior-pam 自动运行时，各项功能前面的复选

框状态代表了该功能的运行状态。

<Meas. Light> 打开/关闭低频率测量光。

<ML-F high> 打开/关闭高频测量光。当光化光梯度大于 3 或进行饱和脉冲时

高频测量光会自动打开。


16

<SAT-Pulse> 打开/关闭饱和脉冲。

<Act. Light> 打开/关闭光化光。

<Far Red> 打开/关闭远红光。

<Fo’-Mode> 选中后在每个饱和脉冲后会暂时自动关闭光化光打开远红光测

量 Fo’，然后重新打开光化光。

<Clock> 选中后，软件会自动间隔一定时间（在 Settings 中的 Clock Item 设

定），并指示离下次测量还剩多少时间。

<Basic>

<Act. Int> 设置光化光光强。

<Clk. Width> 连续打开饱和脉冲的间隔时间。

当前进行设置的设备（多设备时可选）。

<Memory> 当前数据文件大小，显示的值为记录的个数除以 1000 后的结果。

<Program>

<Act.+Yield> 照射一定时间的光化光后执行一个饱和脉冲。

<Induct. Curve> 诱导曲线，先测量 Fo，Fm 然后照一定时间的光化光，在照

光化光期间，每隔固定的时间执行一次饱和脉冲。

<IC+Recov.> 先运行诱导曲线程序，然后关掉光化光，每隔固定的时间执行

一次饱和脉冲，进行暗驰豫分析。

<Light Curve> 先测量 Fo，Fm 然后测量光响应曲线，共 8 个光强梯度。

<LC+Recov.> 先运行光响应曲线程序，然后关掉光化光，每隔固定的时间执

行一次饱和脉冲，进行暗驰豫分析。

<Batch> 运行自己编写的程序进行测量（目前 Junior-pam 暂不支持编程）。

5.1.8 Box (8) 图形形状及荧光仪设置

<Induct. Curve>和<Light Curve> 分别显示荧光诱导曲线和光响应曲线。

<SAT Graph> 显示饱和脉冲过程中荧光快速动力学曲线。

<Report> 报告文件，显示饱和脉冲分析结果及数目。

<Batch> 导入的自己编写的程序的运行情况（目前 Junior-pam 暂不支持编

程）。


17

<Settings> 对仪器参数进行设置。

5.1.9 Box (9) 坐标轴调整

<Manual Ordinate Scaling>调整纵坐标的范围。

<Automatic Ordinate Scaling> 自动调整纵坐标。

<Manual Abscissa Scaling>调整横坐标的范围。

调整横坐标显示为相对时间（rel）或绝对时间（abs）。

<Automatic Abscissa Scaling>自动调整横坐标的范围。

<Automatic Ordinate and Abscissa Scaling>自动调整纵坐标和

横坐标使所有图形都能显示出来。

Table 5.1 图形区纵坐标类别

纵坐标标签，单位适用的参数

ETR, μmol· m-2 · s-1 ETR

F, counts Fo, Fm, Ft, Fo’, F’, Fm’

NPQ, 比值 NPQ

PAR, μmol· m-2 · s-1 PAR*, PAR

Quench, 比值 qN, qP, qL

Temp., ℃ Temp*, Temp

Yield, 比值 Fv/Fm, Y(II), Y(NO), Y(NPQ)

