國(guó)內(nèi)引進(jìn)迄今功能齊全的FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)

    近日，北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司在陜西延安大學(xué)安裝了迄今為止國(guó)內(nèi)功能為齊全的FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)，包括葉綠素?zé)晒獯銣绶治觥⒖焖俟忭憫?yīng)曲線(xiàn)測(cè)量、光合有效輻射吸收系數(shù)測(cè)量、快速熒光誘導(dǎo)曲線(xiàn)OJIP-test以及Q_A再氧化動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)測(cè)量，并能夠?qū)Ω鱾€(gè)測(cè)量參數(shù)及計(jì)算參數(shù)成像。在安裝培訓(xùn)過(guò)程，隨機(jī)使用了在校園里生長(zhǎng)的染病蒲公英進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明該系統(tǒng)運(yùn)行良好，對(duì)于病害的早期檢測(cè)能夠達(dá)到預(yù)期的效果。

    該套FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)既能做常見(jiàn)的葉綠素?zé)晒獯銣绶治觥?duì)各個(gè)參數(shù)（如Fv/Fm、ΦPSII、NPQ、Qp、Rfd等）進(jìn)行成像和快速光響應(yīng)曲線(xiàn)測(cè)量（ETR-PAR或ETR-PPFD），也能夠?qū)夂嫌行л椛湮障禂?shù)（通常采用0.8）測(cè)量成像，并且能夠做快速熒光誘導(dǎo)曲線(xiàn)OJIP的測(cè)量并各個(gè)參數(shù)（如φ_po、φ_Eo 、ψ₀、ABS/RC、TRo/RC、ETo/RC、DIo/RC）的成像，也可以做Q_A再氧化動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)的測(cè)量。

    因此，該成像系統(tǒng)既具備普通葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)的功能，如快速、簡(jiǎn)單、高通量地測(cè)量光合作用；用于植物抗逆性研究，判斷植株是否受到脅迫、找到早期脅迫的部位、評(píng)估脅迫等級(jí)；用于大規(guī)模的高產(chǎn)、高抗性品種篩選等。并且有了OJIP-test及Q_A再氧化動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)這兩項(xiàng)功能的加持，這套系統(tǒng)能夠更準(zhǔn)確地反映光合系統(tǒng)對(duì)光能的吸收、轉(zhuǎn)化以及耗散的情況以及PSII受體側(cè)對(duì)脅迫的響應(yīng)，可用來(lái)開(kāi)展關(guān)于光合結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)致研究。

    測(cè)試前發(fā)現(xiàn)校園草地上生長(zhǎng)的蒲公英葉片上有紅褐色的斑點(diǎn)，這屬于病害的癥狀。遂挖取了一株進(jìn)行測(cè)試，希望利用葉綠素?zé)晒獬上癜l(fā)現(xiàn)肉眼尚不可見(jiàn)病斑、將來(lái)較大概率會(huì)出現(xiàn)可見(jiàn)病斑的綠色葉片（綠色感染葉片），對(duì)病害發(fā)生的部位進(jìn)行預(yù)測(cè)。

    對(duì)上圖所示的一株離體的蒲公英依次進(jìn)行葉綠素?zé)晒獯銣绶治黾翱焖贌晒庹T導(dǎo)曲線(xiàn)OJIP-test測(cè)量，每次測(cè)試前暗適應(yīng)5min。

    葉綠素?zé)晒獯銣绶治龅闹饕獏?shù)的成像圖如下，包括：

Fv/Fm：大光化學(xué)量子效率，表征PSII的光化學(xué)活性和能量轉(zhuǎn)化效率；

φPSII：光下實(shí)際光化學(xué)量子效率，表征PSII實(shí)際光合效率；

Rfd熒光衰減率：光適應(yīng)熒光衰減率，表征植物葉片的光合作用潛力；

NPQ：非光化學(xué)淬滅系數(shù)，表征植物熱耗散水平。

    快速熒光誘導(dǎo)曲線(xiàn)OJIP-test主要參數(shù)的成像圖如下，具體參數(shù)包括：

ABS/RC：反映單位反應(yīng)中心吸收的光能;

TRo/RC：反映單位反應(yīng)中心捕獲的用于還原QA的能量;

ETo/RC：反映單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量;

DIo/RC：反映單位反應(yīng)中心耗散掉的能量。

    由葉綠素?zé)晒獯銣绶治黾翱焖贌晒庹T導(dǎo)曲線(xiàn)OJIP-test的各個(gè)參數(shù)的成像圖可見(jiàn)：

    順時(shí)針對(duì)葉片進(jìn)行編號(hào)后（參見(jiàn)下圖），綠色葉片①、②、④以及帶有病斑的葉片③、⑤、⑥中，①和②（尤其葉尖部分）的熒光參數(shù)和病斑部位相近：如通過(guò)葉綠素?zé)晒獯銣绶治霁@得的大光化學(xué)量子效率、熒光衰減率及熱耗散水平，以及通過(guò)OJIP-test獲得的單位反應(yīng)中心吸收的光能、單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量。且相對(duì)于帶病斑葉片的綠色部位，上述參數(shù)均較低，表現(xiàn)了光系統(tǒng)較弱的能量吸收、有效轉(zhuǎn)化及耗散能力，表明光系統(tǒng)受到一定程度的損傷。

    而④葉片整體和帶病斑葉片的綠色部位相近。此外，同樣為綠色葉片，葉片①和②整個(gè)葉片熒光參數(shù)的異質(zhì)性要高于葉片④，導(dǎo)致異質(zhì)性的來(lái)源極大可能來(lái)自病原體的侵染。據(jù)此推測(cè)，葉片④為綠色健康葉片，葉片①和②為綠色感染葉片。

    因此通過(guò)FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窨焖佟o(wú)損、高通量地測(cè)量植物的光合作用，能夠?qū)χ参镉袩o(wú)受到脅迫、脅迫的具體部位、脅迫的程度進(jìn)行快速的檢測(cè)和評(píng)估，并對(duì)脅迫與光合結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系進(jìn)行細(xì)致的分析、解釋。

    FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)除具備目前上功能為齊全完備的葉綠素?zé)晒獬上癯绦蚝湍K外，還具備紫外激發(fā)的多光譜成像模塊及GFP/YFP穩(wěn)態(tài)熒光成像。前者能夠靈敏、特異性地評(píng)估植物生理狀態(tài)包括受脅迫狀態(tài)，包括干旱、病蟲(chóng)害、環(huán)境污染、氮脅迫等，后者則能夠檢測(cè)熒光蛋白在葉片水平的表達(dá)，直觀(guān)地表現(xiàn)出轉(zhuǎn)錄基因的表達(dá)位置。