FluorCam便攜式光合測量-熒光成像系統(tǒng)將氣體交換測定功能和葉綠素?zé)晒獬上窆δ苡袡C結(jié)合：既能夠測定植物的光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度等光合作用參數(shù)，全面衡量植物光合作用的強度和能力；又能夠?qū)χ参锏娜~綠素?zé)晒鈪?shù)進(jìn)行二維成像，反映光合作用過程中光系統(tǒng)對光能的吸收、傳遞、耗散、分配及光合特性的空間異質(zhì)性。

FluorCam便攜式光合測量-熒光成像系統(tǒng)能夠全面測定光合作用的過程（包括原初反應(yīng)、電子傳遞、碳同化等階段），充分了解光合作用的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量交換，從而對光合作用進(jìn)行完整評估和直觀呈現(xiàn)。

左：不同尺度葉綠素?zé)晒饧爸参锕夂献饔?/span>(Porcar-Castell et al., 2014)；右：FluorCam系統(tǒng)用于灌木蟲癭葉片的熒光成像和光合測定(Oliveira et al., 2017)

應(yīng)用領(lǐng)域

ü植物光合生理研究

ü植物脅迫逆境研究

ü優(yōu)質(zhì)作物品種篩選

ü植物固碳研究

ü氣候變化研究

技術(shù)特點

l強強結(jié)合：臺野外便攜式光合儀（1983年）和部商用葉綠素?zé)晒獬上駜x（1996年）均出在生產(chǎn)廠家。FluorCam便攜式光合測量-熒光成像系統(tǒng)是數(shù)十年研發(fā)積累和技術(shù)經(jīng)驗的結(jié)晶——成熟耐用，值得信賴。

左：臺野外便攜式光合儀；右：部商用葉綠素?zé)晒獬上駜xFluorCam示意圖

l功能強大：熒光成像功能能夠借助內(nèi)置程序，自動測量Fv/Fm、NPQ、ΦPSII、qP、qN、Rfd、ETR等葉綠素?zé)晒鈪?shù)及對每個參數(shù)進(jìn)行二維成像；光合儀能夠自動測定同化速率（A）、蒸騰速率（E）、胞間CO2（Ci）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、葉片溫度、光合有效輻射，運行光響應(yīng)程序和CO2響應(yīng)程序。

l配置靈活：

1. 可選配GFP熒光成像功能，用于轉(zhuǎn)基因作物篩選和對植物個體水平的基因表達(dá)進(jìn)行定位和分析。

2. 可選配OJIP快速熒光曲線測量模塊，快速獲取反映植物光能吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化、耗散及光合電子傳遞狀況的26個JIP-test參數(shù)。

3. 可選配植物光譜及植被指數(shù)測量模塊，輕松獲取植物反射光譜曲線并直接獲取NDVI、PRI等數(shù)十個反映植物色素含量、光能利用效率、健康狀態(tài)的生理參數(shù)。

4. 可選配植物多酚-葉綠素測量模塊，對色素含量進(jìn)行測定，包括Chl葉綠素指數(shù)、Flav類黃酮指數(shù)、NBl氮平衡指數(shù)（Chl/Flav 比值）、Anth 花青素指數(shù)。

從左向右：葉片GFP成像；OJIP測量模塊；植物光譜及植被指數(shù)測量模塊

l多使用場景：系統(tǒng)便攜性強，非常適合長時間野外調(diào)查和大田試驗，也可用于實驗室、溫室等可控環(huán)境下的基礎(chǔ)研究，是植物學(xué)、農(nóng)學(xué)研究的儀器。

FluorCam便攜式光合測量-熒光成像系統(tǒng)室內(nèi)使用場景

技術(shù)參數(shù)

1.光合測量部分

1.1CO2測量范圍：0-3000ppm

1.2CO2測量分辨率：1ppm

1.3CO2采用紅外分析，差分開路測量系統(tǒng)，自動置零，自動氣壓和溫度補償

1.4H2O測量范圍：0-75 mbar

1.5H2O測量分辨率：0.1mbar

1.6PAR測量范圍：0-3000 μmol m-2 s-1，余弦校正

1.7葉室溫度：-5 - 50℃ 精度：±0.2℃

1.8葉片溫度：-5 - 50℃

1.9空氣泵流速：100 - 500ml / min

1.10CO2控制：由內(nèi)部CO2供應(yīng)系統(tǒng)提供，達(dá)2000ppm

1.11H2O控制：可高于或低于環(huán)境條件

1.12溫度控制：由微型peltier元件控制，環(huán)境溫度-10℃到+15℃，所有葉室自動調(diào)節(jié)

