FluorCam封閉式葉綠素熒光成像系統

FluorCam封閉式葉綠素熒光成像系統

PSI公司科學(xué)家Nedbal教授與公司總裁Trtilek博士等將PAM葉綠素熒光技術(shù)與CCD技術(shù)結合在一起，于1996年在世界上成功研制生產(chǎn)出FluorCam葉綠素熒光成像系統（Heck等，1999；Nedbal等，2000；Govindjee and Nedbal, 2000）。FluorCam葉綠素熒光成像技術(shù)成為上世紀90年代葉綠素熒光技術(shù)的重要突破，使科學(xué)家們對光合作用與葉綠素熒光的研究一下子進(jìn)入二維世界和顯微世界。目前PSI公司已成為、使用、種類(lèi)面、發(fā)表論文最多的葉綠素熒光成像專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)商

上左圖為上世紀90年代Nedbal等設計的FluorCam葉綠素熒光成像技術(shù)（Photosynthesis Research, 66: 3-12, 2000），右圖為檸檬彩色圖及葉綠素熒光成像圖（Photosynthetica, 38: 571-579, 2000）

FluorCam封閉式葉綠素熒光成像系統是一款高度集成、高度創(chuàng )新、使用方便、應用廣泛的葉綠素熒光技術(shù)設備，高靈敏度CCD鏡頭、4個(gè)固定的LED光源板及控制系統等集成于一個(gè)暗適應操作箱內，植物樣品放置在暗適應操作箱內的隔板上，隔板7級高度可調；光源由高穩定性供電單元提供電源，4個(gè)高能、高穩定性L(fǎng)ED光源板均一性照在植物樣品上，成像面積可達13×13 cm；控制系統通過(guò)USB與計算機相聯(lián)，并通過(guò)FluorCam軟件程序控制和采集分析數據。適用于植物葉片及果實(shí)等其它植物組織、整株植物或培養的多株植物、苔蘚地衣等低等植物、藻類(lèi)等，廣泛應用于植物包括藻類(lèi)光合生理生態(tài)、植物逆境脅迫生理與易感性、氣孔功能、植物環(huán)境如土壤重金屬污染響應與生物檢測、植物抗性檢測與篩選、作物育種、Phenotyping等研究。

主要功能特點(diǎn):

· 系統集成于暗適應操作箱內，操作簡(jiǎn)便、便于移動(dòng)，既可在實(shí)驗室內也可在室外進(jìn)行暗適應成像測量分析

·高靈敏度CCD鏡頭，時(shí)間分辨率達50張每秒，快速捕捉葉綠素熒光瞬變，成像面積達13x13cm

· 是世界上可進(jìn)行OJIP快速熒光動(dòng)力學(xué)成像分析的葉綠素熒光技術(shù)設備，可得到OJIP快速葉綠素熒光動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)及Mo（OJIP曲線(xiàn)初始斜率）、OJIP固定面積、Sm（對關(guān)閉所有光反應中心所需能量的量度）、QY、PI（Performance Index）等26個(gè)參數

· 是世界上可進(jìn)行QA再氧化動(dòng)力學(xué)成像分析的葉綠素熒光技術(shù)設備，可運行單周轉飽和光閃（STF）葉綠素熒光誘導動(dòng)態(tài)，光強在100µs內可達到120,000 µmol(photons)/m2.s

· 具備功能的、可編輯的葉綠素熒光實(shí)驗程序（Protocols），包括快照模式、Fv/Fm、Kautsky誘導效應、2個(gè)葉綠素熒光淬滅分析（NPQ）protocolas（2套定制給光方案）、LC光響應曲線(xiàn)、PAR吸收與NDVI成像分析、QA再氧化動(dòng)力學(xué)分析、OJIP快速熒光動(dòng)力學(xué)分析及GFP綠色熒光蛋白成像等

· 可進(jìn)行自動(dòng)重復成像測量分析，預設一個(gè)實(shí)驗程序（Protocols）、測量次數及間隔，系統將自動(dòng)循環(huán)運行成像測量，并自動(dòng)將數據按時(shí)間日期存入計算機（帶時(shí)間戳）；還可預設兩個(gè)實(shí)驗程序（Protocols）；比如使系統白天自動(dòng)運行Fv/Fm，夜間自動(dòng)運行NPQ分析等

