FluorCam葉綠(lv)素熒光(guang)成(cheng)像技術(shu)在(zai)藥用(yong)植物研(yan)究(jiu)中的(de)應用(yong)

FluorCam葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)成(cheng)像技術(shu)是(shi)目(mu)前(qian)使(shi)用(yong)廣、種類(lei)全面、發表(biao)論(lun)文(wen)多(duo)的(de)葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)成(cheng)像技術(shu)，廣泛(fan)應用(yong)於植物和作(zuo)物的(de)光(guang)合生(sheng)理、表(biao)型成像分析(xi)、脅迫與抗性(xing)檢測(ce)、病害檢測(ce)研(yan)究(jiu)、遺(yi)傳育種、生(sheng)理生(sheng)態(tai)學(xue)、初(chu)級(ji)代(dai)謝(xie)與(yu)次(ci)級(ji)代(dai)謝(xie)研(yan)究(jiu)、汙染(ran)生(sheng)態(tai)學(xue)研(yan)究(jiu)檢測(ce)/生物檢測(ce)等研(yan)究(jiu)。

中國是(shi)中草(cao)藥的(de)發(fa)源(yuan)地，大約(yue)有(you)12000種藥用(yong)植物。其中很(hen)多(duo)藥用(yong)植物在世(shi)界範(fan)圍(wei)內(nei)有(you)廣泛(fan)分布(bu)，有(you)些在(zai)國外(wai)傳統醫(yi)學(xue)和(he)現代醫(yi)學(xue)中也有(you)應用(yong)。藥用(yong)植物同樣是(shi)FluorCam葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)成(cheng)像技術(shu)的(de)重要研(yan)究(jiu)對象(xiang)。本(ben)文將(jiang)介紹壹些FluorCam葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)成(cheng)像技術(shu)的(de)國內(nei)外(wai)藥用(yong)植物研(yan)究(jiu)案例。

壹(yi)、藥用(yong)植物光(guang)合表(biao)型、抗逆(ni)及(ji)種植技術(shu)研(yan)究(jiu)

1. 凍(dong)害的(de)熱(re)成像(xiang)和(he)葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)成(cheng)像同步(bu)觀(guan)測

  奧地利(li)因斯(si)布(bu)魯(lu)克大學(xue)研(yan)究(jiu)了千裏(li)光(guang)、香(xiang)樟等的(de)凍(dong)害響(xiang)應。紅外(wai)熱(re)成像(xiang)測(ce)量(liang)反映了(le)凍害擴(kuo)散(san)過(guo)程(cheng)中造(zao)成葉片(pian)溫(wen)度變化的(de)過(guo)程(cheng)，而FluorCam葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)成(cheng)像則(ze)反(fan)映了(le)凍害擴(kuo)散(san)對光(guang)合系(xi)統的(de)損(sun)害。結果顯示，千(qian)裏(li)光(guang)葉(ye)片(pian)溫(wen)度變化是(shi)同(tong)步的(de)，但(dan)其葉尖(jian)的(de)光(guang)合系(xi)統會先受(shou)到(dao)傷(shang)害。而香(xiang)樟(zhang)則(ze)觀(guan)察到(dao)葉(ye)片(pian)的(de)壹(yi)種斑(ban)駁凍結模(mo)式。這反映了(le)這兩(liang)個(ge)物種對凍(dong)害的(de)不(bu)同響(xiang)應方(fang)式(shi)。

參考文獻：Hacker, J., Spindelböck, J. P. & Neuner, G. 2008. Mesophyll freezing and effects of freeze dehydration visualized by simultaneous measurement of IDTA and differential imaging chlorophyll fluorescence. Plant, Cell & Environment 31, 1725 – 1733

2. 鹽(yan)脅迫的(de)耐(nai)受(shou)機制(zhi)

浙江(jiang)農(nong)科(ke)院和浙江(jiang)大學(xue)合作(zuo)研(yan)究(jiu)秋葵(kui)的(de)鹽(yan)脅迫耐受機制(zhi)。葉綠(lv)素熒光(guang)參數(shu)光(guang)化學(xue)效(xiao)率(lv)Fv/Fm作為檢測(ce)植物受脅迫程(cheng)度非(fei)常(chang)靈(ling)敏的(de)無(wu)損(sun)指(zhi)標之(zhi)壹(yi)，已(yi)經得(de)到(dao)了(le)廣泛(fan)的(de)驗證和(he)認可。在這壹研(yan)究(jiu)中，Fv/Fm成像圖作(zuo)為重要的(de)數(shu)據(ju)，反(fan)映鹽(yan)脅迫對光(guang)系(xi)統的(de)損(sun)害程(cheng)度。

