FluorCam葉(ye)綠(lv)素熒(ying)光(guang)成(cheng)像技術：納(na)米(mi)技(ji)術的(de)植物(wu)/農業(ye)研究(jiu)應(ying)用(yong)

現(xian)在的(de)納(na)米(mi)技(ji)術能夠在微觀納(na)米(mi)尺(chi)度(du)構(gou)建(jian)特(te)定(ding)的(de)新(xin)型(xing)納(na)米(mi)材料。這(zhe)些納(na)米(mi)材料具(ju)備的(de)物(wu)理(li)化(hua)學性質。而將納(na)米(mi)技(ji)術應(ying)用(yong)於植(zhi)物(wu)研(yan)究(jiu)與(yu)農業(ye)生(sheng)產並(bing)由此發展(zhan)出(chu)的(de)新(xin)技術phytonanotechnology，甚(shen)至有潛(qian)力(li)改變傳統的(de)農業(ye)生(sheng)產體(ti)系。比(bi)如控(kong)制農業(ye)化(hua)學品(pin)的(de)釋(shi)放(fang)（包(bao)括(kuo)肥料、殺(sha)蟲(chong)劑和除(chu)草劑(ji)）；靶(ba)向(xiang)釋(shi)放(fang)生(sheng)物(wu)分(fen)子(zi)（包(bao)括(kuo)核(he)苷(gan)酸(suan)、蛋(dan)白(bai)質和(he)催化(hua)劑）；或(huo)者(zhe)從外部(bu)改(gai)變植物(wu)的(de)生(sheng)長(chang)微環境。同(tong)時(shi)還(hai)需(xu)要另壹種(zhong)技(ji)術，來評估這些(xie)納(na)米(mi)新(xin)材料對植(zhi)物(wu)的(de)效用(yong)或損(sun)傷(shang)。FluorCam葉(ye)綠(lv)素熒(ying)光(guang)成(cheng)像技術無疑(yi)是(shi)最(zui)佳的(de)選項之(zhi)壹。植(zhi)物(wu)學(xue)家(jia)、農學(xue)家(jia)與(yu)材料學(xue)家(jia)合(he)作(zuo)，已經利用(yong)這(zhe)兩(liang)項(xiang)技(ji)術開展(zhan)了大量的(de)工(gong)作(zuo)。本(ben)文簡單介紹(shao)其中(zhong)壹些(xie)傑(jie)出(chu)的(de)研究(jiu)。

1. 碳(tan)基(ji)納(na)米(mi)材料阻(zu)止煙(yan)草(cao)花葉(ye)病毒(du)感(gan)染(ran)