5.1.10 选择纵坐标及进行文本注释

点击选中纵坐标类别。右边的文本框可以输入实验注释（支持中文）。

5.1.11 图表区-选择数据

在图表区域，按下鼠标左键拖动鼠标可以选中数据，选中数据被高亮显示。

在此区域选中的数据同时在<SAT Graph>和<Report Window>区域也会被高亮显

示。同理，在<Report Window>区域选中的数据也会在该区域高亮显示。


18

5.2 诱导曲线窗口

此窗口下按钮和复选框的功能和前面介绍的相同。

此窗口显示荧光诱导曲线及暗驰豫曲线（当选中<Induct. Curve>或

<IC+Recov.>程序时）。

5.3 光响应曲线

当选中 PAR 时，该窗口显示的是用 <Light Curve>或

<LC+Recov.>程序测定的光响应曲线（横轴为光强 PAR）。

WinControl-3 的光响应曲线程序执行时会连续照射 8 个强度逐渐上升的光化

光，每个梯度的光化光结束时都进行饱和脉冲分析。光响应曲线初始光强及每个

光强梯度持续的时间要在<Settings>窗口进行设置。

<Val.>侧栏提供了两个拟合方程<REG1>和<REG2>。<REG1>可用于 ETR 在

高光强下下降的曲线拟合，而<REG2>只能用于 ETR 没有下降时的拟合（详情请

参考 6.4）。

5.4 饱和脉冲图形窗口

该窗口显示了实验过程中所有饱和脉冲的荧光曲线。图 5.2 将该窗口分割成

8 部分，除了 Box (2), Box (3)外，其它部分和图 5.1 中的完全一致，在此不再介

绍。

5.4.1 Box (2) 数据管理

包括 3 个菜单<Follow Selection>, <Jump to Selection>和

<Delete Selection Data>，其中<Jump to Selection>和<Delete Selection Data>只有在

选中数据时才会显示。

<Follow Selection> 选中时 SAT Graph窗会自动高亮显示在Chart/Report窗口

选中的数据的荧光瞬变曲线。

<Jump to Selection> 显示当前选中的饱和脉冲数据。


19

<Delete Selection Data> 删除选中的饱和脉冲数据。

5.4.2 Box (3) 侧栏

该按钮控制侧栏的显示。侧栏包括两个部分：<Val.>和

<Chan.>。

图 5.2 WinControl-3 饱和脉冲面板

5.4.3 饱和脉冲面板

该面板显示了每次饱和脉冲时的荧光曲线，显示分为两个部分。左边文字部

分显示了每个饱和脉冲执行的时间、在本次实验中的记录号（Nr：）和在报告文

件中的行号（Rep. Nr:）。右边部分显示的是每个饱和脉冲时荧光曲线。

双击每个饱和脉冲的文本区可以选中图形，被选中的图形被高亮显示同时移


20

动到该面板的顶部。同时，该数据在报告文件中也被响应的选中。

每个图形都是从饱和脉冲前 150ms 开始记录并持续 2.4 S。并自动调整每个

坐标系统的范围使每个荧光曲线完全显示。

5.5 报告文件窗口

报告文件窗口显示了当前实验中饱和脉冲分析记录的所有数据。

图 5.3 WinControl-3 报告文件窗口

5.5.1 Box (11) 数据管理

打开选择打印机的对话框，选择打印机后会打印报告文件中显示的所有

数据。可以通过点击右边侧栏上的复选框来控制报告文件中显示的参数<Clear>,

<Open>和<Save>按钮的功能和前面介绍的相同。

点击该按钮或者在<Report Data Field>区域点击鼠标右键都


21

会打开<Options>菜单。

<Follow Selection> 选中后在<Report Data Field>区自动显示被选中的数据。

<Export All> 将所有数据导出成ＣＳＶ格式的文件(Excel 兼容)。

<Delete All Measure Data > 删除所有测量数据。

<Page Setup for Printing> 设置打印纸张大小。

<Preview Printing> 打印预览。

<Print Report> 打开打印机设置页面。

<Export Selection Lines> 将选中数据导出成 CSV 格式文件(Excel 兼容)。