·具備雙色光化學(xué)光激發(fā)光源，標準配置為紅色和白色，可選配紅色與藍色等雙波段光化學(xué)光，雙色光化學(xué)光可按不同比例搭配使用，以便實(shí)驗不同光質(zhì)對作物／植物的光合效益

· 可選配TetraCam彩色成像模塊，成像面積20×25cm，用于葉片或植物形態(tài)成像分析和葉綠素熒光成像對比分析

技術(shù)參數：

· 測量光為617nm可調制紅光，由2個(gè)陣列144個(gè)LEDs組成，持續時(shí)間10µs–100µs可調；

· 雙色光化光，標配為2紅光+2白光，可選配2紅光+2藍光或其它波長(cháng)光源組合，Actinic1光強300µmol(photons)/m2.s，Actinic2光強2000µmol(photons)/m2.s；光化學(xué)光可升級至3000µmol(photons)/m2.s。雙色光化學(xué)光可按不同比例搭配使用，以便實(shí)驗不同光質(zhì)對作物／植物的光合效益

· 飽和光光強可達4000µmol(photons)/m2.s，可升級至6000 µmol(photons)/m2.s，QA再氧化分析單周轉飽和光閃STF可達120000µmol(photons)/m2.s

· 光化學(xué)光及飽和光閃由2對高強度高穩定性L(fǎng)ED光源板組成，每個(gè)光源板由8×9 LEDs陣列組成，另外還具備一個(gè)頂部雙色光源（740nm紅外光源和660nm紅色光源）用于PAR吸收和NDVI成像測量；高強度高穩定性L(fǎng)ED提供持續、穩定、均一的光源，不會(huì )因為用大量光強弱的LEDs（比如幾百個(gè)）造成光源不穩定、壽命短等問(wèn)題（使用大量弱光LED用于彌補每個(gè)LED的不足，會(huì )造成系統出錯率的提高，任何一個(gè)LED出現問(wèn)題都會(huì )造成系統的不穩定甚至不能使用）

· 測量參數：Fo, Fo’, Fs, Fm, Fm’, Fp, FtDn, FtLn, Fv, Fv'/ Fm'，Fv/ Fm ,Fv',Ft,ΦPSII, NPQ_Dn, NPQ_Ln, Qp_Dn, Qp_Ln, qN, qP，QY, QY_Ln, Rfd, ETR等50多個(gè)葉綠素熒光參數及PAR吸收和NDVI植物光譜反射指數，每個(gè)參數均可顯示2維熒光彩色圖像

· 具備完備的自動(dòng)測量程序（protocol），可自由對自動(dòng)測量程序進(jìn)行編輯

a) Fv/Fm：測量參數包括Fo，Fm，Fv，QY等

b) Kautsky誘導效應：Fo，Fp，Fv，Ft_Lss，QY，Rfd等熒光參數

c) 熒光淬滅分析：Fo，Fm，Fp，Fs，Fv，QY，Φ_II，NPQ，Qp，Rfd，qL等50多個(gè)參數

d) 光響應曲線(xiàn)LC：Fo，Fm，QY，QY_Ln，ETR等熒光參數

e) PAR吸收與NDVI（選配）

f) QA再氧化動(dòng)力學(xué)（選配）

g) GFP等靜態(tài)熒光成像測量（選配）

h) OJIP快速熒光動(dòng)力學(xué)分析（選配）：Mo（OJIP曲線(xiàn)初始斜率）、OJIP固定面積、Sm（對關(guān)閉所有光反應中心所需能量的量度）、QY、PI等26個(gè)參數

• 高靈敏度TOMI-1 CCD傳感器：

a) 圖像分辨率：720×560像素

b) 時(shí)間分辨率：每秒50幀

c) A/D 轉換分辨率：12位（4096灰度色階）

d) 像元尺寸：8.6µm×8.3µm

e) 通訊模式：千兆以太網(wǎng)

§ 高分辨率TOMI-2 CCD傳感器（選配）

a) 逐行掃描CCD

b) 圖像分辨率：1360×1024像素

c) 時(shí)間分辨率：在圖像分辨率下可達每秒20幀

d) A/D 轉換分辨率：16位（65536灰度色階）

e) 像元尺寸：6.45µm×6.45µm

f) 運行模式：1）動(dòng)態(tài)視頻模式，用于葉綠素熒光參數測量；2）快照模式，用于GFP等熒光蛋白和熒光染料測量

g) 通訊模式：千兆以太網(wǎng)

