植物光合熱釋光測量系統(tǒng)

植物光合熱釋光測量系統(tǒng)是研究光合作用的強(qiáng)有力的工具，是研究PSII電子傳輸?shù)挠行结?，廣泛應(yīng)用于除草劑對PSII的受體效應(yīng)、Q_A與Q_B穩(wěn)定性、光合放氧復(fù)合物（OEC）穩(wěn)定性及PSII總體完整性等，還用于光合突變個體的篩選等。

植物光合熱釋光測量系統(tǒng)是針對研究PSII能量水平結(jié)構(gòu)而設(shè)計的。PSII反應(yīng)中心光誘導(dǎo)電荷分離導(dǎo)致儲存了吸收光能的激發(fā)電子對的累積。加熱誘導(dǎo)這些激發(fā)電子對的重組，從而引發(fā)光釋放，并在一定溫度范圍內(nèi)形成特異性熱釋光曲線。根據(jù)不同釋光曲線的形狀、峰位和峰值，可以研究分析關(guān)于特定激發(fā)電子對的能量穩(wěn)定性及PSII反應(yīng)中心功能等。TL200系列熱釋光測量儀的測量范圍為-90°C到+190°C，使用范圍更寬，可以對低溫、高溫段熱釋光進(jìn)行研究。

應(yīng)用領(lǐng)域

1. 光合機(jī)理研究——捕光色素復(fù)合體，PSII反應(yīng)中心，放氧復(fù)合物研究；PSII能級分析；原初反應(yīng)階段的內(nèi)在過程探測
2. 植物脅迫生理的早期檢測與診斷
3. 植物病蟲害相關(guān)研究
4. 除草劑影響
5. 對植物光合研究的完善補(bǔ)充

典型樣品   

植物碎片

各種微藻

葉綠體懸浮液

類囊體懸浮液

工作原理

熱釋光(Thermoluminescence，縮寫TL)是晶體受到輻射照射后，會產(chǎn)生自由電子，這些電子被晶格缺陷俘獲而積攢起來，在加熱過程中以光形式釋放出來。其基本的實(shí)驗(yàn)過程是將葉片快速冷凍到某一溫度，之后給葉片一個足夠強(qiáng)，但時間盡量短（一般<5μs）的單翻轉(zhuǎn)光（single turn-over ?ash），用于誘導(dǎo)每個PSII反映中心發(fā)生僅一次的電荷分離；然后逐漸升溫，同時測量葉片放出的熱釋光，繪制TL譜帶。

熱釋光研究中的一個主要工具是單次翻轉(zhuǎn)光閃，要求足夠強(qiáng)（光源強(qiáng)度高達(dá) 150 000 μmol(photons).m^－2.s^－1）和足夠短（典型 < 5 微秒）來誘導(dǎo)每一個PSII反應(yīng)中心發(fā)生一次，且僅一次的電荷分離。光閃的飽和效果可以通過Q_B段的強(qiáng)度來檢查，它應(yīng)該在*光閃后達(dá)到zui大，在2次光閃后不再增加。當(dāng)前許多實(shí)驗(yàn)中使用的氙燈光閃具有明顯缺陷——一個長的持續(xù)發(fā)光，或者“閃光拖尾"，這會在某些PSII反應(yīng)中心中產(chǎn)生兩次的電荷分離（連擊）。雖然激光閃光能夠有效降低連擊，但不能消除。

TL200系列熱釋光測量儀使用能量足夠強(qiáng)的LED光源，所釋放5-10μs的方波脈沖能夠飽和所有的PSII反應(yīng)中心，其溫度控制單元可以在降溫后，再使樣品的溫度以0.1℃/sec到 2℃/sec的速率線性增加。不同的閃光序列及樣品處理能夠使樣品處于不同的能量狀態(tài)，不同的溫度下釋放的光能源自光合機(jī)構(gòu)的不同結(jié)構(gòu)。分析釋光曲線的形狀、峰位和峰值，可以研究分析關(guān)于特定激發(fā)電子對的能量穩(wěn)定性及PSII反應(yīng)中心功能等。

熱釋光與光合機(jī)構(gòu)間關(guān)系

 TL200系列熱釋光測量儀三種型號的控溫方式與范圍

系統(tǒng)組成

TL200系列熱釋光測量系統(tǒng)由3部分組成：多功能控制單元、溫度調(diào)節(jié)器控制單元及測量室 。

多功能控制單元（Multipurpose Control Unit）根據(jù)用戶定義方案或熱發(fā)光向?qū)峁┑膶?shí)驗(yàn)程序來執(zhí)行實(shí)驗(yàn)過程，有兩個輸入頻道，一個用于測量熱發(fā)光信號（TL信號），另一個用于測量溫度。 測量曲線以兩種格式顯示：時間/溫度和時間/TL信號，或溫度/TL信號。

