葉綠素熒光成像園藝領域應用——觀賞植物篇

      本期園藝系列文章將繼續分享葉綠素熒光成像技術在現代觀賞植物研究中的前沿應用：從評估十種園林灌木的耐淹能力，為海綿城市選種提供科學依據；到解碼彩葉草斑斕葉色背后的光合密碼，揭示其獨特的生存策略；再到篩選鮮切花最佳保鮮方案，延長其觀賞壽命。通過這三個典型案例，我們將看到葉綠素熒光成像技術如何以其無損、直觀、高通量的優勢，成為園藝科學研究與產業實踐向前發展的“得力助手“。

案例1：十種園林灌木淹澇脅迫下的響應機制
      近日“山河四省”地區陰雨不斷，洪澇災害除了影響農作物生產，還對園藝植物構成著威脅。隨著“海綿城市”建設的推進，植物耐淹性研究更加受到重視。在水分脅迫條件下，葉綠素合成與光合酶活性常會受到嚴重抑制，表現為葉綠體形態結構改變、功能異常、葉綠素含量下降等。一篇發表于《Biologia》的研究，系統評估了十種華北地區常見園林灌木在持續淹水脅迫下的生理響應，并利用葉綠素熒光成像技術，直觀揭示了其光合系統的受損過程與耐淹機制。
      研究中選取了貼梗海棠（CS）、木槿（HS）、膠東衛矛（EK）、南陽杜鵑（LI）、日本衛矛（EJ）、珍珠梅（SK）、金銀忍冬（LM）、黃刺玫（RX）、紫丁香（SO）、榆葉梅（AT）等十種灌木，通過30天的淹水處理，結合葉綠素儀與FluorCam熒光成像系統，無損監測了葉片葉綠素含量與多項熒光參數的變化。結果顯示：       不同植物葉片的光合系統受損具有空間異質性。例如紫薇葉片出現點狀熒光衰減區并逐漸擴大，而金銀木、薔薇等則從葉緣開始受損，冬青衛矛類植物葉脈區域的光合活性顯著高于葉肉。研究進一步指出，QY_max（Fv/Fm，最大光量子產量）的穩定性與NPQ_Lss（非光化學淬滅）和Rfd_Lss（熒光衰減率）的適時上升是植物耐淹的重要特征。耐淹性強的植物（如木槿），能在淹水后期才啟動熱耗散防御機制；而不耐淹的植物要么過早啟動，要么無法有效激活該機制。
研究中還根據數據進行了主成分分析并對十種灌木的耐淹性進行綜合評價，排序為：木槿 > 膠東衛矛 > 貼梗海棠> 南陽杜鵑 > 珍珠梅 > 日本衛矛 > 金銀忍冬 > 黃刺玫 > 榆葉梅> 紫丁香。

案例2：葉綠素熒光成像：揭開彩葉植物“顏色背后的光合密碼”    
      彩葉植物因其豐富的葉色而具有極高的觀賞價值，而這些顏色不僅僅是為了好看，它們背后還隱藏著葉片光合作用的“分工秘密”！一篇發表在《Photosynthetica》上的研究，以五種彩葉草（Coleus × hybridus hort.）栽培品種為材料，綜合利用葉綠素熒光成像與葉綠素熒光儀點測量對比，結合色素含量檢測進行關聯分析，系統闡釋了其雜色葉片內光合機構的空間運行機制。
      研究發現，葉片不同色素區域及不同品種間存在顯著差異：雖然紫色部分的葉綠素濃度高于綠色部分，但F0,Fm,F0’和Fm’均略低于綠色區域，這表明花青素和類胡蘿卜素在紅色區域中含量較高，具有光保護作用。
      奶黃色與粉色區域由于色素匱乏，其光化學淬滅系數（qP）與非光化學淬滅系數（NPQ）均處于極低水平，反映出其光化學能力與熱耗散能力的不足。然而，這些區域的PSII最大光量子產量（Fv/Fm）與有效量子產量（ΦPSII） 卻維持在較高水平，提示其數量有限的PSII反應中心能夠以極高的效率利用所吸收的光能。       本研究證明，在分析具有復雜、狹窄色斑的葉片時，葉綠素熒光成像技術相比傳統的單點測量更具優勢。它能夠直觀、無損地展示光合活性的空間分布異質性，精準捕捉到點測量難以定位的微小區域的光合動態。

案例3：應用保鮮劑提高鮮切花運輸過程中保鮮效果
      除了觀賞植物育種、脅迫方面的研究，葉綠素熒光成像還可應用于花卉采后保鮮等領用，用于評估鮮切花質量、保鮮技術等。鮮切花尤其是鮮切月季在采摘運輸過程中，保鮮處理也是非常重要的，而鮮花的保鮮技術與水果蔬菜又有很大不同。韓國世宗大學在相關研究中，對不同品種的月季施加了各種防腐液與乙烯抑制劑，以評估最佳的保鮮運輸方法。FluorCam葉綠素熒光技術為鮮花活力評估鑒定提供了最有力的證據。
參考文獻：
[1] Borek, M., Bączek-Kwinta, R., & Rapacz, M. (2016). Photosynthetic activity of variegated leaves of Coleus× hybridus hort. cultivars characterised by chlorophyll fluorescence techniques. Photosynthetica, 54(3), 331-339.
[2] Fang, X., Wang, K., Sun, X., Wang, Y., Zheng, P., & Shi, F. (2022). Characteristics of chlorophyll fluorescence in ten garden shrub species under flooding stress. Biologia, 77(2), 339-350.
[3] Ha, S. T., Lim, J. H., & In, B. C. (2019). Extension of the vase life of cut roses by both improving water relations and repressing ethylene responses. Horticultural Science and Technology, 37(1), 65-77.

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