植物光合热释光测量系统

TL植物光合热释光测量系统

TL植物光合热释光测量系统是研究光合作用的强有力的工具，是研究PSII电子传输的有效探针，广泛应用于除草剂对PSII的受体效应、Q_A与Q_B稳定性、光合放氧复合物（OEC）稳定性及PSII总体完整性等，还用于光合突变个体的筛选等。

TL植物光合热释光测量系统是针对研究PSII能量水平结构而设计的。PSII反应中心光诱导电荷分离导致储存了吸收光能的激发电子对的累积。加热诱导这些激发电子对的重组，从而引发光释放，并在一定温度范围内形成特异性热释光曲线。根据不同释光曲线的形状、峰位和峰值，可以研究分析关于特定激发电子对的能量稳定性及PSII反应中心功能等。TL植物光合热释光测量系统的测量范围为-90°C到+190°C，使用范围更宽，可以对低温、高温段热释光进行研究。

应用领域

1、  光合机理研究——捕光色素复合体，PSII反应中心，放氧复合物研究；PSII能级分析；原初反应阶段的内在过程探测

2、  植物胁迫生理的早期检测与诊断

3、  植物病虫害相关研究

4、  除草剂影响

5、  对植物光合研究的完善补充

典型样品     

植物碎片

各种微藻

叶绿体悬浮液

类囊体悬浮液

工作原理

热释光(Thermoluminescence，缩写TL)是晶体受到辐射照射后，会产生自由电子，这些电子被晶格缺陷俘获而积攒起来，在加热过程中以光形式释放出来。其基本的实验过程是将叶片快速冷冻到某一温度，之后给叶片一个足够强，但时间尽量短（一般<5μs）的单翻转光（single turn-over ?ash），用于诱导每个PSII反映中心发生仅一次的电荷分离；然后逐渐升温，同时测量叶片放出的热释光，绘制TL谱带。

热释光研究中的一个主要工具是单次翻转光闪，要求足够强（光源强度高达 150 000 μmol(photons).m^－2.s^－1）和足够短（典型 < 5 微秒）来诱导每一个PSII反应中心发生一次，且仅一次的电荷分离。光闪的饱和效果可以通过Q_B段的强度来检查，它应该在首次光闪后达到最大，在2次光闪后不再增加。当前许多实验中使用的氙灯光闪具有明显缺陷——一个长的持续发光，或者“闪光拖尾”，这会在某些PSII反应中心中产生两次的电荷分离（连击）。虽然激光闪光能够有效降低连击，但不能消除。

TL植物光合热释光测量系统使用能量足够强的LED光源，所释放5-10μs的方波脉冲能够饱和所有的PSII反应中心，其温度控制单元可以在降温后，再使样品的温度以0.1℃/sec到 2℃/sec的速率线性增加。不同的闪光序列及样品处理能够使样品处于不同的能量状态，不同的温度下释放的光能源自光合机构的不同结构。分析释光曲线的形状、峰位和峰值，可以研究分析关于特定激发电子对的能量稳定性及PSII反应中心功能等。

热释光与光合机构间关系

TL植物光合热释光测量系统三种型号的控温方式与范围

系统组成

TL系列植物光合热释光测量系统由3部分组成：多功能控制单元、温度调节器控制单元及测量室 。

多功能控制单元（Multipurpose Control Unit）根据用户定义方案或热发光向导提供的实验程序来执行实验过程，有两个输入频道，一个用于测量热发光信号（TL信号），另一个用于测量温度。测量曲线以两种格式显示：时间/温度和时间/TL信号，或温度/TL信号。

温度调节器控制单元（Thermoregulator Control Unit）可以在-90°C到 +190°C范围内以0.1°C的精确度控制样品的温度。系统前面板可以显示实际的温度，温度调节可以通过手动或程序控制（软件）来实现。有两种工作模式：恒温模式和温度梯度模式，在恒温模式下仪器将维持样品在恒定的温度，而在温度梯度模式下，可以使样品的温度以0.1°C/sec到 2°C/sec的速率线性变化。

