植物中叶绿素荧光成像检测方案(植物荧光成像)

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EcoTech易科泰生态技术 EcoTech易科泰生态技术易 科泰 生态技术有限艮 公司Ecotech Ecological Technology Ltd. 易 科泰 生：态技术有限艮 公司Ecotech Ecological Technology Ltd. From FluorCam to PlantScreen-植物表型成像分析图片展(三) FluorCam 和 PlantScreen 分别是国内外广泛使用的叶绿素荧光成像系统和植物大型表型成像分析平台。 全球顶尖的研究机构充分发挥了它们的功能，取得了顶尖的研究成果。我们将陆续摘选代表性研究论文中的成像图分享给大家。这些成像图“华而又实”—―画面优美、结论直观、真实可信，从中可以获得视觉和思维的双重享受。 本次摘选了整株作物的叶绿素荧光成像图和表型成像图。FluorCam 自面市之日起便采用有效的技术手段解决了叶绿素荧光测和成像面临的诸多难题。 技术难点 解决之道 效果 准确、精确测量Fo 脉冲调制测量+图像均值运算 克服了非调制测量时间分辨率低、易引起光化学反应的问题； 获得了稳定的、真实的 Fo 在自然光或者模拟自然光(白光)下测量 脉冲调制测量+图像减法运算 满足了野外调查所需； (模拟)自然光下测定更能够真实反映植物的光合状态 光照均一 高强度、大面积光源板；用2倍以上光源板面积换取1倍的均匀光照面积 测量光光场足够大且均一，使光化学效应最低； 饱和光足够强且均一，测量得到准确的Fm； 光化学光足够强且均一，满足高光植物测量所需 在保证测量数值真实准确和图像有效分辨率的前提下， FluorCam 将成像面积逐步提升，目前已用于烟草、番茄、豌豆、甘薯等多种作物的整株成像和检测。 1.中国农业大学资源与环境学院的研究人员使用 FluorCam 叶绿素荧光象像系统(大型版)评估了5种纳米材料对模式植物本氏烟病毒感染的抑制效果，发现用碳纳米管(CNT)和富勒烯(C60)处理的病毒感染植株具备和健康的对照组同等的光合活性，因此两种碳基纳米材料表现出良好的病毒抑制和植物保护作用。该研究为纳米材料在农业领域的应用提供了新方向(Adeel et al.， 2021)。 2.波兰科学院植物遗传研究所的研究人员借助 PlantScreen 高通量表型平台测量比较了豌豆在正常生 长条件下和干旱胁迫下地上部分表型性状的差异，包括形态颜色(表征植物相对生长速率)、温度(反映气孔导度和蒸腾速率)及叶绿素荧光参数(指示光化学效率)，发现干旱使豌豆的光化学效率的显著降低，进而使豌豆生长变缓；而红外热成像测量得到的叶片温度对干旱更加敏感，在胁迫施加伊始便表现出显著差异。 借助 PlantScreen 和 FluorCam 获得的形态生长-光合生理-气孔导度的表型数据为深入了解宛豆对干旱的生化响应提供了数据支撑和参考。研究人员进一步发现，韧皮部渗出液中代谢物含量的变化能够揭示合成代谢-分解代谢的转变过程，并在豌豆响应干旱胁迫的发育可塑性中起到重要作用(Blicharzet al.， 2021)。 3.世界知名植物表型仪器公司 PSI (Photon Systems Instruments) 与意大利托斯卡纳大学合作，将高通量表型组学与非靶向代谢组学相结合，用于筛选具有生物刺激素特性的新物质，并从形态-生理和代谢途径的角度解释了生物刺激素PH(蛋白水解物)的作用机制。 下图展示了FluorCam叶绿素荧光成像单元的测量原理及成像结果。研究小组使用了光响应曲线(LC)程序对不同类型生物刺激素作用下的番茄的光合表现进行了评估(Paul et al.， 2019)。 PlantScree Fo frames Days of phenotyping ( 参考文献 ) 1.Adeel， M.， Farooq， T.， White， J.C.， Hao， Y.， He， Z.， and Rui， Y. (2021). Carbon-based nanomaterialssuppress tobacco mosaic virus (TMV) infection and induce resistance in Nicotiana benthamiana. Journal ofHazardous Materials 404， 124167. 2.Blicharz， S.， Beemster， G.T.S.， Ragni， L.， De Diego， N.， Spichal， L.， Hernándiz， A.E.， Marczak， L.，Olszak， M.， Perlikowski， D.， Kosmala， A.， et al. (2021). Phloem exudate metabolic content reflects theresponse to water-deficit stress in pea plants (Pisum sativum L.). The Plant Journal 106， 1338-1355. ( 3.Paul， K.， Sorrentino，M.， Lucini， L.， Ro u phael， Y.， Car d arelli， M.， Bonini， P.， Reynaud， H.， Canaguier， R.，Trtilek， M.， Panzarova， K.