植物表型组学研究技术(一)FluorCam 叶绿素荧光成像技术
植物表型组学研究技术(一)FluorCam 叶绿素荧光成像技术
植物表型组学研究技术（一） ——FluorCam叶绿素荧光成像技术FluorCam叶绿素荧光成像技术Rousseau等（High throughput quantitative phenotyping of plant resistance using chlorophyll fluorescence image analysis.Plant Methods, 2013, 9:17），利用FluorCam开放式叶绿素荧光成像系统作为高通量表型分析平台，采用图像阈值分割等分析方法，对植物病原体感染进行了定量分析检测，根据Fv/Fm将感染分为不同阶段／等级，特别是可以将用其它方法难以分辨出来的感染前期加以分辨，并对5个品种的菜豆对普通细菌性疫病的抗性进行了定量分析评价。
PSI公司首席科学家Nedbal教授与公司总裁Trtilek博士等首次将PAM叶绿素荧光技术（Pulse Amplitude Modulated technique——脉冲调制技术）与CCD技术结合在一起，于1996年在世界上成功研制生产出FluorCam叶绿素荧光成像系统（Heck等，1999；Nedbal等，2000；Govindjee and Nedbal, 2000）。
FluorCam叶绿素荧光成像技术成为上世纪90年代叶绿素荧光技术的重要突破，使科学家对光合作用与叶绿素荧光的研究一下子进入二维世界和显微世界，广泛应用于植物生理生态、植物胁迫与抗性监测、作物育种、植物表型分析等。
不同于其它成像分析技术，FluorCam叶绿素荧光成像只对叶绿素荧光波段敏感，可以有效避免环境光的干扰，特异性、高灵敏度反映植物生理生态状况。
主要功能特点如下：1)高灵敏度CCD，时间分辨率可达50帧／秒，有效抓取叶绿素荧光瞬变；可选配高分辨率CCD，分辨率1392x1040像素，用于气孔功能成像分析、稳态荧光如GFP荧光测量等2)具备完备的自动测量程序（protocol），可自由对自动测量程序进行编辑：a)Fv/Fm：测量参数包括Fo，Fm，Fv，QY等b)Kautsky诱导效应：Fo，Fp，Fv，Ft_Lss，QY，Rfd等荧光参数c)荧光淬灭分析：Fo，，Fm，Fp，Fs，Fv，QY，ΦIINPQ，Qp，Rfd，qL等50多个参数d)光响应曲线LC：Fo，Fm，QY，QY_Ln等荧光参数e)PAR吸收f)GFP等静态荧光测量g)OJIP与JIP-test（FKM与封闭式荧光成像系统）：Fo，Fj，Fi，P 或Fm，Mo（OJIP曲线初始斜率）、OJIP固定面积、Sm（对关闭所有光反应中心所需能量的量度）、QY、PI等26个参数3)自动重复实验功能，可无人值守自动循环完成选定的实验程序，重复次数及间隔时间客户自定义，成像测量数据自动按时间日期存入计算机4)FluorCam成像分析软件：具在线功能（Live）、实验程序选配功能（Protocols）、成像预处理功能（Pre-processing）及成像分析结果展示报告功能（Result）四大功能模块a)在线功能（live）：可对仪器和样品进行在线测试调试、快照、显示实验进度、在线显示荧光瞬变动态视频等b)实验程序选配功能（protocols）：可选配不同的实验程序，并可对实验程序进行编辑、设置、储存（以备以后使用同样的实验程序）等c)成像预处理功能：可浏览整个测量视频及任何点、任何区域的荧光动态变化曲线，可进行“选区操作”或“分级操作”（图像阈值分割功能）；选区操作可对成像进行自动或手动选区（ROI），还可使用“模具”包括多孔板模具、培养皿模具、桌面模具进行模具选区；分级操作具备荧光强度刻度标尺和四个“游标”，通过移动4个游标可以将成像按不同强度划分成不同的荧光范围组进行分析处理，可设置不同的阈值进行图像阈值分割d)结果展示报告功能：可展示所有选区（ROI）的叶绿素荧光参数值及其图像、每个参数的频率直方图及每个ROI的荧光动态图等，可对原数据（kinetic）、叶绿素荧光参数等导出到excel表，还可对每个参数成像图存储成位图5)数据分析具备“信号计算再平均”模式（算数平均值）和“信号平均再计算模式”两种功能模式，在高信噪比的情况下选用“信号计算再平均”模式，在低信噪比的情况下选择“信号平均再计算”模式以过滤掉噪音带来的误差FluorCam叶绿素荧光参数：参数符号概念描述Size 面积（像素值），经校准可测量实际面积Fo 暗适应后的最小荧光Fo_Dn 暗松弛最小荧光，红外光诱导PSIFo_Ln 光适应后的最小荧光，红外光诱导PSIFo_Lss 光适应后稳态最小荧光，红外光诱导PSIFm 暗适应后最大荧光Fm_Dn 暗松弛最大荧光Fm_Ln 光适应最大荧光Fm_Lss 光适应稳态最大荧光Fp Kautsky诱导效应最大荧光Ft_Dn 暗松弛即时荧光Ft_Ln 光适应即时荧光Ft_Lss 