易(yi)科泰(tai)植(zhi)物表(biao)型成像(xiang)技術(shu)應用(yong)案(an)例 - 農藥開(kai)發與(yu)應用(yong)

在農藥的(de)開(kai)發和(he)應用(yong)中(zhong)，研究(jiu)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)確(que)保(bao)農藥能(neng)夠(gou)發揮(hui)預期的作用(yong)，如抑制(zhi)病(bing)菌(jun)、抵(di)禦幹(gan)旱(han)、采(cai)後(hou)保(bao)鮮(xian)等(deng)，同時又(you)要考慮將農藥對(dui)農作物(wu)本身的(de)影響控(kong)制(zhi)到低(di)水平。

之(zhi)前(qian)我們(men)已經介紹過很(hen)多(duo)利用(yong)植(zhi)物表(biao)型成像(xiang)技術(shu)進行植(zhi)物病(bing)理(li)表(biao)型分(fen)析的研(yan)究(jiu)案例，有興(xing)趣的讀者可參考(kao)以下(xia)資(zi)料或(huo)聯系(xi)我們(men)索取更(geng)全(quan)面的(de)資(zi)料：

易(yi)科泰植(zhi)物表(biao)型成像(xiang)技術(shu)應用(yong)：植(zhi)物病(bing)害(hai)表(biao)型組學(xue)分(fen)析（壹）

易(yi)科泰植(zhi)物表(biao)型成像(xiang)技術(shu)應用(yong)：植(zhi)物病(bing)害(hai)表(biao)型組學(xue)分(fen)析（二(er)）

因(yin)此(ci)，植(zhi)物表(biao)型成像(xiang)技術(shu)在農藥開(kai)發和(he)效能評(ping)估(gu)中(zhong)也是必(bi)然(ran)能(neng)夠(gou)發揮(hui)重要作用的。在進行相(xiang)關(guan)評(ping)估(gu)中(zhong)，用(yong)到的(de)植(zhi)物表(biao)型相(xiang)關(guan)研究(jiu)技術(shu)請見下(xia)表(biao)： 

在農藥相(xiang)關(guan)研究(jiu)中，國(guo)內(nei)外(wai)研究(jiu)者利用(yong)易(yi)科泰(tai)及合(he)作(zuo)廠家提供(gong)的植(zhi)物表(biao)型成像(xiang)技術(shu)已經取得了(le)大量研究(jiu)成果(guo)，下(xia)面我(wo)們(men)介紹其中的部分(fen)重(zhong)要成果(guo)：

案(an)例壹、生物刺激素(su)的效能評(ping)估(gu)與(yu)機理(li)研(yan)究(jiu)

生(sheng)物刺激素(su)（Biostimulant）是近(jin)幾(ji)年(nian)逐(zhu)漸(jian)發展起(qi)來的(de)壹類環境(jing)友(you)好(hao)、安全高效的新型(xing)綠色農業產(chan)品。目前(qian)被(bei)廣(guang)泛接受的生(sheng)物刺激素(su)類別包括：腐(fu)殖(zhi)酸(suan)、蛋(dan)白(bai)水解物(wu)與(yu)氨基(ji)酸(suan)、海(hai)藻提(ti)取物、無(wu)機鹽類(lei)、幾(ji)丁質(zhi)、殼(ke)聚(ju)糖(tang)及其衍生物、微(wei)生(sheng)物(wu)菌劑、其他復合(he)有(you)機物(wu)質(zhi)（甙(dai)、酸(suan)、多(duo)酚、多(duo)糖(tang)、萜(tie)類(lei)、黃酮、生物堿、脂(zhi)類、維生素(su)、抗生素(su)等）。生物(wu)刺激素(su)不包含植(zhi)物必(bi)須(xu)礦(kuang)物(wu)質(zhi)元素(su)、已知植(zhi)物激(ji)素(su)或(huo)抗病因子(zi)，也(ye)不直接作(zuo)用於病蟲害(hai)，而是通過與(yu)植(zhi)物信(xin)號轉導過程相(xiang)互作(zuo)用(yong)，從(cong)而降低(di)逆境對(dui)植(zhi)物生(sheng)長的(de)影響。同時，由於生物刺激素(su)主要來源於生物提(ti)取的自(zi)然有(you)機物(wu)質(zhi)與(yu)沒(mei)有環境(jing)毒害(hai)的無(wu)機鹽，天(tian)然(ran)具(ju)備(bei)優良(liang)的環境(jing)友(you)好(hao)性。

