植物光合表型方案:傳統植物光合儀與葉綠素熒光成像儀的聯合應用案例

       在波及全球的中美貿易戰背景下，多變的關稅和進出口政策為國際先進科研設備的推廣和應用帶來了極大的不確定性。北京易科泰作為深耕“生態-農業-健康”研究監測技術領域二十多年的老牌廠商，與幾十所國際生態儀器的研發機構和廠商建立了密切的合作關系，現推出系列歐洲原裝進口的國際先進光合植物表型設備和技術方案——傳統植物光合儀 + 葉綠素熒光成像儀。其中光合儀從氣體交換層面反映光合作用的物質交換情況，葉綠素熒光成像系統從光化學反應層面揭示光合作用內部機制，光合儀與葉綠素熒光成像儀聯用可實現光合效率的時空動態解析，全面揭示環境變化與植物光能吸收、電子傳遞及碳同化的綜合影響。 
  聯合應用案例：

1） 從基因型到表型：植物抗逆性機制研究
      吉林農大、中科院、浙江大學、中國科學院大學等聯合團隊發表的文章《Salt stress improves the low-temperature tolerance in sugar beet in which carbohydrate metabolism and signal transduction are involved》中，結合利用轉錄組+代謝組+植物光合表型技術，深入剖析了鹽脅迫下甜菜低溫耐受性的生理機制，驗證鹽脅迫能提高甜菜低溫耐受性且通過激素信號和碳水化合物代謝起作用的假設。       研究表明，鹽脅迫能維持甜菜在低溫下較高的光合潛力，減少 ROS 積累，進而提高其低溫耐受性。從基因組數據中分析發現了多個與氨基酸、碳水化合物、脂質代謝及信號轉導相關的差異基因，揭示鹽脅迫通過調節激素信號通路、脂肪酸延長以及碳水化合物代謝相關的關鍵基因、酶和代謝物發揮作用；同時，LCpro 光合儀測量的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間 CO₂濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）等參數顯示，鹽脅迫能緩解低溫對甜菜光合作用的抑制，促進光合碳同化；FluorCam 葉綠素熒光成像系統測量的 PSII 最大光化學效率（Fv/Fm）等參數表明，鹽脅迫提升了低溫下 PSII 受體側的電子傳遞能力，維持了葉片的光合性能。多技術角度聯合驗證了鹽脅迫會增強甜菜的低溫耐受性。

2） 種質資源：通過植物表型信息挖掘潛在遺傳資源
      英國一個由植物學、作物科學、生命科學等多學科聯合的研究團隊，在文章《Variation in key leaf photosynthetic traits across wheat wild relatives is accession dependent not species dependent》中，基于植物光合生理、遺傳育種、基因分型等技術，通過研究對比多個小麥野生近緣種的光合、氣孔、葉綠素熒光動態和形態等植物表型性狀差異，挖掘潛在的遺傳信息資源。為將野生近緣種的遺傳多樣性引入現代小麥品種，以提高小麥光合作用效率和產量提供理論依據和實踐指導。       文章選取了全球88份小麥野生近緣種種質，涵蓋5個屬的41個物種，同時選用3個現代小麥品種作對照，利用英國LCpro系列光合儀與捷克FluorCam系列葉綠素熒光成像系統監測小麥光合表型參數變化，以全面分析小麥野生近緣種與現代品種間的光合性狀差異。88 份種質間光和CO2飽和光合同化率A_max差異達 2.3 倍，現代品種的A_max不高于野生近緣種，變異主要取決于種質。不同屬和種質在最大羧化速率V_cmax、電子傳遞速率J_max、V_cmax：J_max比值及CO2同化限制點C_itransition存在顯著差異。動態光合方面，不同屬和種質在葉綠素熒光參數響應、NPQ 誘導和松弛時間存在差異，現代小麥 NPQ 松弛快但誘導慢。氣孔動力學上，野生近緣種氣孔響應存在顯著變異，部分比現代小麥快，且氣孔響應與光合參數存在復雜關系。葉形態特征與光合能力相關，如 SLA 與A_max呈顯著負相關性。

3） 環境適應：評估沙漠植物對未來降水模式的潛在適應性
      為全面評估氣候變化背景下的沙漠植物對未來降水模式的適應性，甘肅農大的科研團隊在文章《Photosynthetic and Antioxidant Responses of Gymnocarpos przewalskii to Simulated Rainfall Changes》中利用易科泰的光合儀和葉綠素熒光成像系統探究不同降雨水平對裸果木氣體交換參數、葉綠素熒光特性和抗氧化系統的影響。       研究中通過LCpro 光合儀從氣體交換層面反映光合作用的物質交換情況，FluorCam 葉綠素熒光成像系統從光化學反應層面揭示光合作用內部機制，二者搭配全面研究裸果木光合特性。實驗結果表明降雨增加，凈光合速率P_n和蒸騰速率Tr會顯著上升；而降雨減少時，Pn的下降由氣孔（15% 減少時）和非氣孔（30% 減少時）限制引起，且降雨減少顯著提高水分利用效率（WUE），30% 降雨減少會顯著降低最大光合能力和弱光利用能力。同時降雨減少會使Fo、NPQ_Lss等葉綠素熒光參數下降，Fv/Fo、Fv/Fm增加，反映了植物PSII系統的受影響情況。
 

• Liu L, Gai Z, Qiu X, et al. Salt stress improves the low-temperature tolerance in sugar beet in which carbohydrate metabolism and signal transduction are involved[J]. Environmental and Experimental Botany, 2023, 208: 105239.
• McAusland L, Vialet‐Chabrand S, Jauregui I, et al. Variation in key leaf photosynthetic traits across wheat wild relatives is accession dependent not species dependent[J]. New Phytologist, 2020, 228(6): 1767-1780.
• Huan H, Cui P, Lu G, et al. Photosynthetic and Antioxidant Responses of Gymnocarpos przewalskii to Simulated Rainfall Changes[J]. Forests, 2023, 14(4): NA-NA.

 
      北京易科泰是國內技術領先的植物表型分析技術企業，致力于生態-農業-健康研究監測技術的推廣、研發與服務，為客戶提供全方位的植物表型分析技術方案：

• FP/AP系列手持式葉綠素熒光儀
• FluorCam系列葉綠素熒光成像儀
• FluorTron系列葉綠素熒光/多功能高光譜成像系統
• PhenoPlot®-SIF輕便型高光譜成像技術
• PhenoTron® PTS植物表型成像分析系統
• ET-LEDIF葉綠素熒光監測系統