SpectraPen/PolyPen手(shou)持(chi)式(shi)光(guang)譜儀應(ying)用(yong)案(an)例(li)—逆境(jing)脅(xie)迫研(yan)究

植物(wu)/藻(zao)類生長過程中會(hui)受到各(ge)種逆境(jing)脅(xie)迫因素的影響(xiang)，對(dui)植(zhi)物(wu)/藻類逆境(jing)脅(xie)迫響(xiang)應(ying)及(ji)其(qi)調控機(ji)制的(de)研(yan)究也(ye)可以說是永恒(heng)的(de)熱(re)點(dian)，甚至(zhi)發展出(chu)了專(zhuan)門(men)的植(zhi)物逆境(jing)生物學(xue)分支。同(tong)時，作物抗逆機(ji)制和(he)抗逆品種選(xuan)育更(geng)是與(yu)糧(liang)食(shi)安全(quan)問題緊密(mi)相(xiang)關(guan)，具(ju)有(you)重大(da)的現實意(yi)義(yi)。

在(zai)植(zhi)物逆境(jing)脅(xie)迫響(xiang)應(ying)研(yan)究經常會綜合利用(yong)光(guang)譜儀、葉綠素(su)熒光(guang)/熒(ying)光(guang)成(cheng)像(xiang)儀、光(guang)合儀等儀器(qi)。光(guang)譜儀測量(liang)的(de)植被反射(she)指數(shu)可以反映色素、結(jie)構(gou)、水(shui)分含(han)量(liang)等方面的(de)變化(hua)，葉綠素(su)熒光(guang)參(can)數(shu)可以反映植物光(guang)合系(xi)統(tong)電子(zi)傳(chuan)遞受損(sun)情(qing)況(kuang)和(he)響(xiang)應(ying)機(ji)制，光(guang)合儀可(ke)以測量(liang)CO₂同(tong)化(hua)速(su)率(lv)、蒸騰速(su)率(lv)並計(ji)算水(shui)分利(li)用(yong)效(xiao)率(lv)，這些(xie)數(shu)據具(ju)備(bei)很高的相(xiang)關(guan)性(xing)和(he)互(hu)補性(xing)，能夠綜合進行植物(wu)脅(xie)迫表型分析(xi)。

水(shui)稻(dao)灌漿期的(de)夜(ye)間(jian)高溫(wen)會(hui)顯(xian)著(zhu)影響(xiang)水(shui)稻(dao)的產(chan)量(liang)。捷(jie)克科(ke)學院變化(hua)研(yan)究中心與(yu)水(shui)稻(dao)研(yan)究所合作研(yan)究夜(ye)間(jian)高溫(wen)對(dui)成熟水(shui)稻(dao)穗(sui)光(guang)學(xue)特性(xing)的(de)變化(hua)追蹤(zong)。研(yan)究者使用(yong)FluorPen手(shou)持(chi)式(shi)葉綠素(su)熒光(guang)儀(yi)測量(liang)了光(guang)合系(xi)統(tong)有(you)效(xiao)光(guang)化(hua)學效(xiao)率(lv)ΦII（也(ye)稱(cheng)為有(you)效(xiao)量(liang)子(zi)產(chan)額(e)QY或(huo)ΦPSII）和(he)穩(wen)態熒(ying)光(guang)Fs。SpectraPen SP100手(shou)持(chi)式(shi)光(guang)譜儀用(yong)於(yu)測量(liang)葉綠素(su)熒光(guang)在(zai)690nm和(he)735nm的(de)兩個波(bo)峰的(de)比值(zhi)F690/F735。同(tong)時使用(yong)PolyPen手(shou)持(chi)式(shi)植(zhi)物反射(she)光(guang)譜測量(liang)儀(yi)的前期型(xing)號(hao)WinePen測量(liang)了反射(she)光(guang)譜曲(qu)線(xian)，並計(ji)算了PRI、mSR705、mND705、R470/R570、R520/R675等9項植被指(zhi)數(shu)。這些(xie)植被(bei)指數(shu)與(yu)水(shui)稻(dao)葉片/穗(sui)的光(guang)合能力、穩(wen)態熒(ying)光(guang)、葉綠素(su)濃度等緊密(mi)相(xiang)關(guan)。結(jie)果(guo)表明(ming)，ΦII可以非(fei)常有(you)效(xiao)地檢(jian)測水(shui)稻(dao)穗(sui)光(guang)學(xue)特性(xing)變化(hua)，同(tong)時ΦII拐點(dian)可準確評估(gu)水(shui)稻(dao)穗(sui)衰(shuai)老(lao)的(de)臨(lin)界(jie)點(dian)（圖1）。而植被指(zhi)數(shu)與(yu)葉綠素(su)熒光(guang)的(de)聯(lian)合測量(liang)則可以給這種表型分析(xi)方(fang)法(fa)提(ti)供(gong)更(geng)高的準確度（圖2）。

圖1. 不同(tong)品(pin)種水(shui)稻(dao)的有(you)效(xiao)量(liang)子(zi)產(chan)額(e)QY時間(jian)趨(qu)勢(shi)
 

圖2. 反射(she)植被(bei)指數(shu)與(yu)葉綠素(su)熒光(guang)參(can)數(shu)的線性(xing)回(hui)歸(gui)系(xi)數(shu)