， et al. (2019). Understanding the Biostimulant Action of Vegetal-Derived Pr o teinHydrolysates by High-Throughput Plant Phenotyping and Metabolomics： A Case Study on T omato. Frontiers in Plant Science 1 0. ) 北京市海淀区高里掌路号院号楼单元(Tel.： +nfo@eco-tech.com.cnhttp：//www.eco-tech.com.cn Email： sales@eco-tech.com.cn         FluorCam和PlantScreen分别是国内外广泛使用的叶绿素荧光成像系统和植物大型表型成像分析平台。全球顶尖的研究机构充分发挥了它们的功能，取得了顶尖的研究成果。我们将陆续摘选代表性研究论文中的成像图分享给大家。这些成像图“华而又实”——画面优美、结论直观、真实可信，从中可以获得视觉和思维的双重享受。本次摘选了整株作物的叶绿素荧光成像图和表型成像图。FluorCam自面市之日起便采用有效的技术手段解决了叶绿素荧光检测和成像面临的诸多难题。技术难点解决之道效果 准确、精确测量Fo脉冲调制测量 + 图像均值运算克服了非调制测量时间分辨率低、易引起光化学反应的问题；获得了稳定的、真实的Fo在自然光或者模拟自然光（白光）下测量脉冲调制测量 + 图像减法运算满足了野外调查所需；（模拟）自然光下测定更能够真实反映植物的光合状态光照均一高强度、大面积光源板；用2倍以上光源板面积换取1倍的均匀光照面积测量光光场足够大且均一 ，使光化学效应最低；饱和光足够强且均一，测量得到准确的Fm；光化学光足够强且均一，满足高光植物测量所需在保证测量数值真实准确和图像有效分辨率的前提下，FluorCam将成像面积逐步提升，目前已用于烟草、番茄、豌豆、甘薯等多种作物的整株成像和检测。1.中国农业大学资源与环境学院的研究人员使用FluorCam叶绿素荧光成像系统（大型版）评估了5种纳米材料对模式植物本氏烟病毒感染的抑制效果，发现用碳纳米管（CNT）和富勒烯（C60）处理的病毒感染植株具备和健康的对照组同等的光合活性，因此两种碳基纳米材料表现出良好的病毒抑制和植物保护作用。该研究为纳米材料在农业领域的应用提供了新方向(Adeel et al., 2021)。2.波兰科学院植物遗传研究所的研究人员借助PlantScreen高通量表型平台测量比较了豌豆在正常生长条件下和干旱胁迫下地上部分表型性状的差异，包括形态颜色（表征植物相对生长速率）、温度（反映气孔导度和蒸腾速率）及叶绿素荧光参数（指示光化学效率），发现干旱使豌豆的光化学效率的显著降低，进而使豌豆生长变缓；而红外热成像测量得到的叶片温度对干旱更加敏感，在胁迫施加伊始便表现出显著差异。借助PlantScreen和FluorCam获得的形态生长-光合生理-气孔导度的表型数据为深入了解豌豆对干旱的生化响应提供了数据支撑和参考。研究人员进一步发现，韧皮部渗出液中代谢物含量的变化能够揭示合成代谢-分解代谢的转变过程，并在豌豆响应干旱胁迫的发育可塑性中起到重要作用(Blicharz et al., 2021)。3.世界知名植物表型仪器公司PSI（Photon Systems Instruments）与意大利托斯卡纳大学合作，将高通量表型组学与非靶向代谢组学相结合，用于筛选具有生物刺激素特性的新物质，并从形态-生理和代谢途径的角度解释了生物刺激素PH（蛋白水解物）的作用机制。下图展示了FluorCam叶绿素荧光成像单元的测量原理及成像结果。研究小组使用了光响应曲线（LC）程序对不同类型生物刺激素作用下的番茄的光合表现进行了评估(Paul et al., 2019)。参考文献：1.Adeel, M., Farooq, T., White, J.C., Hao, Y., He, Z., and Rui, Y. (2021). Carbon-based nanomaterials suppress tobacco mosaic virus (TMV) infection and induce resistance in Nicotiana benthamiana. Journal of Hazardous Materials 404, 124167.2.Blicharz, S., Beemster, G.T.S., Ragni, L., De Diego, N., Spíchal, L., Hernándiz, A.E., Marczak, Ł., Olszak, M., Perlikowski, D., Kosmala, A., et al. (2021). Phloem exudate metabolic content reflects the response to water-deficit stress in pea plants (Pisum sativum L.). The Plant Journal 106, 1338–1355.3.Paul, K., Sorrentino, M., Lucini, L., Rouphael, Y., Cardarelli, M., Bonini, P., Reynaud, H., Canaguier, R., Trtílek, M., Panzarová, K., et al. (2019). Understanding the Biostimulant Action of Vegetal-Derived Protein Hydrolysates by High-Throughput Plant Phenotyping and Metabolomics: A Case Study on Tomato. Frontiers in Plant Science 10.