植物葉綠素熒光成像系統PlantExplorer

PlantExplorer系統的成像面積達到20 cm x 20 cm，最快每秒鐘可測量1000張葉綠素熒光成像圖片，在全球第一次實現對快速熒光誘導曲線O-J-I-P相的成像測量；可以基于單個像素或感興趣的區域（ROI）來計算熒光參數；可以實現多光譜測量，在測量光合作用之外，獲取葉綠素指數、花青素指數、NDVI、紅外成像和RGB成像。

利用PlantExplorer測量的熒光成像、葉綠素成像、花青素成像和RGB成像

利用PlantExplorer測量的OJIP曲線

葉綠素a熒光作為光合作用研究的探針，是研究各種逆境脅迫（干旱、高溫、低溫、營養缺失、污染、病害等）對植物影響的強大工具，亦被廣泛用于篩選同一植物品種的不同基因型。葉綠素a熒光不僅能反映光能吸收、激發能傳遞和光化學反應等光合作用的原初反應過程，而且與電子傳遞、質子梯度的建立及ATP合成和CO₂固定等過程有關。幾乎所有光合作用過程的變化均可通過葉綠素a熒光反映出來，而熒光測定技術不需破碎細胞，不傷害生物體，因此通過研究葉綠素a熒光來間接研究光合作用的變化是一種簡便、快捷、可靠的方法。針對葉綠素a熒光的測量方法和參數分析方法已經成為光合作用研究的一個重要領域。

在過去的十余年中，針對植物光合作用測量的葉綠素熒光成像技術日趨成熟，并得到了廣泛的應用。隨著LED技術、CCD技術、通信技術等的不斷進步，傳統的葉綠素熒光成像也面臨著新技術的不斷挑戰。

來自荷蘭瓦赫寧根大學的Henk Jalink教授在數十年葉綠素熒光技術研究的基礎上，采用最新的LED技術、CCD技術和通信技術，掀起了對葉綠素熒光成像技術的革命！

Jalink教授設計的葉綠素熒光成像系統，包括標準版PlantExplorer和定制化設計版CropReporter，其中PlantExplorer系統可以：

• 最快每秒鐘測量1000張葉綠素熒光成像圖片，實現對快速熒光誘導曲線O-J-I-P相的成像測量（全球唯一！�。。�；
• 基于單個像素或感興趣的區域（ROI）來計算熒光參數
• 實現多光譜測量，在測量光合作用之外，獲取葉綠素指數、花青素指數、NDVI、紅外成像和RGB成像。

針對這些最新的葉綠素熒光技術（包括這里介紹的葉綠素熒光成像系統PlantExplorer和能監測16 m²面積里植物的群體光合作用的CropObserver系統等），Jalink教授創辦了PhenoVation公司進行商業化生產，在國際光合作用領域和植物表型領域都引起了巨大的震動。

PlantExplorer的版本

根據是否能進行多光譜測量，以及是采用高速（High Speed, HS）相機還是高清（High Resolution, HR）相機，植物葉綠素熒光成像系統PlantExplorer有四個版本：

版本	名稱	功能
多光譜高速版	PlantExplorer Spectral HS	高速測量葉綠素熒光成像、可見光成像、葉綠素成像、花青素成像
多光譜高清版	PlantExplorer Spectral HR	高清測量葉綠素熒光成像、可見光成像、葉綠素成像、花青素成像
PSII高速版	PlantExplorer PSII HS	高速測量葉綠素熒光成像
PSII高清版	PlantExplorer PSII HR	高清測量葉綠素熒光成像

主要應用領域

• 光合作用機理研究，全葉片和整株植物的光合作用測量
• 環境脅迫對植物的影響
• 基因型篩選、突變株篩選
• 脅迫損傷的早期檢測
• 植物病理學、毒理學、環境科學研究
• 其它和植物光合作用相關的領域

