提起光合作用测量仪器，
可能很多人都会抢答，
这个我知道，光合仪和荧光仪嘛！
那我再问，光合仪和荧光仪具体都测什么？
如何选择？哪个更好用？
突然好多概念，参数浮现在脑海，
我们好像在哪见过！
OK！坐好，手背后边，
睁大眼睛，竖起耳朵，
听小编来给你们“瞎扯”一番。
—— 光合作用的光&合 ——
Photosynthesis=Photon（光）+Synthesis（合），光合作用可分为光反应和暗反应。
光反应：发生叶绿体的类囊体膜上，以光能捕获传递转化为基础的光能利用，氧气释放和电子传递。
暗反应：发生在叶绿体基质内，以CO2吸收同化合成为基础的酶促反应，羧化，还原，再生。
>> 总结 <<
光反应：反应相对快，光子转化成电子实现太阳能的初级利用。涉及到光能转换效率，激发能耗散途径，电子传递速率，NADPH和ATP合成。
暗反应：反应相对慢，吸收CO2，通过酶促反应利用光反应产生的还原剂，合成糖类，淀粉，实现活跃化学能到稳定化学能的转化。涉及气孔导度，叶肉导度，蒸腾速率，羧化效率。
—— 光反应和暗反应的测量仪器 ——
光合仪：气体交换原理，利用红外气体分析器（InfraRed Gas Analyzer IRGA）测量流经叶片前后CO2和H2O的浓度变化，分析叶片与环境发生的气体交换，用固定了多少CO2来表征光合作用的能力。常用的参数是净光合速率，蒸腾速率，气孔导度，胞间二氧化碳浓度等。气体交换是非常经典的光合作用测量方法，光合仪是常被用来测量气体交换的仪器。
荧光仪：叶绿素荧光原理，通过检测光合作用光能利用过程中叶绿素荧光的产量(F)，来分析光合作用光能吸收，转化和分配。用叶绿素荧光参数来表征不同途径能量分配的多少。常用的参数有光系统的最大光能转换效率(Fv/Fm), 实际光能转换效率(Yield), 光化学淬灭(qP), 非光化学淬灭(NPQ), 电子传递速率（ETR）等。叶绿素荧光法具有无损，原位测量等优势，可以作为光合作用的有效探针，叶绿素荧光仪广泛应用于实验室和野外光合作用研究。
>> 总结 <<
光合作用和蒸腾作用相伴发生，光合仪测量叶片和环境的气体交换。交换的气体是H2O和CO2，交换的门户是气孔，交换的结果是水分从叶片中蒸腾散失，CO2进入叶片被同化。光合仪测量光合作用极易受到环境湿度，CO2浓度，光照，温度的影响，测量过程中应尽量保持环境条件稳定。
光能的吸收与耗散平衡，荧光仪测量吸收光能中用于发射荧光的部分，根据模型计算转化为光合电子传递和热耗散的部分。荧光仪测量的叶绿素荧光通常指的是室温（25℃）叶绿素荧光，荧光仪测量光合作用主要受光照强度（PAR）和温度的影响。
—— 如何选择或哪个更好用？——
任何一种仪器的选择，
都要服从科研内容对工具的需求！
举个例子，一个种质资源管理中心，如果要收集200个水稻品种的田间光合特性数据，可以尝试使用荧光仪测量实际光能转化效率即可，荧光仪可以在短时间内测量大量样品。换一个角度，如果是要评估改良的新品种和亲本之间的光合差异，则建议使用光合仪来测量，毕竟固定CO2生成糖和淀粉才是作物产量的保证。你品，你细品！
光合仪和荧光仪可以独立存在，但是光反应和暗反应不会独立运行。所以，两者没有绝对意义上的高下，因为光反应和暗反应同样重要。如果想全面的分析光合作用，光合仪和荧光仪都需要用到，最佳的使用方案是联用，同步测量气体交换和叶绿素荧光。
—— 使用光合仪和荧光仪要注意什么？——
>> 光合仪 <<
1、预热！预热！预热！所有IRGA原理的光合仪都需要预热！不同品牌的光合仪预热时间不同，实际应用中预热的时间约为30-60分钟。