    中(zhong)國農業(ye)大學與(yu)廣東農科(ke)院合(he)作(zuo)，研(yan)究了多種(zhong)納(na)米(mi)材料對煙(yan)草(cao)花(hua)葉(ye)病毒(du)的(de)抑制(zhi)作用(yong)。研(yan)究中(zhong)使(shi)用納(na)米(mi)級(ji)二氧(yang)化(hua)鈦（TiO2）和(he)銀(yin)（Ag），C60富(fu)勒烯，碳(tan)納(na)米(mi)管（CNTs）處(chu)理(li)本氏煙Nicotiana benthamiana葉(ye)片。在(zai)煙草花葉(ye)病毒(du)感(gan)染(ran)5天後(hou)，CNTs和(he)C60處(chu)理(li)植株(zhu)仍(reng)保(bao)持(chi)正(zheng)常(chang)形(xing)態並(bing)沒(mei)有發現(xian)明顯病毒(du)癥(zheng)狀。TiO2和(he)Ag則(ze)沒(mei)能(neng)阻(zu)止病毒(du)感(gan)染(ran)。FluorCam葉(ye)綠(lv)素熒(ying)光(guang)成(cheng)像分析則(ze)進壹步發現(xian)，CNTs和(he)C60處(chu)理(li)植株(zhu)的(de)最大光(guang)化(hua)學效(xiao)率(lv)QY-max（即Fv/Fm）、光(guang)適(shi)應(ying)最(zui)大光(guang)化(hua)學效(xiao)率(lv)Fv/Fm-Lss、熒(ying)光(guang)衰減(jian)比(bi)率Rfd-Lss（也(ye)稱活(huo)力(li)指數）均與(yu)野(ye)生(sheng)型(xing)差別不(bu)大，遠遠高(gao)於病毒(du)處(chu)理(li)組與(yu)TiO2和(he)Ag處(chu)理(li)組。這(zhe)說明碳(tan)基(ji)納(na)米(mi)材料保(bao)護(hu)了光(guang)系(xi)統與(yu)光(guang)合(he)電子(zi)傳(chuan)遞鏈的(de)完整性與(yu)功(gong)能性。而CNTs和(he)C60處(chu)理(li)植株(zhu)的(de)非光(guang)化(hua)學淬(cui)滅系數(shu)NPQ更(geng)低(di)，說明其光(guang)系(xi)統維(wei)持(chi)了較(jiao)低(di)的(de)熱耗(hao)散(san)。熒(ying)光(guang)成(cheng)像圖(tu)則(ze)直(zhi)觀(guan)地展示了不(bu)同(tong)處理(li)間的(de)差異(yi)。

2. 利用(yong)納(na)米(mi)材料進(jin)行植(zhi)物(wu)基(ji)因(yin)傳(chuan)遞

日(ri)本RIKEN可持(chi)續資源科學中(zhong)心(xin)、九州大學等(deng)單位(wei)合作(zuo)開(kai)發了壹種(zhong)聚(ju)合物(wu)塗(tu)層碳(tan)納(na)米(mi)管SWNT NCs。這(zhe)種納(na)米(mi)材料能(neng)夠穿過(guo)細胞壁(bi)屏障(zhang)，有效地(di)將DNA和(he)RNA傳(chuan)遞到(dao)完(wan)好的(de)植物(wu)中(zhong)。但(dan)很多時(shi)候(hou)，納(na)米(mi)材料也(ye)會(hui)對植(zhi)物(wu)造(zao)成(cheng)壹定(ding)的(de)損(sun)傷(shang)。為了驗(yan)證(zheng)這壹點(dian)，研(yan)究(jiu)人(ren)員使用(yong)FluorCam葉(ye)綠(lv)素熒(ying)光(guang)成(cheng)像系統對浸潤(run)SWNT NCs與(yu)它的(de)pDNA復(fu)合體後的(de)擬南芥(jie)進行了葉(ye)綠(lv)素熒(ying)光(guang)成(cheng)像分析。結(jie)果(guo)表(biao)明，在(zai)7天的(de)生(sheng)長(chang)過(guo)程中(zhong)，各(ge)種處(chu)理(li)間的(de)最大光(guang)化(hua)學效(xiao)率(lv)Fv/Fm都(dou)沒(mei)有表現(xian)出(chu)明顯差異(yi)，而且數值範(fan)圍(wei)都(dou)保(bao)持(chi)在(zai)0.75-0.80之(zhi)間，證(zheng)明了SWNT NCs處(chu)理(li)對樣品僅(jin)造成了低(di)水平(ping)的(de)脅(xie)迫。這(zhe)壹研(yan)究(jiu)發表(biao)於2022年(nian)《Nature Communications》。

3. 納(na)米(mi)光(guang)吸(xi)收(shou)材料增(zeng)強自(zi)然光(guang)合(he)作用(yong)

