如今市面上有很多被稱為葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)的設(shè)備。單就設(shè)備的型號(hào)來(lái)講，已經(jīng)不下十幾種，如，***PAM，***CAM，***Explorer，***View等等，進(jìn)口的，國(guó)產(chǎn)的，封閉式的，開(kāi)放式的，多功能的，多光譜的，高通量的，那叫一個(gè)眼花繚亂。如果這個(gè)時(shí)候廠家再給你一堆花花綠綠的圖片在您眼前不斷的閃現(xiàn)，請(qǐng)問(wèn)您該如何和判斷這是什么？我要的是什么？好難！
葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)是測(cè)量光合作用光反應(yīng)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程釋放的葉綠素?zé)晒獾某上窆ぞ摺?strong style=";padding: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;overflow-wrap: break-word !important">首先它是測(cè)量葉綠素?zé)晒獾模浯嗡梢猿上瘛?/strong>這下反而簡(jiǎn)單了。
測(cè)量葉綠素?zé)晒獾姆椒ㄓ泻芏喾N，目前受歡迎和應(yīng)用廣泛的是脈沖振幅調(diào)制(PAM)方法。下面的測(cè)量流程以脈沖振幅調(diào)制方法展開(kāi)：在開(kāi)始測(cè)量之前，葉片必須經(jīng)過(guò)幾分鐘或者幾十分鐘的暗適應(yīng)，這取決于測(cè)量前葉子所處光環(huán)境的光強(qiáng)度和植物物種。黑暗中葉綠素a熒光的最小水平Fo通過(guò)低強(qiáng)度測(cè)量光（Measure Light, ML）獲得，而暗適應(yīng)葉片的最大熒光產(chǎn)量Fm則用飽和光脈沖(Saturation Pulse, SP)進(jìn)行評(píng)估。在光化光照明(Actinic Light, AL, 即施加的光強(qiáng)度）下，可以使用另一個(gè)飽和脈沖估計(jì)光適應(yīng)狀態(tài)下的最大熒光Fm′。在施加的光化光AL關(guān)閉之前測(cè)量熒光的穩(wěn)態(tài)水平Fs。除此之外，在關(guān)閉AL后(有時(shí)需要開(kāi)遠(yuǎn)紅光Far Red Light, FR)，可以測(cè)到另一個(gè)葉綠素?zé)晒獾淖畹退紽o′。Fm′和Fo′之間的差異是光下的最大可變熒光Fv′。根據(jù)這些測(cè)量的基本葉綠素?zé)晒鈪?shù)，可以計(jì)算出其他一些更常用于葉綠素?zé)晒夥治龅膮?shù)。
葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量解決了，下面該討論成像了。葉綠素?zé)晒獬上窨蓻](méi)那么簡(jiǎn)單，因?yàn)樗粏螁问桥恼铡Ｅ恼帐且婚T光學(xué)藝術(shù)，風(fēng)景，人物拍照講究個(gè)構(gòu)圖得當(dāng)，光線協(xié)調(diào)，亮暗對(duì)比，但是這些都不適用于葉綠素?zé)晒獬上?。葉綠素?zé)晒獬上裨摽紤]哪些因素呢？
首先要考慮的是測(cè)量區(qū)域光場(chǎng)的均勻性。所謂的測(cè)量區(qū)域光場(chǎng)的均勻性是指在成像區(qū)域內(nèi)，各個(gè)不同位點(diǎn)的光強(qiáng)差異，差異越小，光場(chǎng)越均勻。光場(chǎng)內(nèi)的光強(qiáng)包括測(cè)量光，光化光，飽和脈沖光，遠(yuǎn)紅光。是否均勻是衡量葉綠素?zé)晒獬上駭?shù)據(jù)是否有效的基本原則。因?yàn)橹挥性诠鈭?chǎng)均勻的情況下，才可以保證成像區(qū)域內(nèi)樣品上的每一點(diǎn)接受到的光強(qiáng)是一致的，才可以進(jìn)行多葉片同時(shí)測(cè)量，才可以進(jìn)行橫向異質(zhì)性分析。否則，數(shù)據(jù)的有效性無(wú)從談起。實(shí)踐證明，熒光成像系統(tǒng)并不是成像面積越大越好，首先要考慮的是成像均勻。如果光場(chǎng)不均勻，再大的成像面積也是無(wú)效面積，外圍和中心的測(cè)量結(jié)果也不具備可比性。
