葉(ye)綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像農學領(ling)域應(ying)用——作(zuo)物(wu)篇(pian)

本(ben)期(qi)文(wen)章將聚(ju)焦(jiao)葉(ye)綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像技(ji)術在大(da)田(tian)作(zuo)物(wu)研究領(ling)域的(de)應(ying)用，通過三個(ge)案例(li)展開深度解(jie)析：壹(yi)、依托(tuo)該技(ji)術實(shi)現(xian)光(guang)誘(you)導(dao)條件(jian)下馬(ma)鈴薯(shu)采(cai)後品(pin)質(zhi)下(xia)降(jiang)的(de)無損(sun)檢(jian)測(ce)；二、揭示(shi)葉綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像作為指(zhi)示(shi)玉米(mi)熱(re)脅(xie)迫響應(ying)的(de)核心(xin)工具(ju)；三、深入(ru)分析(xi)不同(tong)處理(li)方式(shi)下，冬(dong)小(xiao)麥遭(zao)遇幹熱(re)風脅(xie)迫後葉片(pian)的(de)熒(ying)光(guang)信(xin)號差異，為抗(kang)逆栽(zai)培(pei)策(ce)略(lve)優化提供(gong)科學依據。透(tou)過這(zhe)些(xie)實(shi)踐案例(li)，我們(men)將(jiang)清晰(xi)看到(dao)葉綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像技(ji)術如(ru)何(he)突破(po)傳(chuan)統研究局(ju)限，為現(xian)代(dai)農業(ye)科研與生產(chan)實(shi)踐註入(ru)新動能。

案例(li)1：光(guang)誘(you)導(dao)下馬(ma)鈴薯(shu)采(cai)後品(pin)質(zhi)下(xia)降(jiang)的(de)無損(sun)檢(jian)測(ce)

在不當(dang)的(de)采(cai)收(shou)或儲(chu)存(cun)條件(jian)下(xia)，陽光(guang)直射會導(dao)致(zhi)馬(ma)鈴薯(shu)品(pin)質(zhi)直線(xian)下降(jiang)，會引起馬(ma)鈴薯(shu)表面變綠，這(zhe)是由(you)於(yu)葉(ye)綠素形(xing)成(cheng)所致(zhi)，過程中(zhong)伴(ban)隨(sui)著有(you)毒化學物(wu)質(zhi)——生物(wu)堿(jian)的(de)生成(cheng)，當(dang)食用儲(chu)存(cun)不當(dang)的(de)馬(ma)鈴薯(shu)時，可(ke)能會對人體(ti)健康產生威(wei)脅(xie)，這(zhe)也(ye)是“綠土豆有毒”的(de)來源。匈(xiong)牙(ya)利農業(ye)與(yu)生命(ming)科學大學的(de)食品(pin)科學與技(ji)術研究所(suo)通過檢(jian)測(ce)不同(tong)儲存方式(shi)下馬(ma)鈴薯(shu)中(zhong)葉(ye)綠素的(de)形成(cheng)，間(jian)接(jie)研究陽光(guang)誘(you)導(dao)馬(ma)鈴薯(shu)中(zhong)葉(ye)綠素相關化合物(wu)的(de)生成(cheng)。

研究中(zhong)針對初(chu)始黃色(se)的(de)馬(ma)鈴薯(shu)和(he)初(chu)始有綠色(se)斑(ban)點(dian)的(de)馬(ma)鈴薯(shu)，並(bing)分別(bie)進(jin)行陽光(guang)直射和遮蔭處理(li)，隨(sui)著儲(chu)存時間(jian)的(de)變化，持(chi)續(xu)測(ce)定。結果(guo)表明：陽光(guang)照(zhao)射後的(de)馬(ma)鈴薯(shu)葉(ye)綠素含(han)量顯著升高，其(qi)葉(ye)綠素熒(ying)光(guang)參(can)數(shu)（F0、Fm）的(de)結果(guo)顯示(shi)：隨(sui)著儲(chu)存時間(jian)變長(chang)，葉綠素熒(ying)光(guang)也(ye)不斷增加(jia)；初(chu)始狀態(tai)下，綠色(se)馬(ma)鈴薯(shu)的(de)葉綠素熒(ying)光(guang)顯著高(gao)於(yu)黃色(se)馬(ma)鈴薯(shu)。

