植物叶绿素荧光成像系统PlantExplorer

植物叶绿素荧光成像系统PlantExplorer

PlantExplorer系统的成像面积达到20 cm x 20 cm,最快每秒钟可测量1000张叶绿素荧光成像图片,在全球第一次实现对快速荧光诱导曲线O-J-I-P相的成像测量;可以基于单个像素或感兴趣的区域(ROI)来计算荧光参数;可以实现多光谱测量,在测量光合作用之外,获取叶绿素指数、花青素指数、NDVI、红外成像和RGB成像。

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利用PlantExplorer测量的荧光成像、叶绿素成像、花青素成像和RGB成像

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利用PlantExplorer测量的OJIP曲线

叶绿素a荧光作为光合作用研究的探针,是研究各种逆境胁迫(干旱、高温、低温、营养缺失、污染、病害等)对植物影响的强大工具,亦被广泛用于筛选同一植物品种的不同基因型。叶绿素a荧光不仅能反映光能吸收、激发能传递和光化学反应等光合作用原初反应过程,而且与电子传递质子梯度的建立及ATP合成和CO2固定等过程有关。几乎所有光合作用过程的变化均可通过叶绿素a荧光反映出来,而荧光测定技术不需破碎细胞,不伤害生物体,因此通过研究叶绿素a荧光来间接研究光合作用的变化是一种简便、快捷、可靠的方法。针对叶绿素a荧光的测量方法和参数分析方法已经成为光合作用研究的一个重要领域。

在过去的十余年中,针对植物光合作用测量的叶绿素荧光成像技术日趋成熟,并得到了广泛的应用。随着LED技术、CCD技术、通信技术等的不断进步,传统的叶绿素荧光成像也面临着新技术的不断挑战。

来自荷兰瓦赫宁根大学的Henk Jalink教授在数十年叶绿素荧光技术研究的基础上,采用最新的LED技术、CCD技术和通信技术,掀起了对叶绿素荧光成像技术的革命!

Jalink教授设计的叶绿素荧光成像系统,包括标准版PlantExplorer定制化设计版CropReporter,其中PlantExplorer系统可以:

  • 最快每秒钟测量1000张叶绿素荧光成像图片,实现对快速荧光诱导曲线O-J-I-P相的成像测量(全球唯一!!!)
  • 基于单个像素或感兴趣的区域(ROI)来计算荧光参数
  • 实现多光谱测量,在测量光合作用之外,获取叶绿素指数、花青素指数、NDVI、红外成像和RGB成像。

针对这些最新的叶绿素荧光技术(包括这里介绍的叶绿素荧光成像系统PlantExplorer和能监测16 m2面积里植物的群体光合作用的CropObserver系统等),Jalink教授创办了PhenoVation公司进行商业化生产,在国际光合作用领域和植物表型领域都引起了巨大的震动。

PlantExplorer的版本

根据是否能进行多光谱测量,以及是采用高速(High Speed, HS)相机还是高清(High Resolution, HR)相机,植物叶绿素荧光成像系统PlantExplorer有四个版本:

版本 名称 功能
多光谱高速版 PlantExplorer Spectral HS 高速测量叶绿素荧光成像、可见光成像、叶绿素成像、花青素成像
多光谱高清版 PlantExplorer Spectral HR 高清测量叶绿素荧光成像、可见光成像、叶绿素成像、花青素成像
PSII高速版 PlantExplorer PSII HS 高速测量叶绿素荧光成像
PSII高清版 PlantExplorer PSII HR 高清测量叶绿素荧光成像

主要应用领域Op bureau2-水印

  • 光合作用机理研究,全叶片和整株植物的光合作用测量
  • 环境胁迫对植物的影响
  • 基因型筛选、突变株筛选
  • 胁迫损伤的早期检测
  • 植物病理学、毒理学、环境科学研究
  • 其它和植物光合作用相关的领域

主要技术参数

  • 相机传感器类型:CCD
  • 相机曝光时间:典型20-1 000 ms
  • 相机分辨率:高速版30万像素;高清版140万像素
  • Binning:1 x 1到8 x 8
  • 灰阶:14比特或16 384级灰阶
  • 图像采集速度:高速版260帧/秒(307 200像素时)~1 000帧/秒(100 000像素时);高清版20帧/秒
  • 图像获取时间:单张叶绿素荧光图像5-1 000 ms,高速版诱导曲线测量时800 ms可以获取208-800张图像。
  • 图像格式:16位RAW格式
  • 光谱范围:350~950 nm
  • 镜头类型:8 mm定焦,f1.4
  • 光学滤光片(仅适用于多光谱版):6种高质量光学干涉滤光片,包括荧光、红光、绿光、蓝光、花青素和近红外滤光片
  • 数据传输方式:Ethernet
  • 叶绿素荧光激发光源:红色LED,光强0-3 000 mmol m-2 s-1
  • 光化光源:红色LED,光强0-1 000 mmol m-2 s-1
  • 多光谱和彩色图像光源:白色LED和近红外LED
  • 成像面积:20 x 20 cm
  • 工作温度:+5~+40℃
  • 尺寸:50(W) x 61(D) x 100(H) cm
  • 重量:55 kg
  • 供电需求:110-240 V交流电
  • 功耗:测量叶绿素荧光时峰值3 kW,待机时200 W
  • 成像参数:
    • 多光谱高速版:Fo, FJ, FI, Fm, Ft, FJ’, FI’, Ft=5min, Fm’, Fo’, Fv/Fm, FRO, φEO, φRO,  tFM, A, Sm, PIABS, φPSII, NPQ, qN, qP, Rfd, RNIR, R, RAnth, RRed, RGreen, RBlue, Chl. Index, Ant. Index, NDVI
    • 多光谱高清版:Fo, Fm, Ft, Ft=5min, Fm’, Fo’, Fv/Fm, φPSII, NPQ, qN, qP, Rfd, RNIR, R, RAnth, RRed, RGreen, RBlue, Chl. Index, Ant. Index, NDVI
    • PS II高速版:Fo, FJ, FI, Fm, Ft, FJ’, FI’, Ft=5min, Fm’, Fo’, Fv/Fm, FRO, φEO, φRO,  tFM, A, Sm, PIABS, φPSII, NPQ, qN, qP, Rfd
    • PS II高清版:Fo, Fm, Ft, Ft=5min, Fm’, Fo’, Fv/Fm, φPSII, NPQ, qN, qP, Rfd

