FluorCam卓上植物マルチスペクトル蛍光イメージングシステム

――植物表現型と生理生態実験の研究応用が最も広い計器技術

PSI同社の主任科学者Nedbal教授と同社の社長Trtilek博士らは初めてPAM葉緑素蛍光技術とCCD技術を結合し、1996年に世界でFluorCam葉緑素蛍光イメージングシステム（Heckら、1999；Nedbalなど、2000、Govindjee and Nedbal, 2000）。FluorCam葉緑素蛍光イメージング技術は1990年代の葉緑素蛍光技術の重要な突破口となり、科学者たちの光合成と葉緑素蛍光に対する研究を一気に2次元世界と顕微世界に進出させた。現在PSI社は世界で最も権威があり、使用が最も広く、種類が最も全面的で、論文が最も多く発表されている葉緑素蛍光イメージング専門メーカーとなっている

上左図は1990年代にNedbalなどが設計したFluorCam葉緑素蛍光イメージング技術（Photosynthesis Research、66：3-12、2000）、右図はレモンカラー図と葉緑素蛍光イメージング図（Photosynthetica、38：571-579、2000）

FluorCam卓上植物マルチスペクトル蛍光イメージングシステムは高度に集積され、高度に革新され、使いやすく、応用が広いハイエンド植物生体イメージング技術設備であり、高感度CCDレンズ、4つの固定されたLED光源板及び制御システムなどは1つの暗適応操作箱内に集積され（需要に応じて5つ目の光源板を頂部に配置することもできる）、植物サンプルは暗適応操作箱内の仕切り板上に配置され、仕切り板の7段の高さは調整可能である。光源は高安定性給電ユニットから電源を供給し、4つの高エネルギー、高安定性LED光源板は均一性で植物サンプルに照射し、イメージング面積は13に達することができる×13 cm；制御システムはUSBを通じてコンピュータと接続し、FluorCamソフトウェアプログラムを通じて制御し、分析データを収集する。植物の葉や果実などの他の植物組織、植物全体または培養された複数の植物、コケ地衣などの低等植物、藻類などに適用され、植物には藻類光合生理生態、植物逆境ストレス生理と易感性、気孔機能、土壌重金属汚染応答と生物検査、植物抵抗性検査とスクリーニング、作物育種、Phenotypingなどの植物環境の研究が広く応用されている。

主な機能特徴：

· システムは暗適応操作箱内に集積され、操作が簡便で、移動しやすく、実験室内でも屋外でも暗適応イメージング測定分析を行うことができる

· 高感度CCDレンズ、時間分解能は50枚毎秒に達し、クロロフィル蛍光過渡を迅速に捕捉し、イメージング面積は13 x 13 cmに達した

· 世界で唯一OJIP高速蛍光動力学イメージング分析が可能なハイエンド葉緑素蛍光技術設備であり、OJIP高速葉緑素蛍光動力学曲線及びMo（OJIP曲線初期傾き）、OJIP固定面積、Sm（すべての光反応中心を閉じるために必要なエネルギーの測定）、QY、PI（Performance Index）など20以上のパラメータを得ることができる

· 世界で唯一のQA再酸化動力学イメージング分析が可能なハイエンド葉緑素蛍光技術設備であり、単回転飽和フラッシュ（STF）葉緑素蛍光誘導動態を実行でき、光強度は100µs内で120,000µmol（photons）/m².sに達することができる

· スナップショットモード、Fv/Fm、Kautsky誘導効果、2つの葉緑素蛍光クエンチ分析（NPQ）protocolas（2セットのカスタム光供給スキーム）、LC光応答曲線、PAR吸収とNDVIイメージング分析、QA再酸化動力学分析（オプション）、OJIP高速蛍光動力学分析（オプション）及びGFP緑色蛍光蛋白イメージング（オプション）などを含む、最も機能的で編集可能な葉緑素蛍光実験プログラム（Protocols）を備えている

· 自動繰り返しイメージング測定分析を行うことができ、実験プログラム（Protocols）、測定回数及び間隔を予め設定し、システムは自動的に循環的にイメージング測定を実行し、自動的にデータを時間と日付でコンピュータに保存する（タイムスタンプ付き）、2つの実験プログラム（Protocols）を事前設定することもできます。例えばシステムを昼間にFv/Fmを自動運転し、夜間にNPQ分析を自動運転するなど

· 2色光化学光励起光源を備え、標準配置は赤色と白色で、赤色と青色などの2バンド光化学光を選択して配合することができ、2色光化学光は異なる割合で組み合わせて使用することができ、それによって異なる光質の作物／植物に対する光合成効果を実験することができる。

左図Aは100%赤色光源条件下のキュウリの葉のFv/Fm、左図Bは30%青色光源条件下のキュウリの葉のFv/Fm、右上の図は光合成強度の光照射強度（異なる比率の青色光）に対する関係であり、右下の図は光照射強度（異なる比率の青色光）に対する気孔導度の関係である

