葉綠(lv)素(su)熒光成(cheng)像(xiang)園藝領(ling)域(yu)應用(yong)—蔬菜(cai)篇(pian)

隨著(zhe)現(xian)代農(nong)園藝向(xiang)精細(xi)化、智(zhi)能(neng)化不(bu)斷邁(mai)進，光環(huan)境(jing)調(tiao)控、采後生理監(jian)測等已成為提升(sheng)蔬(shu)菜(cai)品質與產量的關鍵技(ji)術(shu)。葉綠(lv)素(su)熒光成(cheng)像(xiang)技術(shu)作為(wei)壹種(zhong)非(fei)侵(qin)入(ru)式、可(ke)視化的光合生理檢測手段，能(neng)夠(gou)實時(shi)捕捉植(zhi)株(zhu)的光合效(xiao)率(lv)、脅(xie)迫響應與生理狀態，為(wei)蔬(shu)菜栽(zai)培(pei)管(guan)理(li)、品質保(bao)持(chi)及機理研究提(ti)供(gong)了(le)強(qiang)有力的數據(ju)支持(chi)。本文(wen)圍(wei)繞番(fan)茄(qie)、花(hua)椰(ye)菜、辣(la)椒(jiao)三(san)種(zhong)典型(xing)蔬(shu)菜，通過實(shi)際文(wen)獻案例(li)展(zhan)示(shi)易(yi)科泰葉綠(lv)素(su)熒光成(cheng)像(xiang)技術(shu)在(zai)蔬菜(cai)研究(jiu)方(fang)面的應用(yong)，為園藝科研與生產提(ti)供(gong)新視角(jiao)與技術(shu)支撐(cheng)。接(jie)下(xia)來，我(wo)們也(ye)將繼(ji)續分(fen)享(xiang)水(shui)果、觀(guan)賞植(zhi)物(wu)等系(xi)列應用(yong)，歡迎持(chi)續關註。

壹、 番(fan)茄(qie)：砧(zhen)木嫁(jia)接(jie)、光譜(pu)組成影(ying)響(xiang)番(fan)茄(qie)對(dui)長光照(zhao)周(zhou)期的響應

植(zhi)物(wu)的生物(wu)量和(he)產量主(zhu)要(yao)取(qu)決於其光合有效(xiao)輻(fu)射量（日光積(ji)分(fen)DLI——強(qiang)度(du)×光周(zhou)期）。采用(yong)低強(qiang)度(du)、長光周(zhou)期來滿足所需DLI更(geng)具經(jing)濟(ji)性，但若(ruo)將光周(zhou)期延長至超(chao)過(guo)臨(lin)界時長，反而可(ke)能(neng)對番(fan)茄(qie)生產造(zao)成(cheng)葉片黃化、植(zhi)株(zhu)活(huo)力下降等不(bu)利影(ying)響(xiang)。紅(hong)光更(geng)加節(jie)能(neng)，同時(shi)可(ke)以(yi)促進葉片生長和(he)植(zhi)物(wu)活(huo)力，某些(xie)砧(zhen)木也能(neng)起到類似作(zuo)用(yong)。

本文(wen)便研(yan)究了(le)光譜(pu)組成和(he)砧(zhen)木類型(xing)對長(chang)光照(zhao)周(zhou)期下的番(fan)茄(qie)生長的影響(xiang)。研究(jiu)中，將番(fan)茄(qie)植(zhi)株(zhu)Trovanzo分別嫁(jia)接(jie)到Emperator（TE）和Kaiser（TK）上，分(fen)別接(jie)受(shou)兩(liang)種(zhong)光譜(pu)組合處(chu)理(li)：100%紅(hong)光或RGB混合光，光照(zhao)時(shi)長(chang)分別為17小時(shi)和23小時(shi)。文(wen)中使用(yong)FluorCam葉綠(lv)素(su)熒光成(cheng)像(xiang)對TE番(fan)茄(qie)進(jin)行(xing)檢測，探索光周(zhou)期延長引發的葉片損(sun)傷。

結合葉片氣體交(jiao)換(huan)、植(zhi)物(wu)生長參(can)數(shu)等測量結果，研(yan)究證實，砧(zhen)木嫁(jia)接(jie)、光照(zhao)周(zhou)期都會影(ying)響(xiang)溫室番(fan)茄(qie)對(dui)長光照周期的響應效(xiao)果。通過合理(li)配置(zhi)紅(hong)光與適(shi)宜(yi)砧(zhen)木組合，可(ke)以(yi)在(zai)節(jie)能(neng)的同時(shi)，有效(xiao)消除(chu)長(chang)日(ri)照光照(zhao)對(dui)產(chan)量造(zao)成的負面影響(xiang)。

