PlantScreen植物表型(xing)應用(yong)—衰(shuai)老(lao)與(yu)防禦(yu)途(tu)徑對(dui)雜交(jiao)種優(you)勢(shi)的貢(gong)獻(xian)

雜交(jiao)在促(cu)進(jin)作(zuo)物(wu)生長與(yu)產量上*，因(yin)而被(bei)廣(guang)泛應(ying)用(yong)於農業(ye)生產。但雜交(jiao)的分(fen)子(zi)機(ji)制仍然不(bu)是很(hen)清楚(chu)。新(xin)的證(zheng)據(ju)表明，水(shui)楊酸(suan)水(shui)平(ping)降低調(tiao)節(jie)的相關(guan)基(ji)因(yin)表達，會(hui)造(zao)成某(mou)些(xie)雜交(jiao)種基(ji)礎防(fang)禦(yu)能力降(jiang)低，從(cong)而(er)影(ying)響到(dao)這(zhe)些(xie)雜交(jiao)種的活(huo)力。

澳(ao)大(da)利(li)亞聯邦(bang)科(ke)學與(yu)工業(ye)研(yan)究組(zu)織(zhi)（CSIRO）、浙江大(da)學(xue)、澳(ao)大(da)利(li)亞國立大(da)學(xue)等科研(yan)機(ji)構合作(zuo)，將(jiang)水(shui)楊酸(suan)分(fen)解酶(mei)水(shui)楊酸(suan)鹽(yan)羥化(hua)酶(mei)（NahG）引(yin)入(ru)到(dao)擬南芥中，降低的水(shui)楊酸(suan)水(shui)平(ping)造(zao)成了植物增大(da)。進(jin)壹步研(yan)究發現，在植物防禦(yu)與(yu)葉片衰(shuai)老(lao)相關(guan)基(ji)因(yin)和途(tu)徑表達上產生了壹(yi)系(xi)列差(cha)異變(bian)化(hua)。

CSIRO的PlantScreen模塊式(shi)高通量(liang)植物表型(xing)成像分析系(xi)統(tong)

研(yan)究人員使用(yong)PlantScreen植物表型(xing)成像分析系(xi)統(tong)監(jian)測(ce)擬南芥的生長過(guo)程。系(xi)統(tong)中(zhong)的RGB成像單元(yuan)可以在(zai)采集(ji)彩色(se)圖(tu)像的過(guo)程中(zhong)分(fen)析包(bao)括冠(guan)層直徑在內(nei)的壹(yi)系(xi)列形(xing)態學(xue)指標(biao)。而稱重單元(yuan)則可以(yi)記錄其鮮(xian)重的變(bian)化(hua)。

在(zai)對(dui)擬南芥的衰(shuai)老(lao)過程進(jin)行評(ping)估(gu)時，RGB成像單元(yuan)的色(se)彩分(fen)析功能可以(yi)通過(guo)葉(ye)片顏(yan)色(se)的變(bian)化(hua)對(dui)衰(shuai)老(lao)程度進(jin)行定量和分(fen)級。在本(ben)研(yan)究中，20%-50%葉片變黃(huang)認為(wei)是“部(bu)分衰(shuai)老(lao)”，葉片全(quan)部(bu)變黃(huang)認為(wei)是“*衰(shuai)老(lao)”。

但(dan)是(shi)，僅(jin)僅(jin)通過(guo)葉(ye)片顏(yan)色(se)是(shi)無(wu)法(fa)真(zhen)正(zheng)反(fan)映衰(shuai)老(lao)過程的生理變化(hua)尤(you)其是(shi)光合生理變化(hua)，同(tong)時顏(yan)色(se)變(bian)黃(huang)也(ye)很(hen)難進(jin)行嚴(yan)格(ge)的定量和定義。PlantScreen植物表型(xing)成像分析系(xi)統(tong)中(zhong)的FluorCam葉(ye)綠素(su)熒(ying)光成像單元(yuan)則解決了這(zhe)壹問題。通過(guo)FluorCam葉(ye)綠素(su)熒(ying)光成像圖(tu)分(fen)析軟件(jian)自(zi)帶(dai)的面(mian)積校準(zhun)功(gong)能，可以(yi)過得真(zhen)實的葉(ye)綠素(su)分(fen)布面(mian)積（下(xia)圖(tu)A左）。測量得到(dao)的PSII大(da)光化(hua)學(xue)效(xiao)率(lv)（Fv/Fm），既可(ke)以(yi)反映葉(ye)片衰(shuai)老(lao)過程中(zhong)光合能力的變(bian)化(hua)，同(tong)時也可(ke)以(yi)識別(bie)葉(ye)片是否死亡(wang)（下(xia)圖(tu)A中(zhong)，圖(tu)中(zhong)黑色(se)虛(xu)線(xian)代(dai)表Fv/Fm≤0.3為(wei)死亡(wang)葉片）。兩者(zhe)相乘即為(wei)總光合能力（下(xia)圖(tu)A右(you)）。同(tong)時配合PlantScreen系(xi)統(tong)的自(zi)動測量(liang)與(yu)分析功能，就可(ke)以計(ji)算葉片變黃(huang)和光合能力的變(bian)化(hua)率(lv)（下(xia)圖(tu)B），準(zhun)確劃(hua)分(fen)不(bu)同(tong)生長階(jie)段（下(xia)圖(tu)C）。

在(zai)中(zhong)國雜交(jiao)小麥(mai)、超高產雜交(jiao)水(shui)稻、雜交(jiao)玉(yu)米等研(yan)究中，科學家(jia)已經發現了雜交(jiao)造(zao)成的光合能力提(ti)高、衰(shuai)老(lao)延遲、葉面(mian)積增加(jia)等現象(xiang)。以PlantScreen植物表型(xing)成像分析系(xi)統(tong)為(wei)代表的先進(jin)植物表型(xing)研(yan)究技(ji)術(shu)能夠為(wei)相關(guan)研(yan)究提供有(you)力的科(ke)研(yan)工具(ju)。

中(zhong)國(guo)水(shui)稻研(yan)究所建(jian)設(she)中(zhong)的PlantScreen高通量(liang)植物表型(xing)成像分析系(xi)統(tong)

參(can)考文(wen)獻(xian)：

Gonzalez-Bayon R, et al. 2019. Senescence and defense pathways contribute to heterosis. Plant Physiology 180: 240–252