PSI表(biao)型研(yan)究(jiu)中心(xin)、意大利圖(tu)西亞(ya)大學(xue)和(he)捷克(ke)帕拉茨(ci)基(ji)大學(xue)等(deng)多(duo)家歐洲科研(yan)單位，利用(yong)多(duo)套PlantScreen全(quan)自動高通量植(zhi)物表(biao)型成像(xiang)分析平臺，研(yan)究(jiu)了(le)多(duo)種(zhong)生物(wu)刺激素(su)對番(fan)茄、萵苣、擬南芥等植(zhi)物脅(xie)迫抗性與(yu)生長的作(zuo)用(yong)模(mo)式(shi)。通過葉綠素(su)熒光成像(xiang)、RGB彩色形態成像(xiang)與(yu)紅(hong)外(wai)熱成像(xiang)等多(duo)種(zhong)表(biao)型成像(xiang)分析發現(xian)，實驗(yan)中(zhong)使用的(de)生(sheng)物(wu)刺激素(su)不同程度地提(ti)高了(le)植(zhi)物的(de)鹽脅(xie)迫(po)和(he)幹(gan)旱(han)脅迫(po)抗性，同時也(ye)能(neng)促(cu)進植(zhi)物的(de)生長(chang)。

案(an)例二(er)、水凝膠-腐(fu)植(zhi)酸(suan)鉀(jia)復合(he)材(cai)料降(jiang)低(di)土壤Cd毒性

降(jiang)低(di)土壤中(zhong)Cd毒性並(bing)減(jian)少植(zhi)物中(zhong)Cd積(ji)累(lei)對農業生(sheng)態、食品(pin)安(an)全(quan)和(he)人(ren)類(lei)健康(kang)至(zhi)關(guan)重要。Cd從(cong)土壤進入(ru)植(zhi)物體內(nei)，影響植(zhi)物的(de)生長(chang)發育(yu)。水凝膠可以很(hen)容(rong)易地與(yu)鎘結(jie)合(he)，從(cong)而改變其在土(tu)壤中(zhong)的(de)生(sheng)物(wu)有(you)效性。

河(he)南農業大學(xue)在土(tu)壤中(zhong)添加了(le)壹種(zhong)新型(xing)聚(ju)丙(bing)烯酸(suan)接枝(zhi)澱粉和(he)腐植(zhi)酸(suan)鉀(jia)復合(he)水凝膠(S/K/AA)，研(yan)究(jiu)其對煙草(cao)生長(chang)和(he)土壤微(wei)環境(jing)的(de)影響。形態數據結(jie)果(guo)分析表(biao)明(ming)添加S/K/AA水凝膠可以顯著(zhu)提高Cd脅(xie)迫條件(jian)下(xia)煙草(cao)生物(wu)量。通過FluorCam葉綠素(su)熒光成像(xiang)系(xi)統與(yu)光合(he)儀對(dui)煙草(cao)光合(he)能(neng)力進行測(ce)量，結果(guo)表(biao)明(ming)S/K/AA水凝膠同樣提高了(le)Cd脅(xie)迫條件(jian)下(xia)煙草(cao)的光合(he)能(neng)力，包括最(zui)小熒光Fo、光合(he)速率（CO₂同化(hua)速率）Pn、蒸(zheng)騰速率E等(deng)。研究(jiu)認(ren)為(wei)，S/K/AA水凝膠可能是通過Cd吸收轉運蛋白(bai)的表(biao)達來(lai)影響Cd吸收，從(cong)而降低(di)Cd毒性。

