本发明专利技术涉及一种植物叶片横截面最大光化学量子效率测定装置及使用方法，其特征在于，该测定装置包括显微镜、激发光源、斩波器、CCD图像采集装置和计算机；待测叶片放置在所述显微镜上，所述激发光源发出的光通过所述斩波器进入所述显微镜照射所述待测叶片的横截面，所述待测叶片横截面的叶绿素体吸收光产生叶绿素荧光，所述叶绿素荧光经所述显微镜出射并经所述CCD图像采集装置采集，所述CCD图像采集装置将采集的叶绿素荧光图像发送到所述计算机。本发明专利技术操作简单、测定可靠，对于植物生理、植物学、生态学等研究领域具有广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于一种植物叶片横截面最大光化学量子效率测定装置及使用方法，涉及植物叶片叶绿素荧光测定领域。
技术介绍
光是限制绿色植物生存和生长的主要环境因素之一。不同光质和光量导致植物在形态和生理等方面产生相应的变化。这种变化能使植物最大程度地维持光合速率，从而适应变化的环境。在叶片水平和叶肉组织水平上，针对植物响应与适应不同光环境及变化光的特性，植物生理生态学者已经做了大量的研究，并取得非常系统的研究成果。植物叶绿素荧光是无损伤探测植物光合作用效率的有利工具，基本原理如图1所示，其中，Fm为暗中最大荧光，Fm’为光下最大荧光，Ft为可变荧光，F0为暗中基础荧光，FR为远红光，Actiniclighton为活化光开，捕光色素蛋白复合体(LHC)受光激发后，LHC将其能量传递到光系统二或光系统一，其间所吸收的光能有所损失，所吸收的光能大约3％～9％被重新发射出来，其波长较长称为叶绿素荧光。常温下叶绿素荧光主要来自光系统二，当对暗适应叶片照光时，叶绿素荧光迅速上升，随后有一系列慢的波动，逐渐下降到稳态，这称为“KautskyEffect”，是Kautsky和Hirsch于1931年首先报道的。荧光发射与原初光化学活动、热耗散过程是互相竞争的一种关系。因此，荧光产量变化反映了光合作用系统光化学效率和热耗散能力的变化。根据叶绿素荧光的基本原理，诞生了脉冲调制式荧光仪(PAM101-102-103)，成为光合作用研究的强大工具。随着快速荧光诱导动力学(OJIP)研究的深入，连续式植物效能分析荧光仪(PEA)应用也越来越广泛，成为光合作用原初反应研究快捷有力的工具。但是这两类仪器都是点式传感器，只能探测叶片表面的最大光化学量子效率异质性的变化，无法深入到叶片内部(如表1所示)。这是因为PAM仅收集叶上表面(adaxialside)或下表面(abaxialside)的荧光，由于其测量光光强很低(20～30μmolm-2s-1)无法达到叶片内部较深的组织。而PEA尽管测量光强非常高(3,000μmolm-2s-1)也仅能反映叶片整体水平的最大光化学量子效率。用于光合作用研究的叶绿素荧光影像仪是上个世纪80年代后期发展起来的设备，其中测定叶片表面叶绿素荧光的商品化仪器已有很多，均采用叶绿素荧光的基本原理，将整片叶表面或叶表面某一部位的叶绿素荧光用摄像的方式拍摄下来，通过特定的软件进行分析，得到叶片水平的叶绿素荧光分布，例如调制叶绿素荧光成像系统(IMAGING-PAM-MAXI)。但是，该类仪器只能获得叶面水平方向的光合能力异质性，由于分辨率的原因而无法获得叶片内部叶绿素荧光影像。表1目前常见进行叶绿素荧光Fv/Fm测定的荧光仪性能对比表中数字标记的具体含义为：1PAM2100，MicroscopicPAM,DualPAM,MicrofiberPAM均采用调制锁相放大模式；2光强档位在4～7之间；3对于测量光脉冲宽度测定采用高灵敏度PIN光电二极管；4调制频率为1.6KHz；5测量光光强可调，最高档时与饱和光光强相同；6空间分辩率低，得不到厚度1mm以下叶片的叶横截面荧光影像。测量光脉冲宽度在OJIP的位置：OJIP的时间进程为O30usJ2msI30msP1s。研究叶片内部光合能力的异质性，是光合作用生化模型、光抑制机理、光保护机理等重要光合生理生态热点问题的重要前提。对叶片内部垂直梯度的光吸收、光合效率及碳同化进行非损伤测定，研究不同光环境及变化光条件下植物的响应与适应特性，对深刻理解植物对光的响应与适应的生理生态学机制具有非常重要的意义。然而，此类非损伤测定需要采用一些巧妙精细的研究技术和设备。国际上一些知名研究者自行研制了专门用于植物叶片内部垂直梯度光合能力测定的叶绿素荧光影像仪，但到目前为止没有相关的商品化仪器。一些著名实验室利用自制的相关仪器开展研究可以用来测定叶片内部垂直梯度的光吸收。但是，研究者仅仅采用叶绿素荧光技术的一个应用原理，即在一定情况下荧光产量与光吸收量成正比，而并未采用目前已成体系的叶绿素荧光原理的其它原理。