· 成像面積：13×13cm，可對植物葉片、植物組織、藻類(lèi)、苔蘚、地衣、整株植物或多株植物、96孔板、384孔板等進(jìn)行成像分析

· 7位濾波輪及葉綠素熒光濾波器、PAR吸收與NDVI成像測量濾波器，可根據需要選配其它濾波器（選配）

· QA再氧化動(dòng)力學(xué)成像分析（選配）：可進(jìn)行STF熒光動(dòng)力學(xué)分析測量，單周轉光閃（STF）光強達120000 µmol(photons)/m2.s in 100µs

· OJIP快速熒光動(dòng)力學(xué)模塊（選配）：時(shí)間分辨率達1µs，可測定分析OJIP曲線(xiàn)與二十幾項相關(guān)參數包括：Fo、Fj、Fi、P或Fm、Vj、Vi、Mo、Area 、Fix Area、Sm 、Ss 、N（QA還原周轉數量）、Phi---_Po 、Psi_o 、Phi_Eo、Phi_Do、Phi_pav、ABS/RC（單位反應中心的吸收光量子通量）、TRo/RC（單位反應中心初始捕獲光量子通量）、ETo/RC（單位反應中心初始電子傳遞光量子通量）、DIo/RC（單位反應中心能量散失）、ABS/CS（單位樣品截面的吸收光量子通量）、TRo/CSo、RC/CSx（反應中心密度）、PI_ABS（基于吸收光量子通量的“性能"指數或稱(chēng)生存指數）、PIcs（基于截面的“性能"指數或稱(chēng)生存指數）

FluorCam葉綠素熒光成像分析軟件功能：具Live（實(shí)況測試）、Protocols（實(shí)驗程序選擇定制）、Pre–processing（成像預處理）、Result（成像分析結果）等功能菜單

· 客戶(hù)定制實(shí)驗程序協(xié)議（protocols）：可設定時(shí)間（如測量光持續時(shí)間、光化學(xué)光持續時(shí)間、測量時(shí)間等）、光強（如不同光質(zhì)光化學(xué)光強度、飽和光閃強度、調制測量光等），具備專(zhuān)用實(shí)驗程序語(yǔ)言和腳本，用戶(hù)也可利用Protocol菜單中的向導程序模版自由創(chuàng )建新的實(shí)驗程序

· 自動(dòng)測量分析功能：可設置一個(gè)實(shí)驗程序（Protocol）自動(dòng)無(wú)人值守循環(huán)成像測量，重復次數及間隔時(shí)間客戶(hù)自定義，成像測量數據自動(dòng)按時(shí)間日期存入計算機（帶時(shí)間戳）

· 快照（snapshot）模式：通過(guò)快照成像模式，可以自由調節光強、快門(mén)時(shí)間及靈敏度得到清晰突出的植物樣本穩態(tài)熒光和瞬時(shí)熒光圖片

· 成像預處理：程序軟件可自動(dòng)識別多個(gè)植物樣品或多個(gè)區域，也可手動(dòng)選擇區域（Region of interest，ROI）。手動(dòng)選區的形狀可以是方形、圓形、任意多邊形或扇形。軟件可自動(dòng)測量分析每個(gè)樣品和選定區域的熒光動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)及相應參數，樣品或區域數量不受限制（>1000）

· 數據分析模式：具備“信號計算再平均"模式（算數平均值）和“信號平均再計算"模式，在高信噪比的情況下選用“信號計算再平均"模式，在低信噪比的情況下選擇“信號平均再計算"模式以過(guò)濾掉噪音帶來(lái)的誤差

· 輸出結果：高時(shí)間解析度熒光動(dòng)態(tài)圖、熒光動(dòng)態(tài)變化視頻、熒光參數Excel文件、直方圖、不同參數成像圖、不同ROI的熒光參數列表等

· 暗適應操作箱，內置光源、CCD鏡頭、綠波輪及濾波器、控制單元、散熱裝置等，方便暗適應操作，樣品平臺36x30cm，高度7級可調，樣品（整株植物）高度可達12cm

· 給光制式：靜態(tài)或動(dòng)態(tài)（正弦式）

· 光譜響應：540 nm處量子高(70%)，400 nm和650 nm處轉降50%

· 讀出噪音：低于12eRMS，典型10e

· 滿(mǎn)阱容量：大于70,000 e (unbinned)

