FluorCam封闭式叶绿素荧光成像系统

PSI公司首席科学家Nedbal教授与Trtilek博士等首次将PAM叶绿素荧光技术与CCD技术结合在一起，于1996年在世界上成功研制生产出FluorCam叶绿素荧光成像系统（Heck等，1999；Nedbal等，2000；Govindjee and Nedbal, 2000）。FluorCam叶绿素荧光成像技术成为上世纪90年代叶绿素荧光技术的重要突破，使科学家们对光合作用与叶绿素荧光的研究一下子进入二维世界和显微世界。目前PSI公司已成为世界上最权威、使用最广、种类最全面、发表论文最多的叶绿素荧光成像专业生产厂商。
 

上上图为上世纪90年代Nedbal等设计的FluorCam叶绿素荧光成像技术（Photosynthesis Research, 66: 3-12, 2000），上图为柠檬彩色图及叶绿素荧光成像图（Photosynthetica, 38: 571-579, 2000）

FluorCam封闭式叶绿素荧光成像系统是一款高度集成、高度创新、使用方便、应用广泛的高端叶绿素荧光技术设备，高灵敏度CCD镜头、4个固定的LED光源板及控制系统等集成于一个暗适应操作箱内，植物样品放置在暗适应操作箱内的隔板上，隔板7级高度可调；光源由高稳定性供电单元提供电源，4个高能、高稳定性LED光源板均一性照在植物样品上，成像面积可达13×13 cm；控制系统通过USB与计算机相联，并通过FluorCam软件程序控制和采集分析数据。适用于植物叶片及果实等其它植物组织、整株植物或培养的多株植物、苔藓地衣等低等植物、藻类等，广泛应用于植物包括藻类光合生理生态、植物逆境胁迫生理与易感性、气孔功能、植物环境如土壤重金属污染响应与生物检测、植物抗性检测与筛选、作物育种、Phenotyping等研究。
     
主要功能特点:
• 系统集成于暗适应操作箱内，操作简便、便于移动，既可在实验室内也可在室外进行暗适应成像测量分析
• 高灵敏度CCD镜头，时间分辨率达50张每秒，快速捕捉叶绿素荧光瞬变，成像面积达13x13cm
• 是世界上可进行OJIP快速荧光动力学成像分析的高端叶绿素荧光技术设备，可得到OJIP快速叶绿素荧光动态曲线及Mo（OJIP曲线初始斜率）、OJIP固定面积、Sm（对关闭所有光反应中心所需能量的量度）、QY、PI（Performance Index）等26个参数
• 是世界上可进行QA再氧化动力学成像分析的高端叶绿素荧光技术设备，可运行单周转饱和光闪（STF）叶绿素荧光诱导动态，光强在100μs内可达到120,000 μmol(photons)/m2.s
• 具备功能最全的、可编辑的叶绿素荧光实验程序（Protocols），包括快照模式、Fv/Fm、Kautsky诱导效应、2个叶绿素荧光淬灭分析（NPQ）protocolas（2套定制给光方案）、LC光响应曲线、PAR吸收与NDVI成像分析、QA再氧化动力学分析、OJIP快速荧光动力学分析及GFP绿色荧光蛋白成像等
• 可进行自动重复成像测量分析，预设一个实验程序（Protocols）、测量次数及间隔，系统将自动循环运行成像测量，并自动将数据按时间日期存入计算机（带时间戳）；还可预设两个实验程序（Protocols）；比如使系统白天自动运行Fv/Fm，夜间自动运行NPQ分析等
• 具备双色光化学光激发光源，标准配置为红色和白色，可选配红色与蓝色等双波段光化学光，双色光化学光可按不同比例搭配使用，以便实验不同光质对作物／植物的光合效益 

左图A为100％红色光源条件下黄瓜叶片的Fv/Fm，左图B为30%蓝色光源条件下黄瓜叶片的Fv/Fm；右上图为光合作用强度随光照强度（不同比例蓝色光）的关系，右下图为气孔导度随光照强度（不同比例蓝色光）的关系

• 可选配TetraCam彩色成像模块，最大成像面积20×25cm，用于叶片或植物形态成像分析和叶绿素荧光成像对比分析

技术参数：
• 测量光为617nm可调制红光，由2个阵列144个LEDs组成，持续时间10μs–100μs可调；
• 双色光化光，标配为2红光+2白光，可选配2红光+2蓝光或其它波长光源组合， Actinic1光强300μmol(photons)/m2.s，Actinic2光强2000μmol(photons)/m2.s；最大光化学光可升级至3000μmol(photons)/m2.s。双色光化学光可按不同比例搭配使用，以便实验不同光质对作物／植物的光合效益
• 饱和光光强可达4000μmol(photons)/m2.s，可升级至6000 μmol(photons)/m2.s，QA再氧化分析单周转饱和光闪STF可达120000μmol(photons)/m2.s
• 光化学光及饱和光闪由2对高强度高稳定性LED光源板组成，每个光源板由8×9 LEDs阵列组成，另外还具备一个顶部双色光源（740nm红外光源和660nm红色光源）用于PAR吸收和NDVI成像测量；高强度高稳定性LED提供持续、稳定、均一的光源，不会因为用大量光强弱的LEDs（比如几百个）造成光源不稳定、寿命短等问题（使用大量弱光LED用于弥补每个LED的不足，会造成系统出错率的提高，任何一个LED出现问题都会造成系统的不稳定甚至不能使用）