本(ben)研究證(zheng)明，陽光(guang)和(he)儲藏(zang)時間(jian)過長能夠(gou)誘(you)導(dao)葉綠素的(de)生成(cheng)，馬(ma)鈴薯(shu)的(de)有害(hai)物(wu)質(zhi)的(de)產生，伴(ban)隨(sui)著葉(ye)綠素的(de)產生，也(ye)間(jian)接(jie)證(zheng)明了(le)“綠色(se)土(tu)豆有毒”。

案例(li)2：葉綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像：指(zhi)示(shi)玉米(mi)熱(re)脅(xie)迫的(de)工具(ju)

玉米(mi)是世界三(san)大(da)作(zuo)物(wu)之(zhi)壹(yi)，與水(shui)稻(dao)和(he)小(xiao)麥齊名(ming)。在玉米(mi)的(de)生長(chang)過程中(zhong)，幹(gan)旱和熱(re)風脅(xie)迫對其(qi)生產(chan)的(de)破壞(huai)最大(da)，因此，進(jin)壹(yi)步開展選(xuan)育耐熱(re)風玉米(mi)品(pin)系的(de)育種(zhong)工作(zuo)是十(shi)分(fen)必要(yao)的(de)。壹(yi)篇(pian)發表在《Cereal Research Communications》上的(de)研究，探(tan)究(jiu)葉(ye)綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像技(ji)術系(xi)統是否能快速(su)測(ce)定植(zhi)物(wu)的(de)熱(re)脅(xie)迫。

實(shi)驗中(zhong)選(xuan)擇(ze)了(le)耐熱(re)品(pin)種Kwangpyeongok作(zuo)為對照(zhao)組、熱(re)脅(xie)迫品(pin)種Ilmichal作(zuo)為實(shi)驗組將(jiang)兩(liang)個(ge)品(pin)種的(de)玉米(mi)幼苗(miao)在 35±2°C、相對濕度 35% 的(de)生長(chang)箱(xiang)中(zhong)，經(jing) 96 小(xiao)時熱(re)風處理(li)後，檢(jian)測(ce)其(qi)葉(ye)綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像參數(shu)值（Fo、Fm、Fv/Fm、ΦPSII、NPQ 和 Rfd），並(bing)進(jin)行比(bi)較分(fen)析(xi)。

結果(guo)如(ru)下(xia)圖(tu)，結果(guo)顯示(shi)，熱(re)處理(li)後的(de)24h內兩(liang)種(zhong)玉米(mi)幼苗(miao)玉米(mi)幼苗(miao)表面上看(kan)起來相似，很難用肉眼(yan)判(pan)斷其(qi)損(sun)傷情況(kuang)，但通過葉綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像發現(xian)，盡(jin)管熱(re)風脅(xie)迫下玉米(mi)葉片(pian)的(de) Fv/Fm 比(bi)值沒有(you)明(ming)顯差異(yi)，但是實(shi)驗組Ilmichal的(de)Fm、F0顯著低(di)於(yu)對照(zhao)組Kwangpyeongok。

隨(sui)後，研究中(zhong)又檢(jian)測(ce)了(le)Kwangpyeongok、Ilmichal兩(liang)個(ge)品(pin)種在熱(re)風脅(xie)迫處理(li)下的(de)葉綠素熒(ying)光(guang)參(can)數(shu)值，結果(guo)如(ru)下(xia)圖(tu)所(suo)示(shi)，發現(xian)熱(re)風脅(xie)迫下玉米(mi)葉片(pian)的(de) Fv/Fm 比(bi)值幾(ji)乎(hu)處於(yu)正常(chang)水(shui)平(ping)，但 Fm 和(he) Fv 值卻(que)遠(yuan)低(di)於(yu)對照(zhao)幼苗(miao)。實(shi)驗組Ilmichal的(de)玉米(mi)幼苗(miao)熱(re)風脅(xie)迫後，所有(you)測(ce)量的(de)熒(ying)光(guang)參(can)數(shu)均(jun)降(jiang)至(zhi)對照(zhao)幼苗(miao)Kwangpyeongok的(de)壹(yi)半以(yi)上，其(qi)中(zhong)NPQ增加(jia)，ΦPSII降低(di)。因此，NPQ 和(he) ΦPSII 可(ke)用於(yu)測(ce)定熱(re)風脅(xie)迫下玉米(mi)葉片(pian)的(de)情況(kuang)。

本(ben)研究證(zheng)明：通過葉綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像技(ji)術直接(jie)檢(jian)測(ce)葉綠素熒(ying)光(guang)相關參數(shu)能夠(gou)側(ce)面確定玉米(mi)的(de)熱(re)脅(xie)迫程度，葉(ye)綠素熒(ying)光(guang)技(ji)術的(de)分析(xi)及其(qi)相關參數(shu)可(ke)以作(zuo)為壹(yi)種快速(su)指(zhi)示(shi)技(ji)術，用於(yu)測(ce)定玉米(mi)的(de)熱(re)風脅(xie)迫。

