叶绿素荧光成像技术能记录整个叶片、植株等样品不同区域的荧光动力学分布变化,实现从宏观到微观的光合机理研究。叶绿素荧光成像由于其无损、高通量的技术特征,在光合作用相关突变体筛选领域成为了广泛应用的重要技术,为光合作用机理及抗逆研究提供了强大的技术支持。叶绿素荧光显微成像技术最早出现于2000年,Küpper等人将叶绿素荧光脉冲调制式激发光源与显微镜结合,首次获得了显微尺度的叶绿素荧光图像(Küpper et al., 2000)。叶绿素荧光显微成像技术在国外已经展开多方面研究应用,目前国内的叶绿素荧光成像显微研究尚处于起步阶段,多个课题组都正在探索这项技术在不同研究领域中的应用。
Yu等发现狗枣猕猴桃(Actinidia kolomikta)的白化叶片通过调整叶片结构及基因表达调控,仍然保持了相对较高的光合能力。应用叶绿素荧光显微成像技术比较了白化和绿色叶片栅栏组织、海绵组织的叶绿素荧光参数,揭示了白化叶片海绵组织光合能力增强的机理。绿叶中栅栏组织Fv/Fm(最大光化学效率)更高,而白叶中海绵组织显著增厚,Fv/Fm更高,光合能力增强,补偿了白化的影响,成为叶片光合作用主力组织(Yu et al., 2022)。接下来Chen等又比较了两种猕猴桃白化叶片的光保护策略差异,狗枣猕猴桃的白叶主要通过反射实现光保护,强光下花青素积累,叶片转变为粉色,更有效地保护叶片;而葛枣猕猴桃(Actinidia polygama)强光下仍为白色,具有更强的叶绿素荧光参数,说明它具有更高的强光适应能力(Chen et al., 2023)。Liu等比较了干旱处理下的玉米叶肉细胞和维管束鞘细胞,发现这两种细胞具有不同的不同光保护策略。对玉米完整叶片的分析显示,随着干旱处理程度增强, Fv/Fm、ΦPSII(实际光化学效率)降低,NPQ(非光化学猝灭系数)显著升高。进一步应用叶绿素荧光显微成像的分析结果与完整叶片相符合,并且发现与叶肉细胞相比,维管束鞘细胞 Fv/Fm、ΦPSII更低,干旱胁迫后NPQ升高更显著,不同细胞的变化趋势差异表明它们具有不同的光保护策略,维管束鞘细胞中可能具有更强的热耗散能力(Liu et al., 2022)。