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便攜式光合-熒光測量系統(tǒng)——GFS-3000
日期:2021-03-04 17:17:00

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主要功能

 

測量參數(shù)

凈光合速率,呼吸速率,蒸騰速率,氣孔導(dǎo)度,胞間二氧化碳濃度,葉綠素?zé)晒鈪?shù)(可選)等

 

應(yīng)用領(lǐng)域

植物生理、植物生態(tài)、農(nóng)學(xué)、林學(xué)、園藝學(xué)等。

 

主要技術(shù)參數(shù)

CO2/H2O分析器

 

葉室

 

紅藍(lán)LED光源

設(shè)計:24 個紅色發(fā)光二極管(LED)和 2 個藍(lán)色 LED 組成的 LED 陣列。

光強(qiáng)范圍:0~2000 μmol m-2 s-1,92% 的紅光(650 nm)和 8% 的藍(lán)光(470 nm)。

光場勻質(zhì)性: ±20%

葉面積:8 cm2

電量消耗:最大 5 W

工作溫度: -5℃ ~+45℃ 

 

全方位的PAR測量設(shè)計

GFS-3000 系統(tǒng)具備全方位的 PAR 測量設(shè)計:三個 PAR 傳感器(下圖紅圈部分),分別測量環(huán)境 PAR,葉室內(nèi)部葉片正面 PAR,以及葉室內(nèi)部葉片背面 PAR。本設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)在于不會忽略葉片背面的光合作用測量。 

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全方位的溫度測量設(shè)計

獨(dú)特的四溫度測量設(shè)計:

 

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多種葉室可供選擇

GFS-3000 標(biāo)準(zhǔn)葉室的設(shè)計允許快速、簡便的更換各種滿足特殊需要的葉室。紅藍(lán) LED 光源 3040-L 可與所有葉室連接使用。

 

標(biāo)準(zhǔn)葉室

適合多數(shù)葉片,標(biāo)準(zhǔn)測量面積 8 cm2,可更換配件滿足 1~12.5 cm2 的測量面積。 

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柱狀葉室

適合地衣、苔蘚、土壤樣品和小動物等。

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針葉葉室

適合各種針葉植物葉片或小枝條。

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擬南芥植株葉室

大容積,可放進(jìn)(盆)直徑 55 cm~70 mm 的盆栽擬南芥或其它小植株。

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同步測量植物 CO2 氣體交換與其它光合指標(biāo)的解決方案

光合作用是地球上重要的化學(xué)反應(yīng)之一,是整個生物圈物質(zhì)循環(huán)與能量流動的基礎(chǔ)。測量生物的光合作用一直是科研界的熱點(diǎn)。

傳統(tǒng)的光合作用測量主要包括調(diào)制葉綠素?zé)晒猓≒AM 技術(shù))、CO2 氣體交換和光合放氧三大技術(shù),幾十年來在國際科研界均得到了廣泛應(yīng)用。由于調(diào)制葉綠素?zé)晒夂?CO2 氣體交換都可以做到無損、原位、活體測量,對同一個樣品可以進(jìn)行長期的脅迫處理研究(光合放氧需要破碎葉片),因此應(yīng)用更廣泛一些。

此外,還有一種差式吸收技術(shù),可以通過測量光合組分在氧化還原(或加亞基、去亞基)過程中的差式吸收來反映他們的活性。如通過測量光系統(tǒng) I 反應(yīng)中心葉綠素 P700 的差式吸收來測量光系統(tǒng)I的活性(DUAL-PAM-100),通過測量 P515/535 的差式吸收來測量跨膜質(zhì)子梯度 ΔpH 和玉米黃素(Zea)的變化(DUAL-PAM-100 的 P515/535 模塊),通過測量 500-570 nm 的差式吸收來測量 C550、Cyt b559、Cyt b563、Cyt c556、Cyt c6、Cyt f 等的活性變化(KLAS-100)。這種技術(shù)信號弱、難度高,但也具有無損、原位、活體測量的特點(diǎn)。隨著雙通道 PAM-100 測量系統(tǒng) DUAL-PAM-100 的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn),差式吸收技術(shù)已在國際光合作用學(xué)界得到廣泛應(yīng)用。

