CN110806404A - 一种叶绿素荧光检测的改良方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种叶绿素荧光检测的改良方法，在叶绿素荧光检测时，以全光谱LED灯发出的白光取代通行的蓝光，激发植物叶绿素荧光，取得与实际情况较为相符的数据，并克服白光对荧光图像采集的干扰，通过计算机综合计算植物荧光图像和荧光参数，评估植物突变株筛选、环境胁迫检测、表型分析等。并以此方法原理设计了一种改良的叶绿素荧光检测装置。本发明相对于传统方法具有操作简便、能准确表现植物的实际生长状况的优点，具有良好的运用前景。
Description
技术领域
本发明涉及荧光检测技术的方法和装置，特别涉及一种叶绿素荧光检测的改良方法及装置。
背景技术
光合作用是地球上最重要的化学反应之一，它利用太阳光能裂解水，释放出地球上绝大多数生物所需要的氧气，同时固定大气中的二氧化碳为糖类为新陈代谢提供能量。
在光合作用的光反应过程中，有一部分光能损耗以较长波长的叶绿素荧光方式释放。植物光合作用的多数变化都可以通过叶绿素荧光反应出来，叶绿素荧光作为光合作用研究的探针，具有特异性、高灵敏度的特点，能快速反映植物生理生态状况，并且能够实现无损检测，在突变株筛选、环境胁迫检测、表型分析等众多领域都有着广泛的应用。
在生理温度下，叶绿素荧光的波长峰值大约在685nm的红光，并且一直延伸到800nm的远红光处。因此，现有的叶绿素荧光检测技术一般利用叶绿素荧光谱段为红色谱段的特点和植物叶片主要利用红橙光和蓝紫光进行光合作用的特点，将激发光的出射谱段定为蓝色。在采集叶绿素荧光数据时，需在采集相机前加入滤光片屏蔽激发光，消除激发光对图像的干扰。如授权公告号为CN105572091B的专利文献公开了一种叶绿素荧光探测装置以及探测方法，方法所用的激发光波长约460nm的蓝光。授权公告号为CN103091296B的专利文献公开了基于光谱成像技术的植物健康状况检测方法及其装置，其在检测叶绿素荧光时使用的也是蓝光。
然而，正如前文所述，植物叶片主要利用太阳光中的红橙光(波长约400-520)和蓝紫光(波长约610-720)进行光合作用，单一的蓝光并不能很好的拟合太阳光，在此基础上进行的各种试验与植物处于太阳光下的实际光合作用情况可能有较大的不同，过去文献报道的实验结果，很可能会存在由于采用的激发光源不同而引起的错误理解。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种叶绿素荧光检测的改良方法及装置。在叶绿素荧光检测时，以全光谱LED灯发出的白光取代通行的蓝光，激发植物叶绿素荧光，取得与实际情况较为相符的数据，并克服白光对荧光图像采集的干扰。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种叶绿素荧光检测的新型装置，包括以下部件：
箱体；
物料载台，安装在箱体内，物料载台带有升降装置；
顶架，安装在箱体内，正对物料载台上方；
叶绿素荧光检测仪，可调镜头上装有滤光片，安装在顶架上；
光源组，安装箱体顶部，提供测量光、光化光和饱和光；
可移动光强检测仪，用于检测测量光、光化光和饱和光的光照度；
光强调节模块，用于调节测量光、光化光和饱和光的光照度；
计算机，用于控制装置工作状态。
上述所述的滤光片可对干扰光进行过滤，进一步保证样品的荧光成像效果；
上述所述的光源组的蓝色LED灯提供测量光、第二光化光、饱和光(蓝光)，全光谱LED灯提供第一光化光(白光)；
上述所述的光源组为具有多个LED光源，且还设有用于使各LED 光源选择性提供测量光、饱和脉冲光和光化光的驱动电路；
为了尽可能的使检测室内检测光强度能够均匀分布，作为优选，多个LED光源环绕叶绿素荧光检测仪均匀布置，其中提供第一光化光的全光谱LED和第二光化光的蓝光LED相间排布且数量相等，提供第二光化光的蓝光LED在电路驱动下在必要时提供饱和光和测量光。
本方案的另外一个目的是提供一种叶绿素荧光检测的改良方法，包括以下步骤：
(1)利用可移动光强检测仪与光强调节模块，自动调节光源组，使第二光化光和第一光化光在植物检测位置的光照度相同，确保各种光的光照度在合理的区间。
(2)将待测植物放在物料载台上，物料载台可根据植株高度对植株进行升降操作，直至达到合适的测量位置。
(3)植物充分暗适应。
(4)打开测量光，得到Fo值,此时给出一个饱和脉冲光,得到 Fm值。
(5)持续给予植物第一光化光5-20分钟，通过驱动电路无缝切换到第二光化光，得到F值，此时给出一个饱和脉冲光，得到Fm’值。
