葉綠素(chlorophyll)是一類與光合作用(photosynthesis)有關(guān)的*重要的色素。光合作用是通過合成一些有機化合物將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的過程。葉綠素實際上存在于所有能進行光合作用的生物體中,包括綠色植物、原核的藍綠藻(藍菌)和真核的藻類。葉綠素從光中吸收能量,然后能量被用來將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓衔?。與植物的生長情況和能量的積累密切相關(guān)。
另外葉綠素含量的多少對植物源食品的色澤也有重要的影響,例如綠茶的外形色澤*與葉綠素含量有密切的關(guān)系。葉綠素在植物細胞中與蛋白質(zhì)結(jié)合成葉綠體,當細胞死亡后,葉綠體即被解離,隨之葉綠素游離出來。游離的葉綠素很不穩(wěn)定,對光、熱都較敏感,在酸性條件下很快生成褐色的脫鎂葉綠素,加熱可使該反應(yīng)加速。但在弱堿性條件下葉綠素會被水解為葉綠酸鹽、葉綠醇及甲醇。
葉綠素的測定一般使用分光光度法,需要將植物研磨成液體,再進行分析。其原理如下: 高等植物體內(nèi)葉綠素有a,b兩種,二者都易溶于乙醇、乙醚、丙酮和氯仿。葉綠素a,b分別對663nm和645nm波長的光有*大吸收,且兩吸收曲線相交于652nm處。因此,將植物中葉綠素經(jīng)適當提取,然后在645nm、663nm和652nm處測其光吸收值,*可求得葉綠素含量。
具體測試方法和計算公式如下:
?均勻稱取植物樣品5g于研缽中,加入少許石英砂(約0.5~1g)和冷丙酮充分研磨后倒入100ml容量瓶中,然后用丙酮分次洗滌研缽并倒入容量瓶中,*后用丙酮定容至100ml。
?充分振搖后用濾紙過濾。取濾液分別在645nm、652nm和663nm處測其光吸收值。以95%的丙酮作空白。
上述方法實驗步驟繁瑣,不適合現(xiàn)場快速測量,只能用于實驗室研究。為了解決困擾現(xiàn)場測試人員遇到的難題。近些年逐漸出現(xiàn)了一些便攜式葉綠素測量儀,其中CCM-300測量*為穩(wěn)定*。這些儀器能夠快速測量植物的葉綠素含量,為現(xiàn)場快速評估提供了選擇。
Gitelson等(1999)比較了多個熒光激發(fā)波長和發(fā)射波長與葉綠含量的相關(guān)性,他們發(fā)現(xiàn),使用多種激發(fā)波長和較窄范圍的紅外與遠紅外發(fā)射熒光具有較好的結(jié)果。當將熒光的發(fā)射峰從685nm移動到700nm時,被葉綠素的重吸收和再發(fā)射的額外熒光被降至*低。
CCM-300使用了460nm的二極管(藍光),可輕微的透過葉片,因此葉綠素對發(fā)射熒光的重吸收和再發(fā)射不再是一個問題。相較于傳統(tǒng)的吸收法測量設(shè)備,這些改變能夠測量更大范圍的葉綠素含量(42 mg/m2~675mg/m2)。因為較長的激發(fā)光能夠到達葉片深處,導致更高的重吸收,CCM-300使用460nm激發(fā)光,絕大多數(shù)熒光來自于葉肉細胞,并且重新釋放的熒光被將至*低(Bushman
et al.,2007)。
CCM-300從設(shè)計上將Kautsky誘導效應(yīng)降至*低。即使樣品光適應(yīng)或者暗適應(yīng)20分鐘,測量結(jié)果也幾乎不受影響。Bushmann(2007)的研究結(jié)果表明,其他波長的熒光比率和方法則受該效應(yīng)影響顯著。與CCM-300使用的F735/F700比值不同,Bushman(2007)發(fā)現(xiàn),在光合作用達到*大和暴露在光下時,690/F735的發(fā)射熒光比值表現(xiàn)出強烈的Kautsky誘導效應(yīng)。他還發(fā)現(xiàn),在Kautsky誘導效應(yīng)過程中,較短的發(fā)射熒光波長較波長較長的熒光變化較快,也可通過使用光強很低的調(diào)制光源降低該效應(yīng)。
Buschmann的研究中使用了F690/F735比值與葉綠素含量的關(guān)系,在溫度從23℃降至4℃時,該比值可下降25%。這是由于狀態(tài)轉(zhuǎn)換和PSI熒光引起的。而當使用CCM-300測量美國五針松時(溫度從20℃降至3℃),F(xiàn)735/F700僅從1.72降至1.68。
上述結(jié)果表明,CCM-300很好的克服了葉綠素熒光的變量給測量帶來的困難,是*、可靠測量葉片葉綠素含量的儀器。