叶绿素荧光测量中 Fv/Fm 与 FvP/FmP 方法的差异及应用

一、Fv/Fm 测量法的基本原理与特点

（一）测量原理

Fv/Fm 测量法基于暗适应条件下的叶绿素荧光诱导动力学原理。在暗适应过程中，植物叶片中的光系统 Ⅱ 反应中心处于开放状态，此时非光化学淬灭（NPQ）被充分消除，光化学淬灭处于最大水平。暗适应后，对叶片施加一个极弱的测量光，此时测得的荧光值为初始荧光（Fo），它代表了 PSII 反应中心处于开放状态时的荧光发射，主要来源于天线色素蛋白复合体的荧光发射。随后，施加一个饱和脉冲光，使 PSII 反应中心瞬间处于关闭状态，此时测得的荧光值为最大荧光（Fm）。而可变荧光（Fv）则定义为最大荧光与初始荧光的差值，即 Fv=Fm-Fo。Fv/Fm 则表示 PSII 的最大量子产额，其计算公式为 Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm，该值反映了 PSII 反应中心在开放状态下将吸收的光能转化为化学能的最大效率。

（二）测量步骤

Fv/Fm 测量法的核心步骤是暗适应处理。通常需要将植物叶片置于暗环境中一段时间（一般为 20-30 分钟以上），以确保 PSII 反应中心开放，非光化学淬灭解除。暗适应可以通过暗适应夹等工具实现，将叶片夹持后放置在黑暗环境中。暗适应结束后，使用叶绿素荧光仪先施加测量光获取 Fo，再施加饱和脉冲光获取 Fm，最后通过计算得到 Fv/Fm 值。

（三）测量精确度及影响因素

在理想的暗适应条件下，Fv/Fm 测量法具有较高的测量精确度和重复性，其正常值范围通常在 0.75-0.85 之间，当植物受到逆境胁迫（如干旱、高温、低温、盐胁迫等）时，该值会显著下降，因此常被用作植物光合功能损伤的敏感指标。然而，Fv/Fm 测量法的精确度受暗适应质量的影响较大。若暗适应时间不足，PSII 反应中心未能开放，非光化学淬灭未消除，会导致 Fo 偏高、Fm 偏低，从而使计算得到的 Fv/Fm 值偏小，产生测量误差。此外，暗适应过程中环境条件的变化（如温度波动、叶片失水等）也可能影响测量结果的稳定性。

（四）暗适应对植物的潜在干扰

有学者提出，传统 Fv/Fm 测量法所需的暗适应过程可能破坏植物本身的生理状态平衡。自然生长状态下的植物叶片长期处于光周期循环中，暗适应强制中断了正常的光驱动代谢过程，可能导致叶片气孔关闭、光合酶活性改变、碳代谢流中断等一系列生理变化。这种人为干预不仅偏离了植物真实的生长环境，还可能使测量结果无法准确反映植物在自然光照条件下的光合功能状态，尤其对光周期敏感型植物或处于快速生长阶段的叶片影响更为显著。

二、FvP/FmP 测量法的基本原理与特点

（一）测量原理

FvP/FmP 测量法是一种在稳态光条件下测量 PSII 最大量子产额的方法，其前提是 PSII 的活性淬灭机制仍在运作且 PSII 处于开放状态。在稳态光环境中，植物叶片处于光适应状态，此时 PSII 反应中心在光驱动下不断进行光化学反应，活性淬灭（如光化学淬灭 qP）机制正常运作，而非光化学淬灭可能部分存在，但通过特定的测量设计可确保 PSII 反应中心处于开放状态。在测量过程中，首先在稳态光条件下获取基础荧光（F），然后施加饱和脉冲光，测得此时的最大荧光（FmP），而可变荧光（FvP）则为 FmP 与 F 的差值，即 FvP=FmP - F。FvP/FmP 的计算公式为 FvP/FmP=(FmP - F)/FmP，该值反映了在稳态光条件下 PSII 的最大量子产额。

（二）测量步骤

与 Fv/Fm 测量法不同，FvP/FmP 测量法不需要进行暗适应处理。测量时，直接将测量探头对准处于自然光照或特定稳态光环境下的植物叶片，仪器会先在当前的稳态光条件下测量基础荧光（F），随后施加一个饱和脉冲光，测得最大荧光（FmP），进而计算得到 FvP/FmP 值。这种测量方式简化了操作步骤，能够实现对植物叶片光合功能的快速实时监测。