· 実行可能葉緑素蛍光イメージング、マルチスペクトル蛍光イメージング、GFP定常蛍光イメージング

· TetraCamカラーイメージングモジュールをオプションで配置することができ、最大イメージング面積は20 x 25 cmで、葉または植物形態イメージング分析と葉緑素蛍光イメージングの比較分析に用いる

· 高分光イメージングユニットと赤外熱イメージングユニットを選択配置でき、植物性状のデジタル化、可視化、植物形態、光合成効率、生化学性状、気孔導度、ストレスと抵抗性などを全面的に測定分析する

· 大型版移動式植物イメージング分析システムを選択配置でき、イメージング面積35 x 35 cm、クロロフィル蛍光イメージング、赤外熱イメージング及びRGBイメージング分析を実行できる

最新の応用例：

ヘンドリク・クーパーZuzana Benediktyなどと、2019年2月に出版された『Plant Physiology』が、Analysis of OJIP Chlorophyll Fluorescence Kinetics and QA Reoxidation Kinetics by Direct Fast Imaging，本研究は初めて超高速イメージングセンサFluorCam卓上植物クロロフィル蛍光イメージングシステムとFKMマルチスペクトル顕微蛍光イメージングシステムを採用し、イメージング速度は4000fps@640x512，QA再酸化クロロフィル蛍光動力学イメージング測定シングルパルス飽和光フラッシュ150,000μmol/m2s1。

付属：OJIP高速蛍光動力学測定分析パラメータ：

一仏：初期蛍光または最小蛍光、50μs時の蛍光

bFj：2 ms時の蛍光

c飛ぶ：60 ms時の蛍光

dPまたはFm：最大蛍光

eテレビバラエティ番組司会者＝（Fj−Fe）／（Fm−Fe）：j次蛍光相対変数

f六＝（Fi−Fe）／（Fm−Fe）：i次蛍光相対変数

g）モ＝TRo／RC−ETo／RC＝4（F 300−Fe）／（Fm−Fe）：蛍光過渡初期傾斜、またはOJIP曲線初期傾斜

h）地域：OJIP曲線とFmの間の面積、補償面積（complementtary area）と呼ぶことができる異なるサンプルを比較するために、AreaはSm＝Area／（Fm−Fe）、Smはすべての光反応中心を閉じるのに必要なエネルギーの尺度である

i）固定領域：OJIP固定面積、OJIP曲線40が微妙な時のF値から1秒時のF値の下の面積

jsm：標準化OJIP補償面積、QA還元複数回回転を反映

k秒＝Vj/Mo：標準化OJ相補償面積、単回転QA還元を反映

アルファベットl（英語アルファベットの12番目のアルファベット）N=Sm/Ss=Sm-Mo（1/Vj）：OJIP QA還元回転数（between 0 and t_{しゅうはすうへんちょう}）

m）Phi­_Po＝QY＝φpo＝TRo/ABS＝Fv/Fm，最大光量子収量、吸収光量子フラックス反応中心の初期捕捉比

nPsi_ o＝ψo＝ETo/TRo＝1-Vj，捕捉光量子束中の電子伝達光量子束比

o）Phi_Eo＝φ_終わり=ETo/ABS=(1-(Fo/Fm))(1-Vj)，吸収光量子フラックス中の電子伝達光量子フラックス比、または電子伝達光量子収率（quantum yield of electron transport at=0）

pPhi_Do＝φ_する＝1-φpo＝Fo/Fm，エネルギー散逸光量子収率（t＝0）

qPhi_pav＝φpav＝φpo（Sm/t）_{しゅうはすうへんちょう}）、平均光量子収量、t_{しゅうはすうへんちょう}Fmに達するための所要時間（ms）

rABS/RC＝Mo（1／Vj）（1／QY）：単位反応中心の吸収光量子フラックスであり、ここでの反応中心は単にアクティブ（QAからQAへの減少）センター（以下同じ）。QY=TRo/ABS=Fv/Fm

sTRo/RC＝Mo（1／Vj）：単位反応中心の初期（または最大）捕捉光量子フラックス（QAの還元、すなわち反応中心閉鎖比Bの増加をもたらす）

t）ETo/RC＝Mo（1／Vj）（1−Vj）：単位反応中心の初期電子伝達光量子束

uDIo/RC＝（ABS/RC）－（TRo/RC）：単位反応中心エネルギー散逸

vABS/CS：単位試料断面の吸収光量子フラックス、CSは被測定試料の励起断面を表す（以下同じ）。ABS/CSo＝Fo、ABS/CSm＝Fm、TRo/CSx＝QY（ABS/CSx）――単位断面捕捉エネルギーまたは光量子フラックス

wTRo/CSo＝QY。Fo；ETo/CSo＝φ_終わりFo＝QY。（1-Vj）。仏

x）RC/CSx：反応中心密度、RC/C 80（各励起断面の能動RC）

y円周率_{アンチロックブレーキシステム}＝（RC/ABS）（φpo/φ_する）（ψo／Vj）：吸収光量子フラックスに基づく「性能」指数または生存指数

z画像＝（RC/CSx）（φpo/φ_する）（ψo/Vj）：断面に基づく「性能」指数または生存指数