植物中叶绿素荧光成像检测方案(光合仪)

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北京易科泰生态技术有限公司EcoTech@ Science And Technology Ltd.EcoTech易科泰生态技术 FluorCam 叶绿素荧光成像应用文献图片一――果蔬研究专题 叶绿素荧光是植物光合生理检测的重要探针，基于叶绿素荧光测量的 FluorCam 叶绿素荧光成像技术经过数十年的发展，在植物与藻类研究中应用广泛，已然成为光合生理、育种、环境控制研究、农业生产等众多研究方向公认的有效工具。本次摘选5 篇 FluorCam 叶绿素荧光成像系统在果蔬研究方面的文献分享。(参考文献附在文末) 1.干旱胁迫对生菜幼苗光合作用的影响 韩国全北国立大学，为研究干旱胁迫对生菜生长的影响，为生产提供指导，开展实验分析了干旱处理下生菜叶绿素荧光参数、光合色素、抗氧化活性等方面的动态变化。 其中叶绿素荧光成像结果如下图所示，幼苗的有效光量子通量(Y(PSII))、光化学荧光淬灭(qP)和基于 Lake 模型的光化学荧光淬灭(qL)在干旱胁迫第6天开始显著降低；而最大量子产率(Fv/Fm)、荧光衰减率(Rfd)等仅在胁迫最后第8天受到显著影响，这时光系统可能已经受损。相反，非光化学荧光淬灭(NPQ)则在胁迫早期出现上升，该阶段 PSII 通过叶黄素循环增加热耗散应对胁迫，直到第8天极端胁迫下，光合效率明显降低，光系统受损，NPQ 出现下降。 生菜幼苗顶部叶绿素荧光成像结果及 RGB 成像 2.光谱和砧木影响番茄对长光周期补充光照的响应 植物的生物量和产量很大程度上取决于接收的光的总量，为植物提供长周期的低光照的是更经济的方法，但当周期超过17h 的临界长度反而导致植物褪绿，不利于植物生长。红光和某些砧木可以增加植物活力，预测可以用以弥补长光周期带来的副作用。Plants 上发 ( 北京市海淀区高里掌路翠湖云心3号院6号楼1单元101B，邮编：100195 ) T el.：+86 10 82611269/ 1 5 7 2 Fax： +86 1062536325 表的一篇论文中，研究者就对嫁接到不同砧木上的番茄在红色和其他光谱下对长光周期的响应进行了探究。 利用 FluorCam 叶绿素荧光成像，分别对以100%红光17h (Red 17h)、100%红光23h(Red 23h)、75%红光&25%蓝光&5%绿光混合照射17h (Mix 17h) 以及 23h (Mix 23h)作为光周期，培养23天、62天、138天的四组番茄，进行检测，并对 Fv/Fm 进行分析。结果表明，在培养的第6天，23h的红光和混合光周期下，番茄的光合能力均降低，到138天便得以恢复。结合实验其他结果，推测是砧木弥补了这一影响。 不同光谱组成和光周期培养番茄叶片的叶绿素荧光成像 Fv/Fm 3. H2O2和 Ca2+互调介导调节褪黑素诱导的CBF 途径和西瓜的低温耐受性 Ca²+和 H2O2在植物响应低温胁迫的信号转导中起着重要作用，其互作与关联通路有助于提高植物耐寒性。另有研究表明，在低温胁迫下，植物中的褪黑素激活 CBFs 等基因的表达，诱导 H202增加，提高植物耐寒性，但其中的关系和机制尚不清楚。为了验证 H2O2和Ca²+信号通路在褪黑素诱导的 CBF 反应通路和后后的低温耐受性中起关键作用，西北农林科技大学的研究者们，开展了一系列研究。 其中利用了 FluorCam 叶绿素荧光成像系统对不同组别处理的西瓜耐寒性进行了测定，作为 Ca²+和H2O2信号通路与低温耐受性的机理研究的表型证据。 ( 北京市海淀区高里掌路翠湖云心3号心6号楼1单元101B，邮编：100195 ) 不同处理西瓜叶片叶绿素荧光成像(Fv/Fm) 4.旱地水果作物光系统Ⅱ的耐旱性研究 旱地水果作物容易受到干旱、高温等胁迫，影响果实生产。那些在干旱胁迫下仍能保持较高光合效率的，干旱后仍能维持并恢复生长的优势可能更大。印度的科学家，对葡萄、芒果、甜橙等6种水果作物，摘取健康叶片，进行了不同时间的干旱处理，并通过 FluorCam叶绿素荧光成像进行了检测。与预期的一样，随着干旱时间增加，所有果实作物叶片片Fv/Fm(QY_max)均显著降低。然而，不同作物对叶片干燥的反应存在显著差异。芒果、甜橙对组织脱水的耐受性高于芒果和葡萄。同时本研究验证了叶绿素荧光成像无损检测水果作物对干燥敏感性的有效性。 六种旱地水果作物的 Fv/Fm、Fm、FO成像结果图 5.光诱导马铃薯采后品质下降的无损研究 在马铃薯不当收获及采后贮存时，阳光照射会导致马铃薯叶绿素形成，引起表面面绿并扩大，产生茄碱、卡茄碱等有毒物质，而叶绿素荧光测量技术则可以反映马铃薯中叶绿素的变化。