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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)中分離的電子對穩(wěn)定存在于電子載體中。在熱刺激下， S₂QA-，S₂QB- 和 S₃QB-電子對的再結(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，逐漸升高溫度會增加再結(jié)合的比率，從而激發(fā)不同類型的電子對形成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的深層運轉(zhuǎn)機理。

TL植物熱釋光測量系統(tǒng)是目前唯一商用化的葉綠素?zé)後尮鉁y量儀器，針對研究PSII能量水平結(jié)構(gòu)進行了專門設(shè)計。PSII反應(yīng)中心光誘導(dǎo)電荷分離導(dǎo)致儲存了吸收光能的激發(fā)電子對的累積。加熱誘導(dǎo)這些激發(fā)電子對的重組，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)的最新型號，最大測量范圍為-100°C到+200°C，使用范圍更寬，可以對低溫、高溫段熱釋光進行研究。

應(yīng)用領(lǐng)域

1、無損傷測量PSII電子傳遞

2、PSII對生物/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，對供體側(cè)與受體側(cè)的氧化還原電位變化進行解釋

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。其基本的實驗過程是將葉片快速冷凍到某一溫度，之后給葉片一個足夠強，但時間盡量短（一般<5μs）的單反轉(zhuǎn)光（single turn-over ?ash），用于誘導(dǎo)每個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

不同型號的控溫方式與范圍

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)置的實驗程序來執(zhí)行實驗過程并采集數(shù)據(jù)。彩色顯示屏可實時顯示測量曲線。

  外部制冷單元：

 （1）水冷單元（TL 6000/ST標(biāo)準(zhǔn)版配備）：包含一個電子控制的抽水泵和內(nèi)部儲水的制冷器，用于測量室降溫。

 （2）液氮制冷單元（TL 6000/ET溫度擴展版配備）：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最低-100℃。同時也用于測量結(jié)束后給測量室降溫。

  測量室：包括四個關(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溫度擴展版：-100℃到+200℃

•  控溫模式：線性升溫
• 最大線性升溫速度：TL 6000/ST標(biāo)準(zhǔn)版1.5oC/sec，TL 6000/ET溫度擴展版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溫度擴展版：電阻加熱器+液氮制冷單元
• 最小采樣周期：100ms
• 過熱保護：提供
• 環(huán)境光保護：提供
• 控制模式：手動（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，最大光強250000μmol(photons).m^-2.s^-1
• 光化光：波長lmax=627nm，最大光強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：用戶可通過專用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

操作軟件與實驗結(jié)果

典型應(yīng)用

中科院植物所盧從明研究員是國內(nèi)最早將TL熱釋光技術(shù)用于植物光合研究的科學(xué)家之一，其領(lǐng)導(dǎo)的團隊也一直位于這一研究的國際最前沿。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€，評估谷胱甘肽還原酶2對擬南芥PSII維持功能的作用（Ding，2016）。

產(chǎn)地：歐洲

參考文獻(xiàn)：

1. 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
2. Antimycin A inhibits cytochrome b559-mediated cyclic electron flow within photosystem II, D Takagi, et al, 2019. Photosynthesis Research 139(1–3), 487–498
3. 'Birth defects' of photosystem II make it highly susceptible to photodamage during chloroplast biogenesis, D Shevela, et al, 2019. Physiologia Plantarum 166, 165–180
4. High light acclimation of Chromera velia points to photoprotective NPQ, E Belgio, et al, 2018. Photosynthesis Research 135(1–3), 263–274
5. 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
6. 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
7. 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
8. 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
9. 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.
10. 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