From FluorCam to PlantScreen—植物表型成像分析圖片展（三）

      FluorCam和PlantScreen分別是國內(nèi)外廣泛使用的葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)和植物大型表型成像分析平臺(tái)。

      全球頂尖的研究機(jī)構(gòu)充分發(fā)揮了它們的功能，取得了頂尖的研究成果。我們將陸續(xù)摘選代表性研究論文中的成像圖分享給大家。這些成像圖“華而又實(shí)”——畫面優(yōu)美、結(jié)論直觀、真實(shí)可信，從中可以獲得視覺和思維的雙重享受。

      本次摘選了整株作物的葉綠素?zé)晒獬上駡D和表型成像圖。FluorCam自面市之日起便采用有效的技術(shù)手段解決了葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)和成像面臨的諸多難題。
 

技術(shù)難點(diǎn)	解決之道	效果
準(zhǔn)確、精確測(cè)量Fo	脈沖調(diào)制測(cè)量 + 圖像均值運(yùn)算	克服了非調(diào)制測(cè)量時(shí)間分辨率低、易引起光化學(xué)反應(yīng)的問題；獲得了穩(wěn)定的、真實(shí)的Fo
在自然光或者模擬自然光（白光）下測(cè)量	脈沖調(diào)制測(cè)量 + 圖像減法運(yùn)算	滿足了野外調(diào)查所需； （模擬）自然光下測(cè)定更能夠真實(shí)反映植物的光合狀態(tài)
光照均一	高強(qiáng)度、大面積光源板； 用2倍以上光源板面積換取1倍的均勻光照面積	測(cè)量光光場(chǎng)足夠大且均一 ，使光化學(xué)效應(yīng)最低； 飽和光足夠強(qiáng)且均一，測(cè)量得到準(zhǔn)確的Fm； 光化學(xué)光足夠強(qiáng)且均一，滿足高光植物測(cè)量所需

     
      在保證測(cè)量數(shù)值真實(shí)準(zhǔn)確和圖像有效分辨率的前提下，F(xiàn)luorCam將成像面積逐步提升，目前已用于煙草、番茄、豌豆、甘薯等多種作物的整株成像和檢測(cè)。

      1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院的研究人員使用FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)（大型版）評(píng)估了5種納米材料對(duì)模式植物本氏煙病毒感染的抑制效果，發(fā)現(xiàn)用碳納米管（CNT）和富勒烯（C60）處理的病毒感染植株具備和健康的對(duì)照組同等的光合活性，因此兩種碳基納米材料表現(xiàn)出良好的病毒抑制和植物保護(hù)作用。該研究為納米材料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新方向(Adeel et al., 2021)。       2.波蘭科學(xué)院植物遺傳研究所的研究人員借助PlantScreen高通量表型平臺(tái)測(cè)量比較了豌豆在正常生長條件下和干旱脅迫下地上部分表型性狀的差異，包括形態(tài)顏色（表征植物相對(duì)生長速率）、溫度（反映氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率）及葉綠素?zé)晒鈪��?shù)（指示光化學(xué)效率），發(fā)現(xiàn)干旱使豌豆的光化學(xué)效率的顯著降低，進(jìn)而使豌豆生長變緩；而紅外熱成像測(cè)量得到的葉片溫度對(duì)干旱更加敏感，在脅迫施加伊始便表現(xiàn)出顯著差異。

      借助PlantScreen和FluorCam獲得的形態(tài)生長-光合生理-氣孔導(dǎo)度的表型數(shù)據(jù)為深入了解豌豆對(duì)干旱的生化響應(yīng)提供了數(shù)據(jù)支撐和參考。研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，韌皮部滲出液中代謝物含量的變化能夠揭示合成代謝-分解代謝的轉(zhuǎn)變過程，并在豌豆響應(yīng)干旱脅迫的發(fā)育可塑性中起到重要作用(Blicharz et al., 2021)。       3.世界知名植物表型儀器公司PSI（Photon Systems Instruments）與意大利托斯卡納大學(xué)合作，將高通量表型組學(xué)與非靶向代謝組學(xué)相結(jié)合，用于篩選具有生物刺激素特性的新物質(zhì)，并從形態(tài)-生理和代謝途徑的角度解釋了生物刺激素PH（蛋白水解物）的作用機(jī)制。

      下圖展示了FluorCam葉綠素?zé)晒獬上駟卧�的測(cè)量原理及成像結(jié)果。研究小組使用了光響應(yīng)曲線（LC）程序?qū)Σ煌�類型生物刺激素作用下的番茄的光合表現(xiàn)進(jìn)行了評(píng)估(Paul et al., 2019)。
  參考文獻(xiàn)：
1.Adeel, M., Farooq, T., White, J.C., Hao, Y., He, Z., and Rui, Y. (2021). Carbon-based nanomaterials suppress tobacco mosaic virus (TMV) infection and induce resistance in Nicotiana benthamiana. Journal of Hazardous Materials 404, 124167.
2.Blicharz, S., Beemster, G.T.S., Ragni, L., De Diego, N., Spíchal, L., Hernándiz, A.E., Marczak, Ł., Olszak, M., Perlikowski, D., Kosmala, A., et al. (2021). Phloem exudate metabolic content reflects the response to water-deficit stress in pea plants (Pisum sativum L.). The Plant Journal 106, 1338–1355.
3.Paul, K., Sorrentino, M., Lucini, L., Rouphael, Y., Cardarelli, M., Bonini, P., Reynaud, H., Canaguier, R., Trtílek, M., Panzarová, K., et al. (2019). Understanding the Biostimulant Action of Vegetal-Derived Protein Hydrolysates by High-Throughput Plant Phenotyping and Metabolomics: A Case Study on Tomato. Frontiers in Plant Science 10.