2、分析器调零，调零的目的是为了消除光合仪的检测误差。不同品牌，不同型号的光合仪，根据IRGA类型的不同，调零模式有差异。目前比较常见的是双通道四分析器光合仪，双通道是Reference和Sample两股气路通道，四分析器分别是H2O Reference分析器和CO2 Reference分析器，H2O Sample分析器和CO2 Sample分析器。在测量叶片前先测量分析器的读数差异并将其固定即视为调零，之后才可以进行气体交换的测量。
调零气路
测量气路
3、精确控制环境因子（光、温、水、气），光合仪主要采用开放式气路系统，即光合仪从环境中吸取空气，测量流经叶片前后CO2和H2O的浓度变化，测量后的气体从出气口流走。环境空气的温度，湿度，CO2浓度及环境的光强剧烈波动会严重影响光合仪的使用。因此建议在使用过程中精确控制环境因子。
4、原位测量，严禁离体，因为离体叶片生理状态会发生变化，最明显的就是气孔关闭。除了离体损伤之外，可能会导致气孔关闭的还有手上的汗液或化妆品残留等，所以不要直接用手擦拭叶片。
5、叶片面积（或重量），光合仪计算的光合速率是单位面积（或重量），单位时间内的CO2同化率，测量时需要已知的测量面积（或重量）。现在有些品牌的光合仪允许测量完成后修正测量面积（或重量），重新计算光合速率，如德国WALZ的GFS-3000。
6、叶片温度，叶片温度是计算光合参数和控制气体交换温度的重要依据。因为光合仪的测量原理默认叶肉细胞内为100% 相对湿度。
7、叶室气流流速，流经叶室的气流流速，与气体交换参数计算有关。光合能力弱的阴生植物可以尝试低流速测量。
8、日常维护，光合仪属于精密的气体分析仪器，为保证测量的准确性，应该定时做标定，标定程序分为CO2和H2O分析器零点标定和CO2和H2O分析器跨度标定。光合仪在环境因子控制过程中会消耗一些药品，如干燥剂和碱石灰等，使用前后要注意检查。光合仪作为野外便携式测量设备，时常会被带到野外去实验，使用中务必留意电池电量状况，及时保存数据，使用前后及时给电池充电。特别提醒，远离水源！
>> 荧光仪 <<
1、荧光仪的种类，目前常用的叶绿素荧光仪有两种，脉冲调制式的和连续激发式的。脉冲调制式的可以在有环境光为背景的情况下使用，连续激发式的不可以。但是连续激发式的时间分辨率比脉冲调制式的高。脉冲调制式的叶绿素荧光仪通常用来测量淬灭分析，快速光曲线等。连续激发式的通常用来做快相分析。
2、暗适应，为了更好的对叶绿素荧光测量进行合理的解释，如何定义光合机构在测量开始时的状态非常重要。所以，在大多数实验中，无论脉冲调制式还是连续激发式叶绿素荧光仪，测量前一般需要首先进行暗适应。叶片的暗适应状态是光合机构的基本状态。暗适应的方式有很多种，整株植物置于暗室，单个叶片放入暗适应夹，夜间测量。暗适应的时间长短取决于我们希望从叶绿素荧光中得到什么信息。例如，大田作物叶片光合能力评价，暗适应时间一般只需要30分钟。而实验室内拟南芥叶片跨膜质子梯度ΔpH的测量则需要几个小时甚至更长。
3、荧光仪光源，在荧光参数测量前对荧光仪光源有明确的认识是非常有必要的。以调制式的叶绿素荧光仪为例，通常会配置四种光，测量光ML，光化光AL，饱和脉冲光SP，远红光FR。测量光，光强比较弱（＜1μmolm-2s-1），具有调制频率，用于信号检测，测量前需要调整测量光强度(Int.)和频率(Freq.)使荧光信号达到基本检测要求。测量光强度过高， Fm 测定时可能会因为过饱和被低估，如果测量光强度太低，则不会使用满量程，误差增大。光化光，是诱导植物发生光合作用的光，又叫作用光。