更加可喜的是,可以同步測量 C550、Cyt b559、Cyt b563、Cyt c556、Cyt c6、Cyt f、P515、Scatt(散射信號)、Zea(玉米黃素)等活性的動態(tài) LED 陣列差示吸收光譜儀 KLAS-100 也已研發(fā)成功,大大拓展了差示吸收技術(shù)在光合作用研究領(lǐng)域的應(yīng)用。

除了利用上述幾種技術(shù)進(jìn)行單獨(dú)測量外,從上世紀(jì) 80 年代后期,逐漸開始了兩種技術(shù)的同步測量,如同步測量調(diào)制葉綠素?zé)晒馀c CO2 氣體交換、同步測量調(diào)制葉綠素?zé)晒馀c光合放氧等。

隨著技術(shù)的進(jìn)步,有越來越多的指標(biāo)可以同步測量,而且即使是兩種指標(biāo)的同步測量(如調(diào)制葉綠素?zé)晒馀c CO2 氣體交換),也可以有多種測量模式可供選擇。

德國 WALZ 公司擁有 CO2 氣體交換、調(diào)制葉綠素?zé)晒夂筒钍轿杖N核心技術(shù)。為了方便廣大科研工作者更深入的了解各種光合作用的同步測量技術(shù),澤泉生態(tài)開放實(shí)驗(yàn)室(Zealquest Laboratory for Ecological Research)總結(jié)出了一套 CO2 氣體交換與其它光合指標(biāo)的同步測量解決方案,希望能為相關(guān)單位提供參考。

 

方案功能與設(shè)備

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CO2 氣體交換與調(diào)制葉綠素?zé)晒?、差式吸收等技術(shù)的同步測量,有很多模式可供選擇。下面將根據(jù)技術(shù)難度從低到高的順序,分 5 方面進(jìn)行介紹。

 

同步測量一:同步測量 CO2 氣體交換葉綠素?zé)晒?/span>

CO2氣體交換與葉綠素?zé)晒獾耐綔y量,主要有以下幾種模式:

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模式一GFS-3000/FL):便攜式光合儀 GFS-3000 連接熒光附件 3057-FL,在儀器提供的人工光下同步測量氣體交換與葉綠素?zé)晒狻?057-FL 不能單獨(dú)使用。
模式二GFS-3000/F):便攜式光合儀 GFS-3000 連接熒光附件 3050-F,在自然光下或人工光下同步測量氣體交換與葉綠素?zé)晒狻?050-F 不能單獨(dú)使用。
  
 
  
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模式三GFS-3000/M):便攜式光合儀 GFS-3000 連接超便攜式調(diào)制熒光儀 MINI-PAM,在自然光下或人工光下同步測量氣體交換與葉綠素?zé)晒狻INI-PAM 可單獨(dú)使用。
模式四GFS-3000/J):便攜式光合儀 GFS-3000 連接基礎(chǔ)型調(diào)制熒光儀 JUNIOR-PAM,在自然光下或人工光下同步測量氣體交換與葉綠素?zé)晒?。JUNIOR-PAM 可單獨(dú)使用。

 

上述 4 種模式可以根據(jù)需要靈活選擇,特別是模式三,既可同步測量,也可分開測量。由于光合儀比較沉重,在許多條件苛刻的場合就可以攜帶極便攜的 MINI-PAM 進(jìn)行測量。

 

同步測量二:同步測量 CO2 氣體交換葉綠素?zé)晒獬上?/span>

CO2 氣體交換與葉綠素?zé)晒獬上竦耐綔y量,主要有一下幾種模式【技術(shù)文獻(xiàn)見“代表文獻(xiàn)”部分】。

模式一:與 MINI-IMAGING-PAM 聯(lián)用

測量面積 2 x 3.2 cm
  

模式二:與 MAXI-IMAGING-PAM 聯(lián)用

測量面積 10 x 13 cm
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GFS-3000/IM-MINI

