熱釋光(guang)技術(shu)快(kuai)速檢測(ce)植(zhi)物(wu)脂(zhi)質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)

由高(gao)溫(wen)、低溫(wen)、幹(gan)旱(han)、重(zhong)金(jin)屬以及病蟲(chong)害(hai)引起的植物(wu)脅(xie)迫(po)，導(dao)致(zhi)每年農(nong)作(zuo)物(wu)的產量(liang)降低，品質(zhi)下降。各(ge)類(lei)脅(xie)迫(po)都(dou)會(hui)導(dao)致(zhi)活(huo)性(xing)氧（ROS）的累積。當(dang)植物(wu)細(xi)胞(bao)的細胞膜或(huo)者(zhe)細(xi)胞(bao)器(qi)膜的磷脂分子(zi)受(shou)到ROS攻(gong)擊之(zhi)後，便會(hui)發生(sheng)脂質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)反(fan)應(ying)，形成(cheng)脂(zhi)質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)產物(wu)。脂(zhi)質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)使細胞(bao)膜(mo)的流動性(xing)和通透性(xing)發生(sheng)改變(bian)，最終(zhong)導(dao)致(zhi)細(xi)胞結(jie)構和功(gong)能的改變(bian)。

目前(qian)，脂(zhi)質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)通常(chang)通過(guo)測(ce)定降解產物(wu)（如丙(bing)二(er)醛(quan)MDA）含(han)量(liang)或(huo)檢測(ce)抗(kang)氧(yang)化(hua)劑活性(xing)進行評估(gu)，前(qian)者(zhe)可(ke)采(cai)用(yong)熒(ying)光(guang)法或(huo)TBA法(fa)，後者(zhe)往往采(cai)用(yong)高(gao)效(xiao)液相(xiang)色(se)譜(pu)法或(huo)紫(zi)外(wai)可(ke)見光分(fen)光(guang)光度(du)法(fa)。這(zhe)些(xie)檢測(ce)方法各(ge)有優(you)缺(que)點，如TBA-MDA法(fa)設(she)備(bei)要(yao)求(qiu)低，但靈敏度差；高(gao)效(xiao)液相(xiang)色(se)譜(pu)法儀器(qi)定量(liang)明(ming)確，但儀器(qi)昂貴、操(cao)作(zuo)繁瑣。

本(ben)文介紹壹(yi)種快速簡(jian)單(dan)的檢測(ce)方法。該方法基(ji)於(yu)植物(wu)熱釋光(guang)技術(shu)。通過(guo)測(ce)定的TL曲線的特征波峰快(kuai)速檢測(ce)植(zhi)物(wu)的氧化(hua)脅(xie)迫(po)，測(ce)定脂質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)水(shui)平。

晶(jing)體(ti)受(shou)到輻(fu)射(she)照(zhao)射(she)後，會(hui)產生自(zi)由電子(zi)，這(zhe)些(xie)電子(zi)被(bei)晶格(ge)缺(que)陷俘(fu)獲而積(ji)攢(zan)起來(lai)，在加(jia)熱過(guo)程(cheng)中(zhong)以光(guang)的形式釋放(fang)出來(lai)。這(zhe)種現(xian)象(xiang)即為熱釋光(guang)（英(ying)文名(ming)稱(cheng)Thermoluminescence，縮寫(xie)為(wei)TL）。

熱釋光(guang)測(ce)定基(ji)本的實驗(yan)過(guo)程(cheng)是將(jiang)葉(ye)片或(huo)藻液快(kuai)速冷凍到某(mou)壹(yi)溫(wen)度(du)，之(zhi)後給葉(ye)片壹(yi)個足(zu)夠強，但時(shi)間(jian)盡(jin)量(liang)短(duan)（壹(yi)般<5µs）的單反(fan)轉光(guang)（single turn-over flash），用於(yu)誘導(dao)熱釋光(guang)；然後逐漸升溫(wen)，同(tong)時(shi)測(ce)量(liang)樣(yang)品(pin)放(fang)出的熱釋光(guang)，繪制(zhi)TL譜帶(dai)。

目(mu)前(qian)商(shang)業(ye)化(hua)的植物(wu)熱釋光(guang)測(ce)量(liang)系統為TL6000。北京(jing)易科泰生態(tai)技術(shu)有(you)限公司(si)提(ti)供TL6000完備(bei)的系統配(pei)置及專(zhuan)業(ye)的售(shou)後服務(wu)。

