Dual-PAM-100: 一套空前強大的測量系統(tǒng)
Schreiber教授因發(fā)明PAM系列調制葉綠素熒光儀而獲得首屆國際光合作用協(xié)會（ISPR）創(chuàng)新獎
1985年開始商品化的全世界臺調制熒光儀PAM-100被幾代科學家所廣泛采用。Dual-PAM-100相當于兩臺PAM-100的功能。一方面，它繼承了PAM-100的所有優(yōu)點，可以進行復雜的葉綠素熒光分析（PS II活性）；另一方面，它還可以通過測量P700的吸收變化來檢測PS I的活性。特別需要強調的是，Dual-PAM-100可以在完全同步的情況下測量葉綠素熒光和P700吸收變化。此外，通過特殊的激發(fā)-檢測單元還可以測量葉綠體或微藻的許多重要光合參數(shù)，如跨膜質子梯度delta pH（通過9-AA熒光或吖啶黃熒光）、類囊體膜的電勢（通過類胡蘿卜素的差示吸收，“P515”）和NADP的氧還狀態(tài)（通過NADPH熒光）等。如果需要極高的靈敏度可以通過連接光電倍增管檢測器實現(xiàn)。
主要功能 * 單獨或同步測量微藻、大藻、水生植物等的葉綠素熒光（光系統(tǒng)II活性）和P700（光系統(tǒng)I活性）
* 兩個光系統(tǒng)的誘導動力學曲線（包括快相和慢相）
* 兩個光系統(tǒng)的快速光曲線和光響應曲線
* 淬滅分析、暗馳豫分析
* 典型的P700曲線測量
* 通過葉綠素熒光和P700的同步測量獲知兩個光系統(tǒng)的電子傳遞動力學、電子載體庫的大小、圍繞PSI 的環(huán)式電子傳遞動力學等
應用領域
先進的測量光合作用的技術，已被成功應用于高等植物和藍藻的P700和葉綠素熒光測量中，用于光合作用機理、脅迫生理學、生理生態(tài)學等領域。在其它微藻和大型海藻中的應用還處于起步階段，恰恰也是比較容易出成果的領域。
測量參數(shù)PS II參數(shù)： 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參數(shù)： P700, Pm, Pm’, P700red, Y(I), Y(ND), Y(NA)和ETR(I)等
Dual-PAM-100的這些特點開啟了基礎光合作用研究和應用光合作用研究的新途徑。過去，同步測量PS I和PS II的量子產量需要很強的背景和熟練的操作技巧，只有光合作用領域的少數(shù)會這項技術?，F(xiàn)在，即使是初學者，也可迅速掌握同步測量PS I和PS II活性的技術，不再需要復雜的操作技巧。
主要技術參數(shù)
P700雙波長測量光：LED，830 nm和870 nm
PSII熒光測量光：LED，460 nm（DUAL-DB）或620 nm（DUAL-DR）
紅色光化光：LED陣列，635 nm；連續(xù)光強2000 μmol m-2 s-1
藍色光化光：LED，460 nm；連續(xù)光強700 μmol m-2 s-1
單周轉飽和閃光（ST）：200000 μmol m-2 s-1，5～50 μs可調
多周轉飽和閃光（MT）：20000 μmol m-2 s-1，1～1000 ms可調
Kramer的新熒光參數(shù)資料，這是一篇2004年發(fā)表在Photosynthesis Research 上的文章，見如下描述:
Kramer提出的新參數(shù)：
qL，用于代替qP
Y（II）＝Y＝（Fm’-F）/Fm’
Y（NPQ) 表征PS II處過量光能耗散為熱，與光保護有關
Y（NO） 表征PS II處過量光能引起的光損傷
Y(II)+Y(NPQ)+Y(NO)=1
Schreiber教授和其學生Klughammer博士新設計的Dual-PAM-100中，借鑒測量葉綠素熒光的方法，新增了幾個參數(shù)：
Y（I） PS I的量子產量或PS I的光合效率
Y（ND) 表征PS I處過量光能耗散為熱，與光保護有關
Y（NA） 表征PS I處過量光能引起的光損傷
Y(I)+Y(ND)+Y(NA)=1
色素分子處于氧化態(tài)和還原態(tài)時，或增加/減少亞基后，其吸收峰會有變化?；诖嗽?，P700吸收變化、P515吸收變化（類胡蘿卜素能態(tài)）、P505吸收變化（葉黃素循環(huán)）等均可通過Dual-PAM-100測量。主機共用，只是更換激發(fā)-檢測單元即可。此外，Dual-PAM-100還可用于測量NADPH熒光、9AA熒光（跨膜質子梯度）等。
部分利用DUAL-PAM-100研究藻類的P700文獻
1.Ma W, Mi H, Shen Y: Influence of the redox state of QA 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]
Schreiber教授因發(fā)明PAM系列調制葉綠素熒光儀而獲得首屆國際光合作用協(xié)會（ISPR）創(chuàng)新獎