常见的荧光仪光化光光源有两种， 460nm左右的蓝光或630nm左右的红光。光化光的强度通常也是可以调节的，以适应不同的实验需求。但是请注意，光源出口与样品的距离会改变样品表面的光强。所以测量前务必明确到达样品表面的光强具体是多少。很多设备的出厂设置都是预设的，安装调试时最好执行光强校准，确保软件或者报告里的PAR值与样品水品的实际光强值一致。饱和脉冲，脉冲调制式荧光仪除了上述两种光还有一种饱和脉冲光，而连续激发式荧光仪通常只有饱和脉冲光。饱和脉冲在荧光仪中通常是用来计算数据的，光强比较强，一般都要大于3000μmolm-2s-1。为适应不同样品类型和实验要求，饱和脉冲的强度和持续时间通常也是可以调节的。远红光，有些品牌或型号的荧光仪还会搭载用于激发光系统Ⅰ的远红光，远红光可以用来测量Fo’，暗弛豫，状态转换。
4、Fv/Fm, (Fm-Fo)/Fm,最大光能转换效率，反应植物潜在的最大光合能力。通过测量暗适应之后的最小荧光Fo和最大荧光Fm计算而来。该参数相对独立，可以单独使用，来评估胁迫条件下植物的光合特性变化或用来筛选突变体。大多数荧光仪都可以测。
5、ΦPSII，(Fm’-F)/Fm’, 实际光能转换效率，反应植物在稳态下的实际光合能力，通过测量稳定环境（光温水汽）状态下的最小荧光F和最大荧光Fm’计算而来。可以在晴朗的天气，快速测量大量植物的光合特性。测量过程要同时采集环境参数，如光强，温度等。
6、诱导曲线，Induction Curve，慢速荧光诱导动力学（Slow Kinetics）的一种。测量诱导曲线可以获得淬灭分析（Quenching Analysis）的参数，光化学淬灭(qP), 非光化学淬灭(NPQ)。实际应用中，诱导曲线后可以增加暗弛豫的测量，进一步分析植物非光化学淬灭的能力。完整操作如下，先通过光化光诱导植物叶片达到稳态，测量光化学淬灭和非光化学淬灭。然后关闭光化光，打开远红光，继续测量，直到植物在暗处再次达到稳态，测量暗稳态下的荧光淬灭。谨记，诱导曲线的测量需要暗适应。
7、光曲线，Light Curve，测量不同光强下的量子产量，计算电子传递速率ETR（ETR=PAR*Yield*吸光系数*0.5）。光曲线是光响应曲线的一种表征方式，相对于光合仪测气体交换的A/Q曲线，荧光仪测量light Curve的时间可以短得多，所以又被称为快速光曲线(RLC)。光曲线可以拟合得到光能利用效率α，最大电子传递速率ETRmax，半饱和光强Ik，实现不同样品光合特性的对比。
8、荧光成像，普通的荧光仪通常以数据报告的形式呈现测量结果，而荧光成像则可以将数据图像化，直观的展现样品间的光合特性差异，极大地扩展了叶绿素荧光技术的应用。如今，荧光成像早已经成为光合生理研究，遗传育种，突变体筛选，病虫害早期检测的常用工具。相比于普通的荧光仪，荧光成像的测量面积大，全叶片成像有助于分析叶片的横向异质性。荧光成像并不是面积越大越好，比面积更重要的是成像区域光场的均一性。均匀的广场保证了叶片每一个部位的照光条件一致，实验结果才更可靠。所以荧光成像的光源布局要经过精心的的设计，就像手术台的无影灯，照亮每一个看得见的角落。
荧光参数图像（Belén Naranjo,etal. 2016）
再次声明，光合作用研究仪器没有好坏之分，DIY或Custom-Made的测量系统照样可以发好文章。正所谓光合仪器测量的数据千篇一律，有趣的idea万里挑一。再次祝各位老师，用好仪器，做好实验，讲好故事，发好文章！
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