植物葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)PlantExplorer

PlantExplorer系統(tǒng)的成像面積達(dá)到20 cm x 20 cm，最快每秒鐘可測量1000張葉綠素?zé)晒獬上駡D片，在全球第一次實現(xiàn)對快速熒光誘導(dǎo)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(qū)域（ROI）來計算熒光參數(shù)；可以實現(xiàn)多光譜測量，在測量光合作用之外，獲取葉綠素指數(shù)、花青素指數(shù)、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(yǎng)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(fā)能傳遞和光化學(xué)反應(yīng)等光合作用的原初反應(yīng)過程，而且與電子傳遞、質(zhì)子梯度的建立及ATP合成和CO₂固定等過程有關(guān)。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(shù)不需破碎細(xì)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(shù)分析方法已經(jīng)成為光合作用研究的一個重要領(lǐng)域。

在過去的十余年中，針對植物光合作用測量的葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)日趨成熟，并得到了廣泛的應(yīng)用。隨著LED技術(shù)、CCD技術(shù)、通信技術(shù)等的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的葉綠素?zé)晒獬上褚裁媾R著新技術(shù)的不斷挑戰(zhàn)。

來自荷蘭瓦赫寧根大學(xué)的Henk Jalink教授在數(shù)十年葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)研究的基礎(chǔ)上，采用最新的LED技術(shù)、CCD技術(shù)和通信技術(shù)，掀起了對葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)的革命！

Jalink教授設(shè)計的葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)，包括標(biāo)準(zhǔn)版PlantExplorer和定制化設(shè)計版CropReporter，其中PlantExplorer系統(tǒng)可以：

最快每秒鐘測量1000張葉綠素?zé)晒獬上駡D片，實現(xiàn)對快速熒光誘導(dǎo)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(qū)域（ROI）來計算熒光參數(shù)
實現(xiàn)多光譜測量，在測量光合作用之外，獲取葉綠素指數(shù)、花青素指數(shù)、NDVI、紅外成像和RGB成像。

針對這些最新的葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)（包括這里介紹的葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)PlantExplorer和能監(jiān)測16 m²面積里植物的群體光合作用的CropObserver系統(tǒng)等），Jalink教授創(chuàng)辦了PhenoVation公司進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)，在國際光合作用領(lǐng)域和植物表型領(lǐng)域都引起了巨大的震動。

PlantExplorer的版本

根據(jù)是否能進(jìn)行多光譜測量，以及是采用高速（High Speed, HS）相機(jī)還是高清（High Resolution, HR）相機(jī)，植物葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)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?zé)晒獬上�、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?zé)晒獬上瘛⒖梢姽獬上�、葉綠素成像、花青素成像
PSII高速版	PlantExplorer PSII HS	高速測量葉綠素?zé)晒獬上?
PSII高清版	PlantExplorer PSII HR	高清測量葉綠素?zé)晒獬上?

主要應(yīng)用領(lǐng)域

光合作用機(jī)理研究，全葉片和整株植物的光合作用測量
環(huán)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(xué)、毒理學(xué)、環(huán)境科學(xué)研究
其它和植物光合作用相關(guān)的領(lǐng)域

主要技術(shù)參數(shù)

相機(jī)傳感器類型：CCD
相機(jī)曝光時間：典型20-1 000 ms
相機(jī)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?zé)晒鈭D像5-1 000 ms，高速版誘導(dǎo)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(xué)濾光片（僅適用于多光譜版）：6種高質(zhì)量光學(xué)干涉濾光片，包括熒光、紅光、綠光、藍(lán)光、花青素和近紅外濾光片
數(shù)據(jù)傳輸方式：Ethernet
葉綠素?zé)晒饧ぐl(fā)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?zé)晒鈺r峰值3 kW，待機(jī)時200 W
成像參數(shù)：
- 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(jī)（1000幀/秒）測量快速誘導(dǎo)曲線	●	○	●	○
出色的高清相機(jī)（1.4 M pixel）測量葉綠素?zé)晒?/strong>	○	●	○	●
成像范圍20 cm x 20 cm	●	●	●	●
自動調(diào)節(jié)花盆底座高度，使得植物上部與相機(jī)保持恒定距離	●	●	●	●
飽和脈沖強度達(dá)3000 mmol m^-2 s^-1	●	●	●	●
光化光強度達(dá)1000 mmol m^-2 s^-1	●	●	●	●
可進(jìn)行多光譜測量	●	●	○	○
精確獲知葉綠素?zé)晒狻⑷~綠素、花青素和R/G/B圖像每個像素的變化	●	●	○	○
可設(shè)置進(jìn)行延時成像測量	●	●	●	●
嵌入式電腦進(jìn)行精確的成像、時間控制、光強控制和數(shù)據(jù)存儲l 英特爾雙核處理器 8 GB內(nèi)存 128 GB SSD固定硬盤，Windows 7操作系統(tǒng) 1 TB Hybrid混合硬盤用于數(shù)據(jù)存儲	●	●	●	●
隨機(jī)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。

