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摘 要：依据BPCL-Z超弱发光测量仪在测量叶片发光时存在的问题，设计了样品架和光照系统，扩大了可测量叶片的面积，减小了实验误差和对样品的损伤，增加了仪器可测定的参数和实验项目。通过对超弱发光更多参数和影响因素的研究，可以加深学生对超弱发光的机理、规律和应用的理解。
关键词：超弱发光；测量装置；设计；应用
中图分类号 Q632 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）13-45-02
植物的超弱发光是发生在植物体内与其生命活动相耦联的超弱光子辐射，反映了植物体内物质代谢和能量转化的活跃程度。因此，用超弱发光来评价植物的抗逆性具有一定的实际意义，超弱发光作为一项无损、连续监测的实验技术越来越受到人们的重视[1-9]。
1 植物叶片超弱发光测定存在的问题
在植物叶片的超弱发光测定中，主要存在以下几个方面的问题：（1）叶片是放在测量杯中进行测量的，受测量杯大小的限制，因此在样品准备上往往要将植物叶片进行剪裁。（2）叶片发出的光，要受测量杯反射、吸收后才能进入光电倍增管进行信号处理这大大减弱了原有超弱发光的强度。（3）在测定延迟发光时，是将樣品室外进行光照，然后用镊子迅速放入样品室，进行测量。在放置时容易出现叶片光照面向上、每次放置时间因人差异，造成样品的浪费和结果的不可重复性。（4）延迟发光一般采用荧光灯照射，荧光灯可调节档位较小，不能满足不同波长光照强度相同的需要。
2 超弱发光辅助测量装置的设计
针对上述植物叶片超弱发光测定中存在的问题，设计了样品架和光照系统，减小了实验误差，增加了实验的测定项目。
2.1 样品架的设计 样品架共有3层：固定层、衬托层、遮光层。固定层为环形，外直径与滤波片槽的内径一样。衬托层为圆形，和遮光板一起固定、支撑叶片。遮光层是中间镂空的反光层，镂空部分的面积可以根据需要进行剪裁。遮光板和衬托层一起将叶片或者经过剪裁的叶片进行固定和封装（图1）。
设计的优点是：（1）样品架的内径为5.0cm，将可测量叶片的直径扩展到5.0cm，这大大增加了可测量叶片的面积；（2）叶片封装在样品架中，可以直接利用滤波片槽进行测量，避免了测量杯的反射、吸收，减小了实验误差；（3）叶片封装在遮光层与衬托层之间，将叶片的剪裁部分全部遮挡，避免了叶片的剪裁和多次夹持对结果造成的影响。
2.2 光照系统的设计 光照系统主要由发光二极管组成的灯盘、光筒、光强（电压）调节与时间设定部分、灯盘支架4个部分组成。
2.2.1 灯盘 灯盘由发光二极管串联排列在圆形灯板上组成（图2）。直径5.8cm，恰好可以对整个滤波片槽内的范围进行光照。
2.2.2 光筒 光筒为内壁贴有反光纸的圆柱形筒，筒高3cm，恰好可以将灯盘、滤波片放置在里面。筒的一端固定有弧形突起和旋进螺丝，用于滤波片的放置和固定（图3）。
2.2.3 光强（电压）调节与时间设定部分 光强（电压）调节、时间设定部分是利用单片机内置的PWM（脉宽调制模式），通过改变该模式的高电平占空比，进行电压调节，进而改变光强。时间设定是利用单片机内置时钟来设定时间，时间采用按键式设定，设定为1min、2min、3min、4min、5min和复位按键。当距设定时间结束还有3s时，发出提示音，提醒实验员进行测量（图4）。
这样的设计避免了荧光灯光照档位不足和不能连续调节光强的不足，可以实现不同色光的同一强度照射，用来测定叶片的激发光谱和不同波长激发后的发射光谱等。
2.2.4 灯盘支架 灯盘支架由铁架台和平台组成。平台的一面是平面，一面带有弧形。平面用于竖直照射时放置灯盘，带有弧形的一面用于水平照射时固定灯筒（图5）。
3 超弱发光辅助测量装置的应用
3.1 测定不同面积叶片的超弱发光的影响 测量时，只要将叶片控制在直径5.0cm范围内，将其边缘封入样品架，通过剪裁遮光层的面积即可控制所测量部分叶片的面积。照射方式采用由下而上的照射方式（图6）。
3.2 不同光照强度对叶片超弱发光的影响 将叶片清洗、擦干后，剪裁出合适面积的遮光板，将叶片封入样品架，放入滤波片槽后，设定不同光照强度，进行测量。光照方式，仍采用由下而上的照射方式。
3.3 延迟发光光谱的测定 延迟发光光谱是用白色光激发测量叶片发出的光强随波长的变化，采用侧向照射方式（图7）。
参考文献
[1]顾樵.生物光子学[M].北京：科学出版社，2007.
