利(li)用(yong)葉(ye)綠素(su)熒光(guang)成(cheng)像(xiang)檢(jian)測(ce)蘋(ping)果低(di)氧脅迫和低(di)氧存(cun)儲(chu)耐(nai)受水(shui)平(ping)

FluorCam葉(ye)綠素(su)熒光(guang)成(cheng)像(xiang)系(xi)統(tong)不只(zhi)在(zai)植物(wu)研究領(ling)域應(ying)用(yong)廣(guang)泛(fan)，在(zai)檢(jian)測(ce)水(shui)果儲(chu)存(cun)方(fang)面也(ye)具有相當大的(de)應(ying)用(yong)潛(qian)力(li)。近兩年發表(biao)的(de)兩篇文章(zhang)便(bian)將FluorCam與氣調(tiao)技術(shu)結合設計(ji)了壹(yi)套果實低(di)氧存(cun)儲(chu)檢(jian)測(ce)裝(zhuang)置，來(lai)通過(guo)葉(ye)綠素(su)熒光(guang)成(cheng)像(xiang)深(shen)入(ru)研究(jiu)蘋(ping)果(guo)低(di)氧脅迫下(xia)的(de)熒(ying)光(guang)動(dong)力(li)學(xue)變(bian)化，探索更優的(de)果(guo)實存(cun)儲(chu)方(fang)案。

商業化生產(chan)的(de)蘋(ping)果（Malus x domestica Borkh.）正(zheng)在(zai)越(yue)來(lai)越(yue)多地以(yi)Dynamic Controlled Atmosphere（DCA，動(dong)態(tai)調(tiao)控氣(qi)體(ti)）形(xing)式存儲(chu)，通過(guo)改(gai)變(bian)氣調(tiao)室內(nei)的(de)氣(qi)體(ti)組成(cheng)（氧氣O2和二氧(yang)化碳CO2）以(yi)及降低(di)溫度來(lai)延(yan)長蘋(ping)果的(de)保(bao)質期(qi)。 Lower Oxygen Limit（LOL）是水(shui)果能(neng)夠容(rong)忍(ren)的(de)氧(yang)氣水(shui)平(ping)，低(di)於LOL的(de)氧(yang)氣水(shui)平(ping)，果(guo)實細胞的(de)代(dai)謝就會從(cong)有氧變為發酵(jiao)，從(cong)而導(dao)致(zhi)發酵(jiao)產(chan)物(wu)（如乙(yi)醛、乙(yi)醇和乙(yi)酸乙(yi)酯）的(de)積(ji)累，影響果實品(pin)質。在(zai)DCA存儲(chu)中(zhong)，蘋(ping)果壹(yi)般存儲(chu)在(zai)LOL+0.2-0.3 kPa O2的(de)範(fan)圍內(nei)，因此，了解(jie)LOL對(dui)於果實DCA儲(chu)存(cun)至(zhi)關重要(yao)。

葉(ye)綠素(su)熒光(guang)測(ce)量(liang)是確定LOL的(de)常(chang)用(yong)方(fang)法(fa)之壹，當(dang)然(ran)，相比(bi)非成像(xiang)熒光(guang)測量(liang)，葉(ye)綠素(su)熒光(guang)成(cheng)像(xiang)測量(liang)可(ke)以(yi)檢(jian)測(ce)光(guang)合(he)活性(xing)的(de)空間(jian)異(yi)質性(xing)，更具優(you)勢。同時，葉(ye)綠素(su)熒光(guang)測(ce)量(liang)技術(shu)也逐漸被(bei)用(yong)來(lai)監(jian)測低(di)氧脅迫對(dui)水(shui)果的(de)影(ying)響，有研究表(biao)明(ming)，Fo是檢(jian)測(ce)植(zhi)物(wu)和果實低(di)氧脅迫的(de)敏(min)感(gan)參數(shu)。但(dan)這(zhe)其中(zhong)的(de)關(guan)聯(lian)機制尚不清晰(xi)，顯然(ran)，有氧呼吸(xi)（線粒體(ti)）、發酵(jiao)（細(xi)胞質）和葉(ye)綠素(su)熒光(guang)（來(lai)自(zi)葉(ye)綠體(ti)和光(guang)系(xi)統(tong)PSII）的(de)增(zeng)加之間(jian)存(cun)在(zai)著某種(zhong)關系(xi)（Wright et al.，2012）。

2022年Schlie等人為了進壹步(bu)了解(jie)蘋果(guo)在(zai)貯藏(zang)過(guo)程中的(de)熒(ying)光(guang)異(yi)質性(xing)，以(yi)及開發壹(yi)種(zhong)識別(bie)LOL的(de)方(fang)法(fa)，利(li)用(yong)FluorCam熒光(guang)成(cheng)像(xiang)系(xi)統(tong)對(dui)在(zai)足夠的(de)氧(yang)水(shui)平(ping)和低(di)氧脅迫條件下(xia)處(chu)理的(de)“Braeburn"和“Golden Delicious"兩種蘋(ping)果(guo)進行了測(ce)量(liang)。

