模(mo)塊(kuai)式植物(wu)表型分(fen)析(xi)技術(shu)方(fang)案(an)——水(shui)稻病害(hai)與幹(gan)旱抗性(xing)的無(wu)損定量檢測(ce)

    在(zai)農業(ye)生(sheng)產(chan)實(shi)踐中(zhong)，作(zuo)物(wu)經常會(hui)同時面(mian)臨(lin)生(sheng)物(wu)和非生(sheng)物(wu)脅迫(po)的(de)雙重影(ying)響。水(shui)稻作為(wei)種(zhong)植(zhi)面(mian)積(ji)廣的(de)作(zuo)物(wu)，從(cong)而(er)面(mian)臨(lin)壹(yi)系(xi)列的環境挑(tiao)戰(zhan)。在(zai)熱(re)帶和亞熱(re)帶地區(qu)，水(shui)稻面(mian)臨(lin)的(de)主要(yao)非生(sheng)物(wu)脅迫(po)就是(shi)幹(gan)旱脅迫(po)，同時如(ru)稻瘟病(bing)、白葉枯(ku)病(bing)等(deng)生(sheng)物(wu)脅迫(po)也會(hui)嚴(yan)重(zhong)降低(di)水(shui)稻的產(chan)量。氣(qi)候變(bian)化(hua)模(mo)型(xing)則(ze)預測(ce)環(huan)境變化(hua)將(jiang)會(hui)進(jin)壹步(bu)加重這(zhe)兩類(lei)脅迫(po)的(de)發生(sheng)頻(pin)率(lv)與(yu)強(qiang)度(du)。因(yin)此，通(tong)過快(kuai)速(su)、無損(sun)、的植物(wu)表型光學分(fen)析(xi)技術(shu)進(jin)行這(zhe)方(fang)面(mian)的研究就成(cheng)為(wei)了極其迫切(qie)的(de)任(ren)務。

    捷(jie)克(ke)科學院(yuan)變(bian)化(hua)研究所(suo)聯(lian)合美國堪(kan)薩斯州立(li)大(da)學、水(shui)稻研究所(suo)等(deng)單位開(kai)展(zhan)了這(zhe)方(fang)面(mian)的研究。研究者通(tong)過(guo)FP100手持式葉綠素(su)熒(ying)光儀(yi)、FluorCam便攜(xie)式熒(ying)光成(cheng)像(xiang)儀(yi)和WinePen光譜(pu)儀(yi)分(fen)別(bie)測(ce)量(liang)多(duo)種(zhong)近(jin)等(deng)基因(yin)系(xi)水(shui)稻在(zai)不(bu)同脅迫(po)下(xia)的(de)葉(ye)綠(lv)素(su)熒(ying)光參數(shu)與植被指數。

左(zuo)圖(tu)：感(gan)染(ran)稻瘟病(bing)和白葉枯(ku)病(bing)的(de)水(shui)稻；右圖(tu)：實(shi)驗中(zhong)使(shi)用的(de)手持式儀(yi)器(qi)

    葉(ye)綠(lv)素(su)熒(ying)光分(fen)析(xi)表明，光系(xi)統(tong)II大(da)量(liang)子(zi)產(chan)額Fv/Fm、實(shi)際量子(zi)產(chan)額QY_Lss和穩態葉綠(lv)素(su)熒(ying)光Ft_Lss都(dou)可(ke)以有(you)效(xiao)地分(fen)辨稻瘟病(bing)和白葉枯(ku)病(bing)。而(er)在(zai)進(jin)行幹(gan)旱脅迫(po)檢測(ce)時，QY_Lss則(ze)效(xiao)果(guo)不(bu)好(hao)。

感(gan)染(ran)稻瘟病(bing)水(shui)稻葉片(pian)的Fv/Fm葉(ye)綠(lv)素(su)熒(ying)光成(cheng)像(xiang)圖