（三）测量精确度及影响因素

FvP/FmP 测量法避免了暗适应过程带来的时间成本和潜在误差，能够在自然生长条件下快速获取测量结果，具有较高的时间分辨率。然而，其测量精确度受稳态光环境稳定性的影响较大。若测量过程中光照强度发生波动，会导致 PSII 反应中心的开放状态发生变化，从而影响基础荧光（F）和最大荧光（FmP）的测量准确性，进而导致 FvP/FmP 值的偏差。此外，植物叶片的生理状态（如叶片温度、水分状况等）在稳态光条件下的动态变化也可能对测量结果产生一定影响。

三、Fv/Fm 与 FvP/FmP 测量法的对比分析

（一）测量原理差异

Fv/Fm 测量法依赖于暗适应条件，通过消除非光化学淬灭，使 PSII 反应中心处于开放的 “静息" 状态，测量的是暗适应后的最大量子产额，反映了 PSII 的潜在最大光化学效率。而 FvP/FmP 测量法在稳态光条件下进行，PSII 反应中心处于动态的光化学过程中，活性淬灭机制正常运作，测量的是稳态光下的最大量子产额，反映了 PSII 在实际光环境中的即时最大光化学效率。

（二）测量步骤差异

Fv/Fm 测量法的关键步骤是暗适应处理，这需要额外的时间和设备（如暗适应夹），操作相对繁琐，不适合进行大规模、高通量的快速测量。而 FvP/FmP 测量法无需暗适应，可直接在自然或稳态光环境下测量，操作简便快捷，能够实现对植物叶片的连续实时监测。

（三）测量精确度差异

Fv/Fm 测量法在严格的暗适应条件下，测量结果具有较高的稳定性和重复性，是实验室中精确评估 PSII 最大量子产额的标准方法。但暗适应过程的质量控制难度较大，易受外界因素干扰，且可能干扰植物生理状态。FvP/FmP 测量法虽然避免了暗适应的问题，但受稳态光环境波动的影响较大，在光照不稳定的情况下测量精确度可能下降，但其在动态监测植物光合功能变化方面具有优势。

（四）适用场景差异

Fv/Fm 测量法适用于实验室条件下对植物光合生理特性的精确研究，如逆境胁迫下植物光合功能损伤的定量分析、不同基因型植物光合效率的比较等。由于需要暗适应，该方法不太适合田间自然条件下的实时监测和大规模样品测量。FvP/FmP 测量法适用于田间自然环境或温室稳态光条件下的快速监测，可用于评估植物在实际生长环境中的光合表现，如作物生长动态监测、生态系统光合功能评估等，尤其适合需要快速获取大量数据的研究场景。

四、MultispeQ 植物多参数测量仪与 FvP/FmP 测量法的应用

MultispeQ 植物多参数测量仪是一款便携式的植物生理测量仪器，其在实验中通常不采用暗适应方法，而是使用 FvP/FmP 测量法。这一设计主要基于以下原因：首先，MultispeQ 的应用场景多为田间自然环境或温室实时监测，需要快速获取植物的光合生理信息，暗适应过程会显著降低测量效率，无法满足高通量、实时监测的需求。其次，FvP/FmP 测量法的前提是 PSII 的活性淬灭机制仍在运作且 PSII 处于开放状态，MultispeQ 通过优化的测量光和饱和脉冲光设计，能够在稳态光条件下准确测量 F 和 FmP，从而计算得到 FvP/FmP 值。

在实际应用中，MultispeQ 结合 FvP/FmP 测量法能够快速评估植物的光合功能状态，如在作物育种中筛选高光效品种、在农田管理中监测作物的生长状况和逆境响应等。与传统的 Fv/Fm 测量法相比，MultispeQ 的测量过程更加便捷高效，能够在自然条件下实现对植物的无损监测，避免了暗适应对植物生理状态的干扰，为植物生理研究和农业生产实践提供了有力的工具支持。

Fv/Fm 和 FvP/FmP 两种叶绿素荧光测量方法在原理、步骤、精确度和适用场景等方面存在显著差异。Fv/Fm 测量法基于暗适应条件，虽能精确反映 PSII 的潜在最大光化学效率，但暗适应可能干扰植物生理状态，更适用于实验室精确研究；而 FvP/FmP 测量法无需暗适应，可在稳态光下快速获取 PSII 即时最大光化学效率，更贴合自然生长状态，适用于田间实时监测和高通量测量。

MultispeQ 植物多参数测量仪采用 FvP/FmP 测量法，充分发挥了其在快速、便捷、实时监测及减少生理干扰方面的优势。未来需进一步优化两种方法的标准化流程，探索结合二者优势的综合测量方案，同时推动仪器技术发展，开发兼具高精度、高效率且低生理干扰的测量工具，为植物光合作用研究和农业可持续发展提供更强支撑。