1.13PAR控制：RGB光源2400μmol m-2 s-1，LED白色光源2500μmol m-2 s-1

1.14可選配多種帶有光源的可控溫葉室、葉夾

1.15顯示：彩色WQVGA LCD觸摸屏，480 x 272像素，尺寸95 x 53.9 mm，對角線長109mm

1.16數(shù)據(jù)存儲：SD卡，兼容32G容量

1.17數(shù)據(jù)輸出：Mini-B型USB接口，RS232九針D型接口，230400波特率PC通訊

1.18供電系統(tǒng)：內(nèi)置12V 7.5AH鋰離子電池，可持續(xù)工作至16小時，智能充電器

1.19尺寸：主機230×110×170mm，測量手柄300×80×75mm

1.20重量：主機4.1Kg，測量手柄0.8Kg

1.21操作環(huán)境：5到45℃

2.熒光成像部分

2.1測量參數(shù)：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?zé)晒鈪?shù)，每個參數(shù)均可顯示2維熒光彩色圖像

2.2具備完備的自動測量程序（protocol），可自由對自動測量程序進(jìn)行編輯

Fv/Fm：測量參數(shù)包括Fo，Fm，Fv，QY等

Kautsky誘導(dǎo)效應(yīng)：Fo，Fp，Fv，Ft_Lss，QY，Rfd等熒光參數(shù)

熒光淬滅分析：Fo，Fm，Fp，Fs，Fv，QY，ΦII，NPQ，Qp，Rfd，qL等50多個參數(shù)

光響應(yīng)曲線LC：Fo，Fm，QY，QY_Ln，ETR等熒光參數(shù)

2.3高靈敏度TOMI-1 CCD傳感器：

圖像分辨率：720×560像素

時間分辨率：每秒50幀

A/D 轉(zhuǎn)換分辨率：12位（4096灰度色階）

像元尺寸：8.6µm×8.3µm

通訊模式：千兆以太網(wǎng)

2.4高分辨率TOMI-2 CCD傳感器（選配）

2.5成像面積：35mm×46 mm

2.6光源板：4塊超亮LED光源板，每個光源板由5×5 LEDs陣列，尺寸4×4 cm

2.7測量光：620nm紅光，持續(xù)時間10µs–100µs可調(diào)

2.8飽和光：標(biāo)配白光，可選藍(lán)光（455nm）或紅光（620nm）

白光： 3900 µmol(photons)/m2.s

藍(lán)光： 4900 µmol(photons)/m2.s

紅光： 3800 µmol(photons)/m2.s

2.9光化學(xué)光：標(biāo)配白光，可選藍(lán)光（455nm）或紅光（620nm）

白光：0–1000 µmol(photons)/m2.s

藍(lán)光：0–1400 µmol(photons)/m2.s

紅光：0–800 µmol(photons)/m2.s

2.10遠(yuǎn)紅光：735nm，用于測量Fo’，4顆高能LED

2.11FluorCam葉綠素?zé)晒獬上穹治鲕浖δ埽壕?/span>Live（實況測試）、Protocols（實驗程序選擇定制）、Pre–processing（成像預(yù)處理）、Result（成像分析結(jié)果）等功能菜單

2.12客戶定制實驗程序協(xié)議（protocols）：可設(shè)定時間（如測量光持續(xù)時間、光化學(xué)光持續(xù)時間、測量時間等）、光強（如不同光質(zhì)光化學(xué)光強度、飽和光閃強度、調(diào)制測量光等），具備專用實驗程序語言和腳本，用戶也可利用Protocol菜單中的向?qū)С绦蚰０孀杂蓜?chuàng)建新的實驗程序

2.13自動測量分析功能：選配，可設(shè)置一個實驗程序（Protocol）自動無人值守循環(huán)成像測量，重復(fù)次數(shù)及間隔時間客戶自定義，成像測量數(shù)據(jù)自動按時間日期存入計算機（帶時間戳）

2.14成像預(yù)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(xué)曲線及相應(yīng)參數(shù)，樣品或區(qū)域數(shù)量不受限制（>1000）

2.15輸出結(jié)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(shù)Excel文件、直方圖、不同參數(shù)成像圖、不同ROI的熒光參數(shù)列表等

2.16給光制度：靜態(tài)或動態(tài)（竇式）

2.17CCD檢測范圍：400–1000nm

2.18光譜響應(yīng)：540nm處量子高（70 %），400nm和650nm處轉(zhuǎn)降50%

2.19讀出噪音：低于12eRMS，典型10e

2.20滿阱容量：大于70,000 e (unbinned)

2.21Bios：固件可升級

2.22通訊方式：千兆以太網(wǎng)

2.23主機重量：1.8 kg

2.24主機尺寸：21.5 cm×13.5 cm×13.5 cm

2.25葉夾：用于夾持測量葉片并進(jìn)行暗適應(yīng)

2.26支架系統(tǒng)：1）室內(nèi)支架，可調(diào)整測量高度和角度，用于實驗室內(nèi)測量；2）三角支架（選配），防水防銹材料設(shè)計，滿足測量穩(wěn)定性，高度角度可調(diào)，測量高度1.5m，用于野外測量

