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傅瀚儀老師團隊解析光合作用螢光中的各成分貢獻

傅瀚儀老師團隊解析光合作用螢光中的各成分貢獻圖片

光合作用螢光分析中,F V /F M 與 NPQ 等參數的估計主要假定螢光與可變螢光來自於光系統 II(PSII)。然而光系統 I(PSI)與藻膽體(PBS)也會發散螢光,三者螢光光譜重疊。一般假定 PSI 與 PBS 螢光對整體螢光貢獻不大或者固定不變,然而像已知的狀態轉移(state transitions)調節作用,可在低溫(77 K)螢光光譜下量測到 PSII 與 PSI 螢光強度變化。

若能在活體量測下估計 PSI 與 PBS 螢光變化,不但可以取代製備耗時且有解釋侷限的低溫螢光分析,而且可以獲得更高時間解析的 PSI 與 PBS 螢光反應進行解讀。

為了解析來自 PSII、PSI、PBS 的螢光,我們提出了以下的分析流程:在不同偵測波帶下量測螢光誘導曲線(fluorescence induction curve,又稱 OJIP curve),利用具條件限制的非負矩陣分解(constrained non-negative matrix factorization,constrained NMF)來估計 PSII、PSI、PBS 的相對螢光強度,並使用最小平方法利用可變螢光動態資料求出 PSII、PSI、PBS 的相對螢光貢獻。

此流程成功套用在溫泉紅藻當中,於有限的參數調整下,所得出的 PSII、PSI、PBS 螢光動態變化一致,使這些結果可以用來解釋許多光合作用調節過程,例如:PSII 自身的螢光淬滅、PSII 至 PSI 能量溢出(energy spillover)、與 PBS 有關的螢光變化等,都可以更清楚地在秒至分鐘的時間尺度上闡釋。

Fu HY, Chen YY (2026). Resolving the contributions of photosystem II, photosystem I, and phycobilisomes to the in vivo fluorescence yield in the red alga Cyanidioschyzon merolae. Photosynthesis Research 164:24. DOI: https://doi.org/10.1007/s11120-026-01212-6

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