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植物光合熱釋光測量系統(tǒng)
植物光合熱釋光測量系統(tǒng)

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北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司

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TL植物光合熱釋光測量系統(tǒng)

TL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)、QAQB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(gè)體的篩選等。

TL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(jì)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。TL植物光合熱釋光測量系統(tǒng)的測量范圍為-90°C+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(gè)足夠強(qiáng),但時(shí)間盡量短(一般<5μs)的單翻轉(zhuǎn)光(single turn-over ?ash),用于誘導(dǎo)每個(gè)PSII反映中心發(fā)生僅一次的電荷分離;然后逐漸升溫,同時(shí)測量葉片放出的熱釋光,繪制TL譜帶。

熱釋光研究中的一個(gè)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).m2.s1)和足夠短(典型< 5 微秒)來誘導(dǎo)每一個(gè)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QB段的強(qiáng)度來檢查,它應(yīng)該在**光閃后達(dá)到**,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(gè)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。

TL植物光合熱釋光測量系統(tǒng)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 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

TL植物光合熱釋光測量系統(tǒng)三種型號的控溫方式與范圍

具體型號

控溫方式

控溫范圍

TL200/PMT標(biāo)準(zhǔn)版

水冷單元——控溫模塊

-25 +70

TL300/HT高溫版

水冷單元——高溫控制模塊

-25 +190

TL400/LT液氮版

水冷單元——液氮制冷單元——控溫模塊

-90 +70

系統(tǒng)組成

TL系列植物光合熱釋光測量系統(tǒng)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(gè)輸入頻道,一個(gè)用于測量熱發(fā)光信號(TL信號),另一個(gè)用于測量溫度。測量曲線以兩種格式顯示:時(shí)間/溫度和時(shí)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 +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(dòng)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 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(gè)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(僅TL400/LT液氮版配備)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 -90°C。

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包括四個(gè)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(gè)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).m2.s1以上,光閃持續(xù)時(shí)間*長為150 μs(典型5-10us,光強(qiáng)和光閃持續(xù)時(shí)間通過軟件控制。

2. 光電倍增器可以探測從300900nm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(shí)間反應(yīng)固定在50ms,以確定*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 +70

TL 300/HT高溫版:-25 +190

TL 400/LT液氮版:-90 +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(dòng)(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). m2.s1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,*小取樣周期100ms,時(shí)間響應(yīng)50ms,接通延遲100ms

· 控制:用戶可通過專用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%S225%S1(只有S2S3產(chǎn)生熱釋光,S1無),雙閃(粗線)25%S275%S3,3閃(點(diǎn)線)25%S3。a、對照植物。單閃后,熱釋光B段與S2QB-相一致(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(gè)因子,S2QB-B1),S3QB-B2)和一個(gè)剩余因子(未顯示)。b、適度脫水的植物。B段下調(diào),S3S2在更大程度上表明了類囊體腔內(nèi)一個(gè)暗穩(wěn)態(tài)的酸性pH。45攝氏度段(余輝)源自S2/3QB中心中熱誘導(dǎo)的從基質(zhì)還原劑向QB的電子傳遞,使它們發(fā)光:它的增加表明了一個(gè)強(qiáng)的同化勢能NADP+ATPDucruet 2003)。

產(chǎn)地:歐洲

參考文獻(xiàn):

l Isochorismate synthase 1 is required for thylakoid organization, optimal plastoquinone redox status, and state transitions in Arabidopsis thaliana, P Gawroński, et al, 2013. Journal of Experimental Botany

l Thermoluminescence. PV Sane, et al, 2012. Photosynthesis

l Analysis of S2QA-charge recombination with the Arrhenius, Eyring and Marcus theories.S Rantam?ki, et al, 2011. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology

l Manganese limitation induces changes in the activity and in the organization of photosynthetic complexes in the cyanobacterium Synechocystis sp. strain PCC 6803. E Salomon, et al, 2011. Plant physiology

l Inhibition of photosynthetic oxygen evolution and electron transfer from the quinone acceptor QA? to QB by iron deficiency.N Msilini, et al, 2011. Photosynthesis research

l Chlorophyll fluorescence emission as a reporter on cold tolerance in Arabidopsis thaliana accessions. A Mishra, et al. Plant Signaling & Behavior, 2011

l Characterization of photosystem II in transgenic tobacco plants with decreased iron superoxide dismutase. Y Zhang, et al, 2011. Biochimica et Biophysica Acta

l Two functional sites of phosphatidylglycerol for regulation of reaction of plastoquinone QB in photosystem II.S Itoh, et al, 2011. Biochimica et Biophysica Acta

l Binding Stoichiometry and Affinity of the Manganese-Stabilizing Protein Affects Redox Reactions on the Oxidizing Side of Photosystem II. JL Roose, et al, 2011. Biochemistry

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