 大(da)量(liang)研究發現(xian)：熱釋光(guang)測(ce)量(liang)能夠反(fan)映(ying)光合生(sheng)物(wu)的脂質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)水(shui)平。熱釋光(guang)強度會(hui)在120℃至140℃升溫(wen)過(guo)程(cheng)產(chan)生特(te)異性(xing)波峰。該(gai)波峰代表由三(san)重態(tai)羰(tang)基(ji)及單(dan)線態(tai)氧引起的脂質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)的水(shui)平，即波峰越高(gao)脂質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)程(cheng)度(du)越高(gao)，並(bing)且波峰高(gao)低與(yu)其(qi)他脂(zhi)質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)檢測(ce)指(zhi)標存在相關關系。如下圖，熱釋光(guang)特征(zheng)峰強度與(yu)MDA濃(nong)度(du)呈(cheng)現(xian)較強的線性(xing)相關性(xing)（黑色(se)實(shi)心方形），引自1998年的《Photochemistry and Photobiology》，原文題目(mu)為《The Origin of 115-130°C Thermoluminescence Bands in Chlorophyll-Containing Material》。

 該特(te)征(zheng)波(bo)峰在20世紀90年(nian)代被(bei)發現(xian)後，便廣(guang)泛用於(yu)各(ge)類(lei)脅(xie)迫(po)研究中(zhong)。如2003年(nian)，《PNAS》刊登了題(ti)為《Early light-induced proteins protect Arabidopsis from photooxidative stress》的論文：Claire等人(ren)使用了(le)植(zhi)物(wu)熱釋光(guang)技術(shu)，評(ping)估(gu)了(le)高(gao)光下低溫(wen)脅(xie)迫(po)對(dui)野(ye)生(sheng)型和突(tu)變(bian)體(ti)的氧化(hua)損傷。相(xiang)比於(yu)野生型，高(gao)光環(huan)境低溫(wen)脅(xie)迫(po)下的chaos突(tu)變(bian)體(ti)（葉(ye)綠(lv)體(ti)蛋白(bai)轉運(yun)相關元(yuan)件(jian)cpSRP亞(ya)基(ji)缺(que)失(shi)）遭受(shou)了(le)嚴(yan)重(zhong)的光氧化(hua)損傷，即135℃左(zuo)右(you)的熱釋光(guang)信號(hao)強烈(lie)，並(bing)表現(xian)為(wei)葉(ye)片褪(tui)綠(lv)。 

Renata等人(ren)使(shi)用(yong)Thermoluminescence TL 系統研究了(le)新型汙染(ran)物(wu)納(na)米(mi)二(er)氧化(hua)鈦TiO2對(dui)擬(ni)南(nan)芥(jie)生(sheng)長和抗(kang)氧(yang)化(hua)物(wu)含(han)量(liang)及基(ji)因(yin)表達(da)、抗(kang)氧(yang)化(hua)酶活性(xing)等方面的影(ying)響(xiang)，發現(xian)高(gao)濃(nong)度(du)TiO2處理(li)擬(ni)南(nan)芥(jie)種子(zi)造(zao)成(cheng)了(le)成(cheng)熟個體(ti)葉(ye)片的脂質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)。論文發表於(yu)2016年《Environmental Pollution》雜誌(zhi)，題為《Titanium dioxide nanoparticles (100-1000 mg/l) can affect vitamin E response in Arabidopsis thaliana》。

中科院水(shui)生生(sheng)物(wu)研究所王強課題(ti)組對比了(le)常(chang)溫(wen)和低溫(wen)環(huan)境下極地雪藻和模(mo)式藻萊茵(yin)衣(yi)藻的生長、光(guang)合活(huo)性(xing)、膜脂質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)、抗(kang)氧(yang)化(hua)活性(xing)，揭示了極(ji)地雪藻低溫(wen)適(shi)應(ying)的光合調(tiao)節基(ji)礎(chu)。脂(zhi)質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)的評估除(chu)了(le)測(ce)定了MDA的含(han)量(liang)，還使用Thermoluminescence TL系統考察(cha)了脂質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)水(shui)平。結(jie)果(guo)顯(xian)示(shi)低溫(wen)下萊茵(yin)衣(yi)藻表現(xian)出(chu)*的脂質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)水(shui)平，而極(ji)地雪藻卻沒(mei)有(you)顯(xian)著(zhu)升高(gao)，表明(ming)極地雪藻在低溫(wen)環(huan)境中(zhong)能夠有(you)效(xiao)清(qing)除(chu)活(huo)性(xing)氧。該特性(xing)可(ke)能是極(ji)地雪藻適(shi)應(ying)低溫(wen)的原因(yin)之(zhi)壹(yi)。論文發表於(yu)2020年的《Frontiers in Microbiology》雜誌(zhi)，題為《Low-Temperature Adaptation of the Snow Alga Chlamydomonas nivalis Is Associated With the Photosynthetic System Regulatory Process》。

