葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)成(cheng)像(xiang)技(ji)術應(ying)用——水(shui)稻(dao)脅(xie)迫響應(ying)分(fen)析(xi)

水(shui)稻(dao)生長(chang)過(guo)程(cheng)中，易(yi)遭(zao)受(shou)各種(zhong)非生物(wu)脅(xie)迫（如幹旱(han)、鹽(yan)堿）與生物(wu)脅(xie)迫（稻瘟(wen)病(bing)、白(bai)葉(ye)枯(ku)病(bing)等），從而嚴(yan)重(zhong)影響水(shui)稻(dao)生產(chan)。針(zhen)對上述脅(xie)迫對水(shui)稻(dao)產(chan)生的影響(xiang)進(jin)行可(ke)重(zhong)復的表型(xing)分(fen)析(xi)是壹項嚴(yan)峻(jun)挑戰。植物(wu)吸收的光(guang)能(neng)主要用以(yi)進(jin)行光(guang)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)、熱耗散及(ji)發出葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)，三(san)種(zhong)途徑(jing)互(hu)為(wei)競爭(zheng)，此(ci)消(xiao)彼長(chang)。脅(xie)迫可(ke)能引(yin)起植物(wu)光(guang)反(fan)應(ying)系(xi)統中的捕光(guang)復合體結(jie)構(gou)改(gai)變(bian)，光(guang)能(neng)的利用(yong)及(ji)分(fen)配變(bian)化(hua)，光(guang)合色(se)素減少，相(xiang)關(guan)代(dai)謝(xie)變(bian)化(hua)等，從而影響(xiang)葉(ye)片的光(guang)學(xue)性質(zhi)。葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)技(ji)術可(ke)直(zhi)接、無損(sun)測量光(guang)量子效(xiao)率等光(guang)合生理參數並(bing)獲(huo)取成像(xiang)圖(tu)，作(zuo)為(wei)反(fan)映(ying)植物(wu)光(guang)合生理狀態的重(zhong)要量化指(zhi)標(biao)，廣泛(fan)應用(yong)於(yu)水(shui)稻(dao)研(yan)究(jiu)的方(fang)方(fang)面面。

案例(li)1：捷(jie)克(ke)科學(xue)院的David等，通過(guo)Fluorcam葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)成(cheng)像(xiang)，對受稻(dao)瘟(wen)病(bing)、白(bai)葉(ye)枯(ku)病(bing)及幹旱(han)脅(xie)迫的不同水(shui)稻(dao)水(shui)稻(dao)品(pin)種(zhong)進行(xing)了(le)無(wu)損檢測(ce)。結(jie)果顯(xian)示(shi)，肉(rou)眼上沒有(you)受脅(xie)迫變(bian)化(hua)的葉(ye)片，Fv/Fm（大光(guang)量子效(xiao)率）實(shi)際(ji)已(yi)經(jing)降(jiang)低，脅(xie)迫對植物(wu)的影響(xiang)已(yi)經(jing)產(chan)生，且(qie)隨(sui)著(zhe)脅(xie)迫時間(jian)增(zeng)加，Fv/Fm降(jiang)低的面積越大，尤其(qi)部(bu)分(fen)易(yi)感(gan)品(pin)種(zhong)Fv/Fm降低明(ming)顯。表(biao)明(ming)葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)成(cheng)像(xiang)及(ji)測(ce)量技(ji)術能(neng)靈敏檢(jian)測(ce)出植物(wu)遭(zao)受(shou)脅(xie)迫後的生理變(bian)化(hua)，並(bing)且(qie)為(wei)品(pin)種(zhong)抗逆篩選(xuan)提(ti)供(gong)量化指(zhi)標(biao)。

A稻(dao)瘟(wen)病(bing)感(gan)染組   B白(bai)葉(ye)枯(ku)病(bing)感(gan)染組

稻(dao)瘟(wen)病(bing)感(gan)染組葉(ye)片Fv/Fm

白(bai)葉(ye)枯(ku)病(bing)感(gan)染組葉(ye)片Fv/Fm

此(ci)外，研究(jiu)中還(hai)使用了使用手持式儀(yi)器進行(xing)溫室(shi)、野外檢測(ce)。通過(guo)FluorPen手持式葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)測(ce)量儀檢(jian)測樣本(ben)光(guang)合生理，分(fen)析(xi)脅(xie)迫影響(xiang)下水(shui)稻(dao)ΦPSⅡ（PSⅡ光(guang)量子效(xiao)率）、Ft（實(shi)時(shi)熒(ying)光(guang)）兩(liang)個(ge)葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)參數的響應(ying)。通(tong)過(guo)PolyPen（原WinePen）手持式光(guang)譜測量儀，檢(jian)測脅(xie)迫導(dao)致的水(shui)稻(dao)反(fan)射(she)光(guang)譜變(bian)化(hua)，獲(huo)取與稻瘟(wen)病(bing)、葉(ye)綠(lv)素、光(guang)合作用等有關的植被指(zhi)數(shu)，分(fen)析(xi)這(zhe)些(xie)植被指(zhi)數(shu)與水(shui)稻(dao)生理狀態變(bian)化(hua)的相(xiang)關(guan)性。