主要技術參數

• 相機傳感器類型：CCD
• 相機曝光時間：典型20-1 000 ms
• 相機分辨率：高速版30萬像素；高清版140萬像素
• Binning：1 x 1到8 x 8
• 灰階：14比特或16 384級灰階
• 圖像采集速度：高速版260幀/秒（307 200像素時）～1 000幀/秒（100 000像素時）；高清版20幀/秒
• 圖像獲取時間：單張葉綠素熒光圖像5-1 000 ms，高速版誘導曲線測量時800 ms可以獲取208-800張圖像。
• 圖像格式：16位RAW格式
• 光譜范圍：350～950 nm
• 鏡頭類型：8 mm定焦，4
• 光學濾光片（僅適用于多光譜版）：6種高質量光學干涉濾光片，包括熒光、紅光、綠光、藍光、花青素和近紅外濾光片
• 數據傳輸方式：Ethernet
• 葉綠素熒光激發光源：紅色LED，光強0-3 000 mmol m^-2 s^-1
• 光化光源：紅色LED，光強0-1 000 mmol m^-2 s^-1
• 多光譜和彩色圖像光源：白色LED和近紅外LED
• 成像面積：20 x 20 cm
• 工作溫度：+5～+40℃
• 尺寸：50(W) x 61(D) x 100(H) cm
• 重量：55 kg
• 供電需求：110-240 V交流電
• 功耗：測量葉綠素熒光時峰值3 kW，待機時200 W
• 成像參數：
  • 多光譜高速版：F_o, F_J, F_I, F_m, F_t, F_J’, F_I’, F_t=5min, F_m’, F_o’, F_v/F_m, F_RO, φ_EO, φ_RO,  t_FM, A, S_m, PI_ABS, φ_PSII, NPQ, q_N, q_P, R_fd, R_NIR, R, R_Anth, R_Red, R_Green, R_Blue, Chl. Index, Ant. Index, NDVI
  • 多光譜高清版：F_o, F_m, F_t, F_t=5min, F_m’, F_o’, F_v/F_m, φ_PSII, NPQ, q_N, q_P, R_fd, R_NIR, R, R_Anth, R_Red, R_Green, R_Blue, Chl. Index, Ant. Index, NDVI
  • PS II高速版：F_o, F_J, F_I, F_m, F_t, F_J’, F_I’, F_t=5min, F_m’, F_o’, F_v/F_m, F_RO, φ_EO, φ_RO,  t_FM, A, S_m, PI_ABS, φ_PSII, NPQ, q_N, q_P, R_fd
  • PS II高清版：F_o, F_m, F_t, F_t=5min, F_m’, F_o’, F_v/F_m, φ_PSII, NPQ, q_N, q_P, R_fd

功能特性

功能特點	多光譜高速版PlantExplorerSpectral HS	多光譜高清版PlantExplorerSpectral HR	PSII高速版PlantExplorerPSII HS	PSII高清版PlantExplorerPSII HR
無與倫比的高速相機（1000幀/秒）測量快速誘導曲線	●	○	●	○
出色的高清相機（1.4 M pixel）測量葉綠素熒光	○	●	○	●
成像范圍20 cm x 20 cm	●	●	●	●
自動調節花盆底座高度，使得植物上部與相機保持恒定距離	●	●	●	●
飽和脈沖強度達3000 mmol m-2 s-1	●	●	●	●
光化光強度達1000 mmol m-2 s-1	●	●	●	●
可進行多光譜測量	●	●	○	○
精確獲知葉綠素熒光、葉綠素、花青素和R/G/B圖像每個像素的變化	●	●	○	○
可設置進行延時成像測量	●	●	●	●
嵌入式電腦進行精確的成像、時間控制、光強控制和數據存儲l  英特爾雙核處理器 8 GB內存 128 GB SSD固定硬盤，Windows 7操作系統 1 TB Hybrid混合硬盤用于數據存儲	●	●	●	●
隨機配送27寸全高清顯示器	●	●	●	●
功能強大的控制和分析軟件	●	●	●	●

注：● 代表有，○ 代表無。

主要測量參數

 

