利用葉綠素?zé)晒獬上駲z測(cè)蘋(píng)果低氧脅迫和低氧存儲(chǔ)耐受水平

FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)不只在植物研究領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，在檢測(cè)水果儲(chǔ)存方面也具有相當(dāng)大的應(yīng)用潛力。近兩年發(fā)表的兩篇文章便將FluorCam與氣調(diào)技術(shù)結(jié)合設(shè)計(jì)了一套果實(shí)低氧存儲(chǔ)檢測(cè)裝置，來(lái)通過(guò)葉綠素?zé)晒獬上裆钊胙芯刻O(píng)果低氧脅迫下的熒光動(dòng)力學(xué)變化，探索更優(yōu)的果實(shí)存儲(chǔ)方案。

商業(yè)化生產(chǎn)的蘋(píng)果（Malus x domestica Borkh.）正在越來(lái)越多地以Dynamic Controlled Atmosphere（DCA，動(dòng)態(tài)調(diào)控氣體）形式存儲(chǔ)，通過(guò)改變氣調(diào)室內(nèi)的氣體組成（氧氣O2和二氧化碳CO2）以及降低溫度來(lái)延長(zhǎng)蘋(píng)果的保質(zhì)期。 Lower Oxygen Limit（LOL）是水果能夠容忍的氧氣水平，低于LOL的氧氣水平，果實(shí)細(xì)胞的代謝就會(huì)從有氧變?yōu)榘l(fā)酵，從而導(dǎo)致發(fā)酵產(chǎn)物（如乙醛、乙醇和乙酸乙酯）的積累，影響果實(shí)品質(zhì)。在DCA存儲(chǔ)中，蘋(píng)果一般存儲(chǔ)在LOL+0.2-0.3 kPa O2的范圍內(nèi)，因此，了解LOL對(duì)于果實(shí)DCA儲(chǔ)存至關(guān)重要。

葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量是確定LOL的常用方法之一，當(dāng)然，相比非成像熒光測(cè)量，葉綠素?zé)晒獬上?/span>測(cè)量可以檢測(cè)光合活性的空間異質(zhì)性，更具優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量技術(shù)也逐漸被用來(lái)監(jiān)測(cè)低氧脅迫對(duì)水果的影響，有研究表明，Fo是檢測(cè)植物和果實(shí)低氧脅迫的敏感參數(shù)。但這其中的關(guān)聯(lián)機(jī)制尚不清晰，顯然，有氧呼吸（線(xiàn)粒體）、發(fā)酵（細(xì)胞質(zhì)）和葉綠素熒光（來(lái)自葉綠體和光系統(tǒng)PSII）的增加之間存在著某種關(guān)系（Wright et al.，2012）。

2022年Schlie等人為了進(jìn)一步了解蘋(píng)果在貯藏過(guò)程中的熒光異質(zhì)性，以及開(kāi)發(fā)一種識(shí)別LOL的方法，利用FluorCam熒光成像系統(tǒng)對(duì)在足夠的氧水平和低氧脅迫條件下處理的“Braeburn"和“Golden Delicious"兩種蘋(píng)果進(jìn)行了測(cè)量。

結(jié)果可知，在低氧水平下，蘋(píng)果的Fo升高，而Fv/Fm則降低，而二維成像圖則展示了熒光變化的空間差異。得益于FluorCam二維成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，我們不只可以獲得由成千上萬(wàn)個(gè)像素組成的測(cè)量目標(biāo)的熒光參數(shù)的平均值，還可以獲得代表不同像素?zé)晒饪臻g分布的直方圖，本文直方圖分割計(jì)算，探索出一種識(shí)別LOL的新方法。提出的方法不僅適用于蘋(píng)果，還可以用于其他類(lèi)型的水果。

在之前研究的基礎(chǔ)上，Schlie又進(jìn)一步設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，更深入地了解蘋(píng)果在低氧脅迫下葉綠素?zé)晒鈩?dòng)態(tài)響應(yīng)，特別是與空間分布的關(guān)系。研究中同樣使用FluorCam運(yùn)行葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)測(cè)量程序，對(duì)蘋(píng)果低氧脅迫進(jìn)行了早期檢測(cè)，并探討除了最小熒光（Fo）參數(shù)之外，是否還有其他參數(shù)可以用來(lái)檢測(cè)蘋(píng)果的低氧脅迫。

研究中，分別對(duì)18℃和2℃環(huán)境下，不同氧氣含量的蘋(píng)果果實(shí)進(jìn)行了葉綠素?zé)晒獬上瘢褂玫氖?/span>FluorCam的Quenching程序（非光化學(xué)熒光淬滅動(dòng)力學(xué)測(cè)量程序）。

成像測(cè)量結(jié)果表明，隨著氧含量下降，Fo升高，尤其在＜0.02KPa的發(fā)酵階段，Fo顯著升高。而Fv/Fm（暗適應(yīng)下的最大光量子通量）隨著氧含量的下降而降低，說(shuō)明低氧脅迫引起了蘋(píng)果光合效率的下降。

同時(shí)，對(duì)通過(guò)FluorCam獲得的熒光動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，在有氧和低氧發(fā)酵條件下，熒光動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)存在差異。在發(fā)酵條件下，飽和脈沖期間熒光強(qiáng)度下降。尤其在2°C的條件下，發(fā)酵產(chǎn)物積累之前，熒光動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)就已經(jīng)發(fā)生變化。

另外，文中還分析了多個(gè)其他熒光參數(shù)的變化，包括NPQ（非光化學(xué)熒光淬滅）、?PSII（PSII量子產(chǎn)額）等，都可以指征低氧脅迫對(duì)蘋(píng)果生理變化的影響。這篇研究報(bào)告為如何利用葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)和優(yōu)化蘋(píng)果在儲(chǔ)存過(guò)程中的低氧脅迫反應(yīng)的深入見(jiàn)解。

這兩篇研究的方法和結(jié)論也為探索蔬菜、其他水果等的動(dòng)態(tài)氣調(diào)室存儲(chǔ)方案，檢測(cè)新鮮果蔬的存儲(chǔ)品質(zhì)等提供了價(jià)值的參考，并且還可適用于檢測(cè)CO2含量、低溫、水分流失等在果蔬存儲(chǔ)中起到的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] Schlie T P, Dierend W, K?pcke D, et al. Detecting low-oxygen stress of stored apples using chlorophyll fluorescence imaging and histogram division[J]. Postharvest Biology and Technology, 2022, 189: 111901.

[2] Schlie, Tim-Pascal, et al. "Recording of Low-Oxygen Stress Response Using Chlorophyll Fluorescence Kinetics in Apple Fruit." Food and Bioprocess Technology 17.4 (2024): 1004-1016.