案(an)例三、碳基(ji)納(na)米(mi)材(cai)料抑(yi)制(zhi)煙草(cao)花葉病(bing)毒感染

利用(yong)納(na)米(mi)技術(shu)開發新型(xing)農藥是目(mu)前(qian)新型(xing)農藥研(yan)究(jiu)的熱點之(zhi)壹。中國(guo)農業大學(xue)與(yu)廣(guang)東農科院(yuan)合(he)作(zuo)，研究(jiu)了(le)多(duo)種(zhong)納(na)米(mi)材(cai)料對(dui)煙草(cao)花葉病(bing)毒的抑制(zhi)作(zuo)用(yong)。研(yan)究(jiu)中使用納(na)米(mi)級(ji)二(er)氧化(hua)鈦(tai)（TiO2）和(he)銀（Ag），C60富(fu)勒烯，碳納(na)米(mi)管(guan)（CNTs）處(chu)理(li)本氏煙Nicotiana benthamiana葉片(pian)。在煙草(cao)花葉病(bing)毒感染5天(tian)後(hou)，CNTs和(he)C60處(chu)理(li)植(zhi)株仍(reng)保(bao)持(chi)正(zheng)常形態並(bing)沒(mei)有發現(xian)明(ming)顯病(bing)毒癥狀。TiO2和(he)Ag則(ze)沒(mei)能阻(zu)止病(bing)毒感染。FluorCam葉綠素(su)熒光成像(xiang)分析則(ze)進壹步發現(xian)，CNTs和(he)C60處(chu)理(li)植(zhi)株的最(zui)大光化(hua)學(xue)效率QY-max（即(ji)Fv/Fm）、光適(shi)應最(zui)大光化(hua)學(xue)效率Fv/Fm-Lss、熒(ying)光衰(shuai)減(jian)比(bi)率(lv)Rfd-Lss（也(ye)稱(cheng)活力指數）均與(yu)野生型(xing)差別不大，遠(yuan)遠(yuan)高於病毒處理(li)組與(yu)TiO2和(he)Ag處(chu)理(li)組。這(zhe)說(shuo)明(ming)碳基(ji)納(na)米(mi)材(cai)料保(bao)護(hu)了(le)光系(xi)統與(yu)光合(he)電(dian)子傳(chuan)遞(di)鏈的(de)完(wan)整(zheng)性與(yu)功能性。而CNTs和(he)C60處(chu)理(li)植(zhi)株的非光化(hua)學(xue)淬(cui)滅系(xi)數NPQ更(geng)低(di)，說(shuo)明(ming)其光系(xi)統維(wei)持(chi)了(le)較低(di)的熱耗(hao)散(san)。熒光成像(xiang)圖(tu)則(ze)直(zhi)觀(guan)地展示(shi)了(le)不同處理(li)間的(de)差異(yi)。

案(an)例四、評(ping)估(gu)除(chu)草(cao)劑效能

易(yi)科泰EcoTech^®實(shi)驗(yan)室(shi)技術(shu)人(ren)員(yuan)以PhenoTron^®復式(shi)智能(neng)LED光源培養(yang)平臺上(shang)培養(yang)的兩(liang)株生長(chang)周期壹致的番(fan)茄苗為(wei)實(shi)驗(yan)對(dui)象(xiang)，對其中壹株（實驗(yan)組）土壤中(zhong)滴入(ru)3ml濃(nong)度為(wei)0.02g/ml的(de)DCMU（可(ke)阻斷(duan)植(zhi)物光合(he)電(dian)子傳(chuan)遞(di)鏈，抑(yi)制(zhi)植(zhi)物光合(he)作(zuo)用），另壹株（對照(zhao)組）滴入(ru)等(deng)量水，3小時後(hou)使用FluorTron^®多(duo)功能(neng)高光譜成像(xiang)分析系(xi)統和(he)FluorCam多(duo)光譜熒(ying)光成像(xiang)系(xi)統，采(cai)集紫(zi)外(wai)光激(ji)發的(de)番(fan)茄苗熒光數據，結(jie)果如下(xia)：

實(shi)驗(yan)結(jie)果表(biao)明(ming)：施(shi)加DCMU三(san)小時後(hou)，沿(yan)葉脈(mai)方(fang)向藍綠熒光與(yu)葉綠素(su)熒光比(bi)值(zhi)降(jiang)低(di)，而葉綠素(su)F685/F740則(ze)比(bi)值(zhi)增加，與(yu)預期結果吻(wen)合(he)。FluorTron多(duo)功能(neng)高光譜成像(xiang)系(xi)統的(de)紫(zi)外(wai)光激(ji)發生(sheng)物熒(ying)光高光譜成像(xiang)功能和(he)FluorCam多(duo)光譜熒(ying)光成像(xiang)系(xi)統都(dou)可(ke)以早期(qi)靈敏檢測(ce)植(zhi)物光合(he)生(sheng)理(li)狀態和(he)除草(cao)劑造成的(de)脅(xie)迫損傷。