由此(ci)可(ke)見，基(ji)於(yu)Thermoluminescence TL 系統的脂質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)檢測(ce)能夠快(kuai)速、輕(qing)松(song)、有效(xiao)檢測(ce)植(zhi)物(wu)的氧化(hua)脅(xie)迫(po)，測(ce)定脂質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)水(shui)平。本(ben)文提到的各(ge)類(lei)脂質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)檢測(ce)方法采(cai)用(yong)了(le)不同的手段，也(ye)反(fan)映(ying)了不同的側面。研究者(zhe)可(ke)根據研究目(mu)的和實(shi)驗(yan)條件(jian)選擇(ze)不同的檢測(ce)方法或(huo)同(tong)時(shi)選(xuan)擇(ze)幾(ji)種方法對植物(wu)的脂質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)進行全面(mian)評(ping)估。

北(bei)京(jing)易科泰生態(tai)技術(shu)有(you)限公司(si)提(ti)供完備(bei)的植物(wu)無(wu)損(sun)理(li)化(hua)檢測(ce)的技術(shu)方案：

   次生代謝產(chan)物(wu)預測(ce)和成(cheng)像(xiang)

   氮(dan)素(su)含(han)量(liang)快速測(ce)定和成(cheng)像(xiang)

   冠層含(han)水(shui)量(liang)預測(ce)

   色(se)素(su)含(han)量(liang)無損檢測(ce)和成(cheng)像(xiang)

• TL熱釋光(guang)技術(shu)測(ce)定植物(wu)脂(zhi)質(zhi)過(guo)氧(yang)化(hua)的部(bu)分(fen)論文有：

1. Bacsó, R., Molnár, A., Papp, I., and Janda, T. (2008). Photosynthetic behaviour of Arabidopsis plants with a Cap Binding Protein 20 mutation under water stress. Photosynthetica 46, 268.
2. Ducruet, J.-M. (2003). Chlorophyll thermoluminescence of leaf discs: simple instruments and progress in signal interpretation open the way to new ecophysiological indicators. Journal of Experimental Botany 54, 2419–2430.
3. Havaux, M., and Niyogi, K.K. (1999). The violaxanthin cycle protects plants from photooxidative damage by more than one mechanism. PNAS 96, 8762–8767.
4. Havaux, M., Bonfils, J.-P., Lütz, C., and Niyogi, K.K. (2000). Photodamage of the Photosynthetic Apparatus and Its Dependence on the Leaf Developmental Stage in the npq1 Arabidopsis Mutant Deficient in the Xanthophyll Cycle Enzyme Violaxanthin De-epoxidase. Plant Physiology 124, 273–284.
5. Hutin, C., Nussaume, L., Moise, N., Moya, I., Kloppstech, K., and Havaux, M. (2003). Early light-induced proteins protect Arabidopsis from photooxidative stress. PNAS 100, 4921–4926.
6. Merzlyak, M.N., Pavlov, V.K., and Zhigalova, T.V. (1992). Effect of Desiccation on Chlorophyll High Temperature Chemiluminescence in Acer platanoides L. and Aesculus hippocastanum L. Leaves. Journal of Plant Physiology 139, 629–631.
7. M’rah, S., Ouerghi, Z., Berthomieu, C., Havaux, M., Jungas, C., Hajji, M., Grignon, C., and Lachaâl, M. (2006). Effects of NaCl on the growth, ion accumulation and photosynthetic parameters of Thellungiella halophila. Journal of Plant Physiology 163, 1022–1031.
8. Szymańska, R., Kołodziej, K., Ślesak, I., Zimak-Piekarczyk, P., Orzechowska, A., Gabruk, M., Żądło, A., Habina, I., Knap, W., Burda, K., et al. (2016). Titanium dioxide nanoparticles (100–1000 mg/l) can affect vitamin E response in Arabidopsis thaliana. Environmental Pollution 213, 957–965.
9. Vavilin, D.V., and Ducruet, J.-M. (1998). The Origin of115–130°C Thermoluminescence Bands in Chlorophyll-Containing Material. Photochemistry and Photobiology 68, 191–198.
10. Zheng, Y., Xue, C., Chen, H., He, C., and Wang, Q. (2020). Low-Temperature Adaptation of the Snow Alga Chlamydomonas nivalis Is Associated With the Photosynthetic System Regulatory Process. Front. Microbiol. 11.