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植物光合熱釋光測量系統(tǒng)

更新時(shí)間：2025-07-01

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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(chǔ)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。

產(chǎn)品介紹

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结槪瑥V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(gè)體的篩選等。

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(chǔ)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

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
植物脅迫生理的早期檢測與診斷
植物病蟲害相關(guān)研究
除草劑影響
對植物光合研究的*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(huì)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).m^－².s^－¹）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(gè)長的持續(xù)發(fā)光，或者“閃光拖尾”，這會(huì)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(hào)的控溫方式與范圍

具體型號(hào)	控溫方式	控溫范圍
TL200/PMT標(biāo)準(zhǔn)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(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(gè)輸入頻道，一個(gè)用于測量熱發(fā)光信號(hào)（TL信號(hào)），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(hào)，或溫度/TL信號(hào)。

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(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(gè)電子控制的抽水泵和內(nèi)部可以儲(chǔ)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(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：

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). m^－².s^－¹以上，光閃持續(xù)時(shí)間zui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。
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(hào)和緩發(fā)熒光。光電倍增器包括自己的電源。
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(dòng)（恒溫）；程序設(shè)定溫度曲線
樣品盤：直徑½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(shí)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(hào)：對照（a）；空心符號(hào)：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(gè)因子，S₂Q_B-（B1），S₃Q_B-（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)，S₃比S₂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(gè)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）

Thermoluminescence. PV Sane, et al, 2012. Photosynthesis
Analysis of S2QA-charge recombination with the Arrhenius, Eyring and Marcus theories. S Rantamäki, et al, 2011. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology
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
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
Chlorophyll fluorescence emission as a reporter on cold tolerance in Arabidopsis thaliana accessions. A Mishra, et al. Plant Signaling & Behavior, 2011
Characterization of photosystem II in transgenic tobacco plants with decreased iron superoxide dismutase. Y Zhang, et al, 2011. Biochimica et Biophysica Acta
Two functional sites of phosphatidylglycerol for regulation of reaction of plastoquinone Q< sub> B</sub> in photosystem II. S Itoh, et al, 2011. Biochimica et Biophysica Acta
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
Species-dependence of the redox potential of the primary quinone electron acceptor QA in photosystem II verified by spectroelectrochemistry. T Shibamoto, et al, 2010. FEBS letters
Flavodiiron proteins in oxygenic photosynthetic organisms: photoprotection of photosystem II by Flv2 and Flv4 in Synechocystis sp. PCC 6803. P Zhang, et al, 2009. PloS one
Comparative analysis of leaf‐type ferredoxin‐NADP+ oxidoreductase isoforms in Arabidopsis thaliana. M Lintala, et al, 2009. The Plant Journal
Psb28 protein is involved in the biogenesis of the photosystem II inner antenna CP47 (PsbB) in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. M Dobáková, et al, 2009. Plant physiology
Functional complementation of the Arabidopsis thaliana psbo1 mutant phenotype with an N-terminally His6-tagged PsbO-1 protein in photosystem II. H Liu, et al, 2009. Biochimica et Biophysica Acta
Interaction of methylamine with extrinsic and intrinsic subunits of photosystem II. S Hamdani, et al, 2009. Biochimica et Biophysica Acta
Investigation of the low-affinity oxidation site for exogenous electron donors in the Mn-depleted photosystem II complexes. VN Kurashov, et al, 2009. Biochimica et Biophysica Acta
Changes in the photosynthetic reaction centre II in the diatom Phaeodactylum tricornutum result in non‐photochemical fluorescence quenching. D Eisenstadt, et al, 2008. Environmental Microbiology
Characterization of photosystem II in salt-stressed cyanobacterial Spirulina platensis cells. H Gong, et al, 2008. Biochimica et Biophysica Acta
The cyanobacterial homologue of HCF136/YCF48 is a component of an early photosystem II assembly complex and is important for both the efficient assembly and Repair of Photosystem II in Synechocystis sp. PCC 6803*. J Komenda, et al, 2008. Journal of Biological chemistry.
Early detection of bean infection by Pseudomonas syringae in asymptomatic leaf areas using chlorophyll fluorescence imaging. L Rodríguez-Moreno, et al, 2008. Photosynthesis research
Effects of heat stress on PSII photochemistry in a cyanobacterium Spirulina platensis. B Zhao, et al, 2008. Plant Science
The effects of simultaneous RNAi suppression of PsbO and PsbP protein expression in photosystem II of Arabidopsis. X Yi, et al, 2008. Photosynthesis research
Functional analysis of photosystem II in a PsbO-1-deficient mutant in Arabidopsis thaliana. H Liu, et al, 2007. Biochemistry
Efficiency and role of loss processes in light‐driven water oxidation by PSII. M Grabolle, et al, 2007. Physiologia plantarum
Changes of Photosystem II Electron Transport in the Chlorophyll‐deficient Oilseed Rape Mutant Studied by Chlorophyll Fluorescence and Thermoluminescence. JW Guo, et al, 2007. Journal of Integrative Plant Biology
The exposed N-terminal tail of the D1 subunit is required for rapid D1 degradation during photosystem II repair in Synechocystis sp PCC 6803. J Komenda, et al, 2007. The Plant Cell
The chlorophyll a fluorescence induction pattern in chloroplasts upon repetitive single turnover excitations: accumulation and function of QB-nonreducing centers. W Vredenberg, et al, 2006. Biochimica et Biophysica Acta
The polyphasic chlorophyll a fluorescence rise measured under high intensity of exciting light. D Lazár , 2006. Functional Plant Biology
The synechocystis sp PCC 6803 oxa1 homolog is essential for membrane integration of reaction center precursor protein pD1. F Ossenbühl, et al, 2006. The Plant Cell
Sucrose and glycerol effects on photosystem II. KM Halverson, et al, 2003. Biophysical journal
Copper-induced inhibition of photosynthesis: limiting steps of in vivo copper chlorophyll formation in Scenedesmus quadricauda. H Küpper, et al, 2003. Functional Plant Biology
Heavy metal‐induced inhibition of photosynthesis: targets of in vivo heavy metal chlorophyll formation1. h küpper, et al, 2002. journal of Phycology
Experimental and theoretical studies on the excess capacity of Photosystem II. R Kaňa, et al, 2002. Photosynthesis research
Nitrogen deprivation strongly affects Photosystem II but not phycoerythrin level in the divinyl-chlorophyll b-containing cyanobacterium Prochlorococcus marinus. C Steglich, et al, 2001. Biochimica et Biophysica Acta
Integrity and activity of photosystem 2 complexes isolated from the thermophilic cyanobacterium Synechococcus elongatus using various detergents. E Šetlíková, et al, 1999. Photosynthetica
The PsbY protein is not essential for oxygenic photosynthesis in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. M Meetam, et al, 1999. Plant physiology
Nonphotochemical reduction of the plastoquinone pool in sunflower leaves originates from chlororespiration. TS Feild, et al, 1998. Plant physiology

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