結果(guo)可(ke)知(zhi)，在(zai)低(di)氧水(shui)平(ping)下(xia)，蘋果(guo)的(de)Fo升(sheng)高，而Fv/Fm則(ze)降低(di)，而二維(wei)成像圖(tu)則(ze)展示了熒(ying)光(guang)變(bian)化的(de)空間(jian)差(cha)異(yi)。得益(yi)於FluorCam二維(wei)成像技術(shu)的(de)優(you)點，我們(men)不只(zhi)可(ke)以(yi)獲得由成千上(shang)萬個像素(su)組成(cheng)的(de)測(ce)量(liang)目(mu)標(biao)的(de)熒(ying)光(guang)參(can)數(shu)的(de)平(ping)均(jun)值，還可(ke)以(yi)獲得代表(biao)不同像(xiang)素(su)熒光(guang)空間(jian)分(fen)布的(de)直(zhi)方(fang)圖(tu)，本(ben)文直方(fang)圖(tu)分(fen)割計算(suan)，探(tan)索出壹(yi)種識別(bie)LOL的(de)新(xin)方(fang)法(fa)。提出(chu)的(de)方(fang)法(fa)不僅(jin)適(shi)用(yong)於蘋(ping)果，還可(ke)以(yi)用(yong)於其他類型的(de)水(shui)果。

在(zai)之前研(yan)究的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)，Schlie又進壹步(bu)設(she)計(ji)了實驗，更深(shen)入(ru)地了解(jie)蘋果(guo)在(zai)低(di)氧脅迫下(xia)葉(ye)綠素(su)熒光(guang)動(dong)態(tai)響應(ying)，特別(bie)是與空間(jian)分(fen)布的(de)關(guan)系。研究中(zhong)同樣使用(yong)FluorCam運行(xing)葉(ye)綠素(su)熒光(guang)動(dong)力(li)學(xue)測(ce)量(liang)程序，對(dui)蘋(ping)果(guo)低(di)氧脅迫進行了早(zao)期檢(jian)測(ce)，並探討除(chu)了最小熒(ying)光(guang)（Fo）參數(shu)之外，是否(fou)還有其他參數可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)檢(jian)測(ce)蘋(ping)果的(de)低(di)氧脅迫。

研究(jiu)中，分別(bie)對(dui)18℃和2℃環境下，不同氧(yang)氣含量(liang)的(de)蘋(ping)果果實進行了葉(ye)綠素(su)熒光(guang)成(cheng)像(xiang)，使用(yong)的(de)是FluorCam的(de)Quenching程序（非(fei)光(guang)化學熒光(guang)淬滅動(dong)力(li)學(xue)測(ce)量(liang)程序）。

成像(xiang)測量(liang)結果表(biao)明(ming)，隨(sui)著氧含(han)量(liang)下降，Fo升高，尤其在(zai)＜0.02KPa的(de)發酵(jiao)階(jie)段(duan)，Fo顯著升高。而Fv/Fm（暗適(shi)應(ying)下的(de)最大光(guang)量(liang)子(zi)通量(liang)）隨著氧含(han)量(liang)的(de)下(xia)降而降低(di)，說明(ming)低(di)氧脅迫引(yin)起(qi)了蘋(ping)果光(guang)合(he)效(xiao)率(lv)的(de)下(xia)降。

同時，對(dui)通過(guo)FluorCam獲得的(de)熒(ying)光(guang)動(dong)力(li)學(xue)曲線分析(xi)發現(xian)，在(zai)有氧和低(di)氧發酵(jiao)條件下(xia)，熒光(guang)動(dong)態(tai)曲線存在(zai)差(cha)異(yi)。在(zai)發酵(jiao)條件下(xia)，飽和脈沖期(qi)間(jian)熒(ying)光(guang)強(qiang)度(du)下(xia)降。尤其在(zai)2°C的(de)條件下(xia)，發酵(jiao)產(chan)物(wu)積累之前，熒(ying)光(guang)動(dong)態(tai)曲線就已(yi)經(jing)發生變(bian)化。

另外，文中還分析了多個其他熒光(guang)參(can)數(shu)的(de)變(bian)化，包(bao)括(kuo)NPQ（非光(guang)化學熒光(guang)淬滅）、ɸPSII（PSII量(liang)子(zi)產額(e)）等，都可(ke)以(yi)指(zhi)征(zheng)低(di)氧脅迫對(dui)蘋(ping)果(guo)生理變化的(de)影(ying)響。這篇研究報(bao)告為如何利用(yong)葉(ye)綠素(su)熒光(guang)技術(shu)來(lai)監(jian)測和優化蘋果在(zai)儲(chu)存(cun)過(guo)程中的(de)低(di)氧脅迫反(fan)應(ying)的(de)深(shen)入(ru)見(jian)解(jie)。

這兩篇研究的(de)方(fang)法(fa)和結論也為(wei)探(tan)索(suo)蔬菜、其他水(shui)果等的(de)動(dong)態(tai)氣(qi)調(tiao)室存儲(chu)方(fang)案，檢(jian)測(ce)新(xin)鮮(xian)果蔬的(de)存(cun)儲(chu)品(pin)質等提供了價(jia)值的(de)參(can)考，並且還可(ke)適(shi)用(yong)於檢(jian)測(ce)CO2含量(liang)、低(di)溫、水(shui)分流失(shi)等在(zai)果蔬(shu)存儲(chu)中(zhong)起(qi)到(dao)的(de)作用(yong)。

參考(kao)文獻：

[1] Schlie T P, Dierend W, Köpcke D, et al. Detecting low-oxygen stress of stored apples using chlorophyll fluorescence imaging and histogram division[J]. Postharvest Biology and Technology, 2022, 189: 111901.

[2] Schlie, Tim-Pascal, et al. "Recording of Low-Oxygen Stress Response Using Chlorophyll Fluorescence Kinetics in Apple Fruit." Food and Bioprocess Technology 17.4 (2024): 1004-1016.