案例(li)3：分析(xi)不同(tong)處理(li)下冬(dong)小(xiao)麥遭(zao)遇幹(gan)熱(re)風後葉片(pian)的(de)響應(ying)

黃淮海(hai)地(di)區作為中(zhong)國(guo)冬小(xiao)麥的(de)核心(xin)產區(qu)，其(qi)小(xiao)麥產(chan)量占全(quan)國(guo)總量的(de)壹(yi)半以(yi)上，然(ran)而(er)該區域在冬(dong)小(xiao)麥灌(guan)漿增重(zhong)關(guan)鍵(jian)期(qi)常(chang)遭(zao)遇兼具(ju)高溫(wen)、低(di)濕、大(da)風特(te)征(zheng)的(de)幹熱(re)風災(zai)害，且(qie)在全(quan)球變暖(nuan)的(de)背景(jing)下，災(zai)害態(tai)勢擴(kuo)大會加速小(xiao)麥蒸(zheng)騰(teng)耗(hao)水(shui)、破(po)壞(huai)光(guang)合系(xi)統，導(dao)致(zhi)小(xiao)麥早(zao)衰(shuai)，嚴重(zhong)時可(ke)造成小(xiao)麥減(jian)產。為緩解(jie)這(zhe)壹(yi)問題(ti)，科研團(tuan)隊(dui)展開了(le)大(da)田(tian)實(shi)驗，通過用葉(ye)綠素熒(ying)光(guang)技(ji)術找(zhao)到應(ying)對幹熱(re)風災(zai)害的(de)方案。

實(shi)驗共設(she)6種(zhong)處理(li)：空白(bai)對照(zhao)CK（拔(ba)節(jie)期(qi)和(he)開花期(qi)均(jun)噴(pen)施(shi)自(zi)來水處理(li)）、制劑組對照(zhao)CKP（兩(liang)個(ge)時期(qi)均(jun)噴(pen)施(shi)磷(lin)酸(suan)二(er)氫鉀溶(rong)液處理(li)）、拔(ba)節(jie)期(qi)噴(pen)施磷(lin)胺(an)制劑（BA）、拔(ba)節(jie)期(qi)噴(pen)施磷(lin)酯(zhi)制劑（BZ）、開花期(qi)單(dan)次(ci)噴施磷(lin)胺(an)制劑（HA）、開花期(qi)單(dan)次(ci)噴施磷(lin)酯(zhi)制劑（HZ），測(ce)定在不同(tong)處理(li)下的(de)旗葉(ye)的(de)葉綠素熒(ying)光(guang)參(can)數(shu)值，實(shi)驗結果(guo)如(ru)下(xia)：

試(shi)驗(yan)期(qi)間(jian)小(xiao)麥在花(hua)後24d和26d遭(zao)受(shou)了(le)輕(qing)度幹(gan)熱(re)風過程，實(shi)驗結果(guo)表明:噴施磷(lin)糖類(lei)制劑處理(li)對不同(tong)熒(ying)光(guang)參(can)數(shu)的(de)調控時期(qi)存(cun)在差(cha)異(yi)，表現(xian)為提升幹熱(re)風發生過程後（24d和(he)26d）旗葉(ye)Fv/Fm，降低(di)整(zheng)個(ge)灌(guan)漿活躍(yue)期(qi)（11d）NPQ，增加(jia)灌(guan)漿中(zhong)後期(qi)旗葉(ye)qP；在開花期(qi)噴(pen)施磷(lin)酯(zhi)制劑通過增加(jia)旗葉(ye)Fv/Fm和qP提高(gao)小(xiao)麥抗(kang)幹熱(re)風能力(li)，開花期(qi)噴(pen)施磷(lin)胺(an)制劑通過使(shi)葉(ye)片(pian) NPQ 值穩定保持在較(jiao)低(di)水平(ping)，提高(gao)電(dian)子傳(chuan)遞(di)效(xiao)率(lv)，從而緩解(jie)幹熱(re)風對小(xiao)麥的(de)生理(li)危害(hai)。

實(shi)驗根據葉綠素熒(ying)光(guang)參(can)數(shu)值得(de)出結論：建議磷(lin)胺(an)和(he)磷(lin)酯(zhi)制劑噴施的(de)最佳(jia)時期(qi)分(fen)別(bie)為拔(ba)節(jie)期(qi)和(he)開花期(qi)，認為開花期(qi)噴(pen)施磷(lin)酯(zhi)制劑處理(li)對小(xiao)麥抗(kang)幹熱(re)風影(ying)響的(de)調控效(xiao)果(guo)較好(hao)。

參(can)考(kao)文(wen)獻(xian)：

[1] Zsom-Muha, V., Nguyen, L. L. P, et al. (2021). An attempt to the nondestructive investigation of photo-induced potato postharvest quality degradation–Preliminary results. Progress in Agricultural Engineering Sciences, 17(S1), 99-109.

