SpectraPen/PolyPen光譜儀應(yīng)用—鐵離子毒性與遷移調(diào)控

鐵離子毒害廣泛存在于厭氧土壤中。但植物的鐵毒害耐受機(jī)制仍不是很清楚。德國伯恩大學(xué)的研究人員通過水稻突變株發(fā)現(xiàn)鉀離子通道基因OsAKT1在鐵毒害中發(fā)揮了作用。

而為了證明在鐵毒害環(huán)境下OsAKT1功能缺失確實(shí)會(huì)對(duì)水稻生理與表型造成嚴(yán)重影響。研究人員用PolyPen手持式光譜儀、光合儀和葉綠素?zé)晒鈨x分別測(cè)量了樣品的反射光譜植被指數(shù)：光化學(xué)反射指數(shù)PRI、綠度指數(shù)GI、歸一化植被指數(shù)NDVI等；光合參數(shù)：光合速率、蒸騰速率等；葉綠素?zé)晒鈪?shù)：實(shí)際光化學(xué)效率ΦPSII。結(jié)果表明在控制條件下，突變株與野生型的這些表型指標(biāo)沒有顯著差異，而在過量鐵處理后，OsAKT1功能缺失突變株的表型指標(biāo)表現(xiàn)出比野生型更加明顯的變化。

對(duì)照組與鐵毒害處理的水稻樣品彩色成像圖

對(duì)照組與鐵毒害處理的水稻樣品表型數(shù)據(jù)，左：反射光譜植被指數(shù)；右：光合生理參數(shù)

同時(shí)，鐵毒害會(huì)大大地減少其他養(yǎng)分離子吸收并進(jìn)入嫩芽，從而造成多種礦質(zhì)元素失調(diào)。這也是鐵毒害脅迫復(fù)雜性的原因之一。因此研究人員還對(duì)樣品的不同組織部位進(jìn)行了離子組學(xué)分析。他們使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-OES）和原子吸收光譜（AAS）測(cè)量了Fe，Ca，Mg，Cu，Zn，Mn，Ni，K，Na等元素含量。這兩種技術(shù)雖然精度很高，但在植物樣品元素分析中有很大的局限性。首先樣品需要預(yù)處理。本研究中是干燥樣品粉碎后進(jìn)行硝酸微波壓力消解，之后還要稀釋定容，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。其次對(duì)植物樣品不同部位、不同組織的識(shí)別分辨率不高，只能大致上分別分析葉片、根、莖，更細(xì)微的組織差異則無法識(shí)別。而新的激光誘導(dǎo)擊穿元素光譜分析技術(shù)（Laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS）能夠?qū)Πㄝp元素在內(nèi)的全元素進(jìn)行快速、實(shí)時(shí)的分析，得到元素高分辨率成像甚至微分辨率成像，并且無須預(yù)處理、實(shí)驗(yàn)成本低。精度則可以媲美ICP和AAS。目前，這一技術(shù)的代表是歐洲工程技術(shù)中心（CEITEC）的Lightigo Libs激光誘導(dǎo)擊穿元素光譜分析系統(tǒng)。

左：Lightigo Libs激光誘導(dǎo)擊穿元素光譜分析系統(tǒng)；右：Cd處理浮萍小葉元素mapping圖像

參考文獻(xiàn)：

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2.Pavlína, M., Karel, N., Pavel, P., J, Jozef, K., 2018. Comparative investigation of toxicity and bioaccumulation of Cd-based quantum dots and Cd salt in freshwater plant Lemna minor L. Ecotoxicology and Environmental Safety 147: 334–341

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