本期園藝系列文章將繼續(xù)分享葉綠素熒光成像技術(shù)在現(xiàn)代觀賞植物研究中的前沿應用：從評估十種園林灌木的耐淹能力，為海綿城市選種提供科學依據(jù)；到解.碼彩葉草斑斕葉色背后的光合密碼，揭示其獨特的生存策略；再到篩選鮮切花最佳保鮮方案，延長其觀賞壽命。通過這三個典型案例，我們將看到葉綠素熒光成像技術(shù)如何以其無損、直觀、高通量的優(yōu)勢，成為園藝科學研究與產(chǎn)業(yè)實踐向前發(fā)展的“得力助手“。

案例1：十種園林灌木淹澇脅迫下的響應機制

       近日“山河四省”地區(qū)陰雨不斷，洪澇災害除了影響農(nóng)作物生產(chǎn)，還對園藝植物構(gòu)成著威脅。隨著“海綿城市”建設的推進，植物耐淹性研究更加受到重視。在水分脅迫條件下，葉綠素合成與光合酶活性常會受到嚴重抑制，表現(xiàn)為葉綠體形態(tài)結(jié)構(gòu)改變、功能異常、葉綠素含量下降等。一篇發(fā)表于《Biologia》的研究，系統(tǒng)評估了十種華北地區(qū)常見園林灌木在持續(xù)淹水脅迫下的生理響應，并利用葉綠素熒光成像技術(shù)，直觀揭示了其光合系統(tǒng)的受損過程與耐淹機制。

       研究中選取了貼梗海棠（CS）、木槿（HS）、膠東衛(wèi)矛（EK）、南陽杜鵑（LI）、日本衛(wèi)矛（EJ）、珍珠梅（SK）、金銀忍冬（LM）、黃刺玫（RX）、紫丁香（SO）、榆葉梅（AT）等十種灌木，通過30天的淹水處理，結(jié)合葉綠素儀與FluorCam熒光成像系統(tǒng)，無損監(jiān)測了葉片葉綠素含量與多項熒光參數(shù)的變化。結(jié)果顯示：

葉綠素熒光參數(shù)QY_max、NPQ_Lss、qP_Lss、Rfd_Lss成像圖

       不同植物葉片的光合系統(tǒng)受損具有空間異質(zhì)性。例如紫薇葉片出現(xiàn)點狀熒光衰減區(qū)并逐漸擴大，而金銀木、薔薇等則從葉緣開始受損，冬青衛(wèi)矛類植物葉脈區(qū)域的光合活性顯著高于葉肉。研究進一步指出，QY_max（Fv/Fm，最大光量子產(chǎn)量）的穩(wěn)定性與NPQ_Lss（非光化學淬滅）和Rfd_Lss（熒光衰減率）的適時上升是植物耐淹的重要特征。耐淹性強的植物（如木槿），能在淹水后期才啟動熱耗散防御機制；而不耐淹的植物要么過早啟動，要么無法有效激活該機制。

      研究中還根據(jù)數(shù)據(jù)進行了主成分分析并對十種灌木的耐淹性進行綜合評價，排序為：木槿 > 膠東衛(wèi)矛 > 貼梗海棠> 南陽杜鵑 > 珍珠梅 > 日本衛(wèi)矛 > 金銀忍冬 > 黃刺玫 > 榆葉梅> 紫丁香。

案例2：葉綠素熒光成像：揭開彩葉植物“顏色背后的光合密碼”    

       彩葉植物因其豐富的葉色而具有極高的觀賞價值，而這些顏色不僅僅是為了好看，它們背后還隱藏著葉片光合作用的“分工秘密”！一篇發(fā)表在《Photosynthetica》上的研究，以五種彩葉草（Coleus × hybridus hort.）栽培品種為材料，綜合利用葉綠素熒光成像與葉綠素熒光儀點測量對比，結(jié)合色素含量檢測進行關聯(lián)分析，系統(tǒng)闡釋了其雜色葉片內(nèi)光合機構(gòu)的空間運行機制。

       研究發(fā)現(xiàn)，葉片不同色素區(qū)域及不同品種間存在顯著差異：雖然紫色部分的葉綠素濃度高于綠色部分，但F0,Fm,F0’和Fm’均略低于綠色區(qū)域，這表明花青素和類胡蘿卜素在紅色區(qū)域中含量較高，具有光保護作用。

       奶黃色與粉色區(qū)域由于色素匱乏，其光化學淬滅系數(shù)（qP）與非光化學淬滅系數(shù)（NPQ）均處于極低水平，反映出其光化學能力與熱耗散能力的不足。然而，這些區(qū)域的PSII最大光量子產(chǎn)量（Fv/Fm）與有效量子產(chǎn)量（ΦPSII） 卻維持在較高水平，提示其數(shù)量有限的PSII反應中心能夠以極高的效率利用所吸收的光能。

園藝彩葉草×雜交種（Coleus×hybridus hort.）斑駁葉中F0、Fm、F0‘、Fm’、Fv/Fm、Fv‘/Fm’、NPQ及qP的葉綠素熒光圖像

       本研究證明，在分析具有復雜、狹窄色斑的葉片時，葉綠素熒光成像技術(shù)相比傳統(tǒng)的單點測量更具優(yōu)勢。它能夠直觀、無損地展示光合活性的空間分布異質(zhì)性，精準捕捉到點測量難以定位的微小區(qū)域的光合動態(tài)。

案例3：應用保鮮劑提高鮮切花運輸過程中保鮮效果

       除了觀賞植物育種、脅迫方面的研究，葉綠素熒光成像還可應用于花卉采后保鮮等領用，用于評估鮮切花質(zhì)量、保鮮技術(shù)等。鮮切花尤其是鮮切月季在采摘運輸過程中，保鮮處理也是非常重要的，而鮮花的保鮮技術(shù)與水果蔬菜又有很大不同。韓國世宗大學在相關研究中，對不同品種的月季施加了各種防腐液與乙烯抑制劑，以評估最佳的保鮮運輸方法。FluorCam葉綠素熒光技術(shù)為鮮花活力評估鑒定提供了最有力的證據(jù)。

上圖：施加不同防腐劑的‘Matador’ 和‘Dolcetto’月季品種Fv/Fm葉綠素熒光數(shù)據(jù)；下圖：施加不同乙烯抑制劑‘All For Love’和‘Afnity’ 月季品種Fv/Fm葉綠素熒光數(shù)據(jù)

參考文獻：

[1] Borek, M., B?czek-Kwinta, R., & Rapacz, M. (2016). Photosynthetic activity of variegated leaves of Coleus× hybridus hort. cultivars characterised by chlorophyll fluorescence techniques. Photosynthetica, 54(3), 331-339.

[2] Fang, X., Wang, K., Sun, X., Wang, Y., Zheng, P., & Shi, F. (2022). Characteristics of chlorophyll fluorescence in ten garden shrub species under flooding stress. Biologia, 77(2), 339-350.

[3] Ha, S. T., Lim, J. H., & In, B. C. (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.

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