<Jump to Selection> 跳转到选中数据。

<Delete Selection Data> 删除选中数据。

<Preview Print Selection> 选中数据的打印预览。

<Print Selected Data> 打印选中数据。

Table 5.2: 报告文件中的缩写符号

D 实验仪器的描述，包括类型、序列号和用户注释（见 5.6.1）

F 饱和脉冲分析和饱和闪光

F0 测量 Fo 和 Fm

REG1 光响应曲线拟合方程 1（见 6.4）

REG2 光响应曲线拟合方程 2（见 6.4）

SCHS 开始一个新的记录（新的实验）

SICE 诱导曲线结束

SICS 诱导曲线开始

SLCE 光响应曲线结束

SLCS 光响应曲线开始

5.5.2 Box (12) 报告数据区域

显示了实验数据，可以通过 Box (13)来控制该区显示的数据。


22

5.6 设置窗口

图 5.4 WinControl-3 设置窗口

5.6.1 Box (14) 设备名

恢复出厂设置。Box (14)包括两个文本框，左边的一个是只读的，显示

了当前仪器设备名（连接不同探头时可分别对不同探头进行设置），右边的文本

框可以填写对当前仪器设备的注释。

5.6.2 Box (15) 测量相关设置

<Meas. Light>

测量光脉冲的频率分为 5Hz（光化光关闭或者光化光强度小于 4 时（不包括

4））和 100Hz（手动打开或者在饱和脉冲时或者光化光强度大于 3 时（不包括 3））

两档。每个测量光脉冲又包括 1-5 个闪光。在<Freq.>区域可以设置每个测量光脉

冲包括的闪光数。<Int.>区域可以设置测量光的强度，测量光强度的变化会引起


23

荧光强度的变化，测量光强度上升会引起 Fo 上升。而一般情况下，每个测量光

脉冲包括的闪光数的增加不会引起 Fo 的上升。只有当测量光强度过强引起 PSII

部分反应中心关闭时，每个测量光脉冲包括的闪光数的增加才会引起 Fo 的上升。

这种情况下就需要降低测量光的强度了。

<System Pars>

荧光信号的增益<Gain>有两档：第二档的荧光信号强度大约是第一档的三

倍。<ETR-F.>是叶片的吸光系数，用于计算 ETR（见 6.3）。高等植物吸光系数

的经验值为 0.84。

<Clock>

设定间隔一定时间连续执行某一程序测量。可以执行的程序包括：饱和脉冲

分析、<Act.+Yield>, <Induct. Curve>, <IC+Recov.>, <Light Curve>和<LC+

Recov.>。支持程序的间隔时间最短为 10S，最长为 50min。

5.6.3 Box (16) 光源相关设置

<SAT-Pulse> 饱和脉冲的强度，有 12 个梯度可选。最大光强最 10000

μmol· m-2 · s-1（level 12），最小梯度（level 1）的光强大约为最大光强的 70%。饱

和脉冲持续时间（Width）可调范围为 0.2~2S。对大多数样品来说（高等植物），

饱和脉冲的默认设置（光强梯度为 12，持续 0.6S）已经足

够使荧光峰值达到一个平台并且在后期不会下降。如果饱

和脉冲时荧光没有达到峰值或者在后期下降说明饱和脉冲

时间或饱和光强度设置不合理。

<Actinic Light> 光化光强度有 12 个梯度可调。每个梯度光化光的强度读自

内置光强列表。

<Far Red Light> 远红光强度有 12 个梯度可选，持续时间的可调范围为

2~30S。远红光梯度设置为 12 时（最大），光源 100%供电，设置为 1 时（最小）

光源 10%供电。远红光强度和持续时间的默认设置（光强梯度为 10，持续 6S）

适用于大多数植物。

5.6.4 Box (17) 程序相关设置

<Act.+Yield>


24

<Width> 光化光持续时间，光化光结束时执行一个饱和脉冲。选中<Width

Initial Pulse>后会在光化光开始前和结束时分别执行一个饱和脉冲。

<Induct. Curve>

<Delay> 程序测量 Fo，Fm 后间隔多长时间打开光化光，可调范围为 5 S 到

10 min。

<Width> 打开光化光进行诱导曲线测量时执行饱和脉冲的间隔时间。

