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国内引进迄今功能最齐全的FluorCam叶绿素荧光成像系统

国内引进迄今功能最齐全的FluorCam叶绿素荧光成像系统

近日,北京易科泰生态技术有限公司在陕西延安大学安装了迄今为止国内功能最为齐全的FluorCam叶绿素荧光成像系统,包括叶绿素荧光淬灭分析、快速光响应曲线测量、光合有效辐射吸收系数测量、快速荧光诱导曲线OJIP-test以及QA再氧化动力学曲线测量,并能够对各个测量参数及计算参数成像。在安装培训过程,随机使用了在校园里生长的染病蒲公英进行了测试,结果表明该系统运行良好,对于病害的早期检测能够达到预期的效果。 

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该套FluorCam叶绿素荧光成像系统既能做常见的叶绿素荧光淬灭分析、对各个参数(如Fv/FmΦPSIINPQQpRfd等)进行成像和快速光响应曲线测量(ETR-PARETR-PPFD),也能够对光合有效辐射吸收系数(通常采用0.8)测量成像,并且能够做快速荧光诱导曲线OJIP的测量并各个参数(如φpoφEo ψ0ABS/RCTRo/RCETo/RCDIo/RC)的成像,也可以做QA再氧化动力学曲线的测量。

因此,该成像系统既具备普通叶绿素荧光成像系统的功能,如快速、简单、高通量地测量光合作用;用于植物抗逆性研究,判断植株是否受到胁迫、找到早期胁迫的部位、评估胁迫等级;用于大规模的高产、高抗性品种筛选等。并且有了OJIP-testQA再氧化动力学曲线这两项功能的加持,这套系统能够更准确地反映光合系统对光能的吸收、转化以及耗散的情况以及PSII受体侧对胁迫的响应,可用来开展关于光合结构和功能的细致研究。

测试前发现校园草地上生长的蒲公英叶片上有红褐色的斑点,这属于病害的症状。遂挖取了一株进行测试,希望利用叶绿素荧光成像发现肉眼尚不可见病斑、将来较大概率会出现可见病斑的绿色叶片(绿色感染叶片),对病害发生的部位进行预测。

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对上图所示的一株离体的蒲公英依次进行叶绿素荧光淬灭分析及快速荧光诱导曲线OJIP-test测量,每次测试前暗适应5min

叶绿素荧光淬灭分析的主要参数的成像图如下,包括:

Fv/Fm:最大光化学量子效率,表征PSII的光化学活性和能量转化效率;

φPSII:光下实际光化学量子效率,表征PSII实际光合效率;

Rfd荧光衰减率:光适应荧光衰减率,表征植物叶片的光合作用潜力;

NPQ:非光化学淬灭系数,表征植物热耗散水平。 

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快速荧光诱导曲线OJIP-test主要参数的成像图如下,具体参数包括:

ABS/RC:反映单位反应中心吸收的光能;

TRo/RC:反映单位反应中心捕获的用于还原QA的能量;

ETo/RC:反映单位反应中心捕获的用于电子传递的能量;

DIo/RC:反映单位反应中心耗散掉的能量。 

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由叶绿素荧光淬灭分析及快速荧光诱导曲线OJIP-test的各个参数的成像图可见:

顺时针对叶片进行编号后(参见下图),绿色叶片①、②、④以及带有病斑的叶片③、⑤、⑥中,①和②(尤其叶尖部分)的荧光参数和病斑部位相近:如通过叶绿素荧光淬灭分析获得的最大光化学量子效率、荧光衰减率及热耗散水平,以及通过OJIP-test获得的单位反应中心吸收的光能、单位反应中心捕获的用于电子传递的能量。且相对于带病斑叶片的绿色部位,上述参数均较低,表现了光系统较弱的能量吸收、有效转化及耗散能力,表明光系统受到一定程度的损伤。

而④叶片整体和带病斑叶片的绿色部位相近。此外,同样为绿色叶片,叶片①和②整个叶片荧光参数的异质性要高于叶片④,导致异质性的来源极大可能来自病原体的侵染。据此推测,叶片④为绿色健康叶片,叶片①和②为绿色感染叶片。

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因此通过FluorCam叶绿素荧光成像快速、无损、高通量地测量植物的光合作用,能够对植物有无受到胁迫、胁迫的具体部位、胁迫的程度进行快速精确的检测和评估,并对胁迫与光合结构和功能的关系进行细致的分析、解释。

FluorCam叶绿素荧光成像系统除具备目前国际上功能最为齐全完备的叶绿素荧光成像程序和模块外,还具备紫外激发的多光谱成像模块及GFP/YFP稳态荧光成像。前者能够灵敏、特异性地评估植物生理状态包括受胁迫状态,包括干旱、病虫害、环境污染、氮胁迫等,后者则能够检测荧光蛋白在叶片水平的表达,直观地表现出转录基因的表达位置。

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