大型植物叶绿素荧光成像系统CropReporter

大型植物叶绿素荧光成像系统CropReporter

CropReporter系统的成像面积定制化设计,从30 x 30 cm到200 x 200 cm,是目前唯一适合大型植物植株成像的一两个荧光成像系统。它可以顶部成像,也可以侧面成像,甚至顶部和侧面都成像;它可以集成到基于传送系统的高通量植物表型平台中,进行高通量的光合表型测量。

水稻可见光-水印_调整大小

1米高水稻植株的侧面可见光成像

水稻FvFm-水印_调整大小

1米高水稻植株的侧面Fv/Fm成像

水稻叶绿素-水印_调整大小

1米高水稻植株的侧面叶绿素成像

水稻花青素-水印_调整大小

1米高水稻植株的侧面花青素成像

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CropReporter完全根据客户的需求定制化设计:

  • 可以顶部成像,也可以侧面成像,甚至顶部和侧面都成像
  • 系统大小可以根据客户需求定制化设计,最大甚至能测量高达2 m的植株的侧面整株成像
  • 系统可以集成到基于传送系统的高通量植物表型平台中,进行高通量的光合表型测量

针对这些最新的叶绿素荧光技术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。

低光合效率加可见光-水印

低光合效率部分与可见光成像叠加

 

低叶绿素加可见光-水印

低叶绿素部分与可见光成像叠加

 

中等花青素加可见光-水印

中等花青素部分与可见光成像叠加

 

辣椒-水印

主要特性

  • 在百万像素水平上实现对荧光诱导曲线Fo、FI和FP相的测量
  • 14比特下每秒钟可成像30张
  • 全部采用LED光源来提供红外、远红外、白光和近红外
  • 仪器内置电脑用于成像测量、光照控制和数据存储
  • 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。
  • 对荧光成像和多光谱成像进行逐个像素分析
  • 独一无二的大型植物测量技术,成像面积从30 x 30 cm到200 x 200 cm
  • 定制化设计,可以顶部成像,也可以侧面成像,甚至顶部和侧面都成像
  • 可以集成到基于传送系统的高通量植物表型平台中,进行高通量的光合表型测量
  • 大景深成像技术
  • 测量参数:Fo, FI, Fm, Ft, Ft=5min, Fm’, FI’, Fo’, Fv/Fm, φPSII, φRO, NPQ, qN, qP, Rfd, NDVI, RNIR, RChl, RAnth, RRed, RGreen, RBlue, Chl. Index, Ant. Index
  • 测量数据向其它开源或第三方软件开放

 

主要测量参数

成像参数 参数解释
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
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
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
φRO 植物照光后与I项可变荧光相关的参数ϕRO=(Fm’-FI’)/Fm
φPSII 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

主要应用领域

  • 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
  • 相机分辨率: 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:30帧/秒
  • 图像格式:16位RAW格式
  • 光谱范围:350~950 nm
  • 镜头类型:8 mm定焦,4
  • 光学滤光片: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 umol m-2 s-1
  • 光化光源:红色LED,光强0-1 000 umol m-2 s-1
  • 多光谱和彩色图像光源:白色LED和近红外LED
  • 成像参数:Fo, FI, Fm, Ft, Ft=5min, Fm’, FI’, Fo’, Fv/Fm, φPSII, φRO, NPQ, qN, qP, Rfd, NDVI, RNIR, RChl., RAnth, RRed, RGreen, RBlue, Chl. Index, Ant. Index
  • 成像面积:30 cm x 30 cm到200 cm x 200 cm,完全定制化设计
  • 工作温度:+5~+40℃
  • 系统尺寸:
测量面积 单侧成像(顶部或侧面) 双侧成像(顶部和侧面)
50 cm x 50 cm 150 cm x 80 cm x 80 cm 150 cm x 80 cm x 120 cm
100 cm x 100 cm 200 cm x 130 cm x 130 cm 200 cm x 130 cm x 170 cm
150 cm x 150 cm 270 cm x 180 cm x 180 cm 270 cm x 180 cm x 230 cm
200 cm x 200 cm 230 cm x 230 cm x 230 cm 230 cm x 230 cm x 280 cm
  • 系统重量:
测量面积 单侧成像(顶部或侧面) 双侧成像(顶部和侧面)
50 cm x 50 cm 100 kg 150 kg
100 cm x 100 cm 150 kg 200 kg
150 cm x 150 cm 200 kg 250 kg
200 cm x 200 cm 300 kg 400 kg
  • 供电需求:110-240 V交流电
  • 峰值功耗:
测量面积 单侧成像(顶部或侧面) 双侧成像(顶部和侧面)
50 cm x 50 cm 2000 W 4000 W
100 cm x 100 cm 4000 W 8000 W
150 cm x 150 cm 8000 W 16000 W
200 cm x 200 cm 14000 W 28000 W

 

 

我们能提供的远远不止这些……

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!

 

参考文献

Björkman O, Demmig B (1987). Photon yield of 02 evolution and chlorophyll fluorescence characteristics at 77K among vascular plants of diverse origin. Planta, 170: 489-504.

 

Genty B, Briantais J-M and Baker NR (1989), The relationship between the quantum yield of photosynthetic electron transport and quenching of chlorophyll fluorescence. Biochim Biophys Acta 990: 87–92.

 

Gitelson AA, Gritz Y, Merzlyak MN (2003), Relationships between leaf chlorophyll content and spectral reflectance and algorithms for non-destructive chlorophyll assessment in higher plant leaves, J. Plant Physiol. 160. 271–282.

 

Gitelson AA, Merzlyak MN, Chivkunova OB (2001), Optical Properties and Nondestructive Estimation of Anthocyanin

 

Content in Plant Leaves, Photochemistry and Photobiology, 74(1): 38–45.

 

Govindjee (1995). Sixty-three years since Kautsky: chlorophyll a fluorescence. Australian Journal Plant Physiology, 22: 131-160.

 

Lichtenthaler HK, C Buschmann, U Rinderle and G Schmuck (1986), Application of chlorophyll fluorescence in ecophysiology. Radiation Environmental Biophysics 25:297-308

 

Neil R. Baker and Eva Rosenqvist (2004), Applications of chlorophyll fluorescence can improve crop production strategies: an examination of future possibilities, Journal of Experimental Botany, Vol. 55, pp. 1607–1621.

 

Schansker G, Tóth SZ, Kovács L, Holzwarth AR, Garab G (2011). Evidence for a fluorescence yield change driven by a light-induced conformational change within photosystem II during the fast chlorophyll a fluorescence rise. Biochimica et Biophysica Acta, 1807: 1032–1043.

 

Strasser RJ, Srivastava A, Tsimilli-Michael (2000). The fluorescence transient as a tool to characterize and screen photosynthetic samples. In: Yunus M, Pathre U, Mohanty P (eds). Probing photosynthesis:

 

产地:荷兰