四通道動態LED陣列近紅外光譜儀

DUAL-KLAS-NIR

同步測量PSII活性（葉綠素熒光）和PSI活性（P700）

PC（質體藍素）Fd（鐵氧還蛋白）的氧化還原變化

相較于經典的雙通道葉綠素熒光儀DUAL-PAM-100測量系統，新一代四通道動態LED陣列近紅外光譜儀DUAL-KLAS-NIR，在光合作用電子傳遞鏈組分質體藍素(PC)、光系統I反應中心(P700)及鐵氧還蛋白(Fd)的氧化還原測量方面實現了重大技術突破。它創新性的采用了四波長對近紅外探測技術，成功解決了圍繞光系統I供體側和受體側電子傳遞精準解析的難題，為光合作用研究開辟了一條嶄新的道路。

作為PSI的電子供體和電子受體，PC(質體藍素)和Fd(鐵氧還蛋白)對PSI的氧化還原起著至關重要的調控作用。但一直缺乏科學便捷的手段對其運轉狀態進行檢測。DUAL-KLAS-NIR采用*的去卷積技術(一種根據來源不同對信號進行分離的技術)，能夠同時測量4組不同波長對(780-820nm，820-870nm，840-965nm，870-965nm)的信號，實現對P700(PSI反應中心)、PC和Fd的氧化還原狀態的同步分析。另外，它還可以測量由540nm和460nm光化光激發的葉綠素熒光。還有， DUAL-KLAS-NIR四通道動態LED陣列近紅外光譜儀也可以擴展P515/535模塊，測量跨類囊體膜的質子梯度ΔpH和跨膜電位ΔΨ，分析與電子傳遞耦合的跨類囊體膜質子轉移，質子動力勢pmf形成。可以擴展NADPH/9-AA模塊，測量NADP+的還原程度。最后，DUAL-KLAS-NIR也可以通過聯用葉室3010-DUAL與GFS-3000光合儀聯用，同步測量光反應電子傳遞和暗反應CO2同化，系統全面的研究光合作用機理。

從2016年2月Photosynthesis Research雜志發表Schreiber博士團隊標題為“Deconvolution of ferredoxin, plastocyanin, and P700 transmittance changes in intact leaves with a new type of kinetic LED array spectrophotometer"的研究論文，隆重介紹了最新設計的DUAL-KLAS-NIR四通道動態LED陣列近紅外光譜儀。時至今日，四通道動態LED陣列近紅外光譜儀DUAL-KLAS-NIR已累計發表論文超過80篇。其中不乏Nature Plants，Nature Communications，The Plant Cell，New Phytologist，Plant Physiology，The Plant Journal等植物學領域的專業高分雜志文章(詳見附錄)。

突出特點：

1. 可測量活體植物葉片或葉綠體/類囊體/藻類懸浮液，對P700、PC和Fd分別進行連續實時的分析。

2. 藍光460nm和綠光540nm雙波長調制葉綠素熒光測量，可分別測量葉片表層和深層細胞的光能轉換。

3. 通過板載芯片LED技術設計了高度緊湊的固態照明系統，可提供635nm，460nm的光化光和740nm的遠紅光，以及635nm單周轉和多周轉飽和閃光。

4. 光學部件的幾何結構兼容3010-DUAL聯用葉室，可與GFS-3000光合儀組合，在可控條件(光照，溫度，濕度，CO2濃度)下同步測量氣體交換相關的CO2同化和電子傳遞相關的氧化還原。

5. 測量光頻率范圍廣(1- 400 kHz)，允許連續評估Fo，也可以在高時間分辨率下記錄葉綠素熒光快速動態瞬變(如多相熒光上升動力學或脈沖弛豫動力學)。

6. 專業數據記錄軟件，入門特別簡單。

主要功能：

1. 測量暗適應樣品的PC，P700和Fd最大氧化/還原量，根據光譜特征可計算PC/P700和Fd/P700的比值，評估PSI及其與供體側和受體側的氧化還原平衡，用于PSI復合體組裝中間體功能的研究。

2. 測量并記錄光適應條件下光合電子傳遞過程中質體藍素(PC)，PS I反應中心(P700)和鐵氧還蛋白(Fd)的氧化還原比例，評估PSI及其與供體側和受體側的相互關系和協調性。

3. 可以通過藍色和/或綠色PAM熒光測量葉片表層和深層細胞的光能轉換，非常適合與整個葉子的NIR吸收測量進行對比分析。

4. 完整的慢速誘導動力學曲線和快速誘導動力學曲線測量功能，慢速誘導動力學可進行飽和脈沖分析、淬滅分析，誘導曲線，光合控制，快速光曲線和暗弛豫曲線測量；快速誘導動力學可進行Qa_Decay，Poly300ms等十幾種程序測量。

5. 可使用軟件的自動測量程序實驗，也可以編輯腳本(Script)或者保存手動測量程序(Trigger)，輕松執行復雜的測量協議。可自定義測量動作用于特殊誘導過程動力學曲線數據獲取和分析，如狀態轉換和波動光曲線等。

6. 擴展P515/535模塊，可測量跨類囊體膜的質子梯度ΔpH和跨膜電位ΔΨ，分析與電子傳遞耦合的跨類囊體膜質子轉移，質子動力勢pmf形成。

7. 擴展NADPH/9-AA模塊，可測量NADP+的還原程度。

軟件界面：

擴展模塊：

1、擴展P515/535模塊，可測量跨類囊體膜的質子梯度ΔpH和跨膜電位ΔΨ，分析與電子傳遞耦合的跨類囊體膜質子轉移，質子動力勢pmf形成。

2、擴展NADPH/9-AA模塊，可測量NADP+的還原程度。

3、擴展3010-DUAL聯用葉室，可與GFS-3000光合儀組合，在可控條件(光照，溫度，濕度，CO2濃度)下同步測量氣體交換相關的CO2同化和電子傳遞相關的氧化還原。

