全叶片荧光成像,精确到每个像素,光合作用横向异质性分析,多达17个荧光参数,测量荧光诱导、暗弛豫、光响应曲线等,代表了调制叶绿素荧光技术的未来发展趋势。
传统的光纤型调制荧光仪(如pam-2100、mini-pam等)只能测量叶片上一个点的光合活性。利用一个点的数据代表一个叶片,利用一个叶片代表一个植株,进而代表一个群体(如森林、大田作物等),这种方法的误差是比较大的。
从1980年代末期开始,科研人员就期望能通过成像型荧光仪来测量全叶片光合活性,并进行了不懈的尝试,但受技术上的限制,所设计的仪器无法商品化或商品化了但得不到大家认可。其中一个很重要的原因就是能够发出饱和脉冲水平强光的二极管(led)尚未面世。要利用调制荧光技术测量全叶片水平的光合作用,首先要保证叶片上任何一点所接受到的光强必须是完全相同的。调制荧光技术要求光源必须能发出很强的饱和脉冲光。卤素灯能发出很强的光,但其光场非常不均匀,根本不能用于成像!装在一个平面上的led阵列发出的光很均匀,但在2000年前,能发出超强光合有效辐射(par)的led根本没有面世!
2000年,能发出超强par的蓝光led面世。2001年,全球最权威的调制荧光仪制造商德国walz公司设计制造了真正的全球第一台多功能调制荧光成像系统imaging-pam。imaging-pam采用超强发光led作为光源,保证叶片表明受光均匀且光强足够强;imaging-pam采用ccd作为检测器,能检测叶片上每个像素的光合作用;imaging-pam秉承了walz公司pam系列荧光仪的一贯优点,功能强大,测量参数多,操作极其简单,一面世就受到全球植物学家的青睐,迅速占领全球市场。
2005年,walz又推出了m系列imaging-pam,一个主机可以连接不同的探头(microscopy-,micro-,mini-和maxi-探头),分别在130×150um、3.5×4.5mm、24×32mm或10×13cm的面积上测量荧光成像。现在,只需一个主机连接不同的探头,即可满足从单细胞到全叶片,从分子生物学到生态学研究的全面需要。
功能
*一个主机连接不同的探头可满足从单细胞到全叶片、从分子生物学到生态学的不同需求
*全叶片光合作用分析(荧光成像),可测荧光诱导曲线并进行淬灭分析
*可测快速光响应曲线(120s内完成,比光合放氧和气体交换等技术快得多)
*叶片光合作用的横向异质性检测
*完全相同的条件下同时测量多个样品(植物、地衣、苔藓、微藻等)
*遗传育种、突变株筛选的强大工具
*不同的测量面积,不同的分辨率
*可利用多孔板(如96孔板)做多个微藻样品的同时成像
*胁迫损伤的早期检测
*不连接显微镜即可测量绿色荧光蛋白(gfp)荧光
*可测量叶片吸光系数
应用范围
*环境科学
*水生生物学
*海洋与湖沼学
*生态毒理学
*园艺学
*农业科学
*林学*环境科学
*水生生物学
*海洋与湖沼学
*生态毒理学
*园艺学
*农业科学
*林学
maxi-版
大探头,成像面积10×13cm
调制荧光成像系统的maxi-探头利用300w的led阵列,可以在10×13cm的面积上提供均为的调制测量光、光化光和饱和脉冲光。该探头的支架上配备特制护眼遮光罩,可以在保护眼睛的同时观测到红色荧光的变化。
walz提供两种数码相机ccd供选择。用户若需要高清晰度,推荐选择imag-max/k[2/3”chip,1392×1040象素,4象素组合(binning)技术]。标准应用可选择imag-max/k2(1/2”,640×480象素),可与imag-max/k2z物镜(f1.0/f=8-48mm)结合使用。
mini-版
小探头,成像面积24×32mm
调制荧光成像系统的mini-探头采用强大的luxeonled阵列,包括4组(每组3个)led,均配有长波截止滤光片。配备8个红光(650nm)和8个近红外(780nm)led,用于测量叶片吸光系数的成像。
3种版本可选:
imag-min/b:蓝光,450nm,测量叶片等;
imag-min/r:红光,620nm,测量蓝藻;
imag-min/gfp:蓝光,480nm,测量绿色荧光蛋白(gfp)
由于mini-探头的便携式设计,使其特别适合野外应用。由于mini-探头的成像面积仅为maxi-探头的1/16,因而前者发出的最大光强更大,但耗电却小得多。mini-探头可以安装在光合仪gfs-3000的叶室3010-s上,同步测量全叶片气体交换和荧光成像,并且其光源可由gfs-3000控制,达到真正的同步测量。
mini-探头采用1/3”数码相机ccd(640×480象素)和f1.2/f=12mm物镜。其设计目的为测量固定距离下的荧光成像。
micro-版
微探头,成像面积3.5×4.5mm
调制荧光成像系统的micro-探头是一个极便携的探头,采用整合式cosmicar-pentaxcctv物镜(f1.4/f=16mm),直接安装在数码ccd(1/3”chip,640×480像素)上。
micro-探头只配备一个luxeonled(蓝光,450nm)和一个特制双色分光镜,类似于落射荧光显微镜。
尽管成像面积只有3.5×4.5mm,但45倍的放大率却允许对叶片荧光成像的异质性分析达到支脉(minorveins)级。同时还可提供一个特制版本用于测量gfp的成像。
micro-探头还可安装在标准版imaging-pam(2001年设计)主机上。该探头提供x-y轴可调的样品台。其设计目的为测量固定距离下的荧光成像。
microscopy-版
显微探头,成像面积130×150um
必须与特制落射荧光显微镜(hund或zeiss)结合使用,该显微镜可以提供激发光并检测荧光
imag-max/k(数码相机ccd)[1392×1040象素,4象素组合(binning)技术]可以提供高灵敏度。
探头标准配置是一个超强luxeonled(450-480nm),用于提供测量光、光化光和饱和脉冲。目前已可提供rgb探头(红-绿-蓝-白led光源),它采用了phyto-pam技术,可以显微镜下自动对蓝藻、绿藻、硅/甲藻、红藻进行分类并测量光合作用。