[2]甘子钊. 生命科学中的物理学[M].北京：北京大学出版社，1996.
[3]Jay Newman. Physics of the Life Sciences[M]. Springer，2008.
[4]Luca Lanzano，Agata Scordino，Simona Privitera. Spectral analysis of Delayed Luminescence from human skin as a possible non-invasive diagnostic tool[J]. Eur Biophys J，2007，36：823-829.
[5]Evelina Costanzo，Marisa Gulino，Luca Lanzano. Single seed viability checked by delayed luminescence[J]. Eur Biophys J，2008，37：235-238.
[6]张仲伦. 微弱发光分析技术应用实例（四）[J]. 生物化学与生物物理进展，2000，27（1）：102-104.
[7]于勇，詹耀，林怡，等.桂花幼苗基础生长环境与其叶片超弱发光特性关系研究[J]. 光子学报，41（1）：94-101.
[8]谭石慈，邢达，唐永红，等. 植物叶片超微弱发光光谱研究[J]. 光子学报，2000，29（11）：961-965.
[9]张新华，李富军，申琳，等. 超弱发光技术在植物逆境生理研究中的应用[J].植物生理学通讯，45（9）：931-935.
关键词：超弱发光；测量装置；设计；应用
中图分类号 Q632 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）13-45-02
植物的超弱发光是发生在植物体内与其生命活动相耦联的超弱光子辐射，反映了植物体内物质代谢和能量转化的活跃程度。因此，用超弱发光来评价植物的抗逆性具有一定的实际意义，超弱发光作为一项无损、连续监测的实验技术越来越受到人们的重视[1-9]。
1 植物叶片超弱发光测定存在的问题
在植物叶片的超弱发光测定中，主要存在以下几个方面的问题：（1）叶片是放在测量杯中进行测量的，受测量杯大小的限制，因此在样品准备上往往要将植物叶片进行剪裁。（2）叶片发出的光，要受测量杯反射、吸收后才能进入光电倍增管进行信号处理这大大减弱了原有超弱发光的强度。（3）在测定延迟发光时，是将樣品室外进行光照，然后用镊子迅速放入样品室，进行测量。在放置时容易出现叶片光照面向上、每次放置时间因人差异，造成样品的浪费和结果的不可重复性。（4）延迟发光一般采用荧光灯照射，荧光灯可调节档位较小，不能满足不同波长光照强度相同的需要。
2 超弱发光辅助测量装置的设计
针对上述植物叶片超弱发光测定中存在的问题，设计了样品架和光照系统，减小了实验误差，增加了实验的测定项目。
2.1 样品架的设计 样品架共有3层：固定层、衬托层、遮光层。固定层为环形，外直径与滤波片槽的内径一样。衬托层为圆形，和遮光板一起固定、支撑叶片。遮光层是中间镂空的反光层，镂空部分的面积可以根据需要进行剪裁。遮光板和衬托层一起将叶片或者经过剪裁的叶片进行固定和封装（图1）。
设计的优点是：（1）样品架的内径为5.0cm，将可测量叶片的直径扩展到5.0cm，这大大增加了可测量叶片的面积；（2）叶片封装在样品架中，可以直接利用滤波片槽进行测量，避免了测量杯的反射、吸收，减小了实验误差；（3）叶片封装在遮光层与衬托层之间，将叶片的剪裁部分全部遮挡，避免了叶片的剪裁和多次夹持对结果造成的影响。