 
西班牙巴(ba)侖(lun)西(xi)亞(ya)理(li)工(gong)大(da)學為了研(yan)究多種環境(jing)友(you)好型多聚包(bao)膜(mo)尿(niao)素(su)肥(fei)料(liao)對小麥(mai)的(de)增(zeng)產(chan)效(xiao)應(ying)，使(shi)用(yong)多種儀器(qi)測量(liang)的(de)生理(li)指(zhi)標(biao)與(yu)形態(tai)參(can)數(shu)進行綜合分析(xi)。其(qi)中(zhong)N-Pen掌上(shang)氮(dan)素測量(liang)儀(yi)檢測小麥(mai)葉片的葉氮含(han)量、FluorPen手(shou)持(chi)式(shi)葉綠素(su)熒光(guang)儀(yi)測量(liang)光(guang)合系(xi)統(tong)有(you)效(xiao)光(guang)化(hua)學效(xiao)率(lv)ΦPSII，LCpro光(guang)合儀測量(liang)CO₂同(tong)化(hua)速(su)率(lv)、蒸騰速(su)率(lv)、氣(qi)孔(kong)導(dao)度(du)和(he)胞(bao)間(jian)CO₂濃度（圖3）。結(jie)果(guo)表明(ming)這些(xie)新型(xing)肥(fei)料(liao)能夠有(you)效(xiao)減(jian)少(shao)氮損耗造成(cheng)的(de)影響(xiang)。
 

圖3. 左：施(shi)加不同(tong)肥(fei)料(liao)的小麥(mai)；右(you)上：氮(dan)素(su)含(han)量、有(you)效(xiao)光(guang)化(hua)學效(xiao)率(lv)ΦPSII及(ji)形(xing)態學(xue)指標；右(you)下：CO₂同(tong)化(hua)速(su)率(lv)和(he)胞(bao)間(jian)CO₂濃度

 
FluorPen手(shou)持(chi)式(shi)葉綠素(su)熒光(guang)儀(yi)是壹(yi)款(kuan)性(xing)價(jia)比*的植(zhi)物(wu)葉綠素(su)熒光(guang)儀(yi)，具(ju)備(bei)測量(liang)脈沖(chong)調制式(shi)熒(ying)光(guang)淬(cui)滅(mie)曲(qu)線(xian)和(he)OJIP快(kuai)速(su)熒(ying)光(guang)動力(li)學(xue)曲(qu)線(xian)的(de)功能，同(tong)時配備(bei)多種探頭適(shi)用(yong)於(yu)不同(tong)實(shi)驗(yan)需(xu)求。LCpro光(guang)合儀是壹(yi)款(kuan)輕(qing)便(bian)可(ke)靠的(de)光(guang)合測定儀(yi)器(qi)，應(ying)用(yong)時間(jian)差分IRGA（紅(hong)外氣(qi)體分析(xi)）CO₂分析(xi)模(mo)塊(kuai)和(he)雙激(ji)光(guang)調諧(xie)快速(su)響(xiang)應(ying)水(shui)蒸(zheng)氣(qi)傳感器(qi)精(jing)密(mi)測量(liang)葉片表面CO₂濃度及(ji)水(shui)分的(de)變化(hua)情(qing)況(kuang)來考(kao)察葉片與(yu)植物(wu)光(guang)合作用(yong)相(xiang)關(guan)的參(can)數(shu)。通(tong)過人(ren)工光(guang)源(yuan)、CO2控制單(dan)元和(he)溫(wen)度(du)控制單(dan)元可(ke)以同(tong)時準確調控環境(jing)條(tiao)件，從(cong)而測定光(guang)強(qiang)、CO₂濃度和(he)溫(wen)度(du)對植物光(guang)合系(xi)統(tong)的影響(xiang)。本儀器(qi)可(ke)在(zai)高濕(shi)度、多塵等惡(e)劣環境(jing)中(zhong)使用(yong)，具(ju)有(you)廣(guang)泛的(de)適(shi)用(yong)性(xing)（圖4）。
 

圖4. 左：FluorPen葉綠素(su)熒光(guang)儀(yi)；右：LCpro光(guang)合儀

 
參(can)考(kao)文獻(xian)：
1. D Šebela, et al. 2015. Temporal chlorophyll fluorescence signals to track changes in optical properties of maturing rice panicles exposed to high night temperature. Field Crops Research 177: 75-85
2. Gil-Ortiz R et al. 2020. New Eco-Friendly Polymeric-Coated Urea Fertilizers Enhanced Crop Yield in Wheat. Agronomy 10: 438
 
北(bei)京易(yi)科(ke)泰生態技(ji)術公司(si)提(ti)供(gong)植(zhi)物逆境(jing)脅(xie)迫研(yan)究全(quan)面技(ji)術方案(an)：
l FluorPen/AquaPen手(shou)持(chi)儀(yi)葉綠素(su)熒光(guang)儀(yi)
l FluorCam葉綠素(su)熒光(guang)成(cheng)像(xiang)系(xi)統(tong)
l FL6000雙調制式(shi)葉綠素(su)熒光(guang)測量(liang)系(xi)統(tong)
l TL6000葉綠素(su)熱釋(shi)光(guang)測量(liang)系(xi)統(tong)
Thermo-RGB紅(hong)外熱(re)成像(xiang)技術l SpectraPen/PolyPen、Specim高光(guang)譜測量(liang)技(ji)術
l PlantScreen植物(wu)高通(tong)量表型成(cheng)像(xiang)分析(xi)平臺(tai)