· Bios：固件可升級

· 通訊方式：千兆以太網(wǎng)

· 尺寸：471 mm(W)×473 mm (D)×512 mm (H)

· 重量：Appr. 40 kg

· 電源輸入：Appr. 1100 W

· 供電電壓：90–240 V

配置組成：

1. 主機系統，包括暗適應操作箱，內置LEDs光源、綠波輪及濾波器、CCD鏡頭、控制單元、高度可調樣品隔板、散熱裝置等

2. 高穩定性電源轉換器

3. FluorCam系統控制與數據分析軟件

4. 筆記本電腦

產(chǎn)地：捷克PSI

附：其它FluorCam葉綠素熒光成像系統

1. FluorCam便攜式光合聯(lián)用葉綠素熒光成像系統：可與LCProSD光合儀、Licor6400光合儀等聯(lián)用

2. FluorCam便攜式葉綠素熒光成像系統：成像面積3.5x3.5cm，具暗適應葉夾及多功能輕便三腳架，可用于實(shí)驗室或野外測量和監測

3. FluorCam便攜式Chl/GFP熒光成像系統：為便攜式熒光成像系統的擴展版，可同時(shí)進(jìn)行葉綠素熒光成像分析和GFP綠色熒光蛋白成像分析

4. FluorCam封閉式葉綠素熒光成像系統：LED光源、CCD熒光監測鏡頭、控制單元等集成于暗適應操作箱內形成一個(gè)完整的主機系統，是世界上可進(jìn)行QA再氧化動(dòng)力學(xué)和OJIP測量分析的葉綠素熒光成像系統，成像面積13x13cm

5. FluorCam封閉式Chl/GFP熒光成像系統：為封閉式葉綠素熒光成像系統的擴展版，可同時(shí)進(jìn)行葉綠素熒光成像分析和GFP綠色熒光蛋白成像分析

6. FluorCam開(kāi)放式葉綠素熒光成像系統：模塊式，具備高度可擴展性，可自由選配不同的激發(fā)光源及相應濾波器以對葉綠素熒光動(dòng)態(tài)及穩態(tài)熒光等進(jìn)行成像分析，鏡頭高度可調，成像面積13x13cm

7. FluorCam開(kāi)放式大型版葉綠素熒光成像系統：成像面積可達20x20cm

8. FKM多光譜熒光動(dòng)態(tài)顯微成像與光譜分析系統：多激發(fā)光、多光譜熒光成像與光譜分析，可對葉綠素熒光動(dòng)態(tài)、QA再氧化、OJIP快速熒光動(dòng)力學(xué)進(jìn)行顯微成像分析和光譜分析，還可對GFP熒光、細胞熒光染色等進(jìn)行顯微成像分析

9. Fluorcam移動(dòng)式大型葉綠素熒光成像系統：大型葉綠素熒光成像平臺安裝在具輪子的支架上，方便移動(dòng)，成像平臺可上下移動(dòng)，成像面積達35x35cm

10. FluorCam樣帶掃瞄式葉綠素熒光成像系統：大型成像平臺可在100－500cm的支架上對樣帶進(jìn)行掃瞄成像，標配掃瞄區域長(cháng)度為400cm，成像平臺可沿樣帶精確定位自動(dòng)掃瞄，可選配RGB真彩掃瞄成像，從而實(shí)現葉綠素熒光成像和真彩成像分析

11. FluorCam多光譜熒光成像系統：屬多激發(fā)光、多光譜熒光成像系統，不僅可對葉綠素熒光進(jìn)行成像分析，還可對UV紫外光激發(fā)F440（藍色熒光）、F520（綠色熒光）、F690（紅色熒光）和F740（紅外熒光）進(jìn)行成像分析用于研究檢測植物脅迫與抗性，有標準配置、擴展配置和大型配置3種型號

12. PlantScreen葉綠素熒光與RGB真彩自動(dòng)掃瞄成像系統：是PlantScreen系列高通量植物表型成像分析系統的基礎版，可對葉綠素熒光和植物RGB真彩進(jìn)行成像分析，以分析檢測植物的功能表型和形態(tài)表型，自動(dòng)掃瞄范圍為60x129cm，定位定時(shí)并得到4維（XYZ三維位置信息和時(shí)間信息）測量數據