TL6000植物熱釋光測量系統(tǒng)
熱釋光(Thermoluminescence,縮寫TL)是晶體受到輻射照射后,產(chǎn)生了自由電子。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。葉綠素?zé)後尮鈩t是由于活化能壘在生理溫度下限制了諸如電子再結(jié)合等暗反應(yīng),因此光化學(xué)反應(yīng)中分離的電子對(duì)穩(wěn)定存在于電子載體中。在熱刺激下, S2QA-,S2QB- 和 S3QB-電子對(duì)的再結(jié)合,使PSII中激發(fā)的單線態(tài)葉綠素分子發(fā)出熱釋光。然后,逐漸升高溫度會(huì)增加再結(jié)合的比率,從而激發(fā)不同類型的電子對(duì)形成TL譜帶。葉綠素?zé)後尮饽軌蚪沂?/span>光合放氧復(fù)合物(OEC)穩(wěn)定性及PSII總體完整性、QB受體損傷及葉綠體內(nèi)腔 pH值變化等光系統(tǒng) II的深層運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)理。
TL植物熱釋光測量系統(tǒng)是目前商用化的葉綠素?zé)後尮鉁y量儀器,針對(duì)研究PSII能量水平結(jié)構(gòu)進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)。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(duì)的累積。加熱誘導(dǎo)這些激發(fā)電子對(duì)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(duì)的能量穩(wěn)定性及PSII反應(yīng)中心功能等。TL6000為這一系統(tǒng)的型號(hào),*測量范圍為-100°C到+200°C,使用范圍更寬,可以對(duì)低溫、高溫段熱釋光進(jìn)行研究。
應(yīng)用領(lǐng)域
1、 無損傷測量PSII電子傳遞
2、 PSII對(duì)生物/非生物脅迫與結(jié)構(gòu)修飾的適應(yīng)和應(yīng)答
3、 脅迫條件下葉綠體內(nèi)能量不平衡的敏感性檢測
4、 類囊體膜PSII氧化還原反應(yīng)
5、 基于峰值溫度轉(zhuǎn)換,對(duì)供體側(cè)與受體側(cè)的氧化還原電位變化進(jìn)行解釋
6、 通過測量熱釋光震蕩模式,指示S狀態(tài)轉(zhuǎn)換和放氧復(fù)合體狀態(tài)
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)的單反轉(zhuǎn)光(single turn-over ?ash),用于誘導(dǎo)每個(gè)PSII反應(yīng)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。
TL植物光合熱釋光測量系統(tǒng)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1.5℃/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(duì)的能量穩(wěn)定性及PSII反應(yīng)中心功能等。
熱釋光(TL)譜帶的來源及意義
不同型號(hào)的控溫方式與范圍
具體型號(hào) | 控溫方式 | 控溫范圍 |
TL 6000/ST標(biāo)準(zhǔn)版 | Peltier控溫器+水冷單元 | -25℃到+70℃ |
TL 6000/ET溫度擴(kuò)展版 | 電阻加熱器+液氮制冷單元 | -100℃到+200℃ |
系統(tǒng)組成
TL系列植物光合熱釋光測量系統(tǒng)由3部分組成:主控制分析單元、外部制冷單元、測量室。
主控制分析單元:根據(jù)用戶定義方案或軟件內(nèi)置的實(shí)驗(yàn)程序來執(zhí)行實(shí)驗(yàn)過程并采集數(shù)據(jù)。彩色顯示屏可實(shí)時(shí)顯示測量曲線。
外部制冷單元:
水冷單元(TL 6000/ST標(biāo)準(zhǔn)版配備):包含一個(gè)電子控制的抽水泵和內(nèi)部儲(chǔ)水的制冷器,用于測量室降溫。
液氮制冷單元(TL 6000/ET溫度擴(kuò)展版配備):將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測量室溫度控制到*-100℃。同時(shí)也用于測量結(jié)束后給測量室降溫。
測量室:包括四個(gè)關(guān)鍵組成部分:光源、光電倍增管傳感器、溫度控制器、樣品盤。
技術(shù)參數(shù)
· 溫度范圍:
TL 6000/ST標(biāo)準(zhǔn)版:-25℃到+70℃
TL 6000/ET溫度擴(kuò)展版:-100℃到+200℃
· 控溫模式:線性升溫
· *線性升溫速度:TL 6000/ST標(biāo)準(zhǔn)版1.5oC/sec,TL 6000/ET溫度擴(kuò)展版1.8oC/sec
溫度調(diào)控方式:TL 6000/ST標(biāo)準(zhǔn)版:Peltier控溫器+水冷單元;TL 6000/ET溫度擴(kuò)展版:電阻加熱器+液氮制冷單元
*小采樣周期:100ms
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:鍍金銅盤,TL 6000/ST標(biāo)準(zhǔn)版直徑14mm,TL 6000/ET溫度擴(kuò)展版直徑22mm
· 測量樣品:藻類、藍(lán)藻、葉綠體懸浮液,葉片等
· 單反轉(zhuǎn)飽和脈沖:波長lmax=627nm,*光強(qiáng)250000µmol(photons).m-2.s-1
· 光化光:波長lmax=627nm,*光強(qiáng)2000µmol(photons). m-2.s-1
· 探測傳感器:通過軟件靈敏控制的光電倍增管
· 光譜響應(yīng):300nm-900nm
· 接通延遲:100ms
· 控制:用戶可通過編程語言自定義程序控制儀器測量過程
· 通訊:RS232串口/USB
· 軟件:FluorWin 3.7
· 電源:90V-240V
操作軟件與實(shí)驗(yàn)結(jié)果
典型應(yīng)用
中科院植物所盧從明研究員是國內(nèi)*早將TL熱釋光技術(shù)用于植物光合研究的科學(xué)家之一,其*的團(tuán)隊(duì)也一直位于這一研究的*。上圖即為2016年發(fā)表的文獻(xiàn),通過測量施加DCMU和不同光照條件的葉綠素?zé)後尮馇€,評(píng)估*還原酶2對(duì)擬南芥PSII維持功能的作用(Ding,2016)。
產(chǎn)地:歐洲
參考文獻(xiàn):
l OHP1, OHP2, and HCF244 form a transient functional complex with the photosystem II reaction center, Y Li, et al, 2019. Plant Physiology 179, 195–208