• 测量参数：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多个叶绿素荧光参数及PAR吸收和NDVI植物光谱反射指数，每个参数均可显示2维荧光彩色图像
• 具备完备的自动测量程序（protocol），可自由对自动测量程序进行编辑
a) Fv/Fm：测量参数包括Fo，Fm，Fv，QY等
b) Kautsky诱导效应：Fo，Fp，Fv，Ft_Lss，QY，Rfd等荧光参数
c) 荧光淬灭分析：Fo，Fm，Fp，Fs，Fv，QY，ΦII，NPQ，Qp，Rfd，qL等50多个参数
d) 光响应曲线LC：Fo，Fm，QY，QY_Ln，ETR等荧光参数
e) PAR吸收与NDVI（选配）
f) QA再氧化动力学（选配）
g) GFP等静态荧光成像测量（选配）
h) OJIP快速荧光动力学分析（选配）：Mo（OJIP曲线初始斜率）、OJIP固定面积、Sm（对关闭所有光反应中心所需能量的量度）、QY、PI等26个参数
• 高灵敏度TOMI-1 CCD传感器：
a) 图像分辨率：720×560像素
b) 时间分辨率：每秒50帧
c) A/D 转换分辨率：12位（4096灰度色阶）
d) 像元尺寸：8.6μm×8.3μm
e) 通讯模式：千兆以太网
? 高分辨率TOMI-2 CCD传感器（选配）
a) 逐行扫描CCD
b) 最高图像分辨率：1360×1024像素
c) 时间分辨率：在最高图像分辨率下可达每秒20帧
d) A/D 转换分辨率：16位（65536灰度色阶）
e) 像元尺寸：6.45μm×6.45μm
f) 运行模式：1）动态视频模式，用于叶绿素荧光参数测量；2）快照模式，用于GFP等荧光蛋白和荧光染料测量
g) 通讯模式：千兆以太网
• 成像面积：13×13cm，可对植物叶片、植物组织、藻类、苔藓、地衣、整株植物或多株植物、96孔板、384孔板等进行成像分析
• 7位滤波轮及叶绿素荧光滤波器、PAR吸收与NDVI成像测量滤波器，可根据需要选配其它滤波器（选配）
• QA再氧化动力学成像分析（选配）：可进行STF荧光动力学分析测量，单周转光闪（STF）光强达120000 μmol(photons)/m2.s in 100μs
• OJIP快速荧光动力学模块（选配）：时间分辨率达1μs，可测定分析OJIP曲线与二十几项相关参数包括：Fo、Fj、Fi、P或Fm、Vj、Vi、Mo、Area 、Fix Area、Sm 、Ss 、N（QA还原周转数量）、Phi???_Po 、Psi_o 、Phi_Eo、Phi_Do、Phi_pav、ABS/RC（单位反应中心的吸收光量子通量）、TRo/RC（单位反应中心初始捕获光量子通量）、ETo/RC（单位反应中心初始电子传递光量子通量）、DIo/RC（单位反应中心能量散失）、ABS/CS（单位样品截面的吸收光量子通量）、TRo/CSo、RC/CSx（反应中心密度）、PIABS（基于吸收光量子通量的“性能”指数或称生存指数）、PIcs（基于截面的“性能”指数或称生存指数）
• FluorCam叶绿素荧光成像分析软件功能：具Live（实况测试）、Protocols（实验程序选择定制）、Pre–processing（成像预处理）、Result（成像分析结果）等功能菜单
• 客户定制实验程序协议（protocols）：可设定时间（如测量光持续时间、光化学光持续时间、测量时间等）、光强（如不同光质光化学光强度、饱和光闪强度、调制测量光等），具备专用实验程序语言和脚本，用户也可利用Protocol菜单中的向导程序模版自由创建新的实验程序
• 自动测量分析功能：可设置一个实验程序（Protocol）自动无人值守循环成像测量，重复次数及间隔时间客户自定义，成像测量数据自动按时间日期存入计算机（带时间戳）
• 快照（snapshot）模式：通过快照成像模式，可以自由调节光强、快门时间及灵敏度得到清晰突出的植物样本稳态荧光和瞬时荧光图片
• 成像预处理：程序软件可自动识别多个植物样品或多个区域，也可手动选择区域（Region of interest，ROI）。手动选区的形状可以是方形、圆形、任意多边形或扇形。软件可自动测量分析每个样品和选定区域的荧光动力学曲线及相应参数，样品或区域数量不受限制（>1000）
• 数据分析模式：具备“信号计算再平均”模式（算数平均值）和“信号平均再计算”模式，在高信噪比的情况下选用“信号计算再平均”模式，在低信噪比的情况下选择“信号平均再计算”模式以过滤掉噪音带来的误差
• 输出结果：高时间解析度荧光动态图、荧光动态变化视频、荧光参数Excel文件、直方图、不同参数成像图、不同ROI的荧光参数列表等
• 暗适应操作箱，内置光源、CCD镜头、滤波轮及滤波器、控制单元、散热装置等，方便暗适应操作，样品平台36x30cm，高度7级可调，样品（整株植物）最大高度可达12cm
 
• 给光制式：静态或动态
• Bios：固件可升级
• 尺寸：471 mm(W)×473 mm (D)×512 mm (H)
• 重量：Appr. 40 kg
• 电源输入：Appr. 1100 W
• 供电电压：90–240 V

配置组成：
1. 主机系统，包括暗适应操作箱，内置LEDs光源、绿波轮及滤波器、CCD镜头、控制单元、高度可调样品隔板、散热装置等
2. 高稳定性电源转换器
3. FluorCam系统控制与数据分析软件
4. 笔记本电脑