FluorCam封閉式葉綠素熒光成像系統(tǒng)

PSI公司科學家Nedbal教授與公司總裁Trtilek博士等*將PAM葉綠素熒光技術與CCD技術結合在一起，于1996年在世界上成功研制生產出FluorCam葉綠素熒光成像系統(tǒng)（Heck等，1999；Nedbal等，2000；Govindjee and Nedbal, 2000）。FluorCam葉綠素熒光成像技術成為上世紀90年代葉綠素熒光技術的重要突破，使科學家們對光合作用與葉綠素熒光的研究一下子進入二維世界和顯微世界。目前PSI公司已成為世界上、使用、種類面、發(fā)表論文多的葉綠素熒光成像專業(yè)生產廠商

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（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(tǒng)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設備，高靈敏度CCD鏡頭、4個固定的LED光源板及控制系統(tǒng)等集成于一個暗適應操作箱內，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(wěn)定性供電單元提供電源，4個高能、高穩(wěn)定性LED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(tǒng)通過USB與計算機相聯，并通過FluorCam軟件程序控制和采集分析數據。適用于植物葉片及果實等其它植物組織、整株植物或培養(yǎng)的多株植物、苔蘚地衣等低等植物、藻類等，廣泛應用于植物包括藻類光合生理生態(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:

· 系統(tǒng)集成于暗適應操作箱內，操作簡便、便于移動，既可在實驗室內也可在室外進行暗適應成像測量分析

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

· 是世界上可進行OJIP快速熒光動力學成像分析的葉綠素熒光技術設備，可得到OJIP快速葉綠素熒光動態(tài)曲線及Mo（OJIP曲線初始斜率）、OJIP固定面積、Sm（對關閉所有光反應中心所需能量的量度）、QY、PI（Performance Index）等26個參數

· 是世界上可進行QA再氧化動力學成像分析的葉綠素熒光技術設備，可運行單周轉飽和光閃（STF）葉綠素熒光誘導動態(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驗程序（Protocols），包括快照模式、Fv/Fm、Kautsky誘導效應、2個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、PAR吸收與NDVI成像分析、QA再氧化動力學分析、OJIP快速熒光動力學分析及GFP綠色熒光蛋白成像等

· 可進行自動重復成像測量分析，預設一個實驗程序（Protocols）、測量次數及間隔，系統(tǒng)將自動循環(huán)運行成像測量，并自動將數據按時間日期存入計算機（帶時間戳）；還可預設兩個實驗程序（Protocols）；比如使系統(tǒng)白天自動運行Fv/Fm，夜間自動運行NPQ分析等

·具備雙色光化學光激發(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光，雙色光化學光可按不同比例搭配使用，以便實驗不同光質對作物／植物的光合效益

左圖A為100％紅色光源條件下黃瓜葉片的Fv/Fm，左圖B為30%藍色光源條件下黃瓜葉片的Fv/Fm；右上圖為光合作用強度隨光照強度（不同比例藍色光）的關系，右下圖為氣孔導度隨光照強度（不同比例藍色光）的關系

· 可選配TetraCam彩色成像模塊，大成像面積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

技術參數：

· 測量光為617nm可調制紅光，由2個陣列144個LEDs組成，持續(xù)時間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藍光或其它波長光源組合，Actinic1光強300µmol(photons)/m2.s，Actinic2光強2000µmol(photons)/m2.s；大光化學光可升級至3000µmol(photons)/m2.s。雙色光化學光可按不同比例搭配使用，以便實驗不同光質對作物／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

· 光化學光及飽和光閃由2對高強度高穩(wěn)定性LED光源板組成，每個光源板由8×9 LEDs陣列組成，另外還具備一個頂部雙色光源（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(wěn)定性LED提供持續(xù)、穩(wěn)定、均一的光源，不會因為用大量光強弱的LEDs（比如幾百個）造成光源不穩(wěn)定、壽命短等問題（使用大量弱光LED用于彌補每個LED的不足，會造成系統(tǒng)出錯率的提高，任何一個LED出現問題都會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)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多個葉綠素熒光參數及PAR吸收和NDVI植物光譜反射指數，每個參數均可顯示2維熒光彩色圖像