l Antimycin A inhibits cytochrome b559-mediated cyclic electron flow within photosystem II, D Takagi, et al, 2019. Photosynthesis Research 139(1–3), 487–498
l 'Birth defects' of photosystem II make it highly susceptible to photodamage during chloroplast biogenesis, D Shevela, et al, 2019. Physiologia Plantarum 166, 165–180
l High light acclimation of Chromera velia points to photoprotective NPQ, E Belgio, et al, 2018. Photosynthesis Research 135(1–3), 263–274
l Comparison of photosynthetic performances of marine picocyanobacteria with different configurations of the oxygen-evolving complex, F Partensky, et al, 2018. Photosynthesis Research 138(1), 57–71
l Diel regulation of photosynthetic activity in the oceanic unicellular diazotrophic cyanobacterium Crocosphaera watsonii WH8501, T Masuda, et al, 2018. Environmental Microbiology 20(2), 546–560
l Glutathione reductase 2 maintains the function of photosystem II in Arabidopsis under excess light, S Ding, et al, 2016. Biochimica et BiophysicaActa (BBA) – Bioenergetics1857(6), 665–677
l Titanium dioxide nanoparticles (100–1000 mg/l) can affect vitamin E response in Arabidopsis thaliana, R Szymańska, et al, 2016. Environmental Pollution 213, 957–965
l The N-terminal sequence of the extrinsic PsbP protein modulates the redox potential of Cyt b559 in photosystem II, T Nishimura, et al, 2016.Sci Rep. 6, 21490.
l The PsbY protein of Arabidopsis Photosystem II is important for the redox control of Cytochrome b 559, L von Sydow, et al, 2016. Biochimica et BiophysicaActa (BBA) – Bioenergetics1857 (9),1524–1533
l Herbicidal effects of harmaline from Peganumharmala on photosynthesis of Chlorella pyrenoidosa: Probed by chlorophyll fluorescence and thermoluminescence, C Deng, et al, 2014. Pesticide Biochemistry and Physiology115, 23–31
l Characterization of photosystem I in rice (Oryza sativa L.) seedlings upon exposure to random positioning machine, B Chen, et al, 2013. Photosynthesis Research116(1), 93–105
l Isochorismate synthase 1 is required for thylakoid organization, optimal plastoquinone redox status, and state transitions in Arabidopsis thaliana, P Gawroński, et al, 2013.Journal of Experimental Botany
l Enhanced sensitivity and characterization of photosystem II in transgenic tobacco plants with decreased chloroplast glutathione reductase under chilling stress, Ding, et al, 2012. Biochimica et BiophysicaActa (BBA) – Bioenergetics1817(11), 1979–1991
l Thermoluminescence. PV Sane, et al, 2012. Photosynthesis
l Analysis of S2QA-charge recombination with the Arrhenius, Eyring and Marcus theories. S Rantam?ki, et al, 2011. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology
l 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
l 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
l Chlorophyll fluorescence emission as a reporter on cold tolerance in Arabidopsis thaliana accessions. A Mishra, et al. Plant Signaling &Behavior, 2011
l Characterization of photosystem II in transgenic tobacco plants with decreased iron superoxide dismutase. Y Zhang, et al, 2011. Biochimica et BiophysicaActa
l Two functional sites of phosphatidylglycerol for regulation of reaction of plastoquinone QB in photosystem II. S Itoh, et al, 2011. Biochimica et BiophysicaActa
l 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