光适应稳态荧光Fv Fm-FoNPQ_Dn 暗松弛非光化荧光淬灭，＝(Fm-Fm_Dn)/Fm_DnNPQ_Ln 光适应非光化荧光淬灭，＝(Fm-Fm_Ln)/Fm_LnNPQ_Lss 稳态非光化荧光淬灭，＝(Fm-Fm_Lss)/Fm_LssqP_Dn 暗松弛光化学荧光淬灭，＝(Fm_Dn−Ft_Dn)/Fm_Dn−Fo_DnqP_Ln 光适应光化学淬灭，＝(Fm_Ln−Ft_Ln)/(Fm_Ln−Fo_Ln)qP_Lss 稳态光适应光化学淬灭，＝(Fm_Lss−Ft_Lss)/(Fm_Lss−Fo_Lss)qL_Ln 基于“Lake”模型的光适应光化学淬灭qL_Lss 基于“Lake”模型的稳态光适应光化学淬灭QY_Dn 暗松弛光量子效率，＝(Fm_Dn−Ft_Dn)/Fm_DnQY_Ln或ΔF/Fm 光适应光量子效率，＝(Fm_Ln−Ft_Ln)/Fm_LnQY_Lss 稳态光量子效率，＝(Fm_Lss−Ft_Lss)/Fm_LssFv/Fm或QY_max 最大光量子效率Fv/Fm_Ln 光适应光量子效率，＝(Fm_Ln−Fo_Lss)/Fm_LnFv/Fm_Lss 稳态光量子效率，＝(Fm_Lss−Fo_Lss)/Fm_LssRfd_Ln 光适应荧光衰减率，用于评估植物活力，＝(Fp−Ft_Ln)/Ft_LnRfd_Lss 稳态荧光衰减率，用于评估植物活力，＝(Fp−Ft_Lss)/Ft_Lss除上述叶绿素荧光参数外，还可以成像测量PAR吸收、植物光谱反射指数NDVI等，叶片大小（或植物大小）可以反映植物的生长等。
叶绿素荧光成像技术的原理与应用
叶绿素荧光成像技术的原理与应用一、引言叶绿素是植物中最重要的光合色素，是植物进行光合作用的基础。
溶剂化的叶绿素主要吸收蓝色和红色光，在500～600和650～700nm波长范围内，具有两个吸收峰。
叶绿素荧光成像技术是基于叶绿素发出的荧光信号来进行影像测量的一种实时、无创的模拟测量方法。
本文将介绍叶绿素荧光成像技术的原理、实验流程及其应用。
二、原理叶绿素荧光成像技术是基于叶绿素荧光的成像，叶绿素荧光受光强度和环境因素的影响而变化，可以反映植物的生长状态、光合作用效率和叶片生理变化等信息。
叶绿素荧光成像系统具有高时间分辨率、高空间分辨率的特点，可以获取全景、彩色、实时和定量信息。
叶绿素荧光成像技术主要是利用荧光成像仪和其他仪器支持，通过蓝/绿或红/绿激发光、荧光图像采集和分析等步骤，可以获得叶绿素的分布信息。
三、实验叶绿素荧光成像技术的实验主要分为两个步骤：激发和成像。
首先是激发，将叶片放入光合器中，用荧光成像仪对植物叶片进行光激发，根据荧光成像仪的激光幅度，可以调整植物叶片的荧光强度。
之后，进行成像，将植物叶片放到荧光成像仪中进行拍摄，获取叶绿素的发光信号。
最后，通过荧光照片的处理，可以计算叶片荧光强度和叶绿素荧光参数，如最大光化学利用率、植物光合作用效率等。
四、应用叶绿素荧光成像技术的应用非常广泛，主要涉及到生物学、生态学、农业、气象学，特别适用于植物生长状态监测、植物抗性研究、光合作用效率评估等。
一些具体的应用领域可以如下简要介绍：1.光合作用研究叶绿素荧光成像技术可用于研究植物的光合作用效率、光能利用和光保护机制。
典型的光合作用实验是通过比较光照和黑暗条件下植物的荧光变化来确定植物的光合反应和光保护机制。
2.气候变化影响研究在气候变化方面，叶绿素荧光成像技术可用于研究气候变化导致的植物响应和适应。
通过对多个季节的荧光成像分析可以确定气候变化对地上层和植物生长的影响。
3.生态环境研究叶绿素荧光成像技术可用于研究萎缩地区的植被恢复和生态系统的响应。
FlourCam荧光成像系统
仪器使用
• 连接线路 • 连接电脑
1。Usb 2.0 2。部分电脑可能需要专门的usb驱动(可下 载) • 软件安装 可解压直接执行，也可安装使用。
PSI公司软件与相关资料下载地址http://www.psi.cz/ftp/
科研应用
1.光系统II反应中心光化学效率的表征
光化学效率（ FV’/Fm’）的变化，反映PSII
反应中心色素
光反应过程
特定波长光能
原初电 接收的光能
子受体
P·A→ P*·A → P+·A-
后 续
原初电子分离
反 应
PSII（700nm）&PSI（680nm）
基态捕光色素
激发态
热能
产生荧光
叶绿素的激发与退激
叶绿素荧光现象
光合作用示意图
蓝光
热
光合
热
红光
荧光
NADP
NADPH
光系统Ⅰ（PSI）能被波长700nm的 光激发，又称P700 光系统Ⅱ（PSⅡ）吸收高峰波长为680nm，又称P680
250 FM
200
150 FV
100
50 F0
0
FM’ FS
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80
TIME, seconds
运用叶绿素荧光技术来表征光 能的利用、传递、耗散，
能够很好地研究植物的光合作 用过程.