二、 花(hua)椰(ye)菜：采後黃(huang)化的色素(su)機制研究(jiu)

2019年(nian)，沈(shen)陽(yang)農(nong)大食品科學系團隊在(zai)園藝領(ling)域(yu)top期刊Horticulture Research（2024年(nian)影(ying)響(xiang)因子(zi)8.5）發表關(guan)於花(hua)椰(ye)菜采後黃(huang)化的色素(su)機制的研究(jiu)成果，文(wen)中利用(yong)了易(yi)科泰提供的葉綠(lv)素(su)熒光成(cheng)像(xiang)系統(tong)對不(bu)同黃(huang)化(hua)程(cheng)度(du)的花(hua)椰(ye)菜進(jin)行(xing)整(zheng)體成像(xiang)檢測，獲(huo)取(qu)其光合變化(hua)，為(wei)機理研究提(ti)供(gong)了(le)關鍵的表型(xing)數(shu)據。

花(hua)椰(ye)菜在(zai)貯(zhu)藏(zang)過程中容易(yi)發生黃化(hua)，導(dao)致其價值下降。理解(jie)黃(huang)化(hua)機制，對於(yu)探索適(shi)宜(yi)的控制儲存(cun)方(fang)法(fa)至關重(zhong)要(yao)。本研(yan)究中，將新鮮(xian)花(hua)椰(ye)菜在(zai)10℃下貯(zhu)藏(zang)，對新鮮(xian)（0天(tian)）、輕(qing)微黃化（5天(tian)）、嚴重(zhong)黃化(hua)（12天(tian)）三(san)個時間(jian)點(dian)的花(hua)椰(ye)菜進(jin)行(xing)葉綠(lv)素(su)熒光動(dong)力學分析、色素(su)含(han)量測定(ding)和轉錄組測序（RNA-seq），以探究其黃化(hua)過程(cheng)中的色素(su)代謝(xie)機制（葉綠(lv)素(su)、類胡蘿蔔素(su)、類黃酮）及相(xiang)關轉錄因子(zi)（TFs）。

葉綠(lv)素(su)熒光成(cheng)像(xiang)結果顯(xian)示，花(hua)椰(ye)菜黃(huang)化過程中Fv/Fm值顯著降低(di)，表(biao)明(ming)PSII反應中心受(shou)損(sun)，光合效(xiao)率(lv)下(xia)降(jiang)。成像(xiang)圖(tu)直觀(guan)顯示了光合異質性，黃化(hua)區域(yu)對應Fv/Fm值較低，並隨時(shi)間(jian)擴散(san)，與感官黃(huang)化程度(du)壹致。NPQ值隨黃(huang)化(hua)加劇(ju)而升高，說明(ming)花(hua)椰(ye)菜通過增(zeng)強(qiang)熱耗散(san)耗散(san)過(guo)剩(sheng)光能(neng)，保(bao)護(hu)光合器(qi)官。

研究(jiu)中還進(jin)行(xing)了葉綠(lv)素(su)代謝(xie)、類胡蘿蔔素(su)合成(cheng)、類黃酮合成(cheng)通路中的差(cha)異表達基因（DEGs）鑒定(ding)，調控色素(su)代謝(xie)的關鍵轉錄因子(zi)篩(shai)選、色素(su)含(han)量測定(ding)等試驗。發現(xian)西藍(lan)花(hua)采後黃(huang)化是(shi)葉綠(lv)素(su)a降解(jie)和(he)類胡蘿蔔素(su)積(ji)累主(zhu)導(dao)的過程(cheng)，受特(te)定TFs調控。Fv/Fm下降(jiang)和NPQ上升(sheng)與葉綠(lv)素(su)降(jiang)解(jie)、類胡蘿蔔素(su)積(ji)累同步(bu)發生，共(gong)同導(dao)致黃(huang)化(hua)表型(xing)。熒光參(can)數(shu)變化(hua)為(wei)轉錄組數據(ju)提(ti)供生理學(xue)驗證，證明(ming)PSII功能(neng)衰(shuai)退是黃化的關鍵特(te)征。

