[发明专利]光谱学设备

说明书

提供了一种用于测量来自光合对象的荧光信号的光谱学设备。所述光谱学设备包括：一个或多个光激发源(26、28)，所述一个或多个光激发源可操作以实行来自所述光合对象的所述荧光的时变激发；以及一个或多个荧光敏感检测通道(36、38、44、46)，所述一个或多个荧光敏感检测通道被配置成响应于由所述光激发源或每个光激发源(26、28)对来自所述光合对象的所述荧光的所述激发，以微秒至毫秒的时间分辨率同时记录作为时间的函数的所述荧光，并以10nm或更好的波长分辨率记录作为波长的函数的所述荧光。

技术领域

本发明涉及一种光谱学设备、一种使用光谱学设备测量来自光合对象(例如，光合藻类或细菌的完整细胞、完整植物叶片、植物的一个或多个部分或全部、冠层的一个或多个部分或全部)的叶绿素和/或其他色素荧光的方法、一种标识光合对象的状况的计算机实施的方法以及一种计算机程序。

背景技术

众所周知，测量来自光合对象的荧光信号，以研究变化的环境状况对光合生物的影响，并了解它们的生理状态、健康状态、其非生物/生物胁迫状态、以及用于执行与光合对象的表型和基因分型相关的研究。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于测量来自光合对象的荧光信号的光谱学设备，该光谱学设备包括：

一个或多个光激发源，该一个或多个光激发源可操作以实行来自光合对象的荧光的时变激发；以及

一个或多个荧光敏感检测通道，该一个或多个荧光敏感检测通道被配置成响应于由该光激发源或每个光激发源对来自光合对象的荧光的激发，以微秒至毫秒的时间分辨率同时记录作为时间的函数的荧光，并以10nm或更好的波长分辨率记录作为波长的函数的荧光。

荧光信号可以包含由光合对象发射的叶绿素荧光和/或由光合对象的另一色素发射的荧光。光合对象可以包含但不限于光合生物的部分或全部、植物的部分或全部、藻类的部分或全部、光合细菌的部分或全部、光合细胞的悬浮物、完整的叶片、冠层的部分或全部、或光合细胞组件(诸如珊瑚和光合垫(mat))等。

光合对象可以包含在或固定在光谱学设备内。替代性地，光合对象可以保持与光谱学设备分离，使得荧光信号可以由光谱学设备远程测量。本发明可以用于测量由多个光合对象同时发射的荧光信号。

可选地，该一个或多个光激发源可以可操作来以多个激发波长实行来自光合对象的荧光的时变激发。

可选地，一个或多个荧光敏感检测通道可以包含一个或多个荧光敏感检测单元或装置。在本发明的优选实施例中，所记录的荧光信息的波长分辨率是在整个荧光光谱上连续实现的，或者是使用三个或更多个不同的窄波长带实现的，或者它们的组合。

发明人已经发现，本发明以高分辨率同时获得时间分辨和波长分辨荧光信号的能力使得能够以提高从荧光信号中提取的信息的数量和质量的方式组合荧光的时间和光谱信息。特别地，本发明的配置使得能够可靠地检测光谱和动力学分辨的荧光变化，以快速表征各种光合对象的较宽范围的范状况，并且还使得能够分离和标识引起荧光变化的不同潜在生理过程的荧光贡献和影响。这是特别重要的，因为被光照射的光合对象发射包含各种荧光成分的荧光，这些荧光成分根据光合对象的生理状态、其健康状态、其非生物/生物胁迫状态等在其时间和光谱特性方面表现出明显的差异。这些荧光成分在光谱和时间方面的分离还允许与先进的数据分析方法进行结合，以实施各种敏感的植物表型和基因分型方法。

本发明不仅可以在实验室环境中使用，而且可以容易地被配置为现场就绪的光谱学设备，该光谱学设备足够紧凑和轻便，以便是便携式的和/或手持的和/或机载的，例如通过无人驾驶飞机或另一飞行器飞行，以便从某个距离(例如，光谱学设备和光合对象之间几厘米到10米的范围内的距离)开始执行测量。

应用于光合对象的、不同时使用高时间和波长分辨率的目前可获得的常规荧光测量技术不能提供与本发明相同数量和质量的信息。