溫度調(diào)節(jié)器控制單元（Thermoregulator Control Unit）可以在-90°C 到 +190°C范圍內(nèi)以0.1°C的精確度控制樣品的溫度。 系統(tǒng)前面板可以顯示實(shí)際的溫度，溫度調(diào)節(jié)可以通過手動或程序控制（軟件）來實(shí)現(xiàn)。有兩種工作模式：恒溫模式和溫度梯度模式，在恒溫模式下儀器將維持樣品在恒定的溫度，而在溫度梯度模式下，可以使樣品的溫度以0.1°C/sec到 2°C/sec的速率線性變化。

AC-88水冷單元可將系統(tǒng)溫度降低到4°C，包含一個電子控制的抽水泵和內(nèi)部可以儲水的制冷器，用于降低測量室的環(huán)境溫度。

CryoFab液氮罐通過管路連接到測量室，通過電子控制的低溫輸出閥可以將系統(tǒng)溫度控制在 -20°C 到 -90°C。

由TFPE單元控制的輔助加熱模塊可以將系統(tǒng)溫度加熱到+190°C。

測量室（Measuring Chamber）又包括四個關(guān)鍵組成部分：光源、 光電倍增器、A/D 轉(zhuǎn)換器、具有溫度控制器的樣品盤：

1. 光源由8個超亮的發(fā)光二極管(λmax=630 nm)組成，發(fā)射的光閃強(qiáng)度高達(dá)150,000 μmol(photons). m^－2.s^－1以上，光閃持續(xù)時間zui長為150 μs（典型5-10us），光強(qiáng)和光閃持續(xù)時間通過軟件控制。
2. 光電倍增器可以探測從300到900nm范圍的光量子，從而測量熱發(fā)光信號和緩發(fā)熒光。光電倍增器包括自己的電源。
3. A/D轉(zhuǎn)換器用于光電倍增器的電流放大、軟件控制增益和數(shù)字化，放大器的時間反應(yīng)固定在50ms，以確定zui小取樣周期到100ms。

技術(shù)參數(shù)

• 溫度范圍：

TL200/PMT標(biāo)準(zhǔn)版：-25 ℃ 到+70 ℃

TL 300/HT高溫版：-25 ℃ 到+190 ℃

TL 400/LT液氮版：-90 ℃ 到+70 ℃

• 控溫模式：恒溫；線性變化（0.1oC/sec - 2oC/sec）
• 過熱保護(hù)：提供
  環(huán)境光保護(hù)：提供
• 控制模式：手動（恒溫）；程序設(shè)定溫度曲線
• 樣品盤：直徑?英寸鍍金銅盤
• 測量樣品：藻類、藍(lán)細(xì)菌、葉綠體懸浮液，葉片碎片等
• 光源：波長lmax=625nm，光源強(qiáng)度高達(dá) 150 000 μmol(photons). m^－2.s^－1以上
• 探測系統(tǒng)：傳感器為可以通過軟件靈敏控制的光電倍增器，光譜響應(yīng)為300nm-900nm，zui小取樣周期100ms，時間響應(yīng)50ms，接通延遲100ms
• 控制：用戶可通過語言自定義程序控制儀器測量過程
• 通訊：USB
• 軟件：FluorWin 3.6
• 電源：90V-240V

操作軟件與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

典型應(yīng)用

上圖為源自擬南芥未冷凍葉片的熱釋光（M.Roman ，1998）。實(shí)心符號：對照（a）；空心符號：輕度脫水（b）。單閃（細(xì)線）產(chǎn)生75%的S₂和25%的S₁（只有S₂和S₃產(chǎn)生熱釋光，S₁無），雙閃（粗線）25%的S₂和75%的S₃，3閃（點(diǎn)線）25%的S₃。a、對照植物。單閃后，熱釋光B段與S₂Q_B-相*（B2，見表1）且可以被單因子擬合得很好。2次閃光后，則需要3個因子，S₂Q_B-（B1），S₃Q_B-（B2）和一個剩余因子（未顯示）。b、適度脫水的植物。B段下調(diào)，S₃比S₂在更大程度上表明了類囊體腔內(nèi)一個暗穩(wěn)態(tài)的酸性pH。45攝氏度段（余輝）源自S_2/3Q_B中心中熱誘導(dǎo)的從基質(zhì)還原劑向Q_B的電子傳遞，使它們發(fā)光：它的增加表明了一個強(qiáng)的同化勢能NADP+ATP（Ducruet 2003）。

產(chǎn)地：歐洲

參考文獻(xiàn)：（僅2011年發(fā)表的部分文獻(xiàn)，77篇中的14篇）

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