南宫NG28

 

FluorCam台式植物多光谱荧光成像系统

——植物表型与生理生态尝试钻研利用最广的仪器技术

 

PSI公司首席科学家Nedbal教授与公司总裁Trtilek博士等初次将PAM叶绿素荧光技术与CCD技术结合在一路，于1996年在世界上成功研造出产出FluorCam叶绿素荧光成像系统（Heck等，1999；Nedbal等，2000；Govindjee and Nedbal, 2000）
。FluorCam叶绿素荧光成像技术成为上世纪90年代叶绿素荧光技术的沉要突破，使科学家们对光合作用与叶绿素荧光的钻研一下子进入二维世界和显微世界
。目前PSI公司已成为世界上最权威、使用最广、种类最全面、颁发论文最多的叶绿素荧光成像专业出产厂商
。

 

上左图为上世纪90年代Nedbal等设计的FluorCam叶绿素荧光成像技术（Photosynthesis Research, 66: 3-12, 2000），右图为柠檬彩色图及叶绿素荧光成像图（Photosynthetica, 38: 571-579, 2000）

 

FluorCam台式植物多光谱荧光成像系统是一款高度集成、高度创新、使用方便、利用宽泛的高端植物活体成像技术设备，高活络度CCD镜头、4个固定的LED光源板及节造系统等集成于一个暗适应操作箱内（还可凭据需要选配第五个光源板置于顶部），植物样品搁置在暗适应操作箱内的隔板上，隔板7级高度可调；光源由高不变性供电单元提供电源，4个高能、高不变性LED光源板均一性照在植物样品上，成像面积可达13×13 cm；节造系统通过USB与推算机相联，并通过FluorCam软件法式节造和采集分析数据
。合用于植物叶片及果实等其它植物组织、整株植物或造就的多株植物、苔藓地衣等低等植物、藻类等，宽泛利用于植物蕴含藻类光合生理生态、植物逆境胁迫生理与易感性、气孔职能、植物环境如泥土沉金属传染响应与生物检测、植物抗性检测与筛选、作物育种、Phenotyping等钻研
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重要职能特点:

·         系统集成于暗适应操作箱内，操作轻便、便于移动，既可在尝试室内也可在室表进行暗适应成像丈量分析

·         高活络度CCD镜头，功夫分辨率达50张每秒，急剧捉拿叶绿素荧光瞬变，成像面积达13x13cm

·         是世界上唯一可进行OJIP急剧荧光动力学成像分析的高端叶绿素荧光技术设备，可得到OJIP急剧叶绿素荧光动态曲线及Mo（OJIP曲线初始斜率）、OJIP固定面积、Sm（对关关所有光反映中心所需能量的量度）、QY、PI（Performance Index）等20多个参数

 

 

·         是世界上唯一可进行QA再氧化动力学成像分析的高端叶绿素荧光技术设备，可运行单周转鼓和光闪（STF）叶绿素荧光诱导动态，光强在100?s内可达到120,000 ?mol(photons)/m?.s

·         具备职能最全的、可编纂的叶绿素荧光尝试法式（Protocols），蕴含快照模式、Fv/Fm、Kautsky诱导效应、2个叶绿素荧光淬灭分析（NPQ）protocolas（2套定造给光规划）、LC光响应曲线、PAR吸收与NDVI成像分析、QA再氧化动力学分析（选配）、OJIP急剧荧光动力学分析（选配）及GFP绿色荧光蛋白成像（选配）等

·         可进行自动沉复成像丈量分析，预设一个尝试法式（Protocols）、丈量次数及距离，系统将自动循环运行成像丈量，并自动将数据按功夫日期存入推算机（带功夫戳）；还可预设两个尝试法式（Protocols）；好比使系统白日自动运行Fv/Fm，夜间自动运行NPQ分析等

·         具备双色光化学光引发光源，尺度配置为红色和白色，可选配红色与蓝色等双波段光化学光，双色光化学光可按分歧比例搭配使用，以便尝试分歧光质对作物／植物的光合效益
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左图A为100％红色光源前提下黄瓜叶片的Fv/Fm，左图B为30%蓝色光源前提下黄瓜叶片的Fv/Fm；右上图为光合作用强度随光照强度（分歧比例蓝色光）的关系，右下图为气孔导度随光照强度（分歧比例蓝色光）的关系

 