(6)通过Fo、Fm、F、Fm’等的数值，计算最大光化学效率、实际光化学效率、电子传递速率、光化学淬灭系数等叶绿素荧光参数。
(7)每个植物样品至少测定3个重复。
(8)评估各叶绿素荧光参数数值，应用于植物的突变株筛选、环境胁迫检测、表型分析等。
(9)或者在本方法步骤(6)之后，计算机利用叶绿素荧光检测仪采集的植物荧光图像和荧光参数，经过图像预处理、特征提取等步骤，评估植物叶片的环境胁迫影响，并以叶片颜色的不同加以展示。
附图说明
图1为实施例的叶绿素荧光检测装置结构示意图；
图2为实施例中光源组的排列示意图。
附图标记：1、箱体；2、物料载台；3、升降装置；4、顶架；5、叶绿素荧光检测仪；6、光源组；7、可移动光强检测仪；8、计算机； 9、光强调节模块。
具体实施方案
以下结合附图对发明作进一步详细说明。
以下结合附图对发明作进一步详细说明。
实施例一
一种叶绿素荧光检测的新型装置，包括以下部件：
箱体11；
物料载台22，安装在箱体11内，物料载台22带有升降装置33；
顶架44，安装在箱体11内，正对物料载台22上方；
叶绿素荧光检测仪55，可调镜头上装有滤光片，安装在顶架44上；光源组66，安装箱体11顶部，提供测量光、光化光和饱和光，其中蓝色LED灯提供测量光、第二光化光、饱和光(蓝光)，全光谱LED 灯提供第一光化光(白光)；
可移动光强检测仪77，用于检测测量光、光化光和饱和光的光照度；光强调节模块99，用于调节测量光、光化光和饱和光的光照度；
计算机88，用于控制装置工作状态。
滤光片可对干扰光进行过滤，进一步保证样品的荧光成像效果。
所述光源组66为具有多个LED光源，且还设有用于使各LED光源选择性提供测量光、饱和脉冲光和光化光的驱动电路。
参照图2所示，为了尽可能的使检测室内检测光强度能够均匀分布，作为优选所述多个LED光源环绕叶绿素荧光检测仪55均匀布置，其中提供第一光化光的全光谱LED和第二光化光的蓝光LED相间排布且数量相等，提供第二光化光的蓝光LED在电路驱动下在必要时提供饱和光和测量光；图2中外圈为全光谱LED(圆形图标)和蓝光LED(三角形图标)相间排布且数量相等，其他灯为蓝光LED。
实施例二
收集黄瓜种子，品种名为富阳35号，催芽种植；将无病虫害、生长良好的黄瓜幼苗定植于塑料花盆，每盆1株，以腐殖土与沙土按3： 1(干重)的比例配制栽培基质；定植后定期统一水肥管理；
待黄瓜幼苗长至4叶一芽，随机选取黄瓜植株检测叶绿素荧光；
将黄瓜植株放在物料载台22上，升降物料载台22直至使其位于检测室的中心部位，且位于叶绿素荧光检测仪55的正下方，关闭活动门使检测室不透光；
植物暗适应15分钟；
打开测量光，得到Fo值,此时给出一个饱和脉冲光,得到Fm值；
持续给予植物蓝色光化光10分钟，每一分钟测取一次F值，以1分钟每次给予一个饱和脉冲光，得到对应时间的Fm’值；
通过Fo、Fm、F、Fm’等的数值，计算最大光化学效率、实际光化学效率、电子传递速率、光化学淬灭系数等叶绿素荧光参数；
植物样品测定3个重复；
实施例三
取实施例二同一黄瓜植株检测；
比对实施例二的F值和Fm’值可知，F值和Fm’值于试验开始后7 分钟趋于稳定；调整电路驱动程序，使第一光化光7分钟后无缝切换到第二光化光；
利用可移动光强检测仪77，自动调节光源组66，使第二光化光和第一光化光在植物检测位置的光照度相同；
将黄瓜植株放在物料载台22上，升降物料载台22直至使其位于检测室的中心部位，且位于叶绿素荧光检测仪55的正下方，关闭活动门使检测室不透光；
植物暗适应15分钟；
打开测量光，得到Fo值,此时给出一个饱和脉冲光,得到Fm值；
持续给予植物第一光化光7分钟，通过驱动电路无缝切换到第二光化光，得到F值，此时给出一个饱和脉冲光，得到Fm’值；
通过Fo、Fm、F、Fm’等的数值，计算最大光化学效率、实际光化学效率、电子传递速率、光化学淬灭系数等叶绿素荧光参数；
植物样品测定3个重复。
实施例四
对比实施例二与实施例三试验数据，如下表，对比可知，采用的激发光源不同确实会引起的数据的偏差，蓝光作为光化光是实际量子效率和电子传递速率比白光作为光化光降低9％左右，而这种差异的产生主要是因为光化学猝灭系数造成的，说明白光更加有利于光合机构的运转。本发明提供的方法更切合植物的实际生长环境，更能准确表现植物的实际生长状况。
综上所述，利用本发明建立的叶绿素荧光检测的改良方法及装置，具有操作简便，能准确表现植物的实际生长状况的优点，具有良好的运用前景。
以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。
