PlantScreen植物(wu)表(biao)型(xing)成像系(xi)統應用(yong)於(yu)萵(wo)苣(ju)的(de)鹽分脅迫表型分析(xi)

        目(mu)前，農(nong)業都受(shou)到土壤(rang)和(he)灌溉水(shui)鹽分升(sheng)高(gao)的(de)威脅(xie)。大約(yue)50%的(de)灌溉農(nong)田(tian)都受(shou)到了鹽分的影(ying)響。2013年(nian)的(de)經濟分析(xi)指出(chu)由(you)於(yu)鹽分誘發的(de)土(tu)壤(rang)退化和(he)作(zuo)物(wu)產(chan)量(liang)損(sun)失在(zai)造成了273億美元(yuan)的(de)損(sun)失。作為壹種(zhong)重要(yao)的蔬菜作物(wu)，萵(wo)苣(ju)（Lactuca sativa L.）在(zai)世(shi)界(jie)範圍內(nei)進(jin)行了廣(guang)泛(fan)的種(zhong)植。萵(wo)苣(ju)產(chan)量(liang)高(gao)的(de)國家有(you)美國(guo)、歐(ou)盟(meng)和(he)中國。而萵(wo)苣(ju)對(dui)鹽分就(jiu)是(shi)非常(chang)敏感(gan)的。鹽分脅迫會造成萵(wo)苣(ju)生(sheng)物(wu)量(liang)減少、誘發葉(ye)燒病(bing)和早(zao)衰(shuai)。

    美(mei)國(guo)農(nong)業部（USDA）的(de)科(ke)學(xue)家嘗試確(que)定(ding)萵(wo)苣(ju)鹽脅迫的關鍵(jian)生(sheng)理(li)性(xing)狀，用於篩選(xuan)高耐鹽的萵(wo)苣(ju)品(pin)種(zhong)。從開(kai)始，他(ta)們就(jiu)把(ba)關註點(dian)放(fang)在(zai)了葉(ye)綠素(su)熒(ying)光動力學(xue)分析(xi)上。與(yu)傳(chuan)統的作(zuo)物(wu)表(biao)型(xing)測(ce)量（鮮(xian)重、葉(ye)面(mian)積、葉(ye)綠素(su)指數、CO₂同(tong)化(hua)速(su)率(lv)等）相比，壹方(fang)面(mian)光系(xi)統對各(ge)種(zhong)生(sheng)物(wu)和(he)非(fei)生(sheng)物(wu)脅(xie)迫因素(su)都非常(chang)敏(min)感，而葉(ye)綠素(su)熒(ying)光成像分析(xi)可(ke)以(yi)無損(sun)地直接(jie)測(ce)量脅(xie)迫對光系(xi)統的損(sun)傷程(cheng)度和(he)機(ji)理；另(ling)壹方(fang)面(mian)，葉(ye)綠素(su)熒(ying)光成像分析(xi)技術與(yu)自動傳(chuan)送(song)系(xi)統集合(he)，能夠實現(xian)對大量樣品的高通(tong)量無損(sun)快速(su)檢測(ce)，非常(chang)適(shi)用(yong)於(yu)作(zuo)物(wu)品(pin)種(zhong)的篩選(xuan)。他(ta)們使(shi)用(yong)的(de)PlantScreen XYZ植物(wu)表(biao)型(xing)成像分析(xi)系(xi)統就(jiu)能夠將這兩方(fang)面(mian)的優(you)勢完美地結合(he)起(qi)來(lai)。

實(shi)驗(yan)中使用了球生(sheng)菜(cai)、奶油生(sheng)菜(cai)、直立(li)生(sheng)菜(cai)、葉(ye)生(sheng)菜(cai)等不同(tong)的(de)栽(zai)培品種(zhong)和萵(wo)苣(ju)的(de)野(ye)生(sheng)親緣種(zhong)L. serriola L，共240株(zhu)樣品進(jin)行了葉(ye)綠素(su)熒(ying)光成像分析(xi)。

葉(ye)綠素(su)熒(ying)光動力學(xue)曲線

葉(ye)綠素(su)熒(ying)光分析(xi)數據(ju)及相應成像圖(tu)

