叶绿素荧光成像技术及其在光合作用研究中的应用

Fluorcam荧光成像技术及其在光合作用研究

中的应用

Eco‐lab生态实验室

北京易科泰生态技术有限公司

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目录

1、叶绿素荧光成像技术发展过程

2、荧光参数及其生理意义

3、PSI介绍（荧光成像的发明者）

4、PSI产品介绍

5、应用案例

叶绿素荧光技术发展历程

•Kautsky effect: Kautsky and Hirsch(1931)首次用肉眼发现叶绿素荧光现象并发表论文“CO2同化新实验”，后被称作“Kautsky effect”

•PAM(Pulse Amplitude Modulated Fluorometer): Schreiber（1986）等发明了PAM脉冲调制技术测量叶绿素荧光。•FluorCam：KineKc imaging of chlorophyll fluorescence: Ladislav Nedbal（2000）等于上世纪90年代末期发明了与

PAM技术相结合的叶绿素荧光成像技术

成像测量局部放大

荧光参数及其意义

•Fo、Fm与QY，此外还有PAR_Abs及ETR

•Kautsky诱导效应：Fo，Fp，Fv，Ft_Lss，QY，Rfd

•荧光淬灭分析：Fo，Fm，Fp，Fs，Fv，QY，NPQ，Qp，Rfd 等50多个参数

•OJIP曲线：快速荧光诱导曲线。Fo，Fj，Fi，P或Fm，Mo（OJIP曲线初始斜率）、FixArea固定面积、Sm（对关闭所有光反应中心所需能量的量度）、QY、PI等

•LC光响应曲线：Fo，Fm，QY，QY_Ln

叶绿素荧光仪著名厂商

•PSI：捷克布尔诺Brno（孟德尔在此发现著名的孟德尔遗传定律），Ladislav Nedbal为首席科学家和主要股东（另一股东为David Kramer，美国密执根州立大学教授），1997年为美国华盛顿大学H.Pakrasi教授研制成了第一台FluorCam荧光成像系统。主要产品有：

–FluorCam叶绿素荧光成像系列产品

–FL3500/FL5000双调制荧光仪系列产品

–FluorPen及AquaPen等手持式荧光仪产品

–光养生物反应器等藻类培养与在线监测产品

–光源与植物培养室

•Optics：美国，主要产品为OS5p‐PAM叶绿素荧光仪等•Walz：德国，主要产品为PAM2500叶绿素荧光仪等

PSI厂家介绍

PSI厂家剪影

laboratory

FluorCam叶绿素荧光成像：

1. Handy FC——FluorCam便携式叶绿素荧光成像系统

2. Handy GFPCam——FluorCam便携式荧光蛋白成像系统

3. Handy Leaf chamber——便携式光合联用叶绿素荧光成像系统

4.Closed FC——封闭式叶绿素荧光成像系统

5. Closed GFPCam——封闭式多光谱荧光蛋白成像系统

6. Open FC——开放式叶绿素荧光成像系统

‐Rover FluorCam——移动式大型植物荧光成像系统

‐Transect FluorCam——样带扫描式植物荧光成像系统

‐XY‐Plane FluorCam——多光谱XY‐平台式大型植物荧光成像系统

‐Arch FluorCam——拱形三维植物荧光扫描成像系统

7. Micro‐FluorCam——显微叶绿素荧光成像系统，又分标准版、增强版（可选配

GFP FilterCube Set）及滤波轮版

8. Conveyor and RoboKc PlantScan System——PlantScan全自动植物光谱成像分析

系统

9. Fluorescence KineKc Microscope——FKM荧光动态显微光谱成像系统

Fluorcam荧光成像技术特点

◆对叶片无损伤、测量迅速

◆测量对象多样，包括叶片、果实、藻类、地衣、苔藓、拟

南芥等

◆具备自动重复测量功能，从而实现无人职守自动成像实验◆结果以图片或视频形式输出，直观、易于观察

◆应用领域广泛，如光合作用、植物胁迫生理学、水生生物学、海洋学和遥感等

◆实验室、野外均可使用

◆测量面积范围广，小至微米，大至整块草坪

◆用户可根据实验需要，自定义测量参数

FlourCam叶绿素荧光成像技术应用领域

•植物光合特性和代谢紊乱植株的筛选

•生物和非生物胁迫的检测

•植物抗胁迫能力或者易感性研究

•气孔非均一性研究

•长势与产量评估

•植物——微生物交互作用研究

•植物——原生动物交互作用研究

Kautsky effect in a diuron‐inhibited leaf

（敌草隆抑制电子传递实验）

O

J

I P

Screen mutants by NPQ parameters （通过荧光淬灭分析筛选变异植株）

水分对沙漠中苔藓的光合特性的影响

加水0.5 h后

高光胁迫获得的衣藻突变体

重金属胁迫条件下的烟叶荧光成像

左图为对照烟叶，中图为通过叶脉浸泡硫酸铜30分钟后的荧光成像，右图为经硫酸铜浸泡处理60分钟后的荧光成像。上图的荧光成像色彩代表荧光衰减参数Rfd

（Rfd=Fm ‐‐‐Fs)/Fs ，红色代表Rfd 值低，蓝色为高。Rfd 可以代表植物的光合效

率，上图可以看出，跟未进行硫酸铜浸泡处理的对照烟叶相比，随着浸泡处理

后时间的延长，沿叶脉区域Rfd 越来越低（Ciscato and Valcke,1998）

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