·         可运行叶绿素荧光成像、多光谱荧光成像、GFP稳态荧光成像

·         可选配TetraCam彩色成像？，最大成像面积20x25cm，用于叶片或植物状态成像分析和叶绿素荧光成像对比分析

·         可选配高光谱成像单元和红表热成像单元，植物性状数字化、可视化，全面丈量分析植物状态、光合效能、生化性状、气孔导度、胁婆纂抗性等

·         可选配大型版移动式植物成像分析系统，成像面积35x35cm，可运行叶绿素荧光成像、红表热成像及RGB成像分析

 

最新利用案例：

   Hendrik Kupper与Zuzana Benedikty等，在2019年2月出版的《Plant Physiology》，颁发了Analysis of OJIP Chlorophyll Fluorescence Kinetics and QA Reoxidation Kinetics by Direct Fast Imaging，该钻研初次选取超高速成像传感器FluorCam台式植物叶绿素荧光成像系统与FKM多光谱显微荧光成像系统，成像速度可达4000fps@640x512，QA再氧化叶绿素荧光动力学成像丈量单脉冲鼓和光闪达150,000 μmol/m2.s1
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附：OJIP急剧荧光动力学测定分析参数蕴含：

a) Fo：初始荧光或称最幼荧光，50μs时的荧光

b) Fj：2ms时的荧光

c) Fi：60ms时的荧光

d) P或Fm：最大荧光

e) Vj＝(Fj-Fo)/(Fm-Fo):j阶荧光相对变量

f) Vi＝(Fi-Fo)/(Fm-Fo)：i阶荧光相对变量

g) Mo＝TRo/RC-ETo/RC=4(F300-Fo)/(Fm-Fo)：荧光瞬变初始斜率，或称OJIP曲线初始斜率

h) Area：OJIP曲线与Fm之间的面积，可称为赔偿面积（complementary area）为了对分歧样品进行比力，Area必要尺度化为：Sm＝Area/(Fm-Fo)，Sm是对关关所有光反映中心所需能量的量度

i) Fix Area：OJIP固定面积，OJIP曲线40奥妙时的F值至1秒时的F值下面的面积

j) Sm：尺度化OJIP赔偿面积，反映QA还原屡次周转

k) Ss＝Vj/Mo：尺度化OJ相赔偿面积，反映单周转QA还原

l) N=Sm/Ss=Sm Mo(1/Vj)：OJIP QA还原周转数量（between 0 and t_Fm）

m) Phi???_Po＝QY＝φpo＝TRo/ABS＝Fv/Fm，最大光量子产量，吸收光量子通量反映中心初始捕获比率

n) Psi_o＝ψo＝ETo/TRo＝1-Vj，捕获光量子通量中电子传递光量子通量比率

o) Phi_Eo＝φ_Eo=ETo/ABS=(1-(Fo/Fm))(1-Vj)，吸收光量子通量中电子传递光量子通量比率，或称电子传递光量子产量（quantum yield of electron transport at t=0）

p) Phi_Do＝φ_Do＝1-φpo＝Fo/Fm，能量消散光量子产量（t＝0）

q) Phi_pav＝φpav＝φpo（Sm/t_Fm），均匀光量子产量，t_Fm为达到Fm所需功夫（ms）

r) ABS/RC＝Mo(1/Vj)(1/QY)：为单元反映中心的吸收光量子通量，这儿的反映中心仅指the active (QA to QA– reducing) centers（下同）
。QY=TRo/ABS=Fv/Fm

s) TRo/RC＝Mo(1/Vj)：单元反映中心初始（或称最大）捕获光量子通量（导致QA的还原，也即反映中心关关比率B的增长）

t) ETo/RC＝Mo(1/Vj)（1-Vj）：单元反映中心初始电子传递光量子通量

u) DIo/RC＝（ABS/RC）－（TRo/RC）：单元反映中心能量消散

v) ABS/CS：单元样品截面的吸收光量子通量，CS stands for the excited cross-section of the tested sample（下同）
。ABS/CSo＝Fo，ABS/CSm＝Fm，TRo/CSx＝QY(ABS/CSx)——单元截面捕获能量或光量子通量

w) TRo/CSo＝QY.Fo；ETo/CSo＝φ_Eo.Fo ＝QY.(1-Vj).Fo

x) RC/CSx：反映中心密度，RC / CS0 (active RCs per excited cross-section)

y) PI_ABS＝(RC/ABS)(φpo/φ_Do)(ψo/Vj)：基于吸收光量子通量的“机能”指数或称生计指数

z) PIcs＝(RC/CSx)(φpo/φ_Do)(ψo/Vj)：基于截面的“机能”指数或称生计指数