僅(jin)靠(kao)植物(wu)自(zi)身提升光(guang)合(he)作用(yong)是(shi)不(bu)那(na)麽容(rong)易的(de)，因(yin)此利用(yong)捕(bu)光(guang)材料（light-harvesting materia）增(zeng)強自(zi)然光(guang)合(he)作用(yong)是(shi)材料和(he)植物(wu)交(jiao)叉(cha)研究(jiu)的(de)熱點(dian)之壹。然而，由(you)於捕(bu)光(guang)範(fan)圍(wei)窄(只(zhi)有紫(zi)外光(guang)或(huo)近紅外)和(he)激發態壽命短(duan)。大多數(shu)捕(bu)光(guang)材料的(de)工(gong)作(zuo)效(xiao)率並(bing)不太高(gao)。東北(bei)林(lin)業(ye)大學利用(yong)上(shang)轉(zhuan)換(huan)納(na)米(mi)粒(li)子(zi)（UCNPs）和(he)碳(tan)點(dian)（CDs）開(kai)發了壹種(zhong)新(xin)的(de)光(guang)收(shou)集材料（UCNP@CDs），這(zhe)種材料能(neng)有效吸(xi)收(shou)並(bing)將UV和(he)NIR光(guang)轉(zhuan)化(hua)為可見(jian)光(guang)，激(ji)發態壽命長(chang)。除了對材料本(ben)身的(de)理(li)化(hua)性質與(yu)光(guang)學(xue)特(te)性研(yan)究(jiu)外，FluorCam葉(ye)綠(lv)素熒(ying)光(guang)成(cheng)像分析發現(xian)在(zai)UCNP@CDs下(xia)生(sheng)長(chang)的(de)擬南芥(jie)具(ju)有更(geng)高(gao)的(de)最大光(guang)化(hua)學效(xiao)率(lv)Fv/Fm，直(zhi)接(jie)證(zheng)明這種(zhong)新(xin)型(xing)材料提高(gao)了植(zhi)物(wu)的(de)光(guang)合(he)能力(li)。

參(can)考文(wen)獻(xian)：

1. Wang P, et al. 2016. Nanotechnology: A New Opportunity in Plant Sciences. Trends in Plant Science, 21(8): P699-712

2. Adeel M, et al. 2021. Carbon-based nanomaterials suppress Tobacco Mosaic Virus (TMV) infection and induce resistance in Nicotiana benthamiana. Journal of Hazardous Materials,404(A): 124167  

3. Law SSY, et al. 2022. Polymer-coated carbon nanotube hybrids with functional peptides for gene delivery into plant mitochondria. Nature Communications, 13: 2417

4. Jiang M, et al. 2021. Integrating photon up- and down-conversion to produce efficient light-harvesting materials for enhancing natural photosynthesis. Journal of Materials Chemistry A, 9: 24308-24314

北(bei)京易(yi)科泰生(sheng)態技術公(gong)司提供植物(wu)光(guang)合(he)與抗(kang)逆(ni)表(biao)型(xing)全面技術方案：

l FluorCam葉(ye)綠(lv)素熒(ying)光(guang)/多光(guang)譜熒(ying)光(guang)技(ji)術

l SpectraPen/PolyPen、Specim高(gao)光(guang)譜測量技(ji)術

l PlantScreen植(zhi)物(wu)高(gao)通(tong)量表(biao)型(xing)成像分析平(ping)臺(tai)

l EcoDrone無(wu)人機遙(yao)感(gan)表(biao)型(xing)技術方案

l PhenoTron®-HSI種(zhong)質資源高(gao)光(guang)譜成像分析系(xi)統(tong)

l PhenoPlot輕(qing)便型(xing)植物(wu)表(biao)型(xing)成像分析系(xi)統(tong)

l PhenoPlot®懸浮(fu)雙(shuang)軌(gui)式(shi)表(biao)型(xing)成像分析系(xi)統(tong)

l  PhenoTron-PTS植(zhi)物(wu)表(biao)型(xing)分析(xi)平(ping)臺(tai)

l  PhenoTron復(fu)式作物(wu)種(zhong)質資源表型(xing)分析(xi)平(ping)臺(tai)

l Thermo-RGB紅外熱(re)成(cheng)像技術