葉綠素?zé)晒獬上褶r(nóng)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用——作物篇

本期文章將聚焦葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)在大田作物研究領(lǐng)域的應(yīng)用，通過三個(gè)案例展開深度解析：一、依托該技術(shù)實(shí)現(xiàn)光誘導(dǎo)條件下馬鈴薯采后品質(zhì)下降的無(wú)損檢測(cè)；二、揭示葉綠素?zé)晒獬上褡鳛橹甘居衩谉崦{迫響應(yīng)的核心工具；三、深入分析不同處理方式下，冬小麥遭遇干熱風(fēng)脅迫后葉片的熒光信號(hào)差異，為抗逆栽培策略優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。透過這些實(shí)踐案例，我們將清晰看到葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)如何突破傳統(tǒng)研究局限，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科研與生產(chǎn)實(shí)踐注入新動(dòng)能。

案例1：光誘導(dǎo)下馬鈴薯采后品質(zhì)下降的無(wú)損檢測(cè)

在不當(dāng)?shù)牟墒栈騼?chǔ)存條件下，陽(yáng)光直射會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯品質(zhì)直線下降，會(huì)引起馬鈴薯表面變綠，這是由于葉綠素形成所致，過程中伴隨著有毒化學(xué)物質(zhì)——生物堿的生成，當(dāng)食用儲(chǔ)存不當(dāng)?shù)鸟R鈴薯時(shí)，可能會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生威脅，這也是“綠土豆有毒”的來源。匈牙利農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)大學(xué)的食品科學(xué)與技術(shù)研究所通過檢測(cè)不同儲(chǔ)存方式下馬鈴薯中葉綠素的形成，間接研究陽(yáng)光誘導(dǎo)馬鈴薯中葉綠素相關(guān)化合物的生成。

研究中針對(duì)初始黃色的馬鈴薯和初始有綠色斑點(diǎn)的馬鈴薯，并分別進(jìn)行陽(yáng)光直射和遮蔭處理，隨著儲(chǔ)存時(shí)間的變化，持續(xù)測(cè)定。結(jié)果表明：陽(yáng)光照射后的馬鈴薯葉綠素含量顯著升高，其葉綠素?zé)晒鈪?shù)（F0、Fm）的結(jié)果顯示：隨著儲(chǔ)存時(shí)間變長(zhǎng)，葉綠素?zé)晒庖膊粩嘣黾?；初始狀態(tài)下，綠色馬鈴薯的葉綠素?zé)晒怙@著高于黃色馬鈴薯。

本研究證明，陽(yáng)光和儲(chǔ)藏時(shí)間過長(zhǎng)能夠誘導(dǎo)葉綠素的生成，馬鈴薯的有害物質(zhì)的產(chǎn)生，伴隨著葉綠素的產(chǎn)生，也間接證明了“綠色土豆有毒”。

案例2：葉綠素?zé)晒獬上瘢褐甘居衩谉崦{迫的工具

玉米是世界三大作物之一，與水稻和小麥齊名。在玉米的生長(zhǎng)過程中，干旱和熱風(fēng)脅迫對(duì)其生產(chǎn)的破壞最大，因此，進(jìn)一步開展選育耐熱風(fēng)玉米品系的育種工作是十分必要的。一篇發(fā)表在《Cereal Research Communications》上的研究，探究葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)系統(tǒng)是否能快速測(cè)定植物的熱脅迫。

實(shí)驗(yàn)中選擇了耐熱品種Kwangpyeongok作為對(duì)照組、熱脅迫品種Ilmichal作為實(shí)驗(yàn)組將兩個(gè)品種的玉米幼苗在 35±2°C、相對(duì)濕度 35% 的生長(zhǎng)箱中，經(jīng) 96 小時(shí)熱風(fēng)處理后，檢測(cè)其葉綠素?zé)晒獬上駞?shù)值（Fo、Fm、Fv/Fm、ΦPSII、NPQ 和 Rfd），并進(jìn)行比較分析。

結(jié)果如下圖，結(jié)果顯示，熱處理后的24h內(nèi)兩種玉米幼苗玉米幼苗表面上看起來相似，很難用肉眼判斷其損傷情況，但通過葉綠素?zé)晒獬上癜l(fā)現(xiàn)，盡管熱風(fēng)脅迫下玉米葉片的 Fv/Fm 比值沒有明顯差異，但是實(shí)驗(yàn)組Ilmichal的Fm、F0顯著低于對(duì)照組Kwangpyeongok。

