國內(nèi)引進迄今功能齊全的FluorCam葉綠素熒光成像系統(tǒng)

    近日，北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司在陜西延安大學(xué)安裝了迄今為止國內(nèi)功能為齊全的FluorCam葉綠素熒光成像系統(tǒng)，包括葉綠素熒光淬滅分析、快速光響應(yīng)曲線測量、光合有效輻射吸收系數(shù)測量、快速熒光誘導(dǎo)曲線OJIP-test以及Q_A再氧化動力學(xué)曲線測量，并能夠?qū)Ω鱾€測量參數(shù)及計算參數(shù)成像。在安裝培訓(xùn)過程，隨機使用了在校園里生長的染病蒲公英進行了測試，結(jié)果表明該系統(tǒng)運行良好，對于病害的早期檢測能夠達到預(yù)期的效果。

    該套FluorCam葉綠素熒光成像系統(tǒng)既能做常見的葉綠素熒光淬滅分析、對各個參數(shù)（如Fv/Fm、ΦPSII、NPQ、Qp、Rfd等）進行成像和快速光響應(yīng)曲線測量（ETR-PAR或ETR-PPFD），也能夠?qū)夂嫌行л椛湮障禂?shù)（通常采用0.8）測量成像，并且能夠做快速熒光誘導(dǎo)曲線OJIP的測量并各個參數(shù)（如φ_po、φ_Eo 、ψ₀、ABS/RC、TRo/RC、ETo/RC、DIo/RC）的成像，也可以做Q_A再氧化動力學(xué)曲線的測量。

    因此，該成像系統(tǒng)既具備普通葉綠素熒光成像系統(tǒng)的功能，如快速、簡單、高通量地測量光合作用；用于植物抗逆性研究，判斷植株是否受到脅迫、找到早期脅迫的部位、評估脅迫等級；用于大規(guī)模的高產(chǎn)、高抗性品種篩選等。并且有了OJIP-test及Q_A再氧化動力學(xué)曲線這兩項功能的加持，這套系統(tǒng)能夠更準確地反映光合系統(tǒng)對光能的吸收、轉(zhuǎn)化以及耗散的情況以及PSII受體側(cè)對脅迫的響應(yīng)，可用來開展關(guān)于光合結(jié)構(gòu)和功能的細致研究。

    測試前發(fā)現(xiàn)校園草地上生長的蒲公英葉片上有紅褐色的斑點，這屬于病害的癥狀。遂挖取了一株進行測試，希望利用葉綠素熒光成像發(fā)現(xiàn)肉眼尚不可見病斑、將來較大概率會出現(xiàn)可見病斑的綠色葉片（綠色感染葉片），對病害發(fā)生的部位進行預(yù)測。

    對上圖所示的一株離體的蒲公英依次進行葉綠素熒光淬滅分析及快速熒光誘導(dǎo)曲線OJIP-test測量，每次測試前暗適應(yīng)5min。

    葉綠素熒光淬滅分析的主要參數(shù)的成像圖如下，包括：

Fv/Fm：大光化學(xué)量子效率，表征PSII的光化學(xué)活性和能量轉(zhuǎn)化效率；

φPSII：光下實際光化學(xué)量子效率，表征PSII實際光合效率；

Rfd熒光衰減率：光適應(yīng)熒光衰減率，表征植物葉片的光合作用潛力；

NPQ：非光化學(xué)淬滅系數(shù)，表征植物熱耗散水平。

    快速熒光誘導(dǎo)曲線OJIP-test主要參數(shù)的成像圖如下，具體參數(shù)包括：

ABS/RC：反映單位反應(yīng)中心吸收的光能;

TRo/RC：反映單位反應(yīng)中心捕獲的用于還原QA的能量;

ETo/RC：反映單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量;

DIo/RC：反映單位反應(yīng)中心耗散掉的能量。

    由葉綠素熒光淬滅分析及快速熒光誘導(dǎo)曲線OJIP-test的各個參數(shù)的成像圖可見：

    順時針對葉片進行編號后（參見下圖），綠色葉片①、②、④以及帶有病斑的葉片③、⑤、⑥中，①和②（尤其葉尖部分）的熒光參數(shù)和病斑部位相近：如通過葉綠素熒光淬滅分析獲得的大光化學(xué)量子效率、熒光衰減率及熱耗散水平，以及通過OJIP-test獲得的單位反應(yīng)中心吸收的光能、單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量。且相對于帶病斑葉片的綠色部位，上述參數(shù)均較低，表現(xiàn)了光系統(tǒng)較弱的能量吸收、有效轉(zhuǎn)化及耗散能力，表明光系統(tǒng)受到一定程度的損傷。

    而④葉片整體和帶病斑葉片的綠色部位相近。此外，同樣為綠色葉片，葉片①和②整個葉片熒光參數(shù)的異質(zhì)性要高于葉片④，導(dǎo)致異質(zhì)性的來源極大可能來自病原體的侵染。據(jù)此推測，葉片④為綠色健康葉片，葉片①和②為綠色感染葉片。

    因此通過FluorCam葉綠素熒光成像快速、無損、高通量地測量植物的光合作用，能夠?qū)χ参镉袩o受到脅迫、脅迫的具體部位、脅迫的程度進行快速的檢測和評估，并對脅迫與光合結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系進行細致的分析、解釋。

    FluorCam葉綠素熒光成像系統(tǒng)除具備目前上功能為齊全完備的葉綠素熒光成像程序和模塊外，還具備紫外激發(fā)的多光譜成像模塊及GFP/YFP穩(wěn)態(tài)熒光成像。前者能夠靈敏、特異性地評估植物生理狀態(tài)包括受脅迫狀態(tài)，包括干旱、病蟲害、環(huán)境污染、氮脅迫等，后者則能夠檢測熒光蛋白在葉片水平的表達，直觀地表現(xiàn)出轉(zhuǎn)錄基因的表達位置。