易科泰叶绿素荧光成像技术应用于园艺科学研究—花卉与观赏植物
时间：2023-10-30 阅读：138
FluorCam叶绿素荧光成像技术能够灵敏、快捷、无损地测量植物光合能力、光合电子传递链功能和光系统逆境响应，因此从技术问世之初就被广泛应用于花卉、水果、蔬菜等园艺植物研究中。
FluorCam系列叶绿素荧光成像系统
在花卉与观赏植物的相关研究中，FluorCam叶绿素荧光成像技术广泛应用于抗逆、生理生态、采后保存、优化培养条件等研究方向。下面介绍部分近期研究案例：
一、外源钙对月季热胁迫抗性的作用
河南农业大学将修剪后的月季Rosa hybrida ‘Carolla’进行了昼夜温度35/20℃的热胁迫处理。在其花芽萌发一周后，在叶片上喷施不同浓度的CaCl2溶液。之后利用FluorCam叶绿素荧光成像系统检测叶片的最小荧光Fo、zuida荧光Fm、PSIIzuida量子产额Fv/Fm（即zuida光化学效率）、非光化学淬灭系数NPQ、荧光衰减比率Rfd（也称为活力指数）。同时利用光合仪检测叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度并计算其水分利用效率WUE。结果表明，叶片施加的外源钙增强了月季光合系统对热胁迫的抗逆，既表现在维持光系统PSII的光能转换效率、减少热耗散；又减轻了高温对CO2同化与水分利用的影响。
左图：FluorCam获得的Fo、Fm、Fv/Fm、NPQ、Rfd等叶绿素荧光参数成像图；右图：光合仪获得的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度及水分利用效率数据图
二、白化凤凰木的光合生理特性
植物部分或全部缺失叶绿素被称为白化。白化现象在50多种植物中都有所发现，包括裸子植物、单子叶植物和双子叶植物。巴西Universidade Federal de Jataí的科学家对凤凰木Delonix regia的白化进行了研究，希望弄清除了缺失叶绿素，植物白化还造成了结构和生理的哪些改变。
研究人员从一棵母树上采集种子培育了2400株幼苗。从中挑选出白化的幼苗，分析其叶绿素含量并使用FluorCam叶绿素荧光成像系统检测其光合特性。结果表明，白化凤凰木的叶绿素含量显著降低，但其PSIIzuida光化学效率Fv/Fm和实际光化学效率(F’m-F’)/F’m（即量子产额QY）则与非白化植株基本相同，说明其剩余的PSII光合结构功能是完整的。白化凤凰木的非光化学淬灭系数NPQ显著降低，一方面减少了PSII热耗散的能量，尽量维持光合电子传递能量；另一方面说明它应对高光照的光保护能力大大降低。同时，白化凤凰木的荧光衰减比率Rfd（也称为活力指数）也显著降低，证明白化还是不可避免地影响了其在光照条件下的活力。
左图：野生型与白化凤凰木的形态照片；右图：野生型与白化凤凰木的叶绿素含量与叶绿素荧光数据
三、切花的采后保鲜
鲜切花在采摘运输过程中，由于高温、运输时长等原因，导致其组织衰老、水分损失、品质下降，甚至腐败变质。因此研究鲜切花在保存过程中的生理变化并以此考察各种保鲜技术的效果是对鲜切花产业是即为重要的。
韩国世宗大学对此开展了多年的研究，对不同品种的月季施加了各种防腐液、乙烯抑制剂乃至草药提取液，以评估最佳的保鲜运输制剂。FluorCam叶绿素荧光系统测量的最大光化学效率Fv/Fm可直接衡量植物的胁迫受损程度，为鲜花保存过程中的活力评估鉴定提供了最有力的证据。
上图：施加不同防腐剂的‘Matador’ 和‘Dolcetto’月季品种Fv/Fm叶绿素荧光数据；下图：施加不同乙烯抑制剂‘All For Love’和‘Afnity’ 月季品种Fv/Fm叶绿素荧光数据
四、补充光照改善观赏凤梨花序的发育
补充光照是观赏花卉培育中广泛使用的技术手段。伊朗德黑兰大学的科学家使用不同红蓝配比的补充光培养美叶光萼荷Aechmea fasciata ‘Primera’，星花凤梨Guzmania ‘Rostara’ 和丽穗凤梨Vriesea ‘Splenriet’，通过FluorPen手持式叶绿素荧光仪（带有光量子传感器）和手持式光谱仪来确定培养光强与光质组成。结果表明增加补充光中的蓝光组分，能够显著促进花序的出现与发育。同时，利用FluorPen手持式叶绿素荧光仪测量OJIP快速动力学曲线与光化学活性性能指数PIABS，FluorCam叶绿素荧光系统成像测量最大光化学效率Fv/Fm、非光化学淬灭系数NPQ等，发现增加蓝光组分也能在一定程度上改善一些凤梨品种的光合特性。
左图：三种凤梨品种的花序发育过程；右图：三种凤梨品种在不同组分补充光下的Fv/Fm叶绿素荧光成像图
参考文献：
1. Wang H, Shen Y, Wang K, et al. Effect of Exogenous Calcium on the Heat Tolerance in Rosa hybrida ‘Carolla’. Horticulturae, 2022, 8(10): 980
2. Silva LAS, et al. 2020. Albinism in plants – far beyond the loss of chlorophyll: Structural and physiological aspects of wild‐type and albino royal poinciana (Delonix regia) seedlings. Plant Biology 22(5): 761-768
3. Ha STT, et al. 2019. Extension of the Vase Life of Cut Roses by Both Improving Water Relations and Repressing Ethylene Responses. Horticultural Science and Technology 37(1):65-77
4. Ha STT, et al. 2019. Simultaneous Inhibition of Ethylene Biosynthesis and Binding Using AVG and 1-MCP in Two Rose C*rs with Different Sensitivities to Ethylene. Journal of Plant Growth Regulation 39:553–563
5. Javadi Asayesh E, Aliniaeifard S, Askari N, et al. Supplementary light with increased blue fraction accelerates emergence and improves development of the inflorescence in Aechmea, Guzmania and Vriesea. Horticulturae, 2021, 7(11): 485.
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