Dual-PAM-100: 一套空前强大的测量系统
Schreiber教授因发明PAM系列调制叶绿素荧光仪而获得首届国际光合作用协会(ISPR)创新奖1985年开始商品化的全世界台调制荧光仪PAM-100被几代科学家所广泛采用。Dual-PAM-100相当于两台PAM-100的功能。一方面,它继承了PAM-100的所有优点,可以进行复杂的叶绿素荧光分析(PS II活性);另一方面,它还可以通过测量P700的吸收变化来检测PS I的活性。特别需要强调的是,Dual-PAM-100可以在完全同步的情况下测量叶绿素荧光和P700吸收变化。此外,通过特殊的激发-检测单元还可以测量叶绿体或微藻的许多重要光合参数,如跨膜质子梯度delta pH(通过9-AA荧光或吖啶黄荧光)、类囊体膜的电势(通过类胡萝卜素的差示吸收,“P515”)和NADP的氧还状态(通过NADPH荧光)等。如果需要极高的灵敏度可以通过连接光电倍增管检测器实现。
主要功能 * 单独或同步测量微藻、大藻、水生植物等的叶绿素荧光(光系统II活性)和P700(光系统I活性)
* 两个光系统的诱导动力学曲线(包括快相和慢相)
* 两个光系统的快速光曲线和光响应曲线
* 淬灭分析、暗驰豫分析
* 典型的P700曲线测量
* 通过叶绿素荧光和P700的同步测量获知两个光系统的电子传递动力学、电子载体库的大小、围绕PSI 的环式电子传递动力学等
应用领域先进的测量光合作用的技术,已被成功应用于高等植物和蓝藻的P700和叶绿素荧光测量中,用于光合作用机理、胁迫生理学、生理生态学等领域。在其它微藻和大型海藻中的应用还处于起步阶段,恰恰也是比较容易出成果的领域。
测量参数PS II参数: Fo, Fm, F, Fm’, Fv/Fm, Y(II)=△F/Fm’, Fo’, qP, qL, qN, NPQ, Y(NPQ), Y(NO)和ETR(II)等
PS I参数: P700, Pm, Pm’, P700red, Y(I), Y(ND), Y(NA)和ETR(I)等
与PAM-100相比,Dual-PAM-100的主要特点:1)Dual-PAM-100完全由电脑控制,通过的Windows操作软件DualPAM进行。 2)软件DualPAM除了基本的系统操作外,还提供许多特定的测量程序。 3)所有必需的光源(激发叶绿素荧光的红光和蓝光、测量P700的近红外光、红色和蓝色的光化光、单脉冲与多脉冲饱和闪光、远红光)均整合在基础系统中,不再需要复杂的电缆连接。 4)采用了专为Dual-PAM-100设计的许多新光-电配件,使得激发-检测单元和整合式光源非常便携、非常便于安装和拆卸。 5)所有的光源都可通过软件在2.5 μs的时间分辨率下控制。 6)测量光的频率范围非常大(1 Hz~400 KHz),因此同一个测量光源既可以用于测量Fo,也可以用于诱发快速动力学(如荧光快速上升相或闪光弛豫动力学)。 7)用户可将针对特殊实验/样品的仪器设置存储起来,此后可在完全相同的设置下重复实验。 8)叶绿素荧光和P700的信号变化完全同步,并且是用同一个检测器检测,且不会互相干扰。 9)测量蓝藻时注意:用红光激发PS II的荧光,用蓝光或远红光激发PS I。 |
|
Dual-PAM-100的这些特点开启了基础光合作用研究和应用光合作用研究的新途径。过去,同步测量PS I和PS II的量子产量需要很强的背景和熟练的操作技巧,只有光合作用领域的少数会这项技术。现在,即使是初学者,也可迅速掌握同步测量PS I和PS II活性的技术,不再需要复杂的操作技巧。
主要技术参数P700双波长测量光:LED,830 nm和870 nm
PSII荧光测量光:LED,460 nm(DUAL-DB)或620 nm(DUAL-DR)
红色光化光:LED阵列,635 nm;连续光强2000 μmol m-2 s-1
蓝色光化光:LED,460 nm;连续光强700 μmol m-2 s-1
单周转饱和闪光(ST):200000 μmol m-2 s-1,5~50 μs可调
多周转饱和闪光(MT):20000 μmol m-2 s-1,1~1000 ms可调
Kramer的新荧光参数资料,这是一篇2004年发表在Photosynthesis Research 上的文章,见如下描述:
Kramer提出的新参数:
qL,用于代替qP
Y(II)=Y=(Fm’-F)/Fm’
Y(NPQ) 表征PS II处过量光能耗散为热,与光保护有关
Y(NO) 表征PS II处过量光能引起的光损伤
Y(II)+Y(NPQ)+Y(NO)=1
Schreiber教授和其学生Klughammer博士新设计的Dual-PAM-100中,借鉴测量叶绿素荧光的方法,新增了几个参数:
Y(I) PS I的量子产量或PS I的光合效率
Y(ND) 表征PS I处过量光能耗散为热,与光保护有关
Y(NA) 表征PS I处过量光能引起的光损伤
Y(I)+Y(ND)+Y(NA)=1
色素分子处于氧化态和还原态时,或增加/减少亚基后,其吸收峰会有变化。基于此原理,P700吸收变化、P515吸收变化(类胡萝卜素能态)、P505吸收变化(叶黄素循环)等均可通过Dual-PAM-100测量。主机共用,只是更换激发-检测单元即可。此外,Dual-PAM-100还可用于测量NADPH荧光、9AA荧光(跨膜质子梯度)等。
部分利用DUAL-PAM-100研究藻类的P700文献1.Ma W, Mi H, Shen Y: Influence of the redox state of Q
A on phycobilisome mobility in the cyanobacterium
Synechocystis sp. strain PCC 6803
Journal of Luminescence2010:in press.