<Length> 打开光化光进行诱导曲线测量时执行的饱和脉冲的个数。

因此，<Width>和<Length>共同决定了光化光持续的时间。当执行<IC+Recov>

程序时，诱导曲线部分的程序按照这里设置的进行。进行荧光暗驰豫分析时，饱

和脉冲的间隔时间由 WinControl-3 软件自动设置。

<Light Curve>

<Width> 每个光强梯度持续的时间，可调范围为 5 S~10 min。

<Int.> 光响应曲线的初始光强。

当执行<RC+Recov>程序时，光响应曲线部分的程序按照这里设置的进行。

进行荧光暗驰豫分析时，饱和脉冲的间隔时间由 WinControl-3 软件自动设置。

5.6.5 Box (18) 光强列表

<Int. PAR list> 中的值是在没有外界照光的情况下，距 Junior-PAM 的 400mm

的光纤末端 1mm 远处的光强。当光纤磨损或者 LED 灯长时间工作时实际光强会

下降。

<Sign. LED active> 选中后打开 Junior-pam 前端面板上的工作指示灯。指示

灯信号和仪器工作状态的对应关系见表 5.3。


25

表 5.3 LED 指示灯信号码

LED 颜色频率仪器工作状态

绿色 1 Hz 正常运行

测量模式绿色/红色变换 1 Hz 正常运行并运行 Clock

红色 1 Hz 正常运行并照射光化光

红色一直亮正常运行并执行饱和脉冲

固件升级时绿色/红色变换快闪等待软件

红色一直亮固件升级中

5.7 系统设置

Junior-PAM 的一般使用不需要进行系统设置。如果不小心改变了系统设置可

以通过<Reset System Settings>恢复仪器的出厂设置。


26

6 参数符号及计算公式

6.1 相对荧光产量

6.1.1 样品暗适应后进行测定

Fo 当 PSII 反应中心都处于开放状态时的最小荧光。

Fm 暗适应后执行饱和脉冲当PSII反应中心都处于关闭状态时的最大荧光产

量。

图 6.1 饱和脉冲分析。AL，光化光；D，黑暗；SP，饱和闪光；FR，远红光。

6.1.2 对光下样品进行测量

Fo’ 光下最小荧光。当<Fo’-Mode>激活时，在饱和脉冲后仪器关闭光化光打

开远红光优先激发 PSI，PSI 迅速从两个光系统间的电子递体得到电子，使 PSII

反应中心打开，此时荧光产量降到最低记为 Fo’（图 6.1 75S 时）。当<Fo’-Mode>


27

未激活时，参考 Oxborough 和 Baker（1997）的方法计算 Fo’。计算公式如下：

Fo’ = 1/(1/Fo-1/Fm+1/Fm’)

Fm’ 光下执行饱和脉冲当 PSII 反应中心都处于关闭状态时的最大荧光产量。

F’ 执行饱和脉冲前的实时荧光产量。

6.2 荧光淬灭参数

叶片吸收的光能用于光化学反应和非光化学反应的两部分可以通过荧光产

量的比值参数来进行区分。表 6.1 列出了 WinControl-3 中用到的所有用比值表示

的荧光参数及计算公式。下面就各个参数进行简单的介绍。

表 6.1 用比值表示的荧光参数

定义及文献来源计算公式 Maximum photochemical quantum yield of PS II (Kitajima and Butler, 1975)

Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm

Effective photochemical quantum yield of PS II (Genty et al., 1989)

Y(II)=(Fm’-F’)/Fm’

Coefficient of photochemical fluorescence quenching (Schreiber et al. 1986 as formulated by van Kooten and Snel, 1990)

qP=(Fm’-F’)/(Fm’-Fo’)

Coefficient of photochemical fluores-cence quenching assuming intercon-nected PS II antennae (Kramer et al. 2004)

qL=qP*Fo’/F’