成像區(qū)域108個(gè)點(diǎn)的光強(qiáng)數(shù)據(jù)
其次要考慮的是工作距離。所謂的工作距離是指樣品和測(cè)量系統(tǒng)的光源以及成像的鏡頭的空間距離。工作距離和光場(chǎng)的均勻性是密切相關(guān)的，換句話說(shuō)，光場(chǎng)在一個(gè)工作距離下是均勻的，換一個(gè)工作距離就不一定了。其次工作距離還影響樣品表面接收到的光強(qiáng)，距離越遠(yuǎn)接收到的光強(qiáng)越弱。實(shí)際應(yīng)用中，如果工作距離發(fā)生變化，請(qǐng)務(wù)必重新做光強(qiáng)校準(zhǔn)。否則樣品實(shí)際接收的光強(qiáng)可能會(huì)與軟件顯示的光強(qiáng)不一致，不能正確反應(yīng)樣品的實(shí)際生理狀態(tài)。
第三要考慮的是成像面積。所謂的成像面積是在設(shè)定的工作距離下測(cè)量區(qū)域光場(chǎng)均勻的有效面積。由此可見(jiàn)，成像面積和工作距離是密切相關(guān)的，光場(chǎng)均勻的區(qū)域才算有效面積，有效面積內(nèi)的所有位置被無(wú)差別測(cè)量，圖像內(nèi)的所有信息才有可比性。
第四個(gè)要考慮的是光源光強(qiáng)。光強(qiáng)包括測(cè)量光，光化光，飽和脈沖光的光強(qiáng)。1.測(cè)量光，它既不能太強(qiáng)，也不能太弱。測(cè)量光太弱，無(wú)法將本底熒光全部激發(fā)出來(lái)，導(dǎo)致飽和脈沖測(cè)量的可變熒光Fv包含部分Fo，F(xiàn)v被高估。測(cè)量光太強(qiáng)，會(huì)破壞暗適應(yīng)的狀態(tài)，導(dǎo)致測(cè)量的Fv被低估。2.光化光，它是在葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量過(guò)程中誘導(dǎo)植物發(fā)生光合作用的光，通常強(qiáng)度是可調(diào)的。如果使用葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)測(cè)量光響應(yīng)曲線的話，光化光的強(qiáng)度通常需要達(dá)到1500-2000 μmol m-2 s-1。3.飽和脈沖光，它是用來(lái)測(cè)量和計(jì)算數(shù)據(jù)的光，在飽和脈沖期間，光系統(tǒng)被全部關(guān)閉，此時(shí)可以根據(jù)熒光發(fā)射的多少計(jì)算光化學(xué)淬滅和非光化學(xué)淬滅以及電子傳遞。飽和脈沖光的強(qiáng)度通常需要在3000-5000 μmol m-2 s-1以上。
總結(jié)一下，目前的葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)還是一個(gè)平面2D應(yīng)用的測(cè)量系統(tǒng)。您也許會(huì)說(shuō)，植物是立體的呀！是的，植物沒(méi)有錯(cuò)，但是考慮到光源，成像鏡頭和樣品的空間距離是線性的。所以葉綠素?zé)晒獬上褚彩瞧矫?D的，既然是平面測(cè)量系統(tǒng)，那么就要考慮成像區(qū)域的光場(chǎng)均勻性，就要時(shí)刻注意光源和鏡頭與葉片之間的距離，一個(gè)實(shí)驗(yàn)中的所有樣品要以相同的距離進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量前準(zhǔn)備階段的光強(qiáng)校準(zhǔn)也要在這個(gè)距離下進(jìn)行。最后，葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)的光源配置要滿足葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量的基本要求。