[DUAL-PAM-100]2.Bernát G, Waschewski N, Rögner M: Towards efficient hydrogen production: the impact of antenna size and external factors on electron transport dynamics in
Synechocystis PCC 6803
Photosynthesis Research2009,
99(3):205-216.
[DUAL-PAM-100]3.Chiu Y-F, Lin W-C, Wu C-M, Chen Y-H, Hung C-H, Ke S-C, Chu H-A: Identification and characterization of a cytochrome b559
Synechocystis 6803 mutant spontaneously generated from DCMU-inhibited photoheterotrophical growth conditions
Biochimica et Biophysica Acta2009,
1787(10):1179-1188.
[DUAL-PAM-100]4.Grouneva I, Jakob T, Wilhelm C, Goss R: The regulation of xanthophyll cycle activity and of non-photochemical fluorescence quenching by two alternative electron flows in the diatoms
Phaeodactylum tricornutum and
Cyclotella meneghiniana Biochimica et Biophysica Acta 2009,
1787(7):929-938.
[DUAL-PAM-100]5.Kromkamp JC, Beardall J, Sukenik A, Kopeck J, Masojidek J, van Bergeijk S, Gabai S, Shaham E, Yamshon A: Short-term variations in photosynthetic parameters of
Nannochloropsis cultures grown in two types of outdoor mass cultivation systems.
Aquatic Microbial Ecology2009,
56:309-322.
[DUAL-PAM, Flow-Through WATER-PAM]6.Lin A-P, Wang G-C, Yang F, Pan G-H: Photosynthetic parameters of sexually different parts of
Porphyra katadai var.
hemiphylla (Bangiales, Rhodophyta) during dehydration and re-hydration
Planta2009,
229(4):803-810.
[DUAL-PAM-100]7.Perreault F, Ali NA, Saison C, Popovic R, Juneau P: Dichromate effect on energy dissipation of photosystem II and photosystem I in Chlamydomonas reinhardtii.
Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology2009,
96(1):24-29.
[DUAL-PAM-100]8.Schultze M, Forberich B, Rexroth S, Dyczmons NG, Roegner M, Appel J: Localization of cytochrome b6f complexes implies an incomplete respiratory chain in cytoplasmic membranes of the cyanobacterium
Synechocystis sp. PCC 6803
Biochimica et Biophysica Acta2009,
1787(12):1479-1485.
[DUAL-PAM-100]9.Sukenik A, Beardall J, Kromkamp JC, Kopeck J, Masojídek J, van Bergeijk S, Gabai S, Shaham E, Yamshon A: Photosynthetic performance of outdoor
Nannochloropsis mass cultures under a widerange of environmental conditions.
Aquatic Microbial Ecology2009,
56(2-3):297-308.
[DUAL-PAM-100, FLOW THROUGH WATER-PAM]10.Tsunoyama Y, Bernát G, Dyczmons NG, Schneider D, Rögner M: Multiple rieske proteins enable short- and long-term light adaptation of
Synechocystis sp. PCC 6803.
Journal of Biological Chemistry2009,
284:27875-27883.
[DUAL-PAM-100]11.Bailey S, Melis A, Mackey KRM, Cardol P, Finazzi G, Dijken Gv, Berge GM, Arrigo K, Shrager J, Grossman A: Alternative photosynthetic electron flow to oxygen in marine
Synechococcus Biochimica et Biophysica Acta 2008,
1777(3):269-276.
[DUAL-PAM-100, WATER-PAM]12.François P, Nadia AA, Cyril S, Philippe J, Radovan P: Alteration of Energy Dissipation by Dichromate in Xanthophyll Deficient Mutants of
Chlamydomonas reinhardtii In:
Photosynthesis Energy from the Sun: 14th International Congress on Photosynthesis. Edited by Allen JF, Gantt E, Golbeck JH, Osmond B: Springer; 2008: 1535-1538.
13.Ma W, Chen L, Wei L, Wang Q: Excitation energy transfer between photosystems in the cyanobacterium
Synechocystis 6803
Journal of Luminescence2008,
128(3):546-548.
[DUAL-PAM-100]14.Ma W, Wei L, Wang Q: The response of electron transport mediated by active NADPH dehydrogenase complexes to heat stress in the cyanobacterium
Synechocystis 6803
Science in China2008,
51(12):1082-1087.
[dual-pam-100]15.Xu M, Bernát G, Singh A, Mi H, Rögner M, Pakrasi HB, Ogawa T: Properties of mutants of
Synechocystis sp. strain PCC 6803 lacking inorganic carbon sequestration systems.
Plant Cell and Physiology2008,
49(11):1672-1677.
[DUAL-PAM-100]