SpectraPen/PolyPen手持式光譜儀應(yīng)用案例—逆境脅迫研究

植物/藻類(lèi)生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)受到各種逆境脅迫因素的影響，對(duì)植物/藻類(lèi)逆境脅迫響應(yīng)及其調(diào)控機(jī)制的研究也可以說(shuō)是永恒的熱點(diǎn)，甚至發(fā)展出了專(zhuān)門(mén)的植物逆境生物學(xué)分支。同時(shí)，作物抗逆機(jī)制和抗逆品種選育更是與糧食安全問(wèn)題緊密相關(guān)，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

在植物逆境脅迫響應(yīng)研究經(jīng)常會(huì)綜合利用光譜儀、葉綠素?zé)晒?熒光成像儀、光合儀等儀器。光譜儀測(cè)量的植被反射指數(shù)可以反映色素、結(jié)構(gòu)、水分含量等方面的變化，葉綠素?zé)晒鈪?shù)可以反映植物光合系統(tǒng)電子傳遞受損情況和響應(yīng)機(jī)制，光合儀可以測(cè)量CO₂同化速率、蒸騰速率并計(jì)算水分利用效率，這些數(shù)據(jù)具備很高的相關(guān)性和互補(bǔ)性，能夠綜合進(jìn)行植物脅迫表型分析。

水稻灌漿期的夜間高溫會(huì)顯著影響水稻的產(chǎn)量。捷克科學(xué)院變化研究中心與水稻研究所合作研究夜間高溫對(duì)成熟水稻穗光學(xué)特性的變化追蹤。研究者使用FluorPen手持式葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)量了光合系統(tǒng)有效光化學(xué)效率ΦII（也稱(chēng)為有效量子產(chǎn)額QY或ΦPSII）和穩(wěn)態(tài)熒光Fs。SpectraPen SP100手持式光譜儀用于測(cè)量葉綠素?zé)晒庠?90nm和735nm的兩個(gè)波峰的比值F690/F735。同時(shí)使用PolyPen手持式植物反射光譜測(cè)量?jī)x的前期型號(hào)WinePen測(cè)量了反射光譜曲線，并計(jì)算了PRI、mSR705、mND705、R470/R570、R520/R675等9項(xiàng)植被指數(shù)。這些植被指數(shù)與水稻葉片/穗的光合能力、穩(wěn)態(tài)熒光、葉綠素濃度等緊密相關(guān)。結(jié)果表明，ΦII可以非常有效地檢測(cè)水稻穗光學(xué)特性變化，同時(shí)ΦII拐點(diǎn)可準(zhǔn)確評(píng)估水稻穗衰老的臨界點(diǎn)（圖1）。而植被指數(shù)與葉綠素?zé)晒獾穆?lián)合測(cè)量則可以給這種表型分析方法提供更高的準(zhǔn)確度（圖2）。

圖1. 不同品種水稻的有效量子產(chǎn)額QY時(shí)間趨勢(shì)
 

圖2. 反射植被指數(shù)與葉綠素?zé)晒鈪?shù)的線性回歸系數(shù)

 
西班牙巴侖西亞理工大學(xué)為了研究多種環(huán)境友好型多聚包膜尿素肥料對(duì)小麥的增產(chǎn)效應(yīng)，使用多種儀器測(cè)量的生理指標(biāo)與形態(tài)參數(shù)進(jìn)行綜合分析。其中N-Pen掌上氮素測(cè)量?jī)x檢測(cè)小麥葉片的葉氮含量、FluorPen手持式葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)量光合系統(tǒng)有效光化學(xué)效率ΦPSII，LCpro光合儀測(cè)量CO₂同化速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO₂濃度（圖3）。結(jié)果表明這些新型肥料能夠有效減少氮損耗造成的影響。
 

圖3. 左：施加不同肥料的小麥；右上：氮素含量、有效光化學(xué)效率ΦPSII及形態(tài)學(xué)指標(biāo)；右下：CO₂同化速率和胞間CO₂濃度

 
FluorPen手持式葉綠素?zé)晒鈨x是一款性?xún)r(jià)比*的植物葉綠素?zé)晒鈨x，具備測(cè)量脈沖調(diào)制式熒光淬滅曲線和OJIP快速熒光動(dòng)力學(xué)曲線的功能，同時(shí)配備多種探頭適用于不同實(shí)驗(yàn)需求。LCpro光合儀是一款輕便可靠的光合測(cè)定儀器，應(yīng)用時(shí)間差分IRGA（紅外氣體分析）CO₂分析模塊和雙激光調(diào)諧快速響應(yīng)水蒸氣傳感器精密測(cè)量葉片表面CO₂濃度及水分的變化情況來(lái)考察葉片與植物光合作用相關(guān)的參數(shù)。通過(guò)人工光源、CO2控制單元和溫度控制單元可以同時(shí)準(zhǔn)確調(diào)控環(huán)境條件，從而測(cè)定光強(qiáng)、CO₂濃度和溫度對(duì)植物光合系統(tǒng)的影響。本儀器可在高濕度、多塵等惡劣環(huán)境中使用，具有廣泛的適用性（圖4）。
 

圖4. 左：FluorPen葉綠素?zé)晒鈨x；右：LCpro光合儀

 
參考文獻(xiàn)：
1. D Šebela, et al. 2015. Temporal chlorophyll fluorescence signals to track changes in optical properties of maturing rice panicles exposed to high night temperature. Field Crops Research 177: 75-85
2. Gil-Ortiz R et al. 2020. New Eco-Friendly Polymeric-Coated Urea Fertilizers Enhanced Crop Yield in Wheat. Agronomy 10: 438
 
北京易科泰生態(tài)技術(shù)公司提供植物逆境脅迫研究全面技術(shù)方案：
l FluorPen/AquaPen手持儀葉綠素?zé)晒鈨x
l FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)
l FL6000雙調(diào)制式葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量系統(tǒng)
l TL6000葉綠素?zé)後尮鉁y(cè)量系統(tǒng)
Thermo-RGB紅外熱成像技術(shù)l SpectraPen/PolyPen、Specim高光譜測(cè)量技術(shù)
l PlantScreen植物高通量表型成像分析平臺(tái)