連接標(biāo)準(zhǔn)測量葉室,適合大多數(shù)樣品測量。

  

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GFS-3000/IM-MINI-Arabidopsis

連接擬南芥整株葉室,適合小植株的整株測量。

GFS-3000/IM-MAXI

連接特制大葉室,適合大型葉片的測量。

 

由于 M 系列 IMAGING-PAM 可以共用一個主機(jī)分別連接多個測量面積不同的探頭(MAXI-,MINI-,MICROSCOPY-),而 GFS-3000 又有多種葉室可供選擇,這就極大豐富了同步測量 CO2 氣體交換與葉綠素?zé)晒獬上竦哪J健H绶謩e與 IMAGING-PAM 的 MAXI- 和 MINI- 探頭連接,就可在不同的測量面積上同步測量。另外,與擬南芥整株葉室結(jié)合,就可測量小植株的整株氣體交換和熒光成像。

GFS-3000 設(shè)計的一個重要特點(diǎn)就是,標(biāo)準(zhǔn)葉室、柱狀葉室、針葉/簇狀葉室、擬南芥整株葉室的上表面是相同的,都可以與 MINI-IMAGING-PAM 結(jié)合使用,更進(jìn)一步擴(kuò)大了同步測量的應(yīng)用范圍。

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同步測量三:同步測量 CO2 氣體交換、P700葉綠素?zé)晒?/span>

光合儀 GFS-3000 與 DUAL-PAM-100 測量系統(tǒng)聯(lián)用,完美實(shí)現(xiàn)了氣體交換、葉綠素?zé)晒馀c差式吸收同步測量。同步測量 CO2 氣體交換與 葉綠素?zé)晒夂蚉700 。

 

系統(tǒng)組成 

20.jpg21.jpgGFS-3000_Studio_099_ret.jpg
DUAL-PAM-1003010-DUALGFS-3000
      
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GFS-DUAL

 

主要功能

 

測量參數(shù)

 

DUAL-PAM 氣體交換葉室——3010-DUAL

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3010-DUAL3010-DUAL 與 DUAL-PAM-100 的測量頭連接

 

專為 DUAL-PAM-100 與 GFS-3000 的同步測量設(shè)計,由特制葉室(帶溫度和 PAR 傳感器)、風(fēng)扇、導(dǎo)光桿、電子盒與支架構(gòu)成。同步測量時,光源完全由 DUAL-PAM-100 的測量頭提供,氣體交換由 GFS-3000 的紅外分析器檢測,P700和葉綠素?zé)晒庥?DUAL-PAM-100 的檢測器測量。

 

需要注意的是,3010-DUAL 可以連接 DUAL-PAM-100 的 DUAL-DB 測量頭,但不能連接 DUAL-DR 測量頭。DUAL-DR 的光學(xué)單元太復(fù)雜,連接 3010-DUAL 容易損傷 DUAL-DR。

 

測量實(shí)例

下面的兩個圖是以洋常春藤(Hedera helix)為材料,利用本系統(tǒng)同步測量的 P700、葉綠素?zé)晒夂蜌怏w交換的誘導(dǎo)曲線。

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洋常春藤(Hedera helix)的 P700(藍(lán)色)葉綠素?zé)晒猓t色)的誘導(dǎo)曲線
    
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洋常春藤(Hedera helix)的凈光合速率(紅色)氣孔導(dǎo)度(藍(lán)色)的誘導(dǎo)曲線

 

 

同步測量四:同步測量 CO2 氣體交換與跨膜質(zhì)子動力勢(pmf)、跨膜質(zhì)子梯度(ΔpH) 、跨膜電位(ΔΨ)和玉米黃素(Zea)

 