    通(tong)過(guo)光譜儀(yi)獲(huo)得(de)的植被指數則(ze)表明稻瘟病(bing)和幹(gan)旱可以通(tong)過(guo)可(ke)見光波段的反射光譜植(zhi)被指數來檢測(ce)，而(er)白葉枯(ku)病(bing)可(ke)以通(tong)過(guo)近(jin)紅外波段相(xiang)關的反射光譜植(zhi)被指數來檢測(ce)。

研究中(zhong)使(shi)用的(de)植被指數

    除了葉綠素(su)熒(ying)光技(ji)術(shu)與反射光譜技(ji)術(shu)以外，本(ben)文(wen)獻(xian)作(zuo)者還(hai)提到(dao)了UV紫外光(guang)激(ji)發熒(ying)光來監(jian)測(ce)生(sheng)物(wu)脅迫(po)，即(ji)UV-MCF多(duo)光譜熒(ying)光成(cheng)像(xiang)技術(shu)。這(zhe)壹技術(shu)尤其適(shi)用於(yu)生(sheng)物(wu)脅迫(po)研究，其主要(yao)應用有(you)：1. 作物(wu)病(bing)害(hai)早(zao)期(qi)無(wu)損檢測(ce)；2. 與(yu)FluorCam葉綠素(su)熒(ying)光成(cheng)像(xiang)技術(shu)、Specim高光譜(pu)成(cheng)像(xiang)技術(shu)、紅外熱(re)成像(xiang)技術(shu)聯合(he)運用，研究脅迫(po)尤其是(shi)病害(hai)對光合(he)系(xi)統(tong)、植(zhi)物(wu)防(fang)禦(yu)機(ji)制與(yu)次(ci)生(sheng)代(dai)謝、氣(qi)孔(kong)關閉與葉片(pian)溫(wen)度(du)的影(ying)響。

    鱷(e)梨感(gan)染(ran)白紋羽病的(de)葉綠素(su)熒(ying)光、多(duo)光(guang)譜(pu)熒(ying)光與(yu)熱(re)成像(xiang)分(fen)析(xi)。葉綠(lv)素(su)熒(ying)光成(cheng)像(xiang)反映(ying)光(guang)合系(xi)統(tong)的(de)受損情(qing)況(kuang)；多光譜熒(ying)光成(cheng)像(xiang)反映(ying)植(zhi)物(wu)防(fang)禦(yu)機(ji)制激(ji)活(huo)過程；熱(re)成像(xiang)通過(guo)溫(wen)度(du)變化(hua)反映(ying)病(bing)菌(jun)造成的氣(qi)孔(kong)關閉（Granum E, et al. 2015）。

模(mo)塊(kuai)式植物(wu)表型分(fen)析(xi)技術(shu)方(fang)案(an)推(tui)薦(jian)：

1. 基(ji)礎方(fang)案(an)：FP110手持式葉綠素(su)熒(ying)光儀(yi)+RP410手持式植物(wu)反射光譜儀(yi)或(huo)者廠家定制WinePen
2.  進(jin)階方(fang)案(an)：FluorCam葉(ye)綠(lv)素(su)熒(ying)光成(cheng)像(xiang)系(xi)統(tong)+Specim IQ 手持式高光譜(pu)成(cheng)像(xiang)儀(yi)
3. 方(fang)案(an)：FluorCam多(duo)光(guang)譜熒(ying)光成(cheng)像(xiang)系(xi)統(tong)+ FX10/FX17 輕便型高光譜(pu)成(cheng)像(xiang)儀(yi)或(huo)SisuCHEMA高光譜(pu)掃(sao)描成(cheng)像(xiang)分(fen)析(xi)系(xi)統(tong)

參考(kao)文(wen)獻(xian)：

• Šebela1D, et al. 2017. Chlorophyll fluorescence and reflectance-based non-invasive quantification of blast, bacterial blight and drought stresses in rice. Plant and Cell Physiology，59(1):30-43