所以，我們想從專業(yè)服務(wù)的角度給各位老師和同學(xué)提兩點(diǎn)建議。1.如果您正在使用葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)，請(qǐng)認(rèn)真思考上面提到的四點(diǎn)，非常重要。2.如果您計(jì)劃采購(gòu)葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)，同樣需要關(guān)注上面提到的四點(diǎn)，非常重要！
除了上面提到的四點(diǎn)以外，葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)還有一些其他的技術(shù)參數(shù)需要注意，比如CCD的幀率，鏡頭的焦距，對(duì)焦，光圈等，這些參數(shù)也會(huì)影響成像結(jié)果，您把它比作一臺(tái)數(shù)碼相機(jī)就很好理解了。下面我們分別了解一下這幾個(gè)參數(shù)。
1.CCD的幀率：理論上幀率越高，畫面越流暢，但也不是幀率越高越好，它還取決于顯示終端的顯卡配置，被測(cè)光源類型。百度百科搜索“幀率”您會(huì)看到以下內(nèi)容“大多數(shù)研究參與者認(rèn)為調(diào)制光穩(wěn)定。這種調(diào)制光的穩(wěn)定感被稱為閃爍融合閾值。然而，當(dāng)調(diào)制光是不均勻的并且包含圖像時(shí)，閃爍融合閾值可以高得多，數(shù)百赫茲”。如果我沒(méi)理解錯(cuò)的話，調(diào)制光如果不均勻的話，閃爍融合閾值越高，圖像穩(wěn)定感越差。目前大多數(shù)葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)的幀率為每秒30幀，屬于正常水平，也相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定可靠。另外一點(diǎn)，葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)是一個(gè)”拍照“設(shè)備，不是一個(gè)“錄像”設(shè)備。無(wú)論您使用的是脈沖式還是調(diào)制式，我們都需要用到飽和閃光測(cè)量葉片的“瞬時(shí)”狀態(tài)并成像，輸出的也都是2D圖像，所以無(wú)需過(guò)分糾結(jié)幀率。
2.鏡頭焦距，對(duì)焦，光圈：這三個(gè)屬于鏡頭的常規(guī)參數(shù)，其實(shí)沒(méi)什么好說(shuō)的，但是如果不注意的話還是會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。A，焦距可以放大（拉近）/縮?。ǚ胚h(yuǎn)）圖像，調(diào)整焦距并不會(huì)改變?nèi)~片與鏡頭和光源的距離。對(duì)測(cè)量不會(huì)產(chǎn)生本質(zhì)性的影響。B，對(duì)焦可以使圖像邊緣更加清晰，通常調(diào)整焦距后都需要重新對(duì)焦，否則圖像中的葉片邊緣可能是模糊的，輸出的熒光參數(shù)圖像里的葉片邊緣也是模糊的。C，光圈由通光孔葉片組控制的位于鏡頭中央的圓孔，光圈的大小決定了通過(guò)鏡頭到達(dá)檢測(cè)器的光線多少。這里值得一提的是光圈F/值越小，光圈孔徑越大，進(jìn)入的光線越多，圖像越明亮。所以在測(cè)量過(guò)程中最好不要隨意更改光圈大小，特別是在用葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)測(cè)量吸光度Absorptivity(Abs.)的時(shí)候，更是嚴(yán)禁調(diào)整光圈大小，如果不小心調(diào)了，需要重新調(diào)整Abs.測(cè)量所用光源的參數(shù)。如果之前沒(méi)在意光圈大小，做預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)測(cè)量光調(diào)到最低（Meas light Int.=1，Gain=1）AOI的Ft仍大于測(cè)量要求的上限值，此時(shí)需要先調(diào)整光圈，然后再到Settings設(shè)置測(cè)量參數(shù)。相反，如果測(cè)量光已經(jīng)調(diào)到很大，AOI的Ft仍不到測(cè)量要求的下限值，也需要先調(diào)整光圈，然后再到Settings設(shè)置測(cè)量參數(shù)。