參考文獻：Yu C, et al. 2019. The Phosphoproteomic Response of Okra (Abelmoschus esculentus L.) Seedlings to Salt Stress. Int. J. Mol. Sci. 20(6): 1262

3. 調(tiao)控培(pei)養光(guang)質促進(jin)光(guang)合和(he)生(sheng)長(chang)

韓國國立忠(zhong)北大學(xue)使(shi)用(yong)紅綠(lv)藍（RGB）三色LED光(guang)源(yuan)模(mo)擬(ni)了三種單色光(guang)和(he)不(bu)同配比紅藍/紅(hong)綠(lv)藍混(hun)色光(guang)的(de)光(guang)照(zhao)培(pei)養條(tiao)件，研(yan)究(jiu)不(bu)同培(pei)養光(guang)質對黃瓜假(jia)還陽參生(sheng)長(chang)的(de)影響(xiang)。FluorCam葉綠(lv)素熒光(guang)成(cheng)像分析(xi)表(biao)明，藍光(guang)顯著(zhu)提高了非(fei)光(guang)化學(xue)淬(cui)滅系數(shu)NPQ，而(er)紅光(guang)和(he)綠(lv)光(guang)則(ze)降(jiang)低(di)了(le)NPQ。紅綠(lv)藍三色光(guang)中藍光(guang)比例提高會造(zao)成NPQ上(shang)升，紅(hong)光(guang)比例提高則(ze)會使(shi)電子(zi)傳遞速(su)率(lv)ETR上(shang)升。同(tong)時(shi)，紅(hong)綠(lv)藍三色光(guang)培(pei)養時(shi)，莖(jing)生(sheng)物量、葉(ye)面(mian)積(ji)等形(xing)態(tai)學(xue)指(zhi)標要優於(yu)單色光(guang)和(he)紅藍光(guang)。綜(zong)合結果，R8G1B1的(de)光(guang)照(zhao)比例被認為是非(fei)常(chang)好的(de)培(pei)養光(guang)照(zhao)比例。這為相關的(de)藥用(yong)植物大規(gui)模(mo)人工(gong)培(pei)養提供了理論(lun)依(yi)據(ju)和培(pei)養方(fang)案(an)。

參考文獻：Park SY, et al. 2020. Manipulating light quality to promote shoot growth and bioactive compound biosynthesis of Crepidiastrum denticulatum (Houtt.) Pak & Kawano c*ted in plant factories. Journal of Applied Research on Medicinal and Aromatic Plants 16: 100237

二(er)、藥用(yong)植物加(jia)工(gong)與(yu)品(pin)質鑒定

1. 適(shi)合幹(gan)燥(zao)溫(wen)度的(de)篩選(xuan)

米(mi)蘭理工(gong)大學(xue)研(yan)究(jiu)了牛至(zhi)葉(ye)片(pian)在(zai)不(bu)同溫(wen)度下（50°C，55°C，60°C）的(de)通(tong)風(feng)幹(gan)燥(zao)過(guo)程(cheng)。傳統方(fang)法是(shi)通過(guo)檢測(ce)葉片(pian)水(shui)分含(han)量變化來(lai)確(que)定(ding)葉(ye)片(pian)是(shi)否達(da)到(dao)要求。但僅靠(kao)水(shui)分含(han)量，是無法確(que)定(ding)葉(ye)片(pian)是(shi)否已(yi)經真正失活。如果葉片(pian)實(shi)際(ji)還沒(mei)有(you)*失活，那麽(me)在(zai)儲存(cun)和(he)運(yun)輸過(guo)程(cheng)中很(hen)可能會有(you)有(you)效(xiao)成(cheng)分減(jian)少(shao)、黴變(bian)等問題。而(er)通(tong)過(guo)FluorCam葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)技(ji)術(shu)測(ce)量的(de)光(guang)化學(xue)效(xiao)率(lv)Fv/Fm可以非(fei)常(chang)簡(jian)便(bian)直觀(guan)地反映葉(ye)片(pian)活性(xing)。經過(guo)暗(an)適(shi)應處理後，生(sheng)長(chang)良(liang)好(hao)的(de)C3植物葉片(pian)Fv/Fm約(yue)為0.83-0.84。在受(shou)到(dao)脅迫後，這壹數值(zhi)會隨著(zhe)脅迫程(cheng)度的(de)加(jia)劇而(er)線型降低。當(dang)Fv/Fm低(di)於0.1時(shi)，葉(ye)片(pian)已(yi)經處於(yu)*失(shi)活的(de)狀態(tai)。通過(guo)葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)成(cheng)像圖分析(xi)，結合有(you)效(xiao)活性(xing)成分——總(zong)多(duo)酚(fen)量(liang)分析(xi)，研(yan)究(jiu)得(de)到(dao)了(le)適(shi)合的(de)幹(gan)燥(zao)溫(wen)度，確(que)定(ding)了(le)後續(xu)的(de)進(jin)壹(yi)步(bu)加(jia)工(gong)處(chu)理方(fang)法。