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

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多個參數

d) 光響應曲線LC：Fo，Fm，QY，QY_Ln，ETR等熒光參數

e) PAR吸收與NDVI（選配）

f) QA再氧化動力學（選配）

g) GFP等靜態(tài)熒光成像測量（選配）

h) OJIP快速熒光動力學分析（選配）：Mo（OJIP曲線初始斜率）、OJIP固定面積、Sm（對關閉所有光反應中心所需能量的量度）、QY、PI等26個參數

• 高靈敏度TOMI-1 CCD傳感器：

a) 圖像分辨率：720×560像素

b) 時間分辨率：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

§ 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

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

· 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再氧化動力學成像分析（選配）：可進行STF熒光動力學分析測量，單周轉光閃（STF）光強達120000 µmol(photons)/m2.s in 100µs

· OJIP快速熒光動力學模塊（選配）：時間分辨率達1µs，可測定分析OJIP曲線與二十幾項相關參數包括：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”指數或稱生存指數）、PIcs（基于截面的“性能”指數或稱生存指數）

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

· 客戶定制實驗程序協(xié)議（protocols）：可設定時間（如測量光持續(xù)時間、光化學光持續(xù)時間、測量時間等）、光強（如不同光質光化學光強度、飽和光閃強度、調制測量光等），具備實驗程序語言和腳本，用戶也可利用Protocol菜單中的向導程序模版自由創(chuàng)建新的實驗程序

· 自動測量分析功能：可設置一個實驗程序（Protocol）自動無人值守循環(huán)成像測量，重復次數及間隔時間客戶自定義，成像測量數據自動按時間日期存入計算機（帶時間戳）

· 快照（snapshot）模式：通過快照成像模式，可以自由調節(jié)光強、快門時間及靈敏度得到清晰突出的植物樣本穩(wěn)態(tài)熒光和瞬時熒光圖片

· 成像預處理：程序軟件可自動識別多個植物樣品或多個區(qū)域，也可手動選擇區(qū)域（Region of interest，ROI）。手動選區(qū)的形狀可以是方形、圓形、任意多邊形或扇形。軟件可自動測量分析每個樣品和選定區(qū)域的熒光動力學曲線及相應參數，樣品或區(qū)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”模式以過濾掉噪音帶來的誤差

· 輸出結果：高時間解析度熒光動態(tài)圖、熒光動態(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）大高度可達12cm

· 給光制式：靜態(tài)或動態(tài)（正弦式）

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

· 讀出噪音：低于12eRMS，典型10e

· 滿阱容量：大于70,000 e (unbinned)

· Bios：固件可升級

· 通訊方式：千兆以太網

· 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(tǒng)，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(wěn)定性電源轉換器

3.FluorCam系統(tǒng)控制與數據分析軟件

4. 筆記本電腦

產地：捷克PSI

附：其它FluorCam葉綠素熒光成像系統(tǒng)

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

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

3. FluorCam便攜式Chl/GFP熒光成像系統(tǒng)：為便攜式熒光成像系統(tǒng)的擴展版，可同時進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(tǒng)：LED光源、CCD熒光監(jiān)測鏡頭、控制單元等集成于暗適應操作箱內形成一個完整的主機系統(tǒng)，是世界上可進行QA再氧化動力學和OJIP測量分析的葉綠素熒光成像系統(tǒng)，成像面積13x13cm

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

6.FluorCam開放式葉綠素熒光成像系統(tǒng)：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態(tài)及穩(wěn)態(tài)熒光等進行成像分析，鏡頭高度可調，成像面積13x13cm

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

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

9.FluorCam移動式大型葉綠素熒光成像系統(tǒng)：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，成像平臺可上下移動，成像面積達35x35cm

10.FluorCam樣帶掃瞄式葉綠素熒光成像系統(tǒng)：大型成像平臺可在100－500cm的支架上對樣帶進行掃瞄成像，標配掃瞄區(qū)域長度為400cm，成像平臺可沿樣帶精確定位自動掃瞄，可選配RGB真彩掃瞄成像，從而實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(tǒng)：屬多激發(fā)光、多光譜熒光成像系統(tǒng)，不僅可對葉綠素熒光進行成像分析，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真彩自動掃瞄成像系統(tǒng)：是PlantScreen系列高通量植物表型成像分析系統(tǒng)的基礎版，可對葉綠素熒光和植物RGB真彩進行成像分析，以分析檢測植物的功能表型和形態(tài)表型，自動掃瞄范圍為60x129cm，定位定時并得到4維（XYZ三維位置信息和時間信息）測量數據