易科泰植物表型分析技術快訊 ——多光譜熒光成像系統研究植物脅迫響應

FluorCam多光譜熒光成像系統是FluorCam葉綠素熒光成像技術的高級擴展產品，其高度集成，功能強大，應用廣泛，利用系統中的葉綠素熒光成像、多光譜熒光成像、紅外熱成像技術及RGB成像，可對植物進行全面、非接觸的監測，高靈敏度反映光合效率、次級代謝、脅迫生理與抗性、形態結構等變化。

ü葉綠素熒光成像分析：植物光合效率、熒光淬滅熱耗散、光響應曲線、植物脅迫與抗性等生理功能測量檢測。測量參數包括Fo, Fo’, Fs, Fm, Fm’, Fp, FtDn, FtLn, Fv, NPQ_Dn, NPQ_Ln, Qp_Dn, Qp_Ln, qN, QY, QY_Ln, PAR，Rfd等。

ü多光譜熒光成像分析：UV紫外光對植物葉片激發，可以產生具有4個特征性波峰的熒光光譜，包括表皮及葉肉細胞壁和葉脈發出的BGF（F440、F520）與葉綠素熒光Chl-F（F690、F740）。用來靈敏、特異性地反映多酚與黃酮類等次級代謝產物動態變化、葉綠素動態變化、植物衰老、植物病蟲害脅迫及非生物脅迫等。

ü紅外熱成像技術：監測溫度變化，分析植物氣孔導度、蒸騰作用變化等。

üRGB成像分析：形態結構分析

多光譜熒光成像系統

案例1:

植物具有復雜的干旱脅迫響應過程，應對機制多樣。傳統的表型分析方法耗時、耗力且易受主觀影響。通過整合了葉綠素熒光成像的多光譜熒光成像系統進行早期無損檢測，開展表型分析，獲取與光合作用有關的形態學、生理學和病理學特征信息，是一種探究植物抗旱反應及機理、促進抗旱育種的新手段。浙江大學的這項研究即利用葉綠素熒光和多色熒光成像技術，結合形態學、氣孔導度，綜合分析擬南芥野生型pMAQ2（WT）及其突變體increase 1（osca1）的干旱脅迫響應。

RGB成像及多光譜熒光成像

葉綠素熒光成像及非光化學熒光淬滅曲線

參考文獻：Jieni Y , Dawei S , Haiyan C , et al. Phenotyping of Arabidopsis Drought Stress Response Using Kinetic Chlorophyll Fluorescence and Multicolor Fluorescence Imaging[J]. Frontiers in Plant Science, 2018, 9:603-.

案例2:

由真菌Rosellinia necatrix引起的白根腐病，是影響鱷梨作物的主要的土壤傳播疾病之一。白根腐病會引起植物根系腐爛、葉片發黃枯萎，甚至導致植株在出現第1個葉面癥狀幾周后死亡。病害的早期檢測與防治至關重要。本案例中，對感染Rosellinia necatrix后的植株進行多光譜熒光成像、葉綠素熒光成像、紅外熱成像分別對次級代謝、光合參數、葉片溫度進行檢測，對比葉片代謝研究，結果表明，結合葉綠素熒光成像、多光譜熒光成像與紅外熱成像的方法，是一種診斷病菌侵染與病害發生的有效手段，且能在癥狀發生前，早期篩選潛在的受感染植物。

鱷梨苗感染不同天數后外觀變化（R為感染組，C為對照組）

多光譜熒光成像（a.紫外激發下的藍色熒光F440；b.F440定量分析；

c.紫外激發下的綠色熒光；d.F520定量分析）

參考文獻：Espen, Granum, María, et al. Metabolic responses of avocado plants to stress induced by Rosellinia necatrix analysed by fluorescence and thermal imaging[J]. European Journal of Plant Pathology, 2015.

案例3：

Dickeya dadantii是一種導致植物發生軟腐病的植物病原體，較低劑量的該病菌入侵可引發植物的防御反應，從而抑制病菌生長及浸軟植物組織，甚至可以*。但大劑量接種則可能克服植物的防御能力從而誘導植物組織浸軟和死亡。病菌入侵引發的植物響應包括：光系統Ⅱ光合速率的抑制；與植物防御機制有關的非光化學熒光淬滅的激活；酚類化合物等次級代謝物的積累；與脅迫響應相關激素（如脫落酸、茉莉酸、水楊酸）的積累。而非光化學熒光淬滅、ABA等激素積累會進一步影響氣孔開合與蒸騰作用，從而影響葉片溫度。

本研究中，將不同濃度的Dickeya dadantii懸浮液（C為對照，LD 為104 cfu/10 mM MgCl2，HD為106 cfu/10 mM MgCl2）注射入煙草健康葉片背部，通過葉綠素熒光成像、多光譜熒光成像、紅外熱成像技術監測病菌侵染1-6天后，葉片光合作用、次級代謝動態變化，葉片溫度等生理狀態的動態變化。結合細菌濃度監測、代謝物定量分析等，綜合研究病菌侵染后葉片的防御反應。

葉片光合與代謝動態變化（A.葉片RGB圖像；B.大光量子效率Fv/Fm；C.非光化學熒光淬滅NPQ；D.光系統Ⅱ光量子效率；E.紫外激發下的藍色熒光F440；F.紫外激發下的綠色熒光）

葉片溫度動態變化

參考文獻：Pérez-Bueno María L, Espen G , Pineda Mónica, et al. Temporal and Spatial Resolution of Activated Plant Defense Responses in Leaves of Nicotiana benthamiana Infected with Dickeya dadantii[J]. Frontiers in Plant Science, 2016, 6.