案(an)例五、α(β)-CBD抗病毒效能評(ping)估(gu)

中(zhong)國(guo)煙草(cao)工業(ye)公司與(yu)鄭州輕工(gong)業(ye)大學(xue)等(deng)單位合(he)作(zuo)，從(cong)煙草(cao)中提(ti)純了(le)α(β)-2,7,11-cembratriene-4,6-diol  （α(β)-CBD，西腦二(er)醇(chun)），並(bing)通過局部(bu)病變計(ji)數法測(ce)定(ding)α(β)-CBD對(dui)煙草(cao)花葉病(bing)毒（TMV）的(de)體內(nei)抑制(zhi)作(zuo)用(yong)。研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)利用(yong)基(ji)於FluorCam葉綠素(su)熒光成像(xiang)技術(shu)的GFP活(huo)體成像(xiang)系(xi)統，檢(jian)測(ce)得(de)到的(de)TMV-GFP熒(ying)光光學(xue)成像(xiang)結果顯示(shi)，病毒蛋白(bai)明(ming)顯降(jiang)低(di)，GFP熒(ying)光信(xin)號減(jian)弱，感染面積(ji)縮小，證實了(le)其在蛋(dan)白(bai)水平上(shang)的(de)抗TMV活(huo)性，效果要顯著(zhu)好於寧南黴素(su)70%以上。證實外(wai)源施(shi)加α(β)-CBD可(ke)有效誘導煙草(cao)植(zhi)株對TMV的(de)免疫(yi)。

案(an)例六、蔬(shu)菜、鮮花采(cai)後(hou)保(bao)鮮(xian)劑的效能評(ping)估(gu)

蔬(shu)菜、鮮花等鮮(xian)活農產品(pin)采(cai)摘後(hou)生理(li)過程會有明(ming)顯的(de)變化(hua)。收獲(huo)的(de)鮮(xian)活(huo)農產品(pin)在呼(hu)吸作用(yong)、蒸發作(zuo)用等(deng)變化(hua)影響下(xia)，導致(zhi)其組織衰老(lao)、水分損失(shi)，甚至(zhi)腐敗變(bian)質(zhi)。在采(cai)後(hou)保(bao)鮮(xian)中(zhong)，除(chu)了(le)控(kong)溫(wen)、控(kong)濕(shi)、控(kong)氧等物(wu)理(li)手(shou)段(duan)，經常還會應用(yong)到保(bao)鮮(xian)劑。

沈陽農業大學(xue)利用(yong)FluorCam葉綠素(su)熒光成像(xiang)技術(shu)研究(jiu)花椰(ye)菜采(cai)後(hou)黃化(hua)機制(zhi)與(yu)保(bao)鮮(xian)技術(shu)開發，僅(jin)在這(zhe)方面研(yan)究(jiu)中就發表(biao)了(le)至(zhi)少3篇(pian)高質(zhi)量SCI文(wen)獻(xian)。研(yan)究(jiu)發現(xian)葉綠素(su)熒光成像(xiang)證實茉(mo)莉酸(suan)在花椰(ye)菜采(cai)後(hou)黃化(hua)中的(de)促(cu)進調(tiao)控(kong)作(zuo)用，添加茉(mo)莉酸(suan)合(he)成抑(yi)制(zhi)劑就能(neng)夠(gou)減(jian)緩花椰(ye)菜黃化(hua)，提高保(bao)鮮(xian)效果。從(cong)數據結(jie)果(guo)看，添加茉(mo)莉酸(suan)抑(yi)制(zhi)劑DIECA的(de)花椰(ye)菜的最(zui)大光化(hua)學(xue)效率Fv/Fm、熒(ying)光衰(shuai)減(jian)比(bi)率(lv)Rfd-Lss（活(huo)力指數）都要遠遠高於添加促(cu)進茉(mo)莉酸(suan)合(he)成的(de)MeJA的(de)花椰(ye)菜，也高於對照組，證明(ming)了(le)這壹方法在花椰(ye)菜采(cai)後(hou)保(bao)鮮(xian)上(shang)的(de)有效性。