成像參數	參數解釋	多光譜高速版 PlantExplorer Spectral HS	多光譜高清版 PlantExplorer Spectral HR	PSII高速版 PlantExplorer PSII HS	PSII高清版 PlantExplorer PSII HR
由儀器控制軟件直接測量出的成像參數
Fo	植物暗適應后當所有反應中心都處于開放態時的初始（最�。�熒光成像	●	●	●	●
FJ	植物暗適應后測量JIP誘導曲線（快速熒光誘導曲線）時的J相成像	●	○	●	○
FI	植物暗適應后測量JIP誘導曲線（快速熒光誘導曲線）時的I相成像	●	○	●	○
Fm	植物暗適應后當所有反應中心都處于關閉狀態時的最大熒光成像	●	●	●	●
Ft	植物接受光照一段時間t后的實時熒光成像	●	●	●	●
FJ’	植物照光后達到J項的熒光成像	●	○	●	○
FI’	植物照光后達到I項的熒光成像	●	○	●	○
Ft=5min	植物照光5 min后的熒光成像	●	●	●	●
Fm’	照光后當所有反應中心都處于關閉狀態時的最大熒光成像	●	●	●	●
RNIR	近紅外波段的反射光譜成像	●	●	○	○
RChl.	葉綠素的反射光譜成像	●	●	○	○
RAnth	花青素的反射光譜成像	●	●	○	○
RRed	可見光成像的R（紅色）通道反射光譜成像	●	●	○	○
RGreen	可見光成像的G（綠色）通道反射光譜成像	●	●	○	○
RBlue	可見光成像的B（藍色）通道反射光譜成像	●	●	○	○
由儀器分析軟件分析得出的成像參數
Fv/Fm	植物暗適應后的最大光合效率成像	●	●	●	●
tFM	熒光上升達到Fm的時間	●	●	●	●
FRO	植物暗適應后與I項可變熒光相關的參數FRO=(Fm-Fi)/Fm	●	○	●	○
jEO	植物照光后與I項可變熒光相關的參數ϕEO=(Fm’-FJ’)/Fm’	●	○	●	○
jRO	植物照光后與I項可變熒光相關的參數ϕRO=(Fm’-FI’)/Fm’	●	○	●	○
A	誘導曲線上部的互補面積	●	○	●	○
Sm	Fm-Fo的面積歸一化參數	●	○	●	○
PIABS	光合性能指數	●	○	●	○
jPSII	植物照光后的實際光合效率jPSII =Fq’/Fm=(Fm’-Ft)/Fm’	●	●	●	●
NPQ	非光化學淬滅NPQ=(Fm-Fm’)Fm’	●	●	●	●
Rfd	植物活力指數Rfd=(Fm-Ft=5min)/Fm	●	●	●	●
qN	非光化學淬滅qN=(Fm-Fm’)/(Fm-Fo’)	●	●	●	●
qP	光化學淬滅qP=Fm’-Ft)/(Fm’-Fo’)	●	●	●	●
Fo’	植物照光后當所有反應中心處于開放態時的最小熒光Fo‘=Fo/((Fv/Fm)+(Fo/Fm’))	●	●	●	●
Chl. Index	葉綠素指數，與葉綠素含量相關	●	●	○	○
Ant. Index	花青素指數，與花青素含量相關	●	●	○	○
NDVI	植被覆蓋指數

● 代表有，○ 代表無。

應用實例

1）強光對不同基因型擬南芥的影響

2）缺磷對不同擬南芥的影響

3）熒光成像揭示肉眼看不到的葉片邊緣傷害

4）利用葉綠素熒光成像進行植物病理學研究

5）干旱處理對伽藍菜的影響

 

我們能提供的遠遠不止這些……

如下，是1 m高的水稻整株側面成像結果：

此外，

我們的葉綠素熒光成像系統已被成功集成到WPS高通量植物表型平臺中，用于高通量植物葉綠素熒光成像（光合作用）測量！

 

產地：荷蘭