1985年開始商品化的全世界臺調制熒光儀PAM-100被幾代科學家所廣泛采用。Dual-PAM-100相當于兩臺PAM-100的功能。一方面，它繼承了PAM-100的所有優(yōu)點，可以進行復雜的葉綠素熒光分析（PS II活性）；另一方面，它還可以通過測量P700的吸收變化來檢測PS I的活性。特別需要強調的是，Dual-PAM-100可以在完全同步的情況下測量葉綠素熒光和P700吸收變化。此外，通過特殊的激發(fā)-檢測單元還可以測量葉綠體或微藻的許多重要光合參數(shù)，如跨膜質子梯度delta pH（通過9-AA熒光或吖啶黃熒光）、類囊體膜的電勢（通過類胡蘿卜素的差示吸收，“P515”）和NADP的氧還狀態(tài)（通過NADPH熒光）等。如果需要極高的靈敏度可以通過連接光電倍增管檢測器實現(xiàn)。
主要功能 * 單獨或同步測量微藻、大藻、水生植物等的葉綠素熒光（光系統(tǒng)II活性）和P700（光系統(tǒng)I活性）
* 兩個光系統(tǒng)的誘導動力學曲線（包括快相和慢相）
* 兩個光系統(tǒng)的快速光曲線和光響應曲線
* 淬滅分析、暗馳豫分析
* 典型的P700曲線測量
* 通過葉綠素熒光和P700的同步測量獲知兩個光系統(tǒng)的電子傳遞動力學、電子載體庫的大小、圍繞PSI 的環(huán)式電子傳遞動力學等
應用領域
先進的測量光合作用的技術，已被成功應用于高等植物和藍藻的P700和葉綠素熒光測量中，用于光合作用機理、脅迫生理學、生理生態(tài)學等領域。在其它微藻和大型海藻中的應用還處于起步階段，恰恰也是比較容易出成果的領域。
測量參數(shù)PS II參數(shù)： 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參數(shù)： P700, Pm, Pm’, P700red, Y(I), Y(ND), Y(NA)和ETR(I)等
| 與PAM-100相比，Dual-PAM-100的主要特點：1）Dual-PAM-100完全由電腦控制，通過的Windows操作軟件DualPAM進行。 2）軟件DualPAM除了基本的系統(tǒng)操作外，還提供許多特定的測量程序。 3）所有必需的光源（激發(fā)葉綠素熒光的紅光和藍光、測量P700的近紅外光、紅色和藍色的光化光、單脈沖與多脈沖飽和閃光、遠紅光）均整合在基礎系統(tǒng)中，不再需要復雜的電纜連接。 4）采用了專為Dual-PAM-100設計的許多新光-電配件，使得激發(fā)-檢測單元和整合式光源非常便攜、非常便于安裝和拆卸。 5）所有的光源都可通過軟件在2.5 μs的時間分辨率下控制。 6）測量光的頻率范圍非常大（1 Hz～400 KHz），因此同一個測量光源既可以用于測量Fo，也可以用于誘發(fā)快速動力學（如熒光快速上升相或閃光弛豫動力學）。 7）用戶可將針對特殊實驗/樣品的儀器設置存儲起來，此后可在完全相同的設置下重復實驗。 8）葉綠素熒光和P700的信號變化完全同步，并且是用同一個檢測器檢測，且不會互相干擾。 9）測量藍藻時注意：用紅光激發(fā)PS II的熒光，用藍光或遠紅光激發(fā)PS I。 |
Dual-PAM-100的這些特點開啟了基礎光合作用研究和應用光合作用研究的新途徑。過去，同步測量PS I和PS II的量子產量需要很強的背景和熟練的操作技巧，只有光合作用領域的少數(shù)會這項技術?，F(xiàn)在，即使是初學者，也可迅速掌握同步測量PS I和PS II活性的技術，不再需要復雜的操作技巧。
主要技術參數(shù)
P700雙波長測量光：LED，830 nm和870 nm
PSII熒光測量光：LED，460 nm（DUAL-DB）或620 nm（DUAL-DR）
紅色光化光：LED陣列，635 nm；連續(xù)光強2000 μmol m-2 s-1
藍色光化光：LED，460 nm；連續(xù)光強700 μmol m-2 s-1
單周轉飽和閃光（ST）：200000 μmol m-2 s-1，5～50 μs可調
多周轉飽和閃光（MT）：20000 μmol m-2 s-1，1～1000 ms可調
Kramer的新熒光參數(shù)資料，這是一篇2004年發(fā)表在Photosynthesis Research 上的文章，見如下描述:
Kramer提出的新參數(shù)：
qL，用于代替qP
Y（II）＝Y＝（Fm’-F）/Fm’
Y（NPQ) 表征PS II處過量光能耗散為熱，與光保護有關
Y（NO） 表征PS II處過量光能引起的光損傷
Y(II)+Y(NPQ)+Y(NO)=1
Schreiber教授和其學生Klughammer博士新設計的Dual-PAM-100中，借鑒測量葉綠素熒光的方法，新增了幾個參數(shù)：
Y（I） PS I的量子產量或PS I的光合效率
Y（ND) 表征PS I處過量光能耗散為熱，與光保護有關
Y（NA） 表征PS I處過量光能引起的光損傷
Y(I)+Y(ND)+Y(NA)=1
色素分子處于氧化態(tài)和還原態(tài)時，或增加/減少亞基后，其吸收峰會有變化?；诖嗽?，P700吸收變化、P515吸收變化（類胡蘿卜素能態(tài)）、P505吸收變化（葉黃素循環(huán)）等均可通過Dual-PAM-100測量。主機共用，只是更換激發(fā)-檢測單元即可。此外，Dual-PAM-100還可用于測量NADPH熒光、9AA熒光（跨膜質子梯度）等。
部分利用DUAL-PAM-100研究藻類的P700文獻
1.Ma W, Mi H, Shen Y: Influence of the redox state of QA 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]
