葉綠素熒光成像技術應用于園藝科學研究—熱帶水果

      FluorCam葉綠素熒光成像技術能夠靈敏、快捷、無損地測量植物光合能力、光合電子傳遞鏈功能和光系統(tǒng)逆境響應，因此從技術問世之初就被廣泛應用于花卉、水果、蔬菜等園藝植物研究中。在水果相關研究中，FluorCam既可以針對果樹葉片進行光合與抗逆研究，也可以直接測量果實的逆境損傷與采后保存研究，乃至果實本身的光合貢獻與產量的關系。       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象。下面介紹部分近期研究案例：
 

• 香蕉冷害損傷評估

      香蕉果實對冷害非常敏感，很容易在采后保存過程中造成品質損失。德國萊布尼茨農業(yè)工程和生物經濟研究所利用FluorCam葉綠素熒光成像系統(tǒng)和FluorPen手持式葉綠素熒光儀測量了冷害對香蕉果實的最大光化學效率Fv/Fm、性能指數PI_ABS、最大初級PSII產額Fv/Fo、最大熒光Fm、可變熒光Fv等，發(fā)現5℃, 10℃，11.5℃和13℃的低溫處理對香蕉果實的光合活性和光保護都造成了不同程度的影響。同時結合高光譜數據如歸一化植被指數NDVI、光化學反射指數PRI、葉綠素/類胡蘿卜素比率、類胡蘿卜素指數等解釋香蕉中相關色素的含量變化，能夠更好地了解冷害過程中的生理變化。這一研究將進一步改進果實冷害監(jiān)控和預測技術。

• 高溫造成木瓜葉片的光化學損傷

      木瓜是一種熱帶和亞熱帶水果，但在其最適度以上的溫度環(huán)境下，其光合系統(tǒng)也會受損。巴西State University of North Fluminense的研究人員將兩個基因型的木瓜葉圓片放到水浴中進行不同溫度、不同時長的處理。通過FluorCam葉綠素熒光成像系統(tǒng)，測量了木瓜葉圓片的最小熒光Fo、最大熒光Fm、最大光化學效率QYmax（即Fv/Fm）、光穩(wěn)態(tài)實際量子產額QY_Lss（也稱為實際光化學效率）、非光化學淬滅系數NPQ（與光系統(tǒng)熱耗散相關，同時反映植物光保護能力）、熒光衰減比率Rfd（也稱為活力指數）。
      FluorCam能夠同時測量多個葉圓片，既大大減輕工作量，也能夠縮短實驗時間，減少因為測量時間差異造成的誤差。而在測量計算相關熒光參數時，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)的熱脅迫響應過程。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)的光保護機制激活-逐漸增強-逐漸降低-失活的過程。研究結果認為Rfd從40℃15分鐘處理開始的下降即表明木瓜葉片的光化學效率受損。

• 根內生真菌增強香蕉抗病能力

      根內生真菌Serendipita indica廣泛存在于包括香蕉的多種宿主植物中，同時為其宿主帶來多種益處。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。福建農林大學的研究人員希望利用Serendipita indica改善香蕉對Foc的抗性。
根系病害通常都會經過植物內部傳導，造成植物葉片光合系統(tǒng)的改變與損傷。因此利用FluorCam葉綠素熒光成像技術來檢測根系病害由來已久。本研究中，FluorCam對分別接種了內生真菌和病原菌的香蕉葉片，測量并計算了最大光化學效率Fv/Fm、PSII光化學能量轉化量子產額Y(II)（即QY）、PS II調節(jié)性能量耗散的量子產額Y(NPQ)、PS II非調節(jié)性能量耗散的量子產額Y(NO)。若Y(NO)較高，則表明光化學能量轉換和保護性的調節(jié)機制（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。
      結果發(fā)現，Y(II)和Y(NPQ)在不同處理間沒有顯著差異。接種Foc顯著降低了Fv/Fm，同時接種內生真菌與Foc的葉片Fv/Fm則要顯著高于只接種Foc。只接種Foc顯著提高了Y(NO)，而接種內生真菌與Foc的葉片則與對照組和只接種內生真菌相近。說明內生真菌部分補償了病害造成的光合能力降低，并回復了其光保護調節(jié)能力。

• 多種熱帶水果葉片的耐脫水能力評估

      印度農業(yè)研究理事會將多種水果的葉片進行離體脫水處理，通過FluorCam葉綠素熒光成像系統(tǒng)來評估其耐脫水能力。研究成果可用于水資源管理、緩解非生物脅迫的新型農業(yè)化學品功效評估等。
      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最大光化學效率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。  
參考文獻：
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. cubense tropical 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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