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种植物叶片横截面最大光化学量子效率测定装置及使用方法，能够准确测定不同植物叶片横截面的最大光化学量子效率，得到叶片内部不同叶肉组织光合能力差异。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种植物叶片横截面最大光化学量子效率测定装置，其特征在于，该测定装置包括一显微镜、一激发光源、一斩波器、一CCD图像采集装置和一计算机；待测叶片放置在所述显微镜上，所述激发光源发出的光通过所述斩波器进入所述显微镜照射所述待测叶片的横截面，所述待测叶片横截面的叶绿素体吸收光产生叶绿素荧光，所述叶绿素荧光经所述显微镜出射并经所述CCD图像采集装置采集，所述CCD图像采集装置将采集的叶绿素荧光图像发送到所述计算机。优选地，所述显微镜采用倒置荧光显微镜，所述倒置荧光显微镜包括载物台、物镜、和二向分色镜，所述载物台用于放置所述待测叶片，所述激发光源发出的光通过所述斩波器进入所述二向分色镜，经所述二向分色镜发射的光经所述物镜照射所述叶片的横截面，所述叶绿素荧光经所述物镜收集并经所述二向分色镜发射到所述CCD图像采集装置。优选地，所述斩波器包括一机械泵和一圆盘，所述机械泵的输出端连接所述圆盘，所述圆盘边缘设置两个通光缺口。优选地，所述激发光源采用波长为450nm±50nm的蓝光激光，光强不小于5000μmolm-2s-1。优选地，还包括一用于为所述激发光源和斩波器提供稳定电源的恒流源。一种植物叶片横截面最大光化学量子效率测定装置的使用方法，其特征在于包括以下内容：1)采集待测叶片，采用湿纱布完全包裹进行暗适应；2)打开计算机、显微镜和CCD图像采集装置；3)将暗适应后的待测叶片切成设定大小，并将叶片夹设放置在显微镜载物台上，待测叶片横截面朝向显微镜的物镜，同时采用湿纱布盖住叶片；4)打开激发光源和斩波器产生调制光，转动显微镜进行调焦使叶绿素荧光图像清晰且位于视野中央；5)基础荧光Fo测定：在斩波器开启的情况下，设置CCD图像采集装置参数，打开视频拍摄选项，设置记录时间，开始影像记录，记录完成后导出rgb图像序列并保存，此为Fo影像序列；6)最大荧光Fm测定：关闭斩波器，更改CCD曝光时间，再次记录荧光影像，记录完成后导出rgb图像序列并保存，此为Fm影像序列；7)处理获得叶片横截面的Fv/Fm荧光图像本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种植物叶片横截面最大光化学量子效率测定装置，其特征在于，该测定装置包括一显微镜、一激发光源、一斩波器、一CCD图像采集装置和一计算机；待测叶片放置在所述显微镜上，所述激发光源发出的光通过所述斩波器进入所述显微镜照射所述待测叶片的横截面，所述待测叶片横截面的叶绿素体吸收光产生叶绿素荧光，所述叶绿素荧光经所述显微镜出射并经所述CCD图像采集装置采集，所述CCD图像采集装置将采集的叶绿素荧光图像发送到所述计算机。
【技术特征摘要】
1.一种植物叶片横截面最大光化学量子效率测定装置，其特征在于，该测定装置
包括一显微镜、一激发光源、一斩波器、一CCD图像采集装置和一计算机；待测叶片
放置在所述显微镜上，所述激发光源发出的光通过所述斩波器进入所述显微镜照射所
述待测叶片的横截面，所述待测叶片横截面的叶绿素体吸收光产生叶绿素荧光，所述
叶绿素荧光经所述显微镜出射并经所述CCD图像采集装置采集，所述CCD图像采集装
置将采集的叶绿素荧光图像发送到所述计算机。
2.如权利要求1所述的一种植物叶片横截面最大光化学量子效率测定装置，其特
征在于，所述显微镜采用倒置荧光显微镜，所述倒置荧光显微镜包括载物台、物镜、
和二向分色镜，所述载物台用于放置所述待测叶片，所述激发光源发出的光通过所述
斩波器进入所述二向分色镜，经所述二向分色镜发射的光经所述物镜照射所述叶片的
横截面，所述叶绿素荧光经所述物镜收集并经所述二向分色镜发射到所述CCD图像采
集装置。
3.如权利要求1或2所述的一种植物叶片横截面最大光化学量子效率测定装置，
其特征在于，所述斩波器包括一机械泵和一圆盘，所述机械泵的输出端连接所述圆盘，
所述圆盘边缘设置两个通光缺口。
4.如权利要求1或2所述的一种植物叶片横截面最大光化学量子效率测定装置，
其特征在于，所述激发光源采用波长为450nm±50nm的蓝光激光，光强不小于
5000μmolm-2s-1。
5.如权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：付增娟，樊大勇，张淑敏，谢宗强，李荣贵，
申请(专利权)人：中国科学院植物研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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