易科泰葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)

應(yīng)用于園藝科學(xué)研究

—熱帶水果

FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)能夠靈敏、快捷、無(wú)損地測(cè)量植物光合能力、光合電子傳遞鏈功能和光系統(tǒng)逆境響應(yīng)，因此從技術(shù)問(wèn)世之初就被廣泛應(yīng)用于花卉、水果、蔬菜等園藝植物研究中。在水果相關(guān)研究中，F(xiàn)luorCam既可以針對(duì)果樹(shù)葉片進(jìn)行光合與抗逆研究，也可以直接測(cè)量果實(shí)的逆境損傷與采后保存研究，乃至果實(shí)本身的光合貢獻(xiàn)與產(chǎn)量的關(guān)系。

檸檬、梨、蘋果的FluorCam葉綠素?zé)晒獬上駡D（Obenland,    2005; Liang, 2019; Zhao, 2021）

除了蘋果、梨、西瓜、甜瓜等溫帶水果外，熱帶水果也是重要的研究對(duì)象。下面介紹部分近期研究案例：

1、香蕉冷害損傷評(píng)估

香蕉果實(shí)對(duì)冷害非常敏感，很容易在采后保存過(guò)程中造成品質(zhì)損失。德國(guó)萊布尼茨農(nóng)業(yè)工程和生物經(jīng)濟(jì)研究所利用FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)和FluorPen手持式葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)量了冷害對(duì)香蕉果實(shí)的Z 大光化學(xué)效率Fv/Fm、性能指數(shù)PIABS、Z 大初級(jí)PSII產(chǎn)額Fv/Fo、Z 大熒光Fm、可變熒光Fv等，發(fā)現(xiàn)5℃, 10℃，11.5℃和13℃的低溫處理對(duì)香蕉果實(shí)的光合活性和光保護(hù)都造成了不同程度的影響。同時(shí)結(jié)合高光譜數(shù)據(jù)如歸一化植被指數(shù)NDVI、光化學(xué)反射指數(shù)PRI、葉綠素/類胡蘿卜素比率、類胡蘿卜素指數(shù)等解釋香蕉中相關(guān)色素的含量變化，能夠更好地了解冷害過(guò)程中的生理變化。這一研究將進(jìn)一步改進(jìn)果實(shí)冷害監(jiān)控和預(yù)測(cè)技術(shù)。

不同溫度處理下香蕉外觀表現(xiàn)

不同溫度處理下PIABS、Fv/Fo變化曲線

左圖：不同溫度處理下Fv/Fm、Fm、Fv變化曲線；

右圖：不同溫度處理下NDVI、PRI、葉綠素/類胡蘿卜素比率、類胡蘿卜素指數(shù)變化曲線；

2、高溫造成木瓜葉片的

光化學(xué)損傷

木瓜是一種熱帶和亞熱帶水果，但在其Z適度以上的溫度環(huán)境下，其光合系統(tǒng)也會(huì)受損。巴西State University of North Fluminense的研究人員將兩個(gè)基因型的木瓜葉圓片放到水浴中進(jìn)行不同溫度、不同時(shí)長(zhǎng)的處理。通過(guò)FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)，測(cè)量了木瓜葉圓片的Z小熒光Fo、Z 大熒光Fm、Z 大光化學(xué)效率QYmax（即Fv/Fm）、光穩(wěn)態(tài)實(shí)際量子產(chǎn)額QYLss（也稱為實(shí)際光化學(xué)效率）、非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ（與光系統(tǒng)熱耗散相關(guān)，同時(shí)反映植物光保護(hù)能力）、熒光衰減比率Rfd（也稱為活力指數(shù)）。

FluorCam能夠同時(shí)測(cè)量多個(gè)葉圓片，既大大減輕工作量，也能夠縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，減少因?yàn)闇y(cè)量時(shí)間差異造成的誤差。而在測(cè)量計(jì)算相關(guān)熒光參數(shù)時(shí)，同步獲取的熒光成像圖能夠非常直觀地反映出光合系統(tǒng)的熱脅迫響應(yīng)過(guò)程。如隨脅迫處理程度加重，NPQ先升高再降低，即反映了光系統(tǒng)的光保護(hù)機(jī)制激活-逐漸增強(qiáng)-逐漸降低-失活的過(guò)程。研究結(jié)果認(rèn)為Rfd從40℃15分鐘處理開(kāi)始的下降即表明木瓜葉片的光化學(xué)效率受損。