匈牙利农业与生命科学大学，利用 Fluorcam 叶绿素荧光成像对有/无绿斑的马铃薯进行了储存前后的无损检测。，下图就展示了经过59天的室温、有阳光照射的储存，两组马铃薯的 FO 二维变化。有绿斑的马铃薯，最开始荧光值明显高于无绿斑组，并且在储存59 后后，大面积发芽，荧光值显著上升。 ( 参考文献： ) ( [1] Shin YK， Bhandari S R， Jo JS， et a l. Eff e ct of Drought Stress on Chl o rophyll Fluorescence Parameters，Phytochemical C o ntents， a n d Antioxidant Activities in Lettuce Seedlings[]. Ho r ticulturae， 2021，7(8)：238. ) ( [2]Jingjing Chang 1， Yanliang Guo 1 ， Ji a yue Li ，et al. Positive Interaction between H2O2 and Ca2+ MediatesMelatonin-Induced CBF Pathway and Cold Tolerance in Watermelon (Citrullus lanatus L.)[J].antioxidants， 2021，10.1457. ) ( [3]Rane J ， BabarR. ， I K umar M ， et al. Desiccation tolerance of Photosystem II in dryland fruit crops[J]. Scientia Horticulturae， 2021， 2 88(1)：110295. ) ( [4] VIKT ORIA ZSOM-MUHA， et al.An attempt to the n ondestructive investigation of photo-induced p o tatopostharvest quality degradation - Preliminary results[J].Progress in Agricultural Engineering Sciences，2021，S1， 99-109. ) ( [5] Lanoue，J.； Thibodeau， A .； L i ttle， C， et a l . Light Spectra and Root Stocks Affect Response of GreenhouseTomatoes to L ong Photoperiod o f Supplemental Lighting[J]. Pl ants， 2021， 10. ) Http： //www.eco-tech.com.cninfo@eco-tech.com.cnEmail： sales@eco-tech.com.cn Http： //www.eco-tech.com.cnTel.： + Fax： + Email： sales@eco-tech.com.cn info@eco-tech.com.cn 叶绿素荧光是植物光合生理检测的重要探针，基于叶绿素荧光测量的FluorCam叶绿素荧光成像技术经过数十年的发展，在植物与藻类研究中应用广泛，已然成为光合生理、育种、环境控制研究、农业生产等众多研究方向公认的有效工具。本次摘选5篇FluorCam叶绿素荧光成像系统在果蔬研究方面的文献分享。（参考文献附在文末）1.干旱胁迫对生菜幼苗光合作用的影响韩国全北国立大学，为研究干旱胁迫对生菜生长的影响，为生产提供指导，开展实验分析了干旱处理下生菜叶绿素荧光参数、光合色素、抗氧化活性等方面的动态变化。其中叶绿素荧光成像结果如下图所示，幼苗的有效光量子通量(Y(PSII))、光化学荧光淬灭(qP)和基于Lake模型的光化学荧光淬灭(qL)在干旱胁迫第6天开始显著降低；而最大量子产率(Fv/Fm)、荧光衰减率(Rfd)等仅在胁迫最后第8天受到显著影响，这时光系统可能已经受损。相反，非光化学荧光淬灭(NPQ)则在胁迫早期出现上升，该阶段PSII通过叶黄素循环增加热耗散应对胁迫，直到第8天极端胁迫下，光合效率明显降低，光系统受损，NPQ出现下降。2.光谱和砧木影响番茄对长光周期补充光照的响应植物的生物量和产量很大程度上取决于接收的光的总量，为植物提供长周期的低光照的是更经济的方法，但当周期超过17h的临界长度反而导致植物褪绿，不利于植物生长。红光和某些砧木可以增加植物活力，预测可以用以弥补长光周期带来的副作用。Plants上发表的一篇论文中，研究者就对嫁接到不同砧木上的番茄在红色和其他光谱下对长光周期的响应进行了探究。