Coefficient of photochemical fluorescence quenching (Schreiber et al. 1986 as formulated by van Kooten and Snel,1990)

qN=1-(Fm’-fo’)/(Fm-Fo)

Stern-Volmer type non-photochem-ical fluorescence quenching (Bilger and Björkman, 1990)

NPQ=Fm/Fm’-1

Quantum yield of non-light induced non-photochemical fluorescence quenching (Kramer et al. 2004)

Y(NO)=1/(NPQ+1+qL*(Fm/Fo-1))

Quantum yield of light-induced (ΔpH and zeaxanthin-dependent) non-photochemical fluorescence quench-ing (Kramer et al. 2004)

Y(NPQ)=1-Y(II)-Y(NO)


28

Fv/Fm and Y(II) PSII 的最大量子产量（Fv/Fm）和实际量子产量（Y(II)）

这两个参数表示的都是 PSII 将吸收的光能转化成化学能的效率。测 Fv/Fm

前，样品必需经过充分的暗适应以确保 PSII 所有的反应中心都处于开放状态并

且非光化学淬灭达到最小。不同植物的暗适应时间不同，阴生叶片和阳生叶片的

暗适应时间也不相同。

Y(II)反映的是光下叶片的实际光能转化效率。只有当照光强度（光化光）达

到一定水平时 Y(II)的信息才能真实的反映光合的状态，因为在光强很弱时卡尔

文碳同化过程可能无法正常运转而 Y(II)可能会比较高。

qP and qL 光化学淬灭系数

这两个参数表示的是 PSII 中处于开放状态的反应中心所占的比例。其中 qP

是基于沼泽模型的（puddle model，Schreiber et al. 1986 as formulated by van Kooten

and Snel, 1990）。qL 是基于湖泊模型的（lake model, Kramer et al. 2004）。

qN and NPQ 非光化学淬灭参数。

这两个参数都和基于跨膜质子梯度和玉米黄质的非光化学淬灭相关。

Y(NO) and Y(NPQ) 非光化学淬灭的量子产量

这两个是 Kramer 等在 2004 年提出的新参数。Y(NPQ)是指 PS II 处调节性能

量耗散的量子产量。若 Y(NPQ)较高，一方面表明植物接受的光强过剩，另一方

面则说明植物仍可以通过调节（如将过剩光能耗散为热）来保护自身。Y（NPQ）

是光保护的重要指标。Y(NO)是指 PS II 处非调节性能量耗散的量子产量。若

Y(NO)较高，则表明光化学能量转换和保护性的调节机制（如热耗散）不足以将

植物吸收的光能完全消耗掉。也就是说，入射光强超过了植物能接受的程度。这

时，植物可能已经受到损伤，或者（尽管还未受到损伤）继续照光的话植物将要

受到损伤。Y（NO）是光损伤的重要指标。

Y(II)+Y(NO)+Y(NPQ)=1

6.3 相对电子传递速率（ETR）

相对电子传递速率的计算公式如下：

ETR = PAR·ETR-Factor·PPS2/PPPS·Y(II)