PlantExplorer web2

主要測量參數(shù)

成像參數(shù)	參數(shù)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(shù)
F_o	植物暗適應(yīng)后當(dāng)所有反應(yīng)中心都處于開放態(tài)時的初始（最小）熒光成像	●	●	●	●
F_J	植物暗適應(yīng)后測量JIP誘導(dǎo)曲線（快速熒光誘導(dǎo)曲線）時的J相成像	●	○	●	○
F_I	植物暗適應(yīng)后測量JIP誘導(dǎo)曲線（快速熒光誘導(dǎo)曲線）時的I相成像	●	○	●	○
F_m	植物暗適應(yīng)后當(dāng)所有反應(yīng)中心都處于關(guān)閉狀態(tài)時的最大熒光成像	●	●	●	●
F_t	植物接受光照一段時間t后的實時熒光成像	●	●	●	●
F_J’	植物照光后達(dá)到J項的熒光成像	●	○	●	○
F_I’	植物照光后達(dá)到I項的熒光成像	●	○	●	○
F_t=5min	植物照光5 min后的熒光成像	●	●	●	●
F_m’	照光后當(dāng)所有反應(yīng)中心都處于關(guān)閉狀態(tài)時的最大熒光成像	●	●	●	●
R_NIR	近紅外波段的反射光譜成像	●	●	○	○
R_Chl.	葉綠素的反射光譜成像	●	●	○	○
R_Anth	花青素的反射光譜成像	●	●	○	○
R_Red	可見光成像的R（紅色）通道反射光譜成像	●	●	○	○
R_Green	可見光成像的G（綠色）通道反射光譜成像	●	●	○	○
R_Blue	可見光成像的B（藍(lán)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(shù)
F_v/F_m	植物暗適應(yīng)后的最大光合效率成像	●	●	●	●
t_FM	熒光上升達(dá)到Fm的時間	●	●	●	●
F_RO	植物暗適應(yīng)后與I項可變熒光相關(guān)的參數(shù)F_RO=(F_m-F_i)/F_m	●	○	●	○
j_EO	植物照光后與I項可變熒光相關(guān)的參數(shù)ϕ_EO=(F_m’-F_J’)/F_m’	●	○	●	○
j_RO	植物照光后與I項可變熒光相關(guān)的參數(shù)ϕ_RO=(F_m’-F_I’)/F_m’	●	○	●	○
A	誘導(dǎo)曲線上部的互補面積	●	○	●	○
Sm	Fm-Fo的面積歸一化參數(shù)	●	○	●	○
PI_ABS	光合性能指數(shù)	●	○	●	○
j_PSII	植物照光后的實際光合效率j_PSII =F_q’/F_m=(F_m’-F_t)/F_m’	●	●	●	●
NPQ	非光化學(xué)淬滅NPQ=(F_m-F_m’)F_m’	●	●	●	●
R_fd	植物活力指數(shù)R_fd=(F_m-F_t=5min)/F_m	●	●	●	●
q_N	非光化學(xué)淬滅q_N=(F_m-F_m’)/(F_m-F_o’)	●	●	●	●
q_P	光化學(xué)淬滅q_P=F_m’-F_t)/(F_m’-F_o’)	●	●	●	●
F_o’	植物照光后當(dāng)所有反應(yīng)中心處于開放態(tài)時的最小熒光F_o‘=F_o/((F_v/F_m)+(F_o/F_m’))	●	●	●	●
Chl. Index	葉綠素指數(shù)，與葉綠素含量相關(guān)	●	●	○	○
Ant. Index	花青素指數(shù)，與花青素含量相關(guān)	●	●	○	○
NDVI	植被覆蓋指數(shù)