2.2 光照系统的设计 光照系统主要由发光二极管组成的灯盘、光筒、光强（电压）调节与时间设定部分、灯盘支架4个部分组成。
2.2.1 灯盘 灯盘由发光二极管串联排列在圆形灯板上组成（图2）。直径5.8cm，恰好可以对整个滤波片槽内的范围进行光照。
2.2.2 光筒 光筒为内壁贴有反光纸的圆柱形筒，筒高3cm，恰好可以将灯盘、滤波片放置在里面。筒的一端固定有弧形突起和旋进螺丝，用于滤波片的放置和固定（图3）。
2.2.3 光强（电压）调节与时间设定部分 光强（电压）调节、时间设定部分是利用单片机内置的PWM（脉宽调制模式），通过改变该模式的高电平占空比，进行电压调节，进而改变光强。时间设定是利用单片机内置时钟来设定时间，时间采用按键式设定，设定为1min、2min、3min、4min、5min和复位按键。当距设定时间结束还有3s时，发出提示音，提醒实验员进行测量（图4）。
这样的设计避免了荧光灯光照档位不足和不能连续调节光强的不足，可以实现不同色光的同一强度照射，用来测定叶片的激发光谱和不同波长激发后的发射光谱等。
2.2.4 灯盘支架 灯盘支架由铁架台和平台组成。平台的一面是平面，一面带有弧形。平面用于竖直照射时放置灯盘，带有弧形的一面用于水平照射时固定灯筒（图5）。
3 超弱发光辅助测量装置的应用
3.1 测定不同面积叶片的超弱发光的影响 测量时，只要将叶片控制在直径5.0cm范围内，将其边缘封入样品架，通过剪裁遮光层的面积即可控制所测量部分叶片的面积。照射方式采用由下而上的照射方式（图6）。
3.2 不同光照强度对叶片超弱发光的影响 将叶片清洗、擦干后，剪裁出合适面积的遮光板，将叶片封入样品架，放入滤波片槽后，设定不同光照强度，进行测量。光照方式，仍采用由下而上的照射方式。
3.3 延迟发光光谱的测定 延迟发光光谱是用白色光激发测量叶片发出的光强随波长的变化，采用侧向照射方式（图7）。
参考文献
[1]顾樵.生物光子学[M].北京：科学出版社，2007.
[2]甘子钊. 生命科学中的物理学[M].北京：北京大学出版社，1996.
[3]Jay Newman. Physics of the Life Sciences[M]. Springer，2008.
[4]Luca Lanzano，Agata Scordino，Simona Privitera. Spectral analysis of Delayed Luminescence from human skin as a possible non-invasive diagnostic tool[J]. Eur Biophys J，2007，36：823-829.
[5]Evelina Costanzo，Marisa Gulino，Luca Lanzano. Single seed viability checked by delayed luminescence[J]. Eur Biophys J，2008，37：235-238.
[6]张仲伦. 微弱发光分析技术应用实例（四）[J]. 生物化学与生物物理进展，2000，27（1）：102-104.
[7]于勇，詹耀，林怡，等.桂花幼苗基础生长环境与其叶片超弱发光特性关系研究[J]. 光子学报，41（1）：94-101.
[8]谭石慈，邢达，唐永红，等. 植物叶片超微弱发光光谱研究[J]. 光子学报，2000，29（11）：961-965.
[9]张新华，李富军，申琳，等. 超弱发光技术在植物逆境生理研究中的应用[J].植物生理学通讯，45（9）：931-935.