參考文獻：Bravin R, 2017, Effect of drying temperature on selected product parameter of oregano and downstream cold atmospheric pressure plasma processing for microbial inactivation, Politecnico Di Milano, Master Thesis

2. 次(ci)生代謝(xie)總(zong)體水(shui)平(ping)

中草(cao)藥的(de)有(you)效(xiao)成(cheng)分主(zhu)要來(lai)源於(yu)植物次(ci)生代謝(xie)所(suo)產(chan)生的(de)壹(yi)系(xi)列復雜(za)化合物，比如多(duo)酚(fen)、黃酮(tong)等。要分析(xi)這些次(ci)生代謝(xie)化合物壹般(ban)都(dou)是(shi)使(shi)用(yong)高效(xiao)液(ye)相色譜(pu)或是(shi)其他(ta)化學(xue)分析(xi)方(fang)法。這些分析(xi)方(fang)法雖(sui)然(ran)高效(xiao)準確(que)，但(dan)很(hen)多(duo)時候只能分析(xi)壹(yi)種或(huo)者(zhe)幾種特(te)定(ding)化合物，難以衡量(liang)植物總(zong)體的(de)次(ci)生代謝(xie)水(shui)平(ping)。同時(shi)由(you)於(yu)需要對植物樣品(pin)進(jin)行(xing)破壞性(xing)處理，因此(ci)無法進(jin)行(xing)次(ci)生代謝(xie)的(de)長(chang)期動態(tai)測量(liang)，也(ye)不(bu)能提供次(ci)生代謝(xie)在(zai)植物不(bu)同部位分布(bu)的(de)相關信息。

而(er)近(jin)幾年(nian)逐漸(jian)成熟(shu)的(de)UV-MCF多(duo)光(guang)譜(pu)熒光(guang)成(cheng)像技術(shu)通(tong)過(guo)檢測(ce)UV紫外(wai)光(guang)激(ji)發的(de)植物多(duo)光(guang)譜(pu)熒光(guang)（Multi-color Fluorescence，MCF），可以獲(huo)得(de)包括(kuo)苯(ben)丙素類(lei)：黃酮(tong)醇（如(ru)楊梅酮(tong)-3-O-蕓香糖(tang)苷、槲(hu)皮(pi)素-3-O-半乳糖(tang)苷、槲(hu)皮(pi)素-3-O-葡萄糖(tang)苷）、羥(qiang)基(ji)肉(rou)桂(gui)酸（如(ru)咖(ka)啡酸）等[Montero, 2016]；植保(bao)素、多(duo)酚(fen)、黃酮(tong)類(lei)、阿魏(wei)酸[Castillo-Lizardo, 2015; Pérez-Bueno, 2016]等壹系列次(ci)生代謝(xie)的(de)總(zong)體水(shui)平(ping)數據(ju)。這壹技術(shu)與(yu)葉綠(lv)素熒光(guang)成(cheng)像技術(shu)結合，已(yi)經廣泛(fan)應用(yong)於脅迫造(zao)成的(de)次(ci)生代謝(xie)響(xiang)應研(yan)究(jiu)中，如西班牙科(ke)學(xue)研(yan)究(jiu)委(wei)員(yuan)會研(yan)究(jiu)了煙草(cao)在(zai)感(gan)染(ran)細菌(jun)性(xing)甘薯(shu)莖(jing)腐病(bing)菌(jun)後光(guang)合能力(li)與次(ci)生代謝(xie)的(de)變(bian)化、中國農(nong)科(ke)院煙草(cao)研(yan)究(jiu)所對煙草(cao)幹(gan)旱(han)抗性(xing)的(de)次(ci)生代謝(xie)研(yan)究(jiu)。