2.27供電方式：1）90–240 V交流電，配有專用防電涌穩(wěn)壓電源；2）專用野外電池包（選配），一次充電可支持10小時以上不間斷測量

2.28功率：200 W

應(yīng)用案例

1.捷克帕拉茨基大學(xué)的研究人員使用FluorCam便攜式光合測量-熒光成像系統(tǒng)測定了熱激預(yù)處理前后感染白粉病的番茄的氣體交換參數(shù)及葉綠素?zé)晒鈪?shù)（成像），發(fā)現(xiàn)熱激處理不會顯著影響中等抗性基因型番茄的白粉病抗性和光合響應(yīng)，但會增加易感基因型的易感性(Prokopová et al., 2010)。

番茄白粉病易感基因型熱激預(yù)處理前后白粉病感染的光合響應(yīng)：

左-葉綠素?zé)晒獬上?；?/span>-光合色素含量及氣體交換參數(shù)

2.葡萄牙阿威羅大學(xué)的科研人員研究發(fā)現(xiàn)松樹對脂潰瘍病菌感染在時間序列上的生理響應(yīng)依賴于宿主的易感水平，而脫落酸的分解代謝在此過程中發(fā)揮著重要的作用(Amaral et al., 2021)。FluorCam便攜式光合測量-熒光成像系統(tǒng)則被用來測定易感品種和抗性品種在感染過程中的光合表現(xiàn)。

易感品種和抗性品種松樹松針的葉綠素?zé)晒鈪?shù)（左）和氣體交換參數(shù)（右）在感染（F）過程中的時間序列變化

3.日本日本鹿兒島大學(xué)農(nóng)學(xué)院的科研人員使用FluorCam便攜式光合測量-熒光成像系統(tǒng)研究了溫度光照對百香果“夏日皇后”和“紅星”光合特性的影響。發(fā)現(xiàn)兩個品種的百香果在高溫下的光合特性存在差異：“夏日皇后”在高溫下受到了嚴(yán)重的傷害，而“紅星”在高溫下保持其蒸騰和NPQ值從而降低了高溫脅迫的影響(Shimada et al., 2017)。

兩個品種百香果氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)隨溫度的變化

國內(nèi)安裝案例

清華大學(xué)，2020年 中國農(nóng)科院草原所，2020年

河南農(nóng)大，2020年 中國農(nóng)大中國農(nóng)業(yè)大學(xué)吉林梨樹實驗站，2020年

參考文獻(xiàn)

lAmaral, J., Correia, B., Escandón, M., Jesus, C., Ser?dio, J., Valledor, L., Hancock, R.D., Dinis, L.-T., Gomez-Cadenas, A., Alves, A., et al. (2021). Temporal physiological response of pine to Fusarium circinatum infection is dependent on host susceptibility level: the role of ABA catabolism. Tree Physiology 41, 801–816. https://doi.org/10.1093/treephys/tpaa143.

lOliveira, D.C., Moreira, A.S.F.P., Isaias, R.M.S., Martini, V., and Rezende, U.C. (2017). Sink Status and Photosynthetic Rate of the Leaflet Galls Induced by Bystracoccus mataybae (Eriococcidae) on Matayba guianensis (Sapindaceae). Front. Plant Sci. 8, 1249. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01249.

lOliveira, T.M., Yahmed, J.B., Dutra, J., Maserti, B.E., Talon, M., Navarro, L., Ollitraut, P., da S. Gesteira, A., and Morillon, R. (2017). Better tolerance to water deficit in doubled diploid ‘Carrizo citrange’ compared to diploid seedlings is associated with more limited water consumption. Acta Physiol Plant 39, 1–13. https://doi.org/10.1007/s11738-017-2497-3.

lPorcar-Castell, A., Tyystj?rvi, E., Atherton, J., van der Tol, C., Flexas, J., Pfündel, E.E., Moreno, J., Frankenberg, C., and Berry, J.A. (2014). Linking chlorophyll a fluorescence to photosynthesis for remote sensing applications: mechanisms and challenges. Journal of Experimental Botany 65, 4065–4095. https://doi.org/10.1093/jxb/eru191.

lProkopová, J., Mieslerová, B., Hlavá?ková, V., Hlavinka, J., Lebeda, A., Nau?, J., and ?pundová, M. (2010). Changes in photosynthesis of Lycopersicon spp. plants induced by tomato powdery mildew infection in combination with heat shock pre-treatment. Physiological and Molecular Plant Pathology 74, 205–213. https://doi.org/10.1016/j.pmpp.2010.01.001.

lShimada, A., Kubo, T., Tominaga, S., and Yamamoto, M. (2017). Effect of Temperature on Photosynthesis Characteristics in the Passion Fruits ‘Summer Queen’ and ‘Ruby Star.’ The Hortic J 86, 194–199. https://doi.org/10.2503/hortj.OKD-023