AC-88水冷单元可将系统温度降低到4°C，包含一个电子控制的抽水泵和内部可以储水的制冷器，用于降低测量室的环境温度。

CryoFab液氮罐（仅TL400/LT液氮版配备）通过管路连接到测量室，通过电子控制的低温输出阀可以将系统温度控制在 -20°C到 -90°C。

由TFPE单元控制的辅助加热模块可以将系统温度加热到+190°C。

测量室（Measuring Chamber）包括四个关键组成部分：光源、光电倍增器、A/D 转换器、具有温度控制器的样品盘：

1.         光源由8个超亮的发光二极管(λmax=630 nm)组成，发射的光闪强度高达150,000 μmol(photons).m^－2.s^－1以上，光闪持续时间最长为150 μs（典型5-10us），光强和光闪持续时间通过软件控制。

2.         光电倍增器可以探测从300到900nm范围的光量子，从而测量热发光信号和缓发荧光。光电倍增器包括自己的电源。

3.         A/D转换器用于光电倍增器的电流放大、软件控制增益和数字化，放大器的时间反应固定在50ms，以确定最小取样周期到100ms。

技术参数

·         温度范围：

TL200/PMT标准版：-25 ℃到+70℃

TL 300/HT高温版：-25 ℃到+190 ℃

TL 400/LT液氮版：-90 ℃到+70 ℃

·         控温模式：恒温；线性变化（0.1oC/sec - 2oC/sec）

·         过热保护：提供
环境光保护：提供

·         控制模式：手动（恒温）；程序设定温度曲线

·         样品盘：直径?英寸镀金铜盘

·         测量样品：藻类、蓝细菌、叶绿体悬浮液，叶片碎片等

·         光源：波长lmax=625nm，光源强度高达 150 000 μmol(photons). m^－2.s^－1以上

·         探测系统：传感器为可以通过软件灵敏控制的光电倍增器，光谱响应为300nm-900nm，最小取样周期100ms，时间响应50ms，接通延迟100ms

·         控制：用户可通过专用语言自定义程序控制仪器测量过程

·         通讯：USB

·         软件：FluorWin 3.6

·         电源：90V-240V

操作软件与实验结果

典型应用

上图为源自拟南芥未冷冻叶片的热释光（M.Roman ，1998）。实心符号：对照（a）；空心符号：轻度脱水（b）。单闪（细线）产生75%的S₂和25%的S₁（只有S₂和S₃产生热释光，S₁无），双闪（粗线）25%的S₂和75%的S₃，3闪（点线）25%的S₃。a、对照植物。单闪后，热释光B段与S₂Q_B-相一致（B2，见表1）且可以被单因子拟合得很好。2次闪光后，则需要3个因子，S₂Q_B-（B1），S₃Q_B-（B2）和一个剩余因子（未显示）。b、适度脱水的植物。B段下调，S₃比S₂在更大程度上表明了类囊体腔内一个暗稳态的酸性pH。45摄氏度段（余辉）源自S_2/3Q_B中心中热诱导的从基质还原剂向Q_B的电子传递，使它们发光：它的增加表明了一个强的同化势能NADP+ATP（Ducruet 2003）。

产地：欧洲

参考文献：

l   Isochorismate synthase 1 is required for thylakoid organization, optimal plastoquinone redox status, and state transitions in Arabidopsis thaliana, P Gawroński, et al, 2013. Journal of Experimental Botany

l   Thermoluminescence. PV Sane, et al, 2012. Photosynthesis

l   Analysis of S2QA-charge recombination with the Arrhenius, Eyring and Marcus theories.S Rantam?ki, et al, 2011. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology

l   Manganese limitation induces changes in the activity and in the organization of photosynthetic complexes in the cyanobacterium Synechocystis sp. strain PCC 6803. E Salomon, et al, 2011. Plant physiology

l   Inhibition of photosynthetic oxygen evolution and electron transfer from the quinone acceptor QA? to QB by iron deficiency.N Msilini, et al, 2011. Photosynthesis research

l   Chlorophyll fluorescence emission as a reporter on cold tolerance in Arabidopsis thaliana accessions. A Mishra, et al. Plant Signaling & Behavior, 2011

l   Characterization of photosystem II in transgenic tobacco plants with decreased iron superoxide dismutase. Y Zhang, et al, 2011. Biochimica et Biophysica Acta

l   Two functional sites of phosphatidylglycerol for regulation of reaction of plastoquinone QB in photosystem II.S Itoh, et al, 2011. Biochimica et Biophysica Acta

l   Binding Stoichiometry and Affinity of the Manganese-Stabilizing Protein Affects Redox Reactions on the Oxidizing Side of Photosystem II. JL Roose, et al, 2011. Biochemistry