理解PAM的原理，关键在于掌握两个核心概念：调制 和 饱和脉冲。它的设计非常巧妙，使得我们能够在环境光存在的情况下，测量出植物真实的叶绿素荧光信号，从而无损地探测其光合作用状态。
核心思想：为什么要“调制”？
传统测量叶绿素荧光时，如果使用一束强光同时作为激发光和测量光，会遇到两个问题：
- 信号混淆：你无法区分荧光是来自测量光还是环境光。
- 光合作用被干扰：测量光本身就会驱动光合作用，改变植物的生理状态，测到的不是“自然状态”。
PAM技术通过使用调制（高频闪烁）的测量光完美解决了这个问题。
- 调制测量光：PAM使用一束非常微弱（不足以引起光合作用）、并且以特定频率（例如1-20 kHz）快速开关的LED光。
- 锁相放大器：仪器的检测器只识别和记录与测量光同频率的荧光信号。
- 效果：这就好比在嘈杂的房间里（环境光下），你通过一个只有对话双方能听懂的密语（调制频率）进行交流，可以完全过滤掉房间里的其他噪音。因此，PAM可以在环境光存在的情况下，测到只由测量光本身引起的基础荧光水平。
关键测量：如何获得最大光化学效率？——使用“饱和脉冲”
仅知道基础荧光还不够，我们想知道光合机构的“最大工作能力”。这是通过施加一个 “饱和脉冲” 来实现的。
饱和脉冲是一束持续时间非常短（通常0.2-0.8秒）、强度非常高的光，它能瞬间照亮样品，使光系统II（PSII）的所有反应中心都关闭（即全部QA被还原）。
下面我们通过PAM测量的几个关键荧光参数来完整理解其工作原理，整个过程分为两个阶段：
阶段一：暗适应测量（测量最大潜能）
植物经过充分暗适应后，所有PSII反应中心都处于“开放”状态。
1、打开调制测量光：测得最小荧光 (F₀)。这时所有PSII反应中心都是开放的，能量主要用于光化学反应，荧光产量最低。
2、施加一个饱和脉冲：瞬间关闭所有PSII反应中心。此时光化学反应达到饱和，无法再进行，吸收的光能绝大部分以荧光形式发射，测得最大荧光 (Fm)。
3、计算最大光化学效率：
- Fv = Fm – F₀ （可变荧光）
- Fv/Fm = (Fm – F₀) / Fm
- Fv/Fm 是植物光合生理中最重要的一个参数，代表了PSII的最大光化学量子产量。健康植物的这个值通常在 0.78-0.84 之间。任何胁迫（干旱、高温、强光等）导致光合机构受损时，这个值都会下降。
阶段二：光适应测量（测量实际运行状态）
将植物暴露在作用光（光合有效光）下，使其进行正常的光合作用。此时，一部分PSII反应中心是关闭的。
1、在作用光下，打开调制测量光：测得稳态荧光 (Fs) 或基础荧光 (F₀‘)。这代表了在光适应状态下，PSII的实际工作状态。
2、在作用光下，施加一个饱和脉冲：同样，它会关闭所有仍在开放的PSII反应中心，测得光适应下的最大荧光 (Fm’)。
3、计算实际光化学效率：
- ΦPSII = (Fm‘ – Fs) / Fm’
- 这个参数被称为PSII的实际光化学量子产量，它直接反映了在给定环境光下，PSII用于光化学反应的效率，可以与光合电子传递速率（ETR）建立联系。
4、计算非光化学猝灭 (NPQ)：
- NPQ = (Fm – Fm‘) / Fm’
- NPQ是植物的一种光保护机制。当吸收的光能过多时，植物会通过叶黄素循环等方式将多余的光能以热的形式耗散掉，从而保护光合机构不受损伤。NPQ升高意味着植物感受到了光胁迫。
总结：PAM原理的核心步骤
1、调制：使用高频闪烁的微弱测量光，在环境光下无损地探测基础荧光。
2、饱和脉冲：使用短暂的强光脉冲，瞬间关闭所有PSII反应中心，从而测得最大荧光产量。
3、参数计算：通过在不同状态下（暗适应/光适应）测得的F₀, Fm, Fs, Fm‘等基础值，计算出Fv/Fm（最大潜能）、ΦPSII（实际效率）和NPQ（光保护）等一系列关键生理参数。
4、成像：将上述测量与相机成像结合，不仅能获得数值，还能直观地看到这些参数在叶片上的空间分布，例如发现胁迫最早从叶尖或叶缘开始。
正是这种巧妙的设计，使得PAM成为研究植物光合作用及其对环境胁迫响应的不可或缺的强大工具。