   研(yan)究(jiu)者重點(dian)分析(xi)了QY_max（Fv/Fm）大光化(hua)學(xue)效(xiao)率(lv)、Fv/Fm_L光適(shi)應(ying)大光化(hua)學(xue)效(xiao)率(lv)、NPQ非光化(hua)學(xue)淬滅(mie)（大熒(ying)光）、qN非(fei)光化(hua)學(xue)淬滅(mie)（可(ke)變熒(ying)光）、qP光化(hua)學(xue)淬滅(mie)、QY實際(ji)光化(hua)學(xue)效(xiao)率(lv)（量子(zi)產(chan)額）、Rfd熒(ying)光衰(shuai)減比率(lv)等熒(ying)光參(can)數。

    同(tong)時(shi)，葉(ye)綠素(su)熒(ying)光成像圖(tu)經(jing)過校(xiao)準(zhun)後(hou)，還可(ke)以(yi)直接(jie)獲(huo)得(de)整株(zhu)植物(wu)具(ju)備光合(he)活性(xing)的葉(ye)面(mian)積。結合(he)熒(ying)光參(can)數還可(ke)以(yi)對(dui)葉(ye)面(mian)積進(jin)行不同(tong)脅(xie)迫程度的(de)定(ding)量分級(ji)和(he)圖(tu)像(xiang)分割(ge)。

    熒(ying)光數據(ju)與鮮(xian)重等(deng)傳(chuan)統表型(xing)數據(ju)進(jin)行了相關(guan)性(xing)分析(xi)和主成分分析(xi)，結果(guo)表(biao)明(ming)敏感栽(zai)培(pei)種(zhong)的特(te)征是(shi)低QY，qN，NPQ和(he)Rfd，而耐受(shou)栽培種(zhong)的特(te)征是(shi)高QY_max，Fv/Fm_L和(he)QY_D。論(lun)文結尾建(jian)議在(zai)篩選(xuan)高耐受(shou)品系(xi)時以(yi)較高的(de)葉(ye)面(mian)積配合(he)較高的(de)Fv/Fm和(he)QY作為初篩指標(biao)。

    論(lun)文作者(zhe)由(you)於(yu)使(shi)用(yong)的是(shi)PlantScreen表型(xing)分析(xi)系(xi)統的簡(jian)化(hua)型號，因此不得(de)不使(shi)用(yong)其(qi)他(ta)儀(yi)器(qi)和(he)生(sheng)長箱(xiang)進(jin)行培(pei)養(yang)和(he)形態(tai)學(xue)測(ce)量。而實際(ji)上PlantScreen植物(wu)表(biao)型(xing)成像系(xi)統可(ke)以(yi)整合(he)LED植物(wu)智(zhi)能(neng)培養、自動化控(kong)制系(xi)統、葉(ye)綠素(su)熒(ying)光成像測(ce)量分析(xi)、植物(wu)熱(re)成像分析(xi)、植物(wu)近(jin)紅外(wai)成像分析(xi)、植物(wu)高(gao)光譜(pu)分析(xi)、自動條(tiao)碼識(shi)別(bie)管(guan)理(li)、RGB真彩3D成像、自動稱重與(yu)澆灌等多(duo)項先(xian)進(jin)技術，理(li)想(xiang)情況下(xia)可(ke)以(yi)自(zi)動無人(ren)值守(shou)監測(ce)植物(wu)整個生(sheng)活史的光合(he)、形態(tai)、光譜(pu)特(te)性(xing)等表型數據(ju)並(bing)進(jin)行初步(bu)分析(xi)。

      同時(shi)葉(ye)綠素(su)熒(ying)光表(biao)型(xing)分析(xi)也並(bing)不局(ju)限(xian)於(yu)萵(wo)苣(ju)這(zhe)樣的蔬菜和鹽脅迫。幾乎(hu)所有(you)的植物(wu)/作(zuo)物(wu)和(he)脅(xie)迫都可(ke)以(yi)用(yong)葉(ye)綠素(su)熒(ying)光成像技術進(jin)行表(biao)型(xing)分析(xi)。

葉(ye)綠素(su)熒(ying)光成像技術在(zai)植物(wu)脅(xie)迫中的應用(yong)（岑海(hai)燕(yan)，2018）

參(can)考(kao)文獻：

Adhikari N D, et al. 2019. Phenomic and Physiological Analysis of Salinity Effects on Lettuce. Sensors, 19: 4814