應用領域：

1. 光合電子傳遞鏈復合體的氧化還原狀態深入剖析，類囊體膜蛋白組分功能研究，如光系統I的裝。

2. 光合合成生物學研究相關的植物學，植物生理學，分子生物學，農學，林學、園藝的領域。

3. 人工光合作用和能源相關領域，如生物光伏等

應用案例：

案例1. 德國Christian-Albrechts大學的科學家Jens Appel使用四通道動態LED陣列近紅外光譜儀Dual-KLAS-NIR，測量藍藻Synechocystis sp.PCC 6803圍繞PSI的質體藍素、P700和FeS簇（包括鐵氧還蛋白）的氧化還原狀態，第一次以絕對值量化了光合生物中通過光系統I的電子流。該研究確定了線性和環式電子傳遞的比例：環式電子傳遞占通過PSI的電子流的35%。

Marius L. , et al.2020, BBA – Bioenergetics

案例2. 德國WALZ的應用科學家Gert Schansker博士使用四通道動態LED陣列近紅外光譜儀DUAL-KLAS-NIR測量33種植物的光曲線，探測和表征光合控制的光強度依賴性。研究發現， PC在光強≤400 µmolm-2s-1時WanQuan氧化(陰生植物的葉片的光照強度低于陽生植物葉片)。qP和還原態P700之間的關系可以用于衡量光合控制的程度。除了測量光曲線，也可以使用單個中等光強度來表征葉片之間的相對狀態。進一步的發現，在一些適應陰生環境的葉片中，Fd在高光強度下變得更加氧化表明從PQ庫到P700的電子傳遞無法跟上PS I受體側的電子流出。與光合控制的誘導相比，NPQ誘導需要較低的光強度(類囊體腔酸化程度低)。測量結果還可以用于比較qP和qL，比較的結果是qP是與光合控制更相關的葉綠素熒光參數。

Gert Schansker, 2022, Photosynthesis Research

案例3. 芬蘭圖爾庫大學的Tapio Lempi?inen等人通過對正常溫度下培養的擬南芥設置5種不同的光處理：(1).不處理，(2).60% PSI光抑制，(3).85% PSI光抑制, (4) .60% PSI光抑制后在生長條件下“恢復"24小時，(5).85% PSI 光抑制后在生長條件下“恢復"24 小時。然后對不同處理樣品的主要光合復合物、光合光反應的功能和調節、ATP 合酶和碳同化進行分析。研究功能性PSII和PSI之間的不平衡是否會誘導光合作用適應PSI受限的條件。探索植物短期和長期的馴化機制。研究發現，抑制后直接測量可探測短期適應機制，包括將激發能量重定向到PSI 的類囊體蛋白磷酸化，光合作用反饋調節的變化，比如放松光合作用控制(Photosynthetic Control)和激發能淬滅。處理后恢復24小時測量可以有效探測光合機構的長期適應機制，比如基質氧化還原系統的重建以及ATP合酶和細胞色素b6f豐度的增加。植物在適應了PSI限制條件后無需進行大量PSI修復即可恢復CO2同化能力。對 PSI 抑制的反應表明植物有效地適應了光合機構中發生的變化，這可能是植物適應不利環境條件的關鍵組成部分。

Lempi?inen, T., et al. 2022.

案例4. 德國亥姆霍茲環境研究中心Lai Bin團隊通過四通道動態LED陣列近紅外光譜儀Dual-KLAS-NIR系統地研究了在BPV系統中培養的藍藻集胞藻的光合電子流，揭示了電子傳遞鏈中各組分的氧化還原狀態，并描繪了相應的電子流向各種匯。該研究表明，EET與PSI下游的類Mehler反應競爭電子。在高濃度下，亞鐵氰化Wu對電子傳遞鏈的影響與微量氰化Wu相似，突出了精心設計BPV實驗的必要性。此外，該團隊另外一項研究還通過Dual-KLAS-NIR測量PSI、質體藍素和鐵氧還蛋白的氧化還原變化。闡明了生物光伏藍藻集胞藻動態切換電子源，并根據生理和環境條件，利用不同的細胞外轉移途徑將電流輸出到外部電子匯的機理。

Jianqi Yuan., et al. 2024

Schneider, H., et al. 2025

案例5. 英國謝菲爾德大學Matthew P Johnson課題組利用基于CRISPR/Cas9的基因編輯技術，在萊茵衣藻中構建了通過PSAF將FNR錨定于PSI的嵌合型突變體。使用DUAL-PAM-100雙通道葉綠素熒光儀P515/535模塊檢測電致變色位移(ECS)，使用 DUAL-KLAS-NIR四通道動態LED陣列近紅外光譜儀以類似方法測量P700氧化。研究發現，相較于野生型，嵌合突變體因NADPH還原速率降低導致光合生長受限、線性電子傳遞受阻，且PSI受體側限制增強。但該突變體同時表現出增強的跨膜質子梯度(ΔpH)和非光化學淬滅(NPQ)，表明CET活性顯著提升。因此，將FNR錨定于PSI并未促進光合線性電子傳遞，反而通過犧牲線性電子傳遞與CO?固定效率優先支持環式電子傳遞。這一發現揭示了FNR定位對光合電子流向分配的關鍵調控作用。

Emrich-Mills, T. Z., et al. 2025.

產地：德國WALZ