P515/535 模塊是 WALZ 公司為 DUAL-PAM-100 設(shè)計的測量模塊,可以直接連接 DUAL-PAM-100 的主機(jī),測量 550-510 nm 的差式吸收以及 535 nm 波長的信號變化。P515/535 模塊可以測量光合器官的跨膜質(zhì)子動力勢(pmf)、跨膜電位(Δψ)、跨膜質(zhì)子梯度(ΔpH)和玉米黃素(Zea)變化等內(nèi)容。此外,該模塊還提供一種特殊的 “P515 Flux” 操作模式,可讓光化光以光-暗脈沖形式打開-關(guān)閉(1/1調(diào)制光/暗),原位測量活體樣品處于穩(wěn)態(tài)的偶聯(lián)電子和質(zhì)子的流動速率。

GFS-3000 通過專用氣體交換葉室 3010-DUAL 與 DUAL-PAM-100 以及 P515/535 模塊聯(lián)用后,做到了同步測量 CO2 氣體交換與跨膜質(zhì)子動力勢(pmf)、跨膜質(zhì)子梯度(ΔpH) 、跨膜電位(ΔΨ)和玉米黃素(Zea)。由于 ΔpH 和 Zea 都與葉黃素循環(huán)密切相關(guān),而葉黃素循環(huán)是植物光保護(hù)的重要調(diào)節(jié)機(jī)制,再結(jié)合氣體交換指標(biāo)反映的 Calvin 循環(huán)狀況,就可以非常深入的對植物光保護(hù)調(diào)節(jié)機(jī)制進(jìn)行研究。

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DUAL-PAM-100 P515/535 與 GFS-3000 聯(lián)用

 

 同步測量五:同步測量 CO2 氣體交換C550、Cyt b559、Cyt b563、Cyt c556、Cyt c6、Cyt f、P515、Scatt(散射信號)、Zea(玉米黃素)

 

傳統(tǒng)的差式吸收技術(shù)每次只能測量一個組分的差式吸收變化,而光合機(jī)構(gòu)特別復(fù)雜,很多組分是偶聯(lián)在一起發(fā)揮作用的,幾種組分分開測量的結(jié)果難以完美表征它們在偶聯(lián)的功能體下的實(shí)際作用機(jī)制。

Schreiber 教授花費(fèi) 20 年時間研制的動態(tài) LED 陣列差式吸收光譜儀 KLAS-100 完美的解決了上述缺陷。它采用 500-570 nm的差示吸收光譜技術(shù)來同步測量光合膜上 C550、Cyt b559、Cyt b563、Cyt c556、Cyt c6、Cyt f、P515、Scatt(散射信號)、Zea(玉米黃素)等8種組分的氧化還原變化。

著名的 DUAL-PAM-100 測量系統(tǒng)只有兩個測量通道,而 KLAS-100 有 10 個測量通道。因此,1 臺 KLAS-100 相當(dāng)于 5 臺 DUAL-PAM-100 的功能。

GFS-3000 通過 3010-DUAL 專用氣體交換葉室與 KLAS-100 聯(lián)用后,做到了同步測量 CO2 氣體交換與 C550、Cyt b559、Cyt b563、Cyt c556、Cyt c6、Cyt f、P515、Scatt(散射信號)、Zea(玉米黃素)。

這些測量指標(biāo)結(jié)合在一起,可以進(jìn)行非常復(fù)雜的、前人未做過的深入研究。KLAS-100 是剛剛發(fā)展成熟的一種技術(shù),在著名的《Plant Physiology》上發(fā)表了兩篇文獻(xiàn)。

 

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KLAS-100

 

同步測量技術(shù)選購指南

利用 GFS-3000 與其它技術(shù)(調(diào)制葉綠素?zé)晒?、差式吸收)的?lián)用,可以實(shí)現(xiàn)多種光合指標(biāo)的同步測量,利用無損、原位、活體的測量進(jìn)行非常復(fù)雜、深入的機(jī)理性研究。下表是實(shí)現(xiàn)這些測量功能的選購指南:

 

201610網(wǎng)站上傳材料 便攜式光合熒光測量系統(tǒng)GFS-3000 12.png

 

產(chǎn)地:德國 WALZ


代表文獻(xiàn)

數(shù)據(jù)來源:光合作用文獻(xiàn) Endnote 數(shù)據(jù)庫

原始數(shù)據(jù)來源:Google Scholar

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