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光化学淬灭（qp）：反映PSII天线色素分子 吸收光能后，用于光化学电子传递的份 额， 因此也反映了色素天线吸收的光能用 于光合电子传递的变化；同时，qp 也反映 PSII初级电子受体(QA)氧化还原状态的变化。 要保持高的光化学淬灭，就要使PSII反应中 心处于开放状态
PlantScreen植物表型
PlantScreen植物表型成像分析系统（野外样带版）——高通量植物表型组学研究平台植物表型组学（phenomics）是一门在基因组水平上系统研究植物在各种不同环境条件下所有表型形状特征的学科。
2009年4月，第一届国际植物表型组大会在澳大利亚堪培拉成功举办，植物表型组学研究技术也进入一个新的阶段。
PlantScreen植物表型成像分析系统由位于著名孟德尔遗传定律的发源地捷克布尔诺（Brno）、研发世界上第一台FluorCam 叶绿素荧光成像技术的PSI公司与欧洲著名科学家合作研制生产的新型植物表型组学研究平台，可以全自动、高通量、高容量测量分析拟南芥、水稻等植物的三维表型形状及生理状态及其与环境光照、温度、水、营养盐等的关系。
PlantScreen植物表型成像分析系统整合了LED植物智能培养、自动化控制系统、叶绿素荧光成像测量分析、植物热成像分析、植物近红外成像分析、植物高光谱分析、自动条码识别管理、RGB真彩3D成像、自动称重与浇灌系统等多项先进技术，以最优化的方式实现大量植物样品——从拟南芥、水稻、玉米到各种其它植物的全方位生理生态与形态结构成像分析，用于高通量植物表型成像分析测量、植物胁迫响应成像分析测量、植物生长分析测量、生态毒理学研究、性状识别及植物生理生态分析研究等。
作为全球第一家研制生产植物叶绿素荧光成像系统的厂家，PSI公司在植物表型成像分析领域处于全球的技术前列，大面积叶绿素荧光成像分析功能使PlantScreen成为植物表型分析与功能成像分析的最为先进的仪器设备，使植物生长、胁迫响应等测量参数达几百个。
PlantScreen系统（野外样带版）包括如下植物表现形状成像分析功能1. 叶绿素荧光成像分析：可对植物叶绿素荧光动态进行成像分析，以全方位监测植物生理状态，胁迫生理如干旱胁迫、肥料胁迫、病虫害胁迫、环境污染毒性胁迫等等，还可对GFP（绿色荧光蛋白）进行成像分析，单幅成像面积40x40cm，成像测量参数包括Fo, Fm, Fv, Fo’, Fm’, Fv’, Ft, Fv/Fm, Fv’/Fm’, Phi_PSII, NPQ, qN, qP, Rfd等几十个叶绿素荧光参数2. RGB成像分析：可对植物的形状进行三维成像分析，并可自动对植物花朵数量、水稻分蘖等进行统计分析，主要测量参数包括：1) 叶面积2) 植物紧实度／紧密度3) 叶片周长4) 偏心率5) 叶圆度6) 叶宽指数7) 叶片细长度SOL8) 植物圆直径9) 凸包面积10) 植物质心11) 节间距12) 生长高度13) 植物三维最大高度和宽度14) 相对生长速率15) 叶倾角16) 节叶片数量17) 其它参数如用于植物适合度估算的颜色定量分级、绿度指数3. 高光谱成像分析（选配），可成像并分析如下参数1) 归一化指数2) 简单比值指数3) 改进的叶绿素吸收反射指数4) 最优化土壤调整植被指数5) 绿度指数6) 改进的叶绿素吸收反射指数7) 转换类胡罗卜素指数8) 三角植被指数9) ZMI指数10) 简单比值色素指数11) 归一化脱镁作用指数12) 光化学植被反射指数13) 归一化叶绿素指数14) Carter指数15) Lichtenthaler指数16) SIPI指数17) Gitelson－Merzlyak指数4. 热成像分析（选配）：用于成像分析植物在光辐射情况下的二维发热分布，良好的散热可以使植物耐受较长时间的高光辐射或低水条件（干旱）5. 近红外成像分析（选配）：用于观测分析植物的水分状态及其在不同组织间的分布变异，处于良好浇灌状态的植物表现出对近红外光谱的高吸收性，而处于干旱状态的植物则表现出对近红外光谱的高反射性，通过分析软件可以监测分析从干旱胁迫到再浇灌过程中的整个过程动态及植物对干旱胁迫的响应和水分利用效率，并形成假彩图像，可以与植物的形态指数及叶绿素荧光指数进行相关分析研究。
叶绿素荧光分析技术在植物生物学研究中的应用