隨后，研究中又檢測(cè)了Kwangpyeongok、Ilmichal兩個(gè)品種在熱風(fēng)脅迫處理下的葉綠素?zé)晒鈪?shù)值，結(jié)果如下圖所示，發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)脅迫下玉米葉片的 Fv/Fm 比值幾乎處于正常水平，但 Fm 和 Fv 值卻遠(yuǎn)低于對(duì)照幼苗。實(shí)驗(yàn)組Ilmichal的玉米幼苗熱風(fēng)脅迫后，所有測(cè)量的熒光參數(shù)均降至對(duì)照幼苗Kwangpyeongok的一半以上，其中NPQ增加，ΦPSII降低。因此，NPQ 和 ΦPSII 可用于測(cè)定熱風(fēng)脅迫下玉米葉片的情況。

本研究證明：通過葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)直接檢測(cè)葉綠素?zé)晒庀嚓P(guān)參數(shù)能夠側(cè)面確定玉米的熱脅迫程度，葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)的分析及其相關(guān)參數(shù)可以作為一種快速指示技術(shù)，用于測(cè)定玉米的熱風(fēng)脅迫。

案例3：分析不同處理下冬小麥遭遇干熱風(fēng)后葉片的響應(yīng)

黃淮海地區(qū)作為中國(guó)冬小麥的核心產(chǎn)區(qū)，其小麥產(chǎn)量占全國(guó)總量的一半以上，然而該區(qū)域在冬小麥灌漿增重關(guān)鍵期常遭遇兼具高溫、低濕、大風(fēng)特征的干熱風(fēng)災(zāi)害，且在全球變暖的背景下，災(zāi)害態(tài)勢(shì)擴(kuò)大會(huì)加速小麥蒸騰耗水、破壞光合系統(tǒng)，導(dǎo)致小麥早衰，嚴(yán)重時(shí)可造成小麥減產(chǎn)。為緩解這一問題，科研團(tuán)隊(duì)展開了大田實(shí)驗(yàn)，通過用葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)找到應(yīng)對(duì)干熱風(fēng)災(zāi)害的方案。

實(shí)驗(yàn)共設(shè)6種處理：空白對(duì)照CK（拔節(jié)期和開花期均噴施自來水處理）、制劑組對(duì)照CKP（兩個(gè)時(shí)期均噴施磷酸二氫鉀溶液處理）、拔節(jié)期噴施磷胺制劑（BA）、拔節(jié)期噴施磷酯制劑（BZ）、開花期單次噴施磷胺制劑（HA）、開花期單次噴施磷酯制劑（HZ），測(cè)定在不同處理下的旗葉的葉綠素?zé)晒鈪?shù)值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

試驗(yàn)期間小麥在花后24d和26d遭受了輕度干熱風(fēng)過程，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:噴施磷糖類制劑處理對(duì)不同熒光參數(shù)的調(diào)控時(shí)期存在差異，表現(xiàn)為提升干熱風(fēng)發(fā)生過程后（24d和26d）旗葉Fv/Fm，降低整個(gè)灌漿活躍期（11d）NPQ，增加灌漿中后期旗葉qP；在開花期噴施磷酯制劑通過增加旗葉Fv/Fm和qP提高小麥抗干熱風(fēng)能力，開花期噴施磷胺制劑通過使葉片 NPQ 值穩(wěn)定保持在較低水平，提高電子傳遞效率，從而緩解干熱風(fēng)對(duì)小麥的生理危害。

實(shí)驗(yàn)根據(jù)葉綠素?zé)晒鈪?shù)值得出結(jié)論：建議磷胺和磷酯制劑噴施的最佳時(shí)期分別為拔節(jié)期和開花期，認(rèn)為開花期噴施磷酯制劑處理對(duì)小麥抗干熱風(fēng)影響的調(diào)控效果較好。

參考文獻(xiàn)：

[1] Zsom-Muha, V., Nguyen, L. L. P, et al. (2021). An attempt to the nondestructive investigation of photo-induced potato postharvest quality degradation–Preliminary results. Progress in Agricultural Engineering Sciences, 17(S1), 99-109.

[2] Park J Y, Yoo S Y, Kang H G, et al. (2016). Use of chlorophyll a fluorescence imaging for photochemical stress assessment in maize (Zea mays L.) leaf under hot air condition. The Korean Journal of Crop Science, 61(4): 270-276.

[3] XU Ya-nan, HAN Yan, WU Yue, et al. (2023). Effects of Foliar-spray Chemical Regulators on Wheat Winter Resistance through Dry-hot Wind Stress. Chinese Journal of Agrometeorology, 44(11): 995-1008.

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