而(er)通(tong)過(guo)藥用(yong)植物次(ci)生代謝(xie)總(zong)體水(shui)平(ping)研(yan)究(jiu)來(lai)快速(su)檢測(ce)其有(you)效(xiao)成(cheng)分的(de)相對含(han)量，無疑是(shi)這壹技術(shu)未(wei)來(lai)的(de)重要應用(yong)方(fang)向(xiang)。目(mu)前(qian)上(shang)開展的(de)工(gong)作(zuo)如(ru)通過(guo)向(xiang)日(ri)葵(kui)次(ci)生代謝(xie)變(bian)化檢測(ce)列當的(de)早期接種；高(gao)光(guang)與(yu)紫外(wai)光(guang)培(pei)養對積(ji)雪草(cao)黃酮(tong)類(lei)化合物含(han)量影響(xiang)等。在可以預(yu)期的(de)未(wei)來(lai)，這壹技術(shu)將(jiang)成為藥用(yong)植物研(yan)究(jiu)的(de)重要工(gong)具之壹(yi)。

參考文獻：

lPérez-Bueno M L, et al. 2016. Temporal and Spatial Resolution of Activated Plant Defense Responses in Leaves of Nicotiana benthamiana Infected with Dickeya dadantii. Front Plant Sci. 6: 1209

lKhan R, et al. 2019. Transcriptome Profiling, Biochemical and Physiological Analyses Provide New Insights towards Drought Tolerance in Nicotiana tabacum L. Genes 10: 1041

lOrtiz-Bustos CM, et al. 2016. Fluorescence Imaging in the Red and Far-Red Region during Growth of Sunflower Plantlets. Diagnosis of the Early Infection by the Parasite Orobanche cumana. Front. Plant Sci. 7:884

lMüller V, et al. 2016. Ecologically relevant UV-B dose combined with high PAR intensity distinctly affect plant growth and accumulation of secondary metabolites in leaves of Centella asiatica L. Urban. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 127: 161–169

三、藥用(yong)植物提取(qu)物開發生(sheng)物農(nong)藥

波(bo)蘭農(nong)業大學(xue)嘗試從葛縷(lv)子(zi)和(he)薄(bo)荷(he)中提取(qu)香(xiang)精(jing)油(you)來(lai)開發生(sheng)態(tai)友(you)好(hao)的(de)植物性(xing)除草(cao)劑。他(ta)們將不(bu)同濃(nong)度的(de)精(jing)油(you)乳液施(shi)加(jia)到(dao)玉(yu)米(mi)和(he)典(dian)型的(de)玉(yu)米(mi)雜(za)草(cao)稗(bai)子(zi)上(shang)。通過(guo)FluorCam葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)成(cheng)像分析(xi)，可以直觀(guan)地獲(huo)得(de)玉米(mi)和(he)稗(bai)子光(guang)合系(xi)統的(de)損(sun)傷(shang)數(shu)據(ju)，從而評(ping)估(gu)精(jing)油(you)的(de)除(chu)草(cao)效(xiao)果(guo)。結果顯示，2.5%濃(nong)度的(de)葛(ge)縷(lv)子(zi)香(xiang)精(jing)油(you)效(xiao)果(guo)非(fei)常(chang)好。它可以在(zai)對玉(yu)米光(guang)合能力(li)不(bu)造(zao)成顯著(zhu)影響(xiang)的(de)情況(kuang)下，明(ming)顯地損傷(shang)稗(bai)子(zi)的(de)光(guang)合系(xi)統，從而達(da)到(dao)抑(yi)制(zhi)雜(za)草(cao)生(sheng)長(chang)同(tong)時(shi)不(bu)對作(zuo)物造(zao)成傷(shang)害的(de)目(mu)的(de)。這為生物農(nong)藥的(de)進(jin)壹(yi)步(bu)開發和(he)商(shang)業(ye)化推(tui)廣提供了理論(lun)依(yi)據(ju)。

參考文獻：Synowiec A, et al. 2019. Carum carvi L. essential oil: A promising candidate for botanical herbicide against Echinochloa crus-galli (L.) P. Beauv. in maize c*tion. Industrial Crops & Products 140: 111652

北京(jing)易(yi)科(ke)泰生(sheng)態(tai)技術(shu)公(gong)司提供藥用(yong)植物研(yan)究(jiu)全面技術(shu)方(fang)案(an)：

lFluorPen、FluorCam葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)/多(duo)光(guang)譜(pu)熒光(guang)技(ji)術(shu)

lSL3500、FytoScope智(zhi)能LED光(guang)源(yuan)與生長(chang)箱

lSpectraPen/PolyPen、Specim高(gao)光(guang)譜(pu)測量(liang)技(ji)術(shu)

lThermo-RGB紅(hong)外(wai)熱(re)成像(xiang)技(ji)術(shu)

lPlantScreen植物高通(tong)量(liang)表(biao)型成像分析(xi)平(ping)臺(tai)

lEcoDrone無(wu)人機遙(yao)感技術(shu)方(fang)案(an)