M系列的MINI版的探頭是葉夾式的，可以直接夾住葉片測(cè)量即可，可以攜帶至野外使用。
M系列MICROSCOPY版是用于微藻或葉片顯微結(jié)構(gòu)組織水平測(cè)量的系統(tǒng)。
3D版是套機(jī)，光源和鏡頭都固定在框架上，不可拆卸，3D版除了葉綠素?zé)晒獬上褚酝饪梢杂糜谛⌒椭仓辏〝M南芥）3D成像，分析植株的表型，如葉片數(shù)量，葉面積等。
Mobile版是MINI版的變形，是專為雜草或貼地植物設(shè)計(jì)的版本，符合人體工學(xué)的背帶，延長(zhǎng)的手柄大大提高了野外測(cè)量的便攜性，非常適合研究除草劑對(duì)雜草作用效果，在除草劑的研發(fā)和雜草管理上積累了大量的應(yīng)用。
IMAGING-PAM不僅僅是數(shù)據(jù)圖像化那么簡(jiǎn)單。
IMAGING-PAM葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)發(fā)表的文章非常多，涉及的樣品類型五花八門，最常見(jiàn)的有擬南芥植株，單個(gè)葉片，藻液，藻斑，苔蘚，珊瑚，甚至還有愈傷組織。針對(duì)不同的樣品類型，測(cè)量時(shí)面臨的實(shí)際問(wèn)題也千差萬(wàn)別。比如，我們要求原位活體測(cè)量，盡量不要離體，但是有些植株體量比較大，無(wú)法整個(gè)放到成像區(qū)域，再比如有些樣品葉柄比較短，也同樣面臨類似的問(wèn)題，還有測(cè)量藻液，如何才能避免液面的反光等等。當(dāng)我們遇到上面這些問(wèn)題時(shí)該如何解決，怎么樣才能保證測(cè)量是準(zhǔn)確的？
具體情況需要具體分析，如果要展開(kāi)講，一篇文章也不一定能講清楚，但我們還是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)還是總結(jié)了一些比較重要的注意事項(xiàng)，通過(guò)這篇文章分享給大家。澤泉科技作為WALZ的技術(shù)服務(wù)中心，對(duì)IMAGING-PAM特別熟悉，所以以它為例來(lái)講，如果您用的是其它品牌或型號(hào)的葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)，也可以參考，畢竟原理是相通的。倘若下文內(nèi)容與您接受設(shè)備培訓(xùn)聽(tīng)到的測(cè)量理論有差別，歡迎各位讀者朋友留言咨詢，我們可以詳細(xì)交流，共同學(xué)習(xí)。
首先，我們可以看看IMAGING-PAM成像的圖片在文獻(xiàn)中是什么樣子的。然后再了解實(shí)際應(yīng)用中有哪些使用要求，變形方式。下面的圖片展示了IMAGING-PAM測(cè)量擬南芥植株，擬南芥平板，大型植株，盛放藻類懸浮液的多孔板，巖石附著藻，苔蘚等出現(xiàn)在發(fā)表文章中的圖片。不難看出，IMAGING-PAM在不同類型的樣品中積累了大量的應(yīng)用。
下面，我們以經(jīng)典的MAXI-IMAGING-PAM來(lái)看看在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)不同樣品類型它有哪些變形方式。從下圖中不難看出，只需要簡(jiǎn)單的更改組裝方式，即可實(shí)現(xiàn)封閉，半開(kāi)放，開(kāi)放式測(cè)量。離體葉片，盆栽，大型植株，盛放藻類的96孔板均可輕松搞定。
不同組裝方式可以讓系統(tǒng)變得靈活，適用多變的實(shí)驗(yàn)需求，但是測(cè)量的本質(zhì)沒(méi)有變，還是葉綠素?zé)晒?。所以，一些測(cè)量的基本原則必須搞清楚，如工作距離，成像面積，測(cè)量區(qū)域光場(chǎng)的均勻性，光強(qiáng)（光化光+飽和脈沖）的強(qiáng)度等等，以上這些因素都會(huì)影響到您的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
