植物光合熱釋光測量系統
植物光合熱釋光測量系統是研究光合作用的強有力的工具,是研究PSII電子傳輸的有效探針,廣泛應用于除草劑對PSII的受體效應、QA與QB穩定性、光合放氧復合物(OEC)穩定性及PSII總體完整性等,還用于光合突變個體的篩選等。
是針對研究PSII能量水平結構而設計的。PSII反應中心光誘導電荷分離導致儲存了吸收光能的激發電子對的累積。加熱誘導這些激發電子對的重組,從而引發光釋放,并在一定溫度范圍內形成特異性熱釋光曲線。根據不同釋光曲線的形狀、峰位和峰值,可以研究分析關于特定激發電子對的能量穩定性及PSII反應中心功能等。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、高溫段熱釋光進行研究。
應用領域
- 光合機理研究——捕光色素復合體,PSII反應中心,放氧復合物研究;PSII能級分析;原初反應階段的內在過程探測
- 植物脅迫生理的早期檢測與診斷
- 植物病蟲害相關研究
- 除草劑影響
- 對植物光合研究的完善補充
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。其基本的實驗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,但時間盡量短(一般<5µs)的單翻轉光(single turn-over ?ash),用于誘導每個PSII反映中心發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光閃,要求足夠強(光源強度高達 150 000 µmol(photons).m-2.s-1)和足夠短(典型 < 5 微秒)來誘導每一個PSII反應中心發生一次,且僅一次的電荷分離。光閃的飽和效果可以通過QB段的強度來檢查,它應該在*光閃后達到zui大,在2次光閃后不再增加。當前許多實驗中使用的氙燈光閃具有明顯缺陷——一個長的持續發光,或者“閃光拖尾”,這會在某些PSII反應中心中產生兩次的電荷分離(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的LED光源,所釋放5-10µs的方波脈沖能夠飽和所有的PSII反應中心,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,不同的溫度下釋放的光能源自光合機構的不同結構。分析釋光曲線的形狀、峰位和峰值,可以研究分析關于特定激發電子對的能量穩定性及PSII反應中心功能等。
熱釋光與光合機構間關系
TL200系列熱釋光測量儀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標準版 | 水冷單元——控溫模塊 | -25 ℃ 到+70 ℃ |
TL300/HT高溫版 | 水冷單元——高溫控制模塊 | -25 ℃ 到+190 ℃ |
TL400/LT液氮版 | 水冷單元——液氮制冷單元——控溫模塊 | -90 ℃ 到+70 ℃ |
系統組成
TL200系列熱釋光測量系統由3部分組成:多功能控制單元、溫度調節器控制單元及測量室 。
多功能控制單元(Multipurpose Control Unit)根據用戶定義方案或熱發光向導提供的實驗程序來執行實驗過程,有兩個輸入頻道,一個用于測量熱發光信號(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。
溫度調節器控制單元(Thermoregulator Control Unit)可以在-90°C 到 +190°C范圍內以0.1°C的精確度控制樣品的溫度。 系統前面板可以顯示實際的溫度,溫度調節可以通過手動或程序控制(軟件)來實現。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水冷單元可將系統溫度降低到4°C,包含一個電子控制的抽水泵和內部可以儲水的制冷器,用于降低測量室的環境溫度。
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溫度加熱到+190°C。
測量室(Measuring Chamber)又包括四個關鍵組成部分:光源、 光電倍增器、A/D 轉換器、具有溫度控制器的樣品盤:
- 光源由8個超亮的發光二極管(λmax=630 nm)組成,發射的光閃強度高達150,000 µmol(photons). m-2.s-1以上,光閃持續時間zui長為150 µs(典型5-10us),光強和光閃持續時間通過軟件控制。
- 光電倍增器可以探測從300到900nm范圍的光量子,從而測量熱發光信號和緩發熒光。光電倍增器包括自己的電源。
- A/D轉換器用于光電倍增器的電流放大、軟件控制增益和數字化,放大器的時間反應固定在50ms,以確定zui小取樣周期到100ms。
技術參數
TL200/PMT標準版:-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:提供
環境光保護:提供 - 控制模式:手動(恒溫);程序設定溫度曲線
- 樣品盤:直徑½英寸鍍金銅盤
- 測量樣品:藻類、藍細菌、葉綠體懸浮液,葉片碎片等
- 光源:波長lmax=625nm,光源強度高達 150 000 µmol(photons). m-2.s-1以上
- 探測系統:傳感器為可以通過軟件靈敏控制的光電倍增器,光譜響應為300nm-900nm,zui小取樣周期100ms,時間響應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
操作軟件與實驗結果
典型應用
上圖為源自擬南芥未冷凍葉片的熱釋光(M.Roman ,1998)。實心符號:對照(a);空心符號:輕度脫水(b)。單閃(細線)產生75%的S2和25%的S1(只有S2和S3產生熱釋光,S1無),雙閃(粗線)25%的S2和75%的S3,3閃(點線)25%的S3。a、對照植物。單閃后,熱釋光B段與S2QB-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,S2QB-(B1),S3QB-(B2)和一個剩余因子(未顯示)。b、適度脫水的植物。B段下調,S3比S2在更大程度上表明了類囊體腔內一個暗穩態的酸性pH。45攝氏度段(余輝)源自S2/3QB中心中熱誘導的從基質還原劑向QB的電子傳遞,使它們發光:它的增加表明了一個強的同化勢能NADP+ATP(Ducruet 2003)。
產地:歐洲
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