叶绿素荧光动力学过程与藻类光合作用过程密切相关,叶绿素荧光动力学法是探测活体藻类细胞的天然工具。与常用的压载水荧光素染色-显微镜检活体藻细胞计数相比,叶绿素荧光动力学法具有测量快速、灵敏度高、无需前处理等特点。海洋船舶压载水中存在大量死亡藻细胞和有色溶解有机物(CDOM),荧光背景复杂,因此,获得不受荧光背景影响且能够准确表征活体藻细胞数的光合荧光参数,是叶绿素荧光动力学法直接测量压载水活体藻细胞数的关键。本文以死细胞和CDOM溶液模拟压载水的复杂荧光背景,以二氯苯基二甲脲(DCMU)胁迫条件模拟实际应用,研究了不同荧光背景下F_m、F₀、[RCII]和F_v等多个光合荧光参数与活体藻细胞数之间的关系。结果表明:F_m、F₀、[RCII]对活体藻细胞数的表征都不同程度地受死细胞数和CDOM浓度的影响,仅有F_v不受荧光背景的影响,相对标准偏差小于5%;在不同稀释液稀释活体藻细胞溶液实验中,F_v与活体藻细胞数均具有良好的线性相关性,相关系数R²可达0.98以上;在DCMU胁迫作用下,有且仅有F_v与活体藻细胞数呈良好的正相关性,相关系数为0.986。本研究结果证明了光合荧光参数F_v不受荧光背景干扰,是表征压载水中活体藻细胞数的最佳光合荧光参数。

为了更准确获取反映植物生理状态的荧光动力学曲线，基于光合作用电子传递过程研究了植物光合作用参数测量技术。采用可变光脉冲技术将植物光合作用过程分段为快相与弛豫过程，并测量激发光诱导产生的荧光动力学曲线.对激发光带宽与响应时间进行了定量分析；对I-V转换单元与MFB滤波器进行了设计与仿真分析，获取快相荧光动力学信息；采用同步脉冲采样积分技术，对微弱弛豫荧光进行积分，实现了快相与弛豫荧光动力学曲线的完整测量，并结合非线性拟合算法获取光合作用参数.测试结果表明，系统信噪比达到23.8 dB；暗适应与光适应下，本系统所测Fv/Fm与Water-PAM测量结果的线性相关系数分别达到0.980和0.997.该研究结果为植物光合作用研究及过程参数测量提供了一种测量手段.

根据生物膜能流理论和电子传递模型，结合快相与弛豫两种激发条件，对复杂的光合作用过程进行分析并简化计算，提出植物光合作用参数反演方法。利用滑动窗口斜率判定法确定最大荧光产率；利用线性最小二乘算法解析快相荧光过程获得光化学量子效率和功能吸收截面；利用离散迭代算法解析弛豫荧光过程获得质体醌平均还原时间常数。对对数生长期以及铜离子胁迫条件下的平裂藻和斜生栅藻进行实验测量，结果表明该方法反演结果具有良好的稳定性和重复性，光化学量子效率、功能吸收截面和质体醌平均还原时间常数的测量结果相对标准偏差分别为1.25%、1.50%和1.83%，其中光化学量子效率与脉冲振幅调制技术的测量结果线性相关系数达到0.9714。该方法为研究植物生理研究提供一种光学分析手段。