29

ETR 计算的基本思想是乘积， PSII 的实际量子产量，Y(II) 乘以 PSII 吸收的光

能。下面对公式中的各个参数进行简单介绍。

PAR 光合有效辐射

ETR-Factor 吸光系数

ETR-Factor 是指光合色素吸收光量子的比例。在可见光范围内（400-700 nm）

高等植物吸光系数的经验值约为 0.84。Junior-PAM 的光化光是 450nm 的蓝光，

在此波长下叶片的吸光系数可达 0.9，但是花色素苷的存在降低了可用于光合作

用的蓝光光量子的比例（Pfundel et al. 2007）。不同样品的吸光系数可能不同，当

不同样品间相互比较时要考虑到这些差别。

PPS2/PPPS PSII 光合色素吸收的光量子占总光合色素吸收的光量子的比例

假设 PSII 和 PSI 接收的光量子数量是相同的，即 PPS2/PPPS = 0.5。WinControl-3

用 0.5 做 PPS2/PPPS的默认值。

6.4 光响应曲线

测量光响应曲线时<Light Curve>程序连续照射 8 个强度逐渐升高的光化光，

一般情况下每个梯度的光化光持续时间太短而不足以使光合作用达到稳态。因

此，此时的光响应曲线被称为快速光曲线（RLC）。和传统的光响应曲线不同，

快速光曲线反映了当前状态下光合作用的信息。通过对快速光曲线进行拟合，可

以得到以下几个主要参数：

α，单位：electrons/photons，快速光曲线的初始斜率，反映了光能利用效率。

ETRm，单位：μmol· m-2 · s-1，最大电子传递速率。

Ek，单位：μmol· m-2 · s-1，最小饱和光强（半饱和光强），反映了样品对强光

的耐受能力。

ConControl-3 用两个拟合方程—<REG1>和< REG 2>，来对快速光曲线进行

拟合，这两个方程分别是由（Platt et al. 1980）和（Jassby and Platt, 1976）在对

传统光响应曲线拟合时提出的（图 6.2）。

<REG1>


30

用该方程拟合时，α是用 Levenberg-Marquardt 算法拟合时得到的。该拟合可

以得到光抑制参数β（Platt et al. 1980），和最大电子传递速率 ETRmpot。

图 6.2 快速光曲线的拟合模型

Platt 等（1980）建议用“光抑制指数”（Ib）来对光抑制进行定量描述。

根据拟合结果，WinControl-3 用下面的公式计算 ETRm 和 Ek。


31

<REG2>

<REG2>拟合方程只适用于高光强下 ETR 没有下降的快速光曲线，因此当有

光抑制发生时该方程不能使用。

α和 ETRm 可以通过拟合公式得到，而 Ek 则按照前面的计算公式计算得出。

6.5 本章参考文献

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7 一些叶绿素荧光的综述文献

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35

8 JUNIOR-PAM 技术参数

设计：世界著名的PAM 荧光技术，适用于检测叶片、地衣等的叶绿素荧光。

测量光源：蓝色LED（450nm）两个脉冲频率（5和100Hz），标准强度0.1

μmol· m-2 · s-1 PAR。

光化光源：蓝色LED（450nm），光强范围0～1500 μmol· m-2 · s-1 PAR（400mm

光纤，光纤与样品间的距离为1 mm 时）。

饱和脉冲光源：蓝色LED（450nm），最大饱和闪光强度10000 μmol· m-2 · s-1 PAR。

远红光源：LED，730 nm。

信号检测：PIN-光电二极管，带短波截止滤光片（λ>710 nm）；选择性锁相放大

器（专利设计）。

微光纤：长400 mm，直径1.5 mm。

测量参数：Fo、Fm、Fv/Fm、Ft、Fm’、Fo’、Y(II)、qP、qL、qN、NPQ、Y(NPQ)、

Y(NO)和ETR等，可以自动进行快速光曲线的拟合（两个方程）。

主机大小：112 x 60 x 31 mm

重量：200 g

电源供应：由电脑USB供电

耗电：基本操作200 mW（5 V/30 mA），打开饱和脉冲时500 mW（5 V/100 mA）

工作温度：10～40℃

工作湿度：35％～85％

软件：WinControl-3

Documents

操 作 手 册 - East China Normal Universityzwslx.ecnu.edu.cn/_upload/article/files/4f/7f/1ed8... · 3.2 饱和脉冲分析法 我们前面已经提到，叶片吸收的光能以热、荧光和光合作用的形式释放出

操作手册 - East China Normal Universityzwslx.ecnu.edu.cn/_upload/article/files/4f/7f/1ed8... · 3.2 饱和脉冲分析法我们前面已经提到，叶片吸收的光能以热、荧光和光合作用的形式释放出