1. 測(cè)量區(qū)域光場(chǎng)的均勻性：MAXI版的IMAGING-PAM光源陣列的LED排布是經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的，目的就是為了保證測(cè)量區(qū)域光場(chǎng)均一。經(jīng)測(cè)算，MAXI 版IMAGING-PAM的光場(chǎng)均一性在標(biāo)準(zhǔn)工作距離18.5 cm時(shí)最優(yōu)可達(dá)2%。MINI版本的IMAGING-PAM光源為四角相對(duì)排布，外圍尺寸9.4×8.6 cm，但是為了保證成像區(qū)域光場(chǎng)均勻，實(shí)際的成像面積則僅保留了2.4×3.2 cm的有效區(qū)域。測(cè)量區(qū)域光場(chǎng)的均勻性同樣是HEXAGON版本的旗艦參數(shù)。無(wú)論是MAXI版還是MINI版，再到現(xiàn)在最新的HEXAGON，德國(guó)WALZ始終堅(jiān)守著該項(xiàng)技術(shù)的嚴(yán)謹(jǐn)性。
2.工作距離：為以MAXI版為例，工作距離根據(jù)組裝方式的不同可以實(shí)現(xiàn)14.5-22.5 cm可調(diào)。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置下，打開(kāi)成像單元紅色的護(hù)眼罩，放入樣品架，然后在樣品架上放置葉片，葉片平展，此時(shí)葉片表面距離光源和鏡頭的距離即為標(biāo)準(zhǔn)工作距離18.5 cm。如果LED陣列和鏡頭脫離護(hù)眼罩，則可以很方便的調(diào)整工作距離。MINI版本的工作距離通常為固定的7 cm。HEXAGON版本的標(biāo)準(zhǔn)工作距離為20 cm。
3.成像面積：MAXI版工作距離為14.5 cm的時(shí)候，成像面積為7.5×10 cm；工作距離為22.5 cm的時(shí)候，成像面積是11×15 cm。MINI版工作距離為固定的7 cm，成像面積為2.4×3.2 cm。HEXAGON在標(biāo)準(zhǔn)工作距離下成像面積為20×24 cm。IMAGING-PAM的成像面積即為有效面積，有效面積內(nèi)的所有位置被無(wú)差別測(cè)量。
4. 光源光強(qiáng)，以MAXI版IMAGING-PAM目前搭載的LED光源陣列為例，需要300 W的額外供電。標(biāo)準(zhǔn)工作距離18.5 cm，光化光最大可達(dá)1900 μmol m-2 s-1PAR，大大超過(guò)所有植物的光飽和點(diǎn)。飽和脈沖最高可達(dá)4000 μmol m-2 s-1PAR，足夠關(guān)閉所有光系統(tǒng)的反應(yīng)中心。HEXAGON-IMAGING-PAM的光源性能有了大幅的提升，標(biāo)準(zhǔn)工作距離20 cm，光化光最大可達(dá)3000 μmol m-2 s-1PAR，飽和脈沖最高可達(dá)5000 μmol m-2 s-1PAR，因此HEXAGON-IMAGING-PAM在工作距離上還有一定的調(diào)整空間。
IMAGING-PAM有非常多的應(yīng)用，在我們整理的光合作用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中，是發(fā)表文章較多的型號(hào)，單個(gè)型號(hào)超過(guò)1800篇。2021年，IMAGING-PAM參與發(fā)表的相關(guān)論文曾兩次登上專業(yè)期刊的封面。德國(guó)WALZ掌握葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)的核心技術(shù)。IMAGING-PAM，值得您的信任~
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