叶绿素荧光分析技术在植物生物学研究中的应用叶绿素荧光分析技术（Chlorophyll Fluorescence Analysis, CFA）是一种广泛应用于植物生物学研究的非侵入性、快速、准确的技术手段。
通过测量光合作用中叶绿素荧光的特性，可以获得植物生理和生化过程的相关信息，包括光合效率、光抑制程度、损失机制等。
叶绿素荧光分析技术已经在植物生物学研究的各个领域得到了广泛的应用。
首先，叶绿素荧光分析技术可以用于研究植物的光合作用效率。
光合作用是植物生长和发育的关键过程，而叶绿素荧光是光合作用活性的直接反映。
通过测量叶绿素荧光参数，如最大光化学效率（Fv/Fm）、有效光量子产生率（Yield）、电子传递速率（ETR）等，可以评估植物的光合作用效率，并揭示光合作用过程中的限制因素和调节机制。
其次，叶绿素荧光分析技术可用于研究植物的抗逆性。
植物在生长过程中会面临各种逆境胁迫，如高温、干旱、盐碱等。
这些逆境胁迫会影响植物的生理和生化过程，进而降低植物生长和产量。
叶绿素荧光分析技术可以通过测量不同荧光参数的变化，如非光化学淬灭（NPQ）、非光化学猝灭（qN）等，评估植物对逆境胁迫的响应和适应能力，有助于筛选和培育抗逆性较高的植物品种。
第三，叶绿素荧光分析技术还可以用于研究植物的生长发育和叶片退化过程。
植物的生长和发育是一个复杂的过程，受光照、温度、水分等环境因素的影响。
叶绿素荧光分析技术可以通过测量荧光参数的变化，如初级光化学光谱（O-J-I-P曲线）、最大劲度光化学效率（Vj）、ABS/RC等，评估植物的生长发育状态和叶片衰老程度，为优化植物的生长环境和调控光合作用提供依据。
最后，叶绿素荧光分析技术还可以应用于环境污染监测和生态系统研究。
环境污染物对植物生长和光合作用活性的影响是导致生态系统退化的重要因素之一、叶绿素荧光分析技术可以通过测量不同荧光参数的变化，如荧光上升动力学曲线（Fs）和最大荧光高度（Fm’）、电子传递速率（ETR）等，评估植物对环境污染的响应程度和生态系统的健康状况。
FluorCam叶绿素荧光成像一
FluorCam
荧 光 成 像 ： 荧 光 淬 灭 分 析
JIP-‐test（电子传递抑制剂敌草隆对OJIP的影响
叶绿素荧光技术著名厂商
• PSI：捷克Brno（孟德尔在此实验并发现著名的孟德 尔遗传定律），Ladislav Nedbal为首席科学家和主要 股东（另一股东为David Kramer，美国密执根州立 大学教授），1997年为美国华盛顿大学H. Pakrasi教 授研制成了第一台FluorCam荧光成像系统。主要产 品有
Kautsky effect
（资料源自Ecolab实验室荧光成像数据库）
荧光淬灭分析（Quenching Analysis）
1. Fv/Fm, 最大光量子产量 2. Fq’/Fm’，Genty参数、ϕPSII，又称光量子效率，用于光化学过程分析评估， 表示PSII吸收的光辐射用于光化学过程的比率，不需要暗适应，但受自然 光照影响大 3. Fv’/Fm’，开放PSII反应中心的光量子效率，不需暗适应 4. Fq’/Fv’，光化学淬灭qP，大致相当于初级受体QA的再氧化状态 5. (Fm-‐Fm’)/Fm’，非光化荧光淬灭
显微叶绿素荧光成像系统
• 可对植物组织、藻类等细胞或亚亚细 胞结构进行荧光成像测量 • 便携式标准版显微荧光成像系统， Olympus CX31显微镜 • 便携式增强版显微荧光成像系统， Olympus BX40 显微镜及可扩展配件 （通过扩展可测量GFP等） • 多功能显微荧光成像系统，除具备 Olympus BX40 显微镜及可扩展配件外， 还具备6位滤波轮（有机械调节和电 子调节两种模式供选配），因而除可 以成像测量叶绿素荧光外，还可测量 GFP、CY3、CY5等多种稳态荧光或生 物荧光
FluorCam荧光成像系统Protocols（实验程序）
叶绿素荧光成像技术在植物生物学中的应用
叶绿素荧光成像技术在植物生物学中的应用植物是地球生态系统中最重要的生物类群之一，其生长和代谢对人类的食品、医药和环境保护具有极其重要的意义。
而叶绿素作为植物中的重要色素，则是植物正常生长和光合作用的关键。
因此，如何准确地掌握植物中叶绿素的分布和代谢过程，对于我们深入了解植物生物学的本质有着重要的作用。
而叶绿素荧光成像技术，则为我们提供了一种非常实用的手段。