Claims (6)
1.一种叶绿素荧光检测的改良装置，其特征在于，包括以下部件：
箱体(1)；
物料载台(2)，安装在箱体(1)内，物料载台(2)带有升降装置(3)；
顶架(4)，安装在箱体(1)内，正对物料载台(2)上方；
叶绿素荧光检测仪(5)，可调镜头上装有滤光片，安装在顶架(4)上；
光源组(6)，安装箱体(1)顶部，提供测量光、光化光和饱和光；
可移动光强检测仪(7)，用于检测测量光、光化光和饱和光的光照度；
光强调节模块(9)，用于调节测量光、光化光和饱和光的光照度；
计算机(8)，用于控制装置工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种叶绿素荧光检测的新型装置，其特征是：所述滤光片可对干扰光进行过滤，进一步保证样品的荧光成像效果。
3.根据权利要求1所述的一种叶绿素荧光检测的新型装置，其特征是：所述光源组(6)的蓝色LED灯提供测量光、第二光化光、饱和光(蓝光)，全光谱LED灯提供第一光化光(白光)。
4.根据权利要求1所述的一种叶绿素荧光检测的新型装置，其特征是：所述光源组(6)为具有多个LED光源，且还设有用于使各LED光源选择性提供测量光、饱和脉冲光和光化光的驱动电路。
5.根据权利要求4所述的一种叶绿素荧光检测的新型装置，其特征是：所述多个LED光源环绕叶绿素荧光检测仪(5)均匀布置，其中提供第一光化光的全光谱LED和第二光化光的蓝光LED相间排布且数量相等，提供第二光化光的蓝光LED在电路驱动下在必要时提供饱和光和测量光。
6.一种叶绿素荧光检测的改良方法，包括以下步骤：
(1)利用可移动光强检测仪(7)与光强调节模块(9)，自动调节光源组(6)，使第二光化光和第一光化光在植物检测位置的光照度相同，确保各种光的光照度在合理的区间；
(2)将待测植物放在物料载台(2)上，物料载台(2)可根据植株高度对植株进行升降操作，直至达到合适的测量位置；
(3)植物充分暗适应；
(4)打开测量光，得到Fo值,此时给出一个饱和脉冲光,得到Fm值；
(5)持续给予植物第一光化光5-20分钟，通过驱动电路无缝切换到第二光化光，得到F值，此时给出一个饱和脉冲光，得到Fm’值；
(6)通过Fo、Fm、F、Fm’等的数值，计算最大光化学效率、实际光化学效率、电子传递速率、光化学淬灭系数等叶绿素荧光参数；
(7)每个植物样品至少测定3个重复；
(8)评估各叶绿素荧光参数数值，应用于植物的突变株筛选、环境胁迫检测、表型分析等；
(9)或者在本方法步骤(6)之后，计算机(8)利用叶绿素荧光检测仪(5)采集的植物荧光图像和荧光参数，经过图像预处理、特征提取等步骤，评估植物叶片的环境胁迫影响，并以叶片颜色的不同加以展示。
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| CN (1) | CN110806404A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113916851A (zh) * | 2021-09-26 | 2022-01-11 | 中国科学院植物研究所 | 一种基于叶绿素荧光信号的显微分选方法 |
| WO2023179354A1 (zh) * | 2022-03-21 | 2023-09-28 | 江苏大学 | 一种用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置及方法 |
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2019
- 2019-12-03 CN CN201911217324.XA patent/CN110806404A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN113916851A (zh) * | 2021-09-26 | 2022-01-11 | 中国科学院植物研究所 | 一种基于叶绿素荧光信号的显微分选方法 |
| WO2023179354A1 (zh) * | 2022-03-21 | 2023-09-28 | 江苏大学 | 一种用于叶绿素荧光监测的叶片原位暗适应装置及方法 |
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Legal Events
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