Fo、Fm、QYmax、QYLss的

葉綠素?zé)晒獬上駡D

NPQLss、NPQD、Rfd的

葉綠素?zé)晒獬上駡D

3、根內(nèi)生真菌增強(qiáng)香蕉抗病能力

根內(nèi)生真菌Serendipita indica廣泛存在于包括香蕉的多種宿主植物中，同時(shí)為其宿主帶來(lái)多種益處。香蕉在全 球都受到一種土壤真菌病原體Fusarium oxysporum f. sp. cubense(Foc)的威脅。福建農(nóng)林大學(xué)的研究人員希望利用Serendipita indica改善香蕉對(duì)Foc的抗性。

根系病害通常都會(huì)經(jīng)過(guò)植物內(nèi)部傳導(dǎo)，造成植物葉片光合系統(tǒng)的改變與損傷。因此利用FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)來(lái)檢測(cè)根系病害由來(lái)已久。本研究中，F(xiàn)luorCam對(duì)分別接種了內(nèi)生真菌和病原菌的香蕉葉片，測(cè)量并計(jì)算了Z 大光化學(xué)效率Fv/Fm、PSII光化學(xué)能量轉(zhuǎn)化量子產(chǎn)額Y(II)（即QY）、PS II調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)額Y(NPQ)、PS II非調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)額Y(NO)。若Y(NO)較高，則表明光化學(xué)能量轉(zhuǎn)換和保護(hù)性的調(diào)節(jié)機(jī)制（如熱耗散）不足以將植物吸收的光能完全消耗掉。Y(NO)是光損傷的重要指標(biāo)。

左圖：接種內(nèi)生真菌和病原菌的香蕉根系癥狀；

右圖：接種內(nèi)生真菌和病原菌的香蕉葉片葉綠素?zé)晒鈹?shù)據(jù)圖

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Y(II)和Y(NPQ)在不同處理間沒(méi)有顯著差異。接種Foc顯著降低了Fv/Fm，同時(shí)接種內(nèi)生真菌與Foc的葉片F(xiàn)v/Fm則要顯著高于只接種Foc。只接種Foc顯著提高了Y(NO)，而接種內(nèi)生真菌與Foc的葉片則與對(duì)照組和只接種內(nèi)生真菌相近。說(shuō)明內(nèi)生真菌部分補(bǔ)償了病害造成的光合能力降低，并回復(fù)了其光保護(hù)調(diào)節(jié)能力。

4、多種熱帶水果葉片的

耐脫水能力評(píng)估

印度農(nóng)業(yè)研究理事會(huì)將多種水果的葉片進(jìn)行離體脫水處理，通過(guò)FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)來(lái)評(píng)估其耐脫水能力。研究成果可用于水資源管理、緩解非生物脅迫的新型農(nóng)業(yè)化學(xué)品功效評(píng)估等。

研究的水果包括酸橙、葡萄、刺黃果、芒果、山欖果和甜橙的葉片。所有的樣品都由于脫水造成Z 大光化學(xué)效率QYmax的降低。而山欖果和甜橙的PSII耐脫水能力則要高于芒果和葡萄。

左圖：不同水果葉片QYmax葉綠素?zé)晒獬上駡D;

右圖：不同水果葉片熒光參數(shù)的脫水時(shí)間動(dòng)態(tài)曲線;

參考文獻(xiàn)

1. Herppich W B, Zsom T. Comprehensive Assessment of the Dynamics of Banana Chilling Injury by Advanced Optical Techniques. Applied Sciences, 2021, 11(23): 11433.

2. Souza G A R, de Andrade Neves D, Ruas K F, et al. Supra-Optimal Temperatures Induce Photochemical Leaf Damages and Reduce Photosynthetic O2 Evolution in Carica Papaya L. Genotypes. Environmental and Experimental Botany 2022, 203: 105051

3. Cheng C, et al. The root endophytic fungus Serendipita indica improves resistance of Banana to Fusarium oxysporum f. sp. cubensetropical race 4. European Journal of Plant Pathology 2020,156: 87–100

4. Rane J, et al. 2021. Desiccation tolerance of Photosystem II in dryland fruit crops. Scientia Horticulturae 288: 110295

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