首先，为了更好地理解叶绿素荧光成像技术的应用，不得不先简要了解一下叶绿素荧光成像技术的基本原理和技术流程。
叶绿素荧光成像技术基于植物叶片中的叶绿素荧光信号，通过专业相机等设备将荧光信号转换为图像。
而在荧光成像技术中，荧光成像指探测叶绿素在光照下出现的荧光信号，在探测的过程中可以得到信号强度和时间。
这些荧光信号可以通过荧光成像仪等设备进行检测和记录，并转化为图像，从而形成可视化的数据信息。
其次，叶绿素荧光成像技术在植物生物学中的应用也是十分广泛的。
例如，通过叶绿素荧光成像技术可以非常精确地测量植物中的叶绿素含量和PSII （Photosystem II；光合作用中的光反应系统第二个过程）功能状态，进而研究叶绿素的分布和代谢过程。
同时，通过检测叶绿素荧光信号的变化可以分析植物生长和发育的过程，例如其可以监测光合作用中的电子转移过程，同时也可以用来研究植物在环境变化下的应激反应情况。
此外，叶绿素荧光成像技术还可用于植物农艺性状的研究，例如套袋处理对苗圃欧洲红松幼苗光合作用和光渗透性的影响。
其还可以用于研究植物叶片形态学和光合作用对植物生长与发育的调节作用等。
利用荧光成像技术，可以更精准地实现对植物生命活动的分析和监测。
综上所述，叶绿素荧光成像技术在植物生物学领域中有着十分广泛和深入的应用。
它不仅可以帮助我们更好地了解植物生长和代谢的本质，还可以为植物农艺性状的变异性研究提供有力的支持。
未来，相信随着技术的进一步发展，叶绿素荧光成像技术在植物生物学中的应用也将更加广泛和深入。
叶绿素荧光成像技术及其在光合作用研究中的应用
Fluorcam荧光成像技术及其在光合作用研究中的应用Eco‐lab生态实验室北京易科泰生态技术有限公司info@eco‐目录1、叶绿素荧光成像技术发展过程2、荧光参数及其生理意义3、PSI介绍（荧光成像的发明者）4、PSI产品介绍5、应用案例叶绿素荧光技术发展历程•Kautsky effect: Kautsky and Hirsch(1931)首次用肉眼发现叶绿素荧光现象并发表论文“CO2同化新实验”，后被称作“Kautsky effect”•PAM(Pulse Amplitude Modulated Fluorometer): Schreiber（1986）等发明了PAM脉冲调制技术测量叶绿素荧光。
•FluorCam：KineKc imaging of chlorophyll fluorescence: Ladislav Nedbal（2000）等于上世纪90年代末期发明了与PAM技术相结合的叶绿素荧光成像技术成像测量局部放大荧光参数及其意义•Fo、Fm与QY，此外还有PAR_Abs及ETR•Kautsky诱导效应：Fo，Fp，Fv，Ft_Lss，QY，Rfd•荧光淬灭分析：Fo，Fm，Fp，Fs，Fv，QY，NPQ，Qp，Rfd 等50多个参数•OJIP曲线：快速荧光诱导曲线。
Fo，Fj，Fi，P或Fm，Mo（OJIP曲线初始斜率）、FixArea固定面积、Sm（对关闭所有光反应中心所需能量的量度）、QY、PI等•LC光响应曲线：Fo，Fm，QY，QY_Ln叶绿素荧光仪著名厂商•PSI：捷克布尔诺Brno（孟德尔在此发现著名的孟德尔遗传定律），Ladislav Nedbal为首席科学家和主要股东（另一股东为David Kramer，美国密执根州立大学教授），1997年为美国华盛顿大学H.Pakrasi教授研制成了第一台FluorCam荧光成像系统。
主要产品有：–FluorCam叶绿素荧光成像系列产品–FL3500/FL5000双调制荧光仪系列产品–FluorPen及AquaPen等手持式荧光仪产品–光养生物反应器等藻类培养与在线监测产品–光源与植物培养室•Optics：美国，主要产品为OS5p‐PAM叶绿素荧光仪等•Walz：德国，主要产品为PAM2500叶绿素荧光仪等PSI厂家介绍PSI厂家剪影laboratoryFluorCam叶绿素荧光成像：1. Handy FC——FluorCam便携式叶绿素荧光成像系统2. Handy GFPCam——FluorCam便携式荧光蛋白成像系统3. Handy Leaf chamber——便携式光合联用叶绿素荧光成像系统4.Closed FC——封闭式叶绿素荧光成像系统5. Closed GFPCam——封闭式多光谱荧光蛋白成像系统6. Open