植物表型成像技術(shù)應(yīng)用案例 - 優(yōu)化藥用植物人工培養(yǎng)方案

      藥用植物栽培經(jīng)常會遇到一個左右為難的問題，即如果一味追求產(chǎn)量（生物量），藥用植物的有效成分含量（很多是多酚、黃酮類的次生代謝物）往往會較低，最終獲得的總有效成分可能反而更少。那么怎樣確定并評估最優(yōu)的藥用植物培養(yǎng)方案呢？
      由于自然環(huán)境多變而且難以控制，很多研究者把專注點(diǎn)放到了人工培養(yǎng)與植物工廠上，并通過植物表型成像技術(shù)來綜合衡量藥用植物的培養(yǎng)效果。
      在藥用植物培養(yǎng)方案的相關(guān)研究中，國內(nèi)外研究者利用易科泰及合作廠家提供的植物表型成像技術(shù)方案已經(jīng)取得了大量研究成果，下面我們介紹其中的部分重要成果：
 
案例一、植物工廠LED光源光譜對香蜂花光合與生長特性的影響
      香蜂花（Melissa officinalis L.），又名檸檬香草、檸檬香蜂草，在歐洲食用和藥用的歷史長達(dá)2000年以上。英國普利茅斯大學(xué)在植物工廠中模擬了不同光譜組成的培養(yǎng)光，包括T1白光（B:G:R, 1:2.3:2）；T2藍(lán)光占優(yōu)；峰值450nm（B:G:R, 1:0.02:0.8）；T3藍(lán)光占優(yōu)（B:G:R, 1:0.07:0.65）；T4藍(lán)光占優(yōu)，峰值435nm（B:G:R, 1:0.02:0.8）；T5紅光占優(yōu)（B:G:R, 1:0.025:1.6），同時(shí)將每種培養(yǎng)光的總光強(qiáng)控制在125μmol m^-2 s^-1。       將萌發(fā)后的香蜂花在各種培養(yǎng)光下，通過植物工廠自動培養(yǎng)64天進(jìn)入收獲期。之后研究人員使用加裝NDVI成像模塊的FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)，分別測量了不同培養(yǎng)光下香蜂草的最大光化學(xué)效率Fv/Fm（衡量植物光系統(tǒng)效能與受損程度），反射光譜植被歸一化指數(shù)NDVI（衡量植物健康狀況與綠度）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，T3較低的紅光占比對香蜂花光合系統(tǒng)造成了一定的損傷。結(jié)合揮發(fā)油含量、干重等數(shù)據(jù)，研究證明了在植物工廠中，培養(yǎng)光源的光譜組成是影響最終產(chǎn)量的重要因素。 案例二、黃瓜假還陽參人工培養(yǎng)的最佳光源配比
      黃瓜假還陽參（Crepidiastrum denticulatum），又名黃瓜菜、盤兒草、大苦荬菜。中醫(yī)認(rèn)為味苦、酸、澀，性涼，具有清熱解毒、利尿消腫、止痛等功效。
      韓國國立忠北大學(xué)使用紅綠藍(lán)（RGB）三色LED光源模擬了三種單色光和不同配比紅藍(lán)/紅綠藍(lán)混色光的光照培養(yǎng)條件，研究不同培養(yǎng)光質(zhì)對黃瓜假還陽參培育的影響。通過FluorCam葉綠素?zé)晒獬上穹治龊涂偠喾雍�量檢測，綜合結(jié)果分析，R8G1B1的光照比例被認(rèn)為是最優(yōu)的培養(yǎng)光照比例。即這一培養(yǎng)條件能使黃瓜假還陽參培育生長狀態(tài)、光合活力、生物量和有效成分等綜合達(dá)到最優(yōu)化的組合。這為相關(guān)的藥用植物大規(guī)模人工培養(yǎng)提供了理論依據(jù)和培養(yǎng)方案。
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• 配備高光譜成像分析功能，可選配葉綠素?zé)晒飧吖庾V成像分析、UV-MCF生物熒光高光譜成像分析、動態(tài)葉綠素?zé)晒獬上�、Thermo-RGB成像等表型成像功能

 
參考文獻(xiàn)：

• Rihan H Z, Aljafer N, Jbara M, et al. The impact of LED lighting spectra in a plant factory on the growth, physiological traits and essential oil content of lemon balm (Melissa officinalis). Plants, 2022, 11(3): 342.
• Park SY, et al. 2020. Manipulating light quality to promote shoot growth and bioactive compound biosynthesis of Crepidiastrum denticulatum (Houtt.) Pak & Kawano cultivated in plant factories. Journal of Applied Research on Medicinal and Aromatic Plants 16: 100237

 
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