鮮(xian)切(qie)花尤其是鮮(xian)切(qie)月(yue)季(ji)在采(cai)摘運輸(shu)過程中(zhong)，保(bao)鮮(xian)處(chu)理(li)也(ye)是非常重要的。因此(ci)，保(bao)鮮(xian)劑也經常用於鮮切(qie)花運輸(shu)與(yu)存儲(chu)。韓(han)國(guo)世宗大學(xue)在這(zhe)方面開(kai)展了(le)大量的研(yan)究(jiu)，對不同品種(zhong)的月(yue)季(ji)施(shi)加了(le)各種(zhong)防(fang)腐(fu)液(ye)、乙(yi)烯抑(yi)制(zhi)劑、黃芩(qin)提取物等(deng)，以評(ping)估(gu)最(zui)佳(jia)的(de)保(bao)鮮(xian)運輸(shu)方法(fa)。FluorCam葉綠素(su)熒光技術(shu)為(wei)鮮(xian)花活力評(ping)估(gu)鑒定(ding)提(ti)供(gong)了(le)最(zui)有(you)力的證據。結(jie)果表(biao)明(ming)，這(zhe)些(xie)保(bao)鮮(xian)劑都能(neng)有(you)效提高月(yue)季(ji)在存(cun)儲(chu)中(zhong)的活性。尤其是黃芩(qin)提取物，效能上等同甚至(zhi)超過乙(yi)烯抑(yi)制(zhi)劑，而作為(wei)壹種(zhong)藥用(yong)植(zhi)物中(zhong)提取的活(huo)性物質(zhi)，其環境(jing)友(you)好(hao)性更(geng)是不言而喻(yu)。

參考(kao)文(wen)獻(xian)：

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2. Paul K, et al. 2019. Understanding the Biostimulant Action of Vegetal-Derived Protein Hydrolysates by High-Throughput Plant Phenotyping and Metabolomics: A Case Study on Tomato. Frontiers in Plant Science, 10:47

3. Sorrentino M, et al. 2022. Integration of Phenomics and Metabolomics Datasets Reveals Different Mode of Action of Biostimulants Based on Protein Hydrolysates in Lactuca sativa L. and Solanum lycopersicum L. Under Salinity. Journal of Frontiers in Plant Science, 12:808711

4. Xia M, et al. 2023. Hydrogel-potassium humate composite alleviates cadmium toxicity of tobacco by regulating Cd bioavailability. Ecotoxicology and Environmental Safety, 263:115361

5. Yan B, Jia H, Wei J, et al. 2021. Extraction, purification and anti-TMV effects of α (β)-2, 7, 11-cembratriene-4, 6-diol from tobacco leaves. Industrial Crops and Products 174: 114197.

6. Fang H, et al. 2020. Potential of jasmonic acid (JA) in accelerating postharvest yellowing of broccoli by promoting its chlorophyll degradation. Food Chemistry 309: 125737

7. Ruiz De Larrinaga L, et al. 2019. Life after Harvest: Circadian Regulation in Photosynthetic Pigments of Rocket Leaves during Supermarket Storage Affects the Nutritional Quality. Nutrients, 11(7): 1519

8. Roh, et al. 2020. Effects of Dry and Wet Shipping Conditions on Quality, Vase Life, and Physiological Responses of Chrysanthemum morifolium ‘Baekma’ Cut Flowers. Horticultural Science and Technology: 218-227

9. Ha STT, et al. 2020. Pretreatment with Scutellaria baicalensis Georgi extract improves the postharvest quality of cut roses (Rosa hybrida L.). Horticulture, Environment, and Biotechnology 61: 511–524

北(bei)京(jing)易(yi)科(ke)泰(tai)生態技術(shu)公司提供(gong)植(zhi)物培養(yang)與(yu)表(biao)型研(yan)究(jiu)全面技術(shu)方案：

l FluorTron®多(duo)功能(neng)高光譜成像(xiang)分析系(xi)統

l FluorCam葉綠素(su)熒光成像(xiang)系(xi)統

l FluorTron®植(zhi)物光合(he)表(biao)型成像(xiang)分析系(xi)統

l FluorCam多(duo)光譜熒(ying)光成像(xiang)系(xi)統

l PhenoTron®植(zhi)物表(biao)型成像(xiang)分析系(xi)統

l RhizoTron®根(gen)系(xi)表(biao)型成像(xiang)分析系(xi)統

l LCpro T智(zhi)能型光合(he)作(zuo)用測(ce)量系(xi)統