FC——开放式叶绿素荧光成像系统‐Rover FluorCam——移动式大型植物荧光成像系统‐Transect FluorCam——样带扫描式植物荧光成像系统‐XY‐Plane FluorCam——多光谱XY‐平台式大型植物荧光成像系统‐Arch FluorCam——拱形三维植物荧光扫描成像系统7. Micro‐FluorCam——显微叶绿素荧光成像系统，又分标准版、增强版（可选配GFP FilterCube Set）及滤波轮版8. Conveyor and RoboKc PlantScan System——PlantScan全自动植物光谱成像分析系统9. Fluorescence KineKc Microscope——FKM荧光动态显微光谱成像系统Fluorcam荧光成像技术特点◆对叶片无损伤、测量迅速◆测量对象多样，包括叶片、果实、藻类、地衣、苔藓、拟南芥等◆具备自动重复测量功能，从而实现无人职守自动成像实验◆结果以图片或视频形式输出，直观、易于观察◆应用领域广泛，如光合作用、植物胁迫生理学、水生生物学、海洋学和遥感等◆实验室、野外均可使用◆测量面积范围广，小至微米，大至整块草坪◆用户可根据实验需要，自定义测量参数FlourCam叶绿素荧光成像技术应用领域•植物光合特性和代谢紊乱植株的筛选•生物和非生物胁迫的检测•植物抗胁迫能力或者易感性研究•气孔非均一性研究•长势与产量评估•植物——微生物交互作用研究•植物——原生动物交互作用研究Kautsky effect in a diuron‐inhibited leaf（敌草隆抑制电子传递实验）OJI PScreen mutants by NPQ parameters （通过荧光淬灭分析筛选变异植株）水分对沙漠中苔藓的光合特性的影响加水0.5 h后高光胁迫获得的衣藻突变体重金属胁迫条件下的烟叶荧光成像左图为对照烟叶，中图为通过叶脉浸泡硫酸铜30分钟后的荧光成像，右图为经硫酸铜浸泡处理60分钟后的荧光成像。
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植物表型组学研究技术（一） ——FluorCam叶绿素荧光成像技术FluorCam叶绿素荧光成像技术Rousseau等（High throughput quantitative phenotyping of plant resistance using chlorophyll fluorescence image analysis.Plant Methods, 2013, 9:17），利用FluorCam开放式叶绿素荧光成像系统作为高通量表型分析平台，采用图像阈值分割等分析方法，对植物病原体感染进行了定量分析检测，根据Fv/Fm将感染分为不同阶段／等级，特别是可以将用其它方法难以分辨出来的感染前期加以分辨，并对5个品种的菜豆对普通细菌性疫病的抗性进行了定量分析评价。
PSI公司首席科学家Nedbal教授与公司总裁Trtilek博士等首次将PAM叶绿素荧光技术（Pulse Amplitude Modulated technique——脉冲调制技术）与CCD技术结合在一起，于1996年在世界上成功研制生产出FluorCam叶绿素荧光成像系统（Heck等，1999；Nedbal等，2000；Govindjee and Nedbal, 2000）。
FluorCam叶绿素荧光成像技术成为上世纪90年代叶绿素荧光技术的重要突破，使科学家对光合作用与叶绿素荧光的研究一下子进入二维世界和显微世界，广泛应用于植物生理生态、植物胁迫与抗性监测、作物育种、植物表型分析等。
不同于其它成像分析技术，FluorCam叶绿素荧光成像只对叶绿素荧光波段敏感，可以有效避免环境光的干扰，特异性、高灵敏度反映植物生理生态状况。