[2] Park J Y, Yoo S Y, Kang H G, et al. (2016). Use of chlorophyll a fluorescence imaging for photochemical stress assessment in maize (Zea mays L.) leaf under hot air condition. The Korean Journal of Crop Science, 61(4): 270-276.

[3] XU Ya-nan, HAN Yan, WU Yue, et al. (2023). Effects of Foliar-spray Chemical Regulators on Wheat Winter Resistance through Dry-hot Wind Stress. Chinese Journal of Agrometeorology, 44(11): 995-1008.

北京(jing)易(yi)科泰生態(tai)技(ji)術公(gong)司(si)提供(gong)植(zhi)物(wu)表型分(fen)析技(ji)術全(quan)面解(jie)決方案

北京(jing)易(yi)科泰生態(tai)技(ji)術公(gong)司(si)——葉(ye)綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像技(ji)術產(chan)品(pin)矩陣，歡(huan)迎(ying)聯系(xi)我們(men)了(le)解(jie)！

n 智能移動式(shi)表型平(ping)臺：智能移動式(shi)平(ping)臺，可(ke)在生產(chan)環境現(xian)場(chang)（如(ru)溫(wen)室(shi)、植(zhi)物(wu)工(gong)廠(chang)等）進(jin)行表型分(fen)析，把表型分(fen)析實(shi)驗室(shi)前(qian)置種植(zhi)現(xian)場(chang)，原(yuan)位(wei)（in-situ）監(jian)測(ce)植物(wu)健康、生理(li)狀態(tai)、生產(chan)效(xiao)率(lv)（如(ru)光(guang)合效(xiao)率(lv)等），及作(zuo)物(wu)對光(guang)、脅(xie)迫等環境因(yin)子(zi)的(de)響應(ying)。具(ju)備頂(ding)端和(he)側面的(de)RGB、葉綠素熒(ying)光(guang)熱(re)紅(hong)外等表型成(cheng)像，還可(ke)選(xuan)配3D葉(ye)綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像，自(zi)動形(xing)成三(san)維葉綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像，同時進(jin)行株(zhu)高(gao)、冠(guan)幅(fu)等形態(tai)測(ce)量。

n PlantScreen智能表型成(cheng)像系統：培養(yang)與(yu)自(zi)動化表型監(jian)測(ce)、數(shu)據(ju)自(zi)動分(fen)析、遠(yuan)程操控、環境監(jian)測(ce)、自(zi)動灌(guan)溉、聯(lian)動氣(qi)候室(shi)自(zi)動傳(chuan)送等。

n PhenoTron®植物(wu)表型成(cheng)像分析與(yu)實(shi)驗監(jian)測(ce)：巡檢(jian)機器人(ren)、培(pei)養與測(ce)量復式(shi)平(ping)臺、軌道式(shi)表型、數(shu)字化植(zhi)物(wu)工(gong)廠(chang)實(shi)驗監(jian)測(ce)、懸(xuan)浮(fu)軌道系(xi)統等規格型號(hao)，葉綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像與多(duo)光(guang)譜(pu)熒(ying)光(guang)成(cheng)像分析、多(duo)功能高(gao)光(guang)譜(pu)成像(xiang)分析、Thermo-RGB成像分(fen)析等全面表型成(cheng)像分析技(ji)術方案，高通量、非損傷、數(shu)字化、可(ke)視化

n 全面升級的(de)FluorCam葉綠素熒(ying)光(guang)成(cheng)像/多(duo)光(guang)譜(pu)熒(ying)光(guang)成(cheng)像技(ji)術

成像面積(ji)從4×4cm到20×20cm/35×35cm；適合於(yu)高(gao)度0-100cm的(de)樣(yang)品(pin)，具(ju)備臺式(shi)、便(bian)攜式(shi)等型號(hao)，幫助各種(zhong)場(chang)景下(xia)的(de)植物(wu)光(guang)合效(xiao)率(lv)檢(jian)測(ce)