功能特性

功能特点 多光谱高速版PlantExplorerSpectral HS 多光谱高清版PlantExplorerSpectral HR PSII高速版PlantExplorerPSII HS PSII高清版PlantExplorerPSII HR
无与伦比的高速相机(1000/秒)测量快速诱导曲线
出色的高清相机(1.4 M pixel)测量叶绿素荧光
成像范围20 cm x 20 cm
自动调节花盆底座高度,使得植物上部与相机保持恒定距离
饱和脉冲强度达3000 mmol m-2 s-1
光化光强度达1000 mmol m-2 s-1
可进行多光谱测量
精确获知叶绿素荧光、叶绿素、花青素和R/G/B图像每个像素的变化
可设置进行延时成像测量
嵌入式电脑进行精确的成像、时间控制、光强控制和数据存储英特尔双核处理器

  • 8 GB内存
  • 128 GB SSD固定硬盘,Windows 7操作系统
  • 1 TB Hybrid混合硬盘用于数据存储
随机配送27寸全高清显示器
功能强大的控制和分析软件

注:● 代表有,○ 代表无。

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主要测量参数

 

成像参数 参数解释 多光谱高速版

PlantExplorer

Spectral HS

多光谱高清版

PlantExplorer

Spectral HR

PSII高速版

PlantExplorer

PSII HS

PSII高清版

PlantExplorer

PSII HR

由仪器控制软件直接测量出的成像参数
Fo 植物暗适应后当所有反应中心都处于开放态时的初始(最小)荧光成像
FJ 植物暗适应后测量JIP诱导曲线(快速荧光诱导曲线)时的J相成像
FI 植物暗适应后测量JIP诱导曲线(快速荧光诱导曲线)时的I相成像
Fm 植物暗适应后当所有反应中心都处于关闭状态时的最大荧光成像
Ft 植物接受光照一段时间t后的实时荧光成像
FJ 植物照光后达到J项的荧光成像
FI 植物照光后达到I项的荧光成像
Ft=5min 植物照光5 min后的荧光成像
Fm 照光后当所有反应中心都处于关闭状态时的最大荧光成像
RNIR 近红外波段的反射光谱成像
RChl. 叶绿素的反射光谱成像
RAnth 花青素的反射光谱成像
RRed 可见光成像的R(红色)通道反射光谱成像
RGreen 可见光成像的G(绿色)通道反射光谱成像
RBlue 可见光成像的B(蓝色)通道反射光谱成像
由仪器分析软件分析得出的成像参数
Fv/Fm 植物暗适应后的最大光合效率成像
tFM 荧光上升达到Fm的时间
FRO 植物暗适应后与I项可变荧光相关的参数FRO=(Fm-Fi)/Fm
jEO 植物照光后与I项可变荧光相关的参数ϕEO=(Fm’-FJ’)/Fm
jRO 植物照光后与I项可变荧光相关的参数ϕRO=(Fm’-FI’)/Fm
A 诱导曲线上部的互补面积
Sm Fm-Fo的面积归一化参数
PIABS 光合性能指数
jPSII 植物照光后的实际光合效率jPSII =Fq’/Fm=(Fm’-Ft)/Fm
NPQ 非光化学淬灭NPQ=(Fm-Fm’)Fm
Rfd 植物活力指数Rfd=(Fm-Ft=5min)/Fm
qN 非光化学淬灭qN=(Fm-Fm’)/(Fm-Fo’)
qP 光化学淬灭qP=Fm’-Ft)/(Fm’-Fo’)
Fo 植物照光后当所有反应中心处于开放态时的最小荧光Fo‘=Fo/((Fv/Fm)+(Fo/Fm’))
Chl. Index 叶绿素指数,与叶绿素含量相关
Ant. Index 花青素指数,与花青素含量相关
NDVI 植被覆盖指数

● 代表有,○ 代表无。

应用实例

1)强光对不同基因型拟南芥的影响

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2)缺磷对不同拟南芥的影响

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3)荧光成像揭示肉眼看不到的叶片边缘伤害

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4)利用叶绿素荧光成像进行植物病理学研究

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5)干旱处理对伽蓝菜的影响

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我们能提供的远远不止这些……

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如下,是1 m高的水稻整株侧面成像结果:

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此外,

我们的叶绿素荧光成像系统已被成功集成到WPS高通量植物表型平台中,用于高通量植物叶绿素荧光成像(光合作用)测量!

 

产地:荷兰