主要功能特点如下：1)高灵敏度CCD，时间分辨率可达50帧／秒，有效抓取叶绿素荧光瞬变；可选配高分辨率CCD，分辨率1392x1040像素，用于气孔功能成像分析、稳态荧光如GFP荧光测量等2)具备完备的自动测量程序（protocol），可自由对自动测量程序进行编辑：a)Fv/Fm：测量参数包括Fo，Fm，Fv，QY等b)Kautsky诱导效应：Fo，Fp，Fv，Ft_Lss，QY，Rfd等荧光参数c)荧光淬灭分析：Fo，，Fm，Fp，Fs，Fv，QY，ΦIINPQ，Qp，Rfd，qL等50多个参数d)光响应曲线LC：Fo，Fm，QY，QY_Ln等荧光参数e)PAR吸收f)GFP等静态荧光测量g)OJIP与JIP-test（FKM与封闭式荧光成像系统）：Fo，Fj，Fi，P 或Fm，Mo（OJIP曲线初始斜率）、OJIP固定面积、Sm（对关闭所有光反应中心所需能量的量度）、QY、PI等26个参数3)自动重复实验功能，可无人值守自动循环完成选定的实验程序，重复次数及间隔时间客户自定义，成像测量数据自动按时间日期存入计算机4)FluorCam成像分析软件：具在线功能（Live）、实验程序选配功能（Protocols）、成像预处理功能（Pre-processing）及成像分析结果展示报告功能（Result）四大功能模块a)在线功能（live）：可对仪器和样品进行在线测试调试、快照、显示实验进度、在线显示荧光瞬变动态视频等b)实验程序选配功能（protocols）：可选配不同的实验程序，并可对实验程序进行编辑、设置、储存（以备以后使用同样的实验程序）等c)成像预处理功能：可浏览整个测量视频及任何点、任何区域的荧光动态变化曲线，可进行“选区操作”或“分级操作”（图像阈值分割功能）；选区操作可对成像进行自动或手动选区（ROI），还可使用“模具”包括多孔板模具、培养皿模具、桌面模具进行模具选区；分级操作具备荧光强度刻度标尺和四个“游标”，通过移动4个游标可以将成像按不同强度划分成不同的荧光范围组进行分析处理，可设置不同的阈值进行图像阈值分割d)结果展示报告功能：可展示所有选区（ROI）的叶绿素荧光参数值及其图像、每个参数的频率直方图及每个ROI的荧光动态图等，可对原数据（kinetic）、叶绿素荧光参数等导出到excel表，还可对每个参数成像图存储成位图5)数据分析具备“信号计算再平均”模式（算数平均值）和“信号平均再计算模式”两种功能模式，在高信噪比的情况下选用“信号计算再平均”模式，在低信噪比的情况下选择“信号平均再计算”模式以过滤掉噪音带来的误差FluorCam叶绿素荧光参数：参数符号概念描述Size 面积（像素值），经校准可测量实际面积Fo 暗适应后的最小荧光Fo_Dn 暗松弛最小荧光，红外光诱导PSIFo_Ln 光适应后的最小荧光，红外光诱导PSIFo_Lss 光适应后稳态最小荧光，红外光诱导PSIFm 暗适应后最大荧光Fm_Dn 暗松弛最大荧光Fm_Ln 光适应最大荧光Fm_Lss 光适应稳态最大荧光Fp Kautsky诱导效应最大荧光Ft_Dn 暗松弛即时荧光Ft_Ln 光适应即时荧光Ft_Lss 光适应稳态荧光Fv Fm-FoNPQ_Dn 暗松弛非光化荧光淬灭，＝(Fm-Fm_Dn)/Fm_DnNPQ_Ln 光适应非光化荧光淬灭，＝(Fm-Fm_Ln)/Fm_LnNPQ_Lss 稳态非光化荧光淬灭，＝(Fm-Fm_Lss)/Fm_LssqP_Dn 暗松弛光化学荧光淬灭，＝(Fm_Dn−Ft_Dn)/Fm_Dn−Fo_DnqP_Ln 光适应光化学淬灭，＝(Fm_Ln−Ft_Ln)/(Fm_Ln−Fo_Ln)qP_Lss 稳态光适应光化学淬灭，＝(Fm_Lss−Ft_Lss)/(Fm_Lss−Fo_Lss)qL_Ln 基于“Lake”模型的光适应光化学淬灭qL_Lss 基于“Lake”模型的稳态光适应光化学淬灭QY_Dn 暗松弛光量子效率，＝(Fm_Dn−Ft_Dn)/Fm_DnQY_Ln或ΔF/Fm 光适应光量子效率，＝(Fm_Ln−Ft_Ln)/Fm_LnQY_Lss 稳态光量子效率，＝(Fm_Lss−Ft_Lss)/Fm_LssFv/Fm或QY_max 最大光量子效率Fv/Fm_Ln 光适应光量子效率，＝(Fm_Ln−Fo_Lss)/Fm_LnFv/Fm_Lss 稳态光量子效率，＝(Fm_Lss−Fo_Lss)/Fm_LssRfd_Ln 光适应荧光衰减率，用于评估植物活力，＝(Fp−Ft_Ln)/Ft_LnRfd_Lss 稳态荧光衰减率，用于评估植物活力，＝(Fp−Ft_Lss)/Ft_Lss除上述叶绿素荧光参数外，还可以成像测量PAR吸收、植物光谱反射指数NDVI等，叶片大小（或植物大小）可以反映植物的生长等。
FluorCam叶绿素荧光成像技术仪器系统：1.FluorCam便携式光合联用叶绿素荧光成像系统：可与LCProSD光合仪、Licor6400光合仪等联用2.FluorCam便携式叶绿素荧光成像系统：成像面积3.5x3.5cm，具暗适应叶夹及多功能轻便三脚架，主机重量不足2kg，高度集成、高度便携、高性价比，可用于实验室或野外测量和监测，是便携性植物表型分析的最佳选择。