利用FluorCam叶绿素荧光成像，分别对以100％红光17h（Red 17h）、100％红光23h（Red 23h）、75％红光&25％蓝光&5％绿光混合照射17h（Mix 17h）以及23h（Mix 23h）作为光周期，培养23天、62天、138天的四组番茄，进行检测，并对Fv/Fm进行分析。结果表明，在培养的第6天，23h的红光和混合光周期下，番茄的光合能力均降低，到138天便得以恢复。结合实验其他结果，推测是砧木弥补了这一影响。3.H2O2和Ca2+互作介导调节褪黑素诱导的CBF途径和西瓜的低温耐受性Ca2+和H2O2在植物响应低温胁迫的信号转导中起着重要作用，其互作与关联通路有助于提高植物耐寒性。另有研究表明，在低温胁迫下，植物中的褪黑素激活CBFs等基因的表达，诱导H2O2增加，提高植物耐寒性，但其中的关系和机制尚不清楚。为了验证H2O2和Ca2+信号通路在褪黑素诱导的CBF反应通路和随后的低温耐受性中起关键作用，西北农林科技大学的研究者们，开展了一系列研究。其中利用了FluorCam叶绿素荧光成像系统对不同组别处理的西瓜耐寒性进行了测定，作为Ca2+和H2O2信号通路与低温耐受性的机理研究的表型证据。4.旱地水果作物光系统Ⅱ的耐旱性研究旱地水果作物容易受到干旱、高温等胁迫，影响果实生产。那些在干旱胁迫下仍能保持较高光合效率的，干旱后仍能维持并恢复生长的优势可能更大。印度的科学家，对葡萄、芒果、甜橙等6种水果作物，摘取健康叶片，进行了不同时间的干旱处理，并通过FluorCam叶绿素荧光成像进行了检测。与预期的一样，随着干旱时间增加，所有果实作物叶片的Fv/Fm(QY_max)均显著降低。然而，不同作物对叶片干燥的反应存在显著差异。芒果、甜橙对组织脱水的耐受性高于芒果和葡萄。同时本研究验证了叶绿素荧光成像无损检测水果作物对干燥敏感性的有效性。5.光诱导马铃薯采后品质下降的无损研究  在马铃薯不当收获及采后贮存时，阳光照射会导致马铃薯叶绿素形成，引起表面发绿并扩大，产生茄碱、卡茄碱等有毒物质，而叶绿素荧光测量技术则可以反映马铃薯中叶绿素的变化。匈牙利农业与生命科学大学，利用Fluorcam叶绿素荧光成像对有/无绿斑的马铃薯进行了储存前后的无损检测。下图就展示了经过59天的室温、有阳光照射的储存，两组马铃薯的F0二维变化。有绿斑的马铃薯，最开始荧光值明显高于无绿斑组，并且在储存59天后，大面积发芽，荧光值显著上升。  参考文献：[1] Shin Y K , Bhandari S R , Jo J S , et al. Effect of Drought Stress on Chlorophyll Fluorescence Parameters, Phytochemical Contents, and Antioxidant Activities in Lettuce Seedlings[J]. Horticulturae, 2021, 7(8):238.[2] Jingjing Chang 1 , Yanliang Guo 1 , Jiayue Li ,et al. Positive Interaction between H2O2 and Ca2+ Mediates Melatonin-Induced CBF Pathway and Cold Tolerance in Watermelon (Citrullus lanatus L.)[J].antioxidants, 2021,10.1457.[3] Rane J ,  Babar R ,  Kumar M , et al. Desiccation tolerance of Photosystem II in dryland fruit crops[J]. Scientia Horticulturae, 2021, 288(1):110295.[4] VIKT ORIA ZSOM-MUHA, et al.An attempt to the nondestructive investigation of photo-induced potato postharvest quality degradation – Preliminary results[J].Progress in Agricultural Engineering Sciences,2021,S1, 99–109.[5] Lanoue, J.; Thibodeau, A.; Little, C，et al. Light Spectra and Root Stocks Affect Response of Greenhouse Tomatoes to Long Photoperiod of Supplemental Lighting[J]. Plants, 2021, 10.