三、辣(la)椒(jiao)：冬(dong)季(ji)溫室栽(zai)培(pei)優(you)化(hua)與采後保(bao)鮮(xian)

冬季(ji)溫室辣(la)椒(jiao)生產中因補光導(dao)致節(jie)間(jian)縮(suo)短(duan)、果實(shi)堆疊(die)（fruit stacking）和勞(lao)動力成本增(zeng)加的問題(ti)。Lanoue（2022）等人的研究(jiu)中，通過比(bi)較不(bu)同的光照(zhao)處(chu)理(li)（包(bao)括(kuo)對照(zhao)組16h白光+8h黑(hei)暗，以(yi)及四種(zhong)連續光照(zhao)處(chu)理(li)）的辣椒(jiao)生理、形(xing)態(tai)、產(chan)差(cha)異，探究動態(tai)24h光照(zhao)策(ce)略的效(xiao)果。葉綠(lv)素(su)熒光成(cheng)像(xiang)顯示(shi)，連續白光（24W）處理(li)導致光系(xi)統(tong)II效(xiao)率(lv)下(xia)降(jiang)，表明(ming)存(cun)在(zai)光抑(yi)制和光損(sun)傷，而(er)動態(tai)光照(zhao)策(ce)略（16W+8B和16W+8BFR）則避(bi)免了這(zhe)種(zhong)損(sun)傷。葉綠(lv)素(su)熒光成(cheng)像(xiang)結果支撐(cheng)了動(dong)態光照(zhao)策(ce)略的可(ke)行(xing)性結論(lun)。

結合形(xing)態(tai)、產(chan)量等分(fen)析(xi)結果，發現(xian)夜間(jian)使用(yong)藍(lan)光+遠紅(hong)光（16W+8BFR）或單獨(du)遠紅(hong)光（16W+8FR）能(neng)顯著(zhu)增(zeng)加節(jie)間(jian)長(chang)度(du)，改善(shan)植(zhi)株(zhu)形(xing)態(tai)，同時(shi)保(bao)持(chi)產量不(bu)受影(ying)響(xiang)。考慮(lv)到節能(neng)、對辣(la)椒(jiao)生產的改善(shan)效(xiao)果，16W+8BFR策略。

葉綠(lv)素(su)熒光成(cheng)像(xiang)還可(ke)應用(yong)於蔬(shu)菜采後生物(wu)學(xue)研究，比(bi)如(ru)評(ping)估(gu)和優(you)化(hua)保(bao)存(cun)條(tiao)件、探索新型(xing)保(bao)鮮(xian)手段等。

早在(zai)2014年(nian)，韓國的科學家(jia)就(jiu)使用(yong)FluorCam葉綠(lv)素(su)熒光成(cheng)像(xiang)系統(tong)測量西(xi)紅(hong)柿(shi)、辣(la)椒(jiao)、等蔬(shu)菜(cai)在(zai)不(bu)同儲(chu)存(cun)條(tiao)件下(xia)（室溫、低溫、高溫、高濕(shi)）的品質變化(hua)，通過最(zui)小(xiao)熒光Fo、最大熒光Fm、最大光化(hua)學(xue)效(xiao)率(lv)Fv/Fm和非(fei)光化(hua)學(xue)淬(cui)滅系數(shu)NPQ，從(cong)光合生理的角(jiao)度(du)證實低溫是最(zui)佳(jia)的常規(gui)水(shui)果蔬(shu)菜保(bao)鮮(xian)技術(shu)。

參考(kao)文(wen)獻：

[1] Lanoue, Jason, et al. "Light spectra and root stocks affect response of greenhouse tomatoes to long photoperiod of supplemental lighting." Plants 10.8 (2021): 1674.

[2] Luo, Feng, et al. "Transcriptome profiling reveals the roles of pigment mechanisms in postharvest broccoli yellowing." Horticulture Research 6 (2019).

[3] Lanoue, Jason, Celeste Little, and Xiuming Hao. "The power of far-red light at night: photomorphogenic, physiological, and yield response in pepper during dynamic 24 hour lighting." Frontiers in Plant Science 13 (2022): 857616.

[4] Yoo, , et al. 2014. Chlorophyll a Fluorescence Imaging Technique for Fresh Quality Assessment of Tomato and Pepper Fruits Stored Under Different Conditions. Journal of Advances In Agriculture 3(3): 188-197