可同时选配FluorPen手持式叶绿素荧光仪用于测量OJIP等3.FluorCam便携式Chl/GFP荧光成像系统：为便携式荧光成像系统的扩展版，可同时进行叶绿素荧光成像分析和GFP绿色荧光蛋白成像分析，不仅可用于2D叶绿素荧光成像分析，还可以用于作物育种转基因绿色荧光蛋白标记检测等4.FluorCam封闭式叶绿素荧光成像系统：LED光源、CCD荧光监测镜头、控制单元等集成于暗适应操作箱内形成一个完整的主机系统，是世界上唯一可进行QA再氧化动力学和OJIP测量分析的叶绿素荧光成像系统，封闭式操作箱还可用于植物光培养（光强、光质可调）成像面积13x13cm。
下图为OJIP成像分析结果5.FluorCam封闭式Chl/GFP荧光成像系统：为封闭式叶绿素荧光成像系统的扩展版，可同时进行叶绿素荧光成像分析和GFP绿色荧光蛋白成像分析，成像面积为13x13cm6.FluorCam开放式叶绿素荧光成像系统：模块式，具备高度可扩展性，可自由选配不同的激发光源及相应滤波器以对叶绿素荧光动态及稳态荧光（如GFP等）等进行成像分析，镜头高度可调，标准配置成像面积13x13cm，大型版成像面积可达20x20cm7.FKM多光谱荧光动态显微成像与光谱分析系统：多激发光、多光谱荧光成像与光谱分析，可对叶绿素荧光动态、QA再氧化、OJIP快速荧光动力学进行显微成像分析和光谱分析，还可对GFP荧光、细胞荧光染色等进行显微成像分析，是植物细胞和亚细胞水平上最强有力的表型分析平台8.Fluorcam移动式大型叶绿素荧光成像系统：大型叶绿素荧光成像平台安装在具轮子的支架上，方便移动，成像平台可上下移动以适于不同高度的植物，成像面积达35x35cm，可选配RGB真彩成像分析和GFP绿色荧光蛋白成像检测9.FluorCam样带扫瞄式叶绿素荧光成像系统：大型成像平台可在100－500cm的支架上对样带进行扫瞄成像，标配扫瞄区域长度为400cm，成像平台可沿样带精确定位自动扫瞄，可选配RGB真彩扫瞄成像，从而实现叶绿素荧光成像和真彩成像分析10.FluorCam多光谱荧光成像系统：属多激发光、多光谱荧光成像系统，不仅可对叶绿素荧光进行成像分析，还可对UV紫外光激发F440（蓝色荧光）、F520（绿色荧光）、F690（红色荧光）和F740（红外荧光）进行成像分析用于全方位研究检测植物胁迫与抗性，有标准配置、扩展配置和大型配置3种型号案例1: 北京市土壤种子库萌发23天后的叶绿素荧光成像分析。
左图为Rfd，右图为采用FluorCam图像阈值分割方法特异性选择土壤表面的藻类（彩色部分）叶绿素荧光成像（数据来源为Ecolab实验室）案例2: 芦荟干旱胁迫叶绿素荧光成像分析，其中蓝色为干旱胁迫状态，红色为浇水后24小时（数据来源为Ecolab 实验室）案例3: 菜豆对敌草隆（Diuron）吸收过程叶绿素荧光成像（图片来源：Hartmut等，Uptake of diuron and concomitant loss of photosynthetic activity in leaves as visualized by imaging the red chlorophyll fluorescence.Photosynth Res. (2013) 116:355-361）0 0.20.40.60.8 1 QY_maxFv/Fm_L1Fv/Fm_L2 Fv/Fm_L3 Fv/Fm_L4Fv/Fm_LssFv/Fm_D1 Fv/Fm_D2 Fv/Fm_D3QY_L1QY_L2QY_L3QY_L4QY_Lss QY_D1 QY_D2 QY_D3 00.1 0.20.3 0.4 NPQ_L1 NPQ_L2 NPQ_L3 NPQ_L4NPQ_Lss NPQ_D1NPQ_D2 NPQ_D3qN_L1qN_L2qN_L3qN_L4 qN_Lss qN_D1 qN_D2 qN_D3案例4: 紫露草叶绿素荧光参数成像（左）及其实验叶片部分频率直方图（中）和在正常空气中的叶尖部分频率直方图（右）：A为为干燥脱水、低氧（2%）、正常CO2（350ppm），D为干燥脱水2小时、低氧、正常CO2，G为干燥脱水2小时、低氧、高浓度CO2（5%）。