案例(li)2：意大利帕多瓦大學(xue)的Elide Formentin等從轉錄組(zu)和細(xi)胞(bao)生理分(fen)析(xi)的角(jiao)度研(yan)究(jiu)水(shui)稻(dao)鹽(yan)脅(xie)迫適應性和(he)耐(nai)受性，其(qi)中針(zhen)對耐鹽(yan)水(shui)稻(dao)Baldo和(he)鹽(yan)敏感(gan)品(pin)種(zhong)Vialone Nano的不同葉(ye)片進(jin)行Fluorcam葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)成(cheng)像(xiang)分(fen)析(xi)。結(jie)果顯(xian)示(shi)，Vialone Nano的所有(you)葉(ye)片的ΦPSⅡ在脅(xie)迫第二(er)天(tian)即(ji)明(ming)顯降(jiang)低，並(bing)隨(sui)著(zhe)脅(xie)迫持續(xu)下降，說明(ming)其在鹽(yan)脅(xie)迫下光(guang)合效率不斷(duan)降低且未(wei)長(chang)出(chu)第(di)4葉(ye)；Baldo的第1葉(ye)ΦPSⅡ在脅(xie)迫第6天(tian)發生明(ming)顯降(jiang)低，而其他(ta)葉(ye)片*天(tian)均未(wei)發生顯(xian)著變(bian)化(hua)，新(xin)長(chang)出(chu)的第4葉(ye)光(guang)合狀態正(zheng)常。

成(cheng)像(xiang)結(jie)果圖(tu)還(hai)直(zhi)觀顯(xian)示(shi)出葉(ye)片脅(xie)迫響應(ying)的同質(zhi)性。相(xiang)比(bi)對照組(zu)，Vialone Nano脅(xie)迫組同壹葉(ye)片的ΦPSⅡ，在第(di)3天(tian)即(ji)呈(cheng)現整(zheng)葉(ye)均(jun)壹、劇烈的下降，Baldo脅(xie)迫組葉(ye)片ΦPSⅡ變(bian)化(hua)則(ze)呈(cheng)現非均(jun)壹性，第(di)6天(tian)起，才(cai)出現葉(ye)片個(ge)別(bie)部(bu)位ΦPSⅡ降(jiang)低。

研究(jiu)中還(hai)發現，在耐(nai)鹽(yan)品(pin)種(zhong)Baldo鹽脅(xie)迫組的第2葉(ye)、第(di)3葉(ye)的NPQ（非光(guang)化(hua)學(xue)熒光(guang)淬(cui)滅）顯(xian)著高(gao)於(yu)對照，且(qie)ΦPSⅡ保(bao)持在較高(gao)狀(zhuang)態的葉(ye)片區(qu)域其NPQ越高(gao)，而在Vialone Nano中則(ze)未(wei)出現這(zhe)種(zhong)趨勢。說明(ming)NPQ的升高(gao)與水(shui)稻(dao)應(ying)對脅(xie)迫的能力(li)有(you)關(guan)。

光(guang)合生理是水(shui)稻(dao)遺(yi)傳(chuan)分(fen)析(xi)、表型(xing)研(yan)究(jiu)中的重(zhong)要環節，光(guang)合狀態直(zhi)接、靈敏地反(fan)應(ying)植物(wu)的生長(chang)狀(zhuang)態(tai)。易(yi)科泰作為(wei)葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)技(ji)術機(ji)構(gou)PSI的國內*家(jia)代理服務(wu)中心(xin)，下設植物(wu)葉(ye)綠(lv)素技(ji)術與植物(wu)表型(xing)業務部(bu)，可(ke)提(ti)供(gong)全面的Fluorcam葉(ye)綠(lv)素熒光(guang)研(yan)究產(chan)品(pin)與方(fang)案。

參考(kao)文獻(xian)：

2. Sebela, Quinones, V.cruz, et al. Chlorophyll Fluorescence and Reflectance-Based Non-Invasive Quantification of Blast, Bacterial Blight and Drought Stresses in Rice[J]. Plant & Cell Physiology, 2018.

2. Elide F , Cristina S , Giorgio P , et al. Transcriptome and Cell Physiological Analyses in Different Rice C*rs Provide New Insights Into Adaptive and Salinity Stress Responses[J]. Frontiers in Plant Science, 2018, 9:204.