图片来源:Allied Vision Technologies GmbH
树木或作物在田间如何生长?它们对疾病、寄生虫或真菌感染有何反应?他们如何应对气候变化?在农业或林业中应该优先选择哪些品种，以实现最佳回报和环境可持续性?为了回答这些问题，德国Effeltrich的Heinz Walz GmbH公司开发了一种荧光计，可以快速准确地确定植物光合作用的强度。
植物的光合活性水平取决于其生长阶段和健康状况。光合作用和植物的健康都是由叶绿素在外部记录的。健康的植物在生长期间，光合作用达到最大水平，叶子是深绿色的。相比之下，在成熟的谷物中，光合作用下降到接近零，植株呈稻草色。这种明显的外部颜色变化肉眼可见，但它们是相对的，只能作为有条件的结论。此外，它们只反映叶绿素含量，而不是叶绿素活性。
关于植物光合效率的科学论断只能建立在精确测量的基础上。此外，根据每片叶子遇到的光照情况和每片叶子的确切健康状况，植物中每片叶子的光合作用发生的方式也不同。
荧光测量显示光合作用强度
叶绿素主要吸收波长在400 - 500 nm的蓝色光谱范围内的光，吸收波长在600 - 700 nm的红色光谱范围内的光。就像几乎所有的化学反应一样，在光合作用中会有荧光和热量的流失。因此，叶绿素的荧光可以对光合活性和植物自身的生理状况进行无损测量。然而，由于发射的能量中只有一小部分是通过荧光实现的，只有高灵敏度的测量系统才能捕获它。
这样一来，就可以通过热、冷、盐等来确定植物所受的胁迫程度。Walz GmbH的科学家Oliver Meyerhoff说:“我们甚至可以在损害尚未显现之前确定植物是如何忍受气候变化的。”疾病和真菌耐药性也可以被证明。在生态生理学领域，人们可以在田间或气候室中测试植物对变化的环境条件的反应，以及在农业或林业中培育哪种植物最有效。此外，还可以确定谷物的最佳收获期或优化水果的储存条件。
随着PAM m系列成像，瓦尔兹开发了一种荧光计，使这些测量能够快速和准确地完成。PAM是脉冲调幅的缩写。该系统面向许多研究学科——从高等和低等植物的基础生理学到珊瑚研究，再到海洋生态生理学。Meyerhoff总结道:“荧光产量因地点的不同而不同，这使得我们可以得出关于光合效率的结论，并由此得出被测样品的活力。”该系统由一个集成专用照明的测量头和一个数码相机组成。根据型号的不同，可以在测量头中安装不同尺寸的样品。在这里，样品不受外界光线的影响，并被精确的光脉冲照射。蓝色或红色的高功率led，其光谱已校准为叶绿素功能作为光源的吸收特性。
测量程序首先包括使用微秒短光脉冲的荧光刺激。在照相机的帮助下，测定了荧光产率。测量光的强度是如此之小，以至于它不能引发光合作用。因此，植物表现得就像在黑暗中一样。可以说它的光系统是“开放的”。
在下一步，一个短暂的，饱和的闪光紧随其后。在这里，荧光产量也被相机捕捉到。在400到800毫秒的时候，这种饱和的闪光是非常短的，同样，它既不会触发光合作用也不会伤害植物。光系统被强光(高达阳光强度的十倍)完全关闭。通过这种方式，可以确定样本中活性中心的数量。
迈耶霍夫解释说:“根据这两个步骤，我们知道了植物在黑暗和最大光照下的行为。”“在校准之后，我们可以结合不同照明下的测量结果，并解释这些值。”
然后，相机捕捉到的图像被Walz的专有ImagingWin软件显示和分析。这些值在图像中使用颜色标度以图形方式表示。18个不同的参数可以在不同的调色板上播放。通过软件实现了对整个系统的控制。一些标准的实验已经被预先编程，很容易调用。然而，高级用户也可以编写自己的脚本进行更复杂的调整。
模块化荧光计的现场和实验室，感谢AVT相机技术
为了满足这些不同的要求，成像PAM M系列使用了三种不同的测量头(Maxi, Mini, Microscopy)。这些不同主要是在每一个的可覆盖范围-从1毫米²显微镜到一个多孔板的大小(10×13厘米/ 4“x5”)。通过这种方法，可以测量大量的样本以及单个细胞甚至单个叶绿体。由于其模块化结构，从Mini到Maxi测量头的快速转换是可能的，无需购买完整的第二单元。
迈耶霍夫继续说:“我们必须用光学滤镜选择大于665 nm的波长，这样我们就只能分析叶绿素的荧光，而不是酚荧光，甚至我们自己的光，例如，这就是为什么对我们来说，扩展近红外灵敏度的选择是非常有趣的，因为我们需要在远红色波长范围内的高灵敏度。”
为了捕捉图像，瓦尔兹选择了来自联合视觉技术公司的Manta数码相机。对于MINI版本，使用Manta G-033B单色相机，VGA分辨率(640 x 480像素)。这款相机配备了来自索尼的优质CCD传感器。对于MAXI版本，Walz选择了分辨率为140万像素(1388 x 1038像素)的Manta G-145B。它的索尼传感器，由于EXview HAD CCD技术，是高度敏感的-特别是在近红外范围。像所有的AVT相机一样，两款Manta型号都有着无与伦比的传感器对准精度，保证了锐利的图像，这是精密测量设备的一个重要标准。
“我们只安装来自联合视觉技术公司的摄像头，”迈耶霍夫评论道。“我们与AVT合作多年，一直依靠的不仅是高质量，还有卓越的服务。多亏了GigE Vision接口，Manta集成到我们的系统非常容易。除此之外，我们还可以选择使用千兆以太网接口和主机的串行I/O端口来操作相机。”无论是在野外还是在显微镜下，多亏了带有AVT相机技术的IMAGING PAM m系列，科学家们可以检查树木、作物和天然植物的新陈代谢，并为人类和环境的可持续未来制定解决方案。
欲了解更多信息，请访问http://www.alliedvisiontec.com
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