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易科泰葉綠素熒光技術在生態毒理學中的應用（一）
發布時間： 2025-03-25 點擊次數： 725次在生態毒理學研究領域，準確評估污染物對生物的毒性作用及生態系統的影響至關重要。葉綠素熒光技術作為一種高效、靈敏的研究手段，正發揮著日益重要的作用。它能夠快速、無損地監測植物光合生理狀態，為探究污染物的毒性機制提供關鍵信息。通過分析葉綠素熒光參數的變化，可精準了解污染物對植物光合作用的影響，如重金屬對作物和微藻光合系統的損害程度、工程藍藻和微藻-真菌共生體對富營養水體的凈化效果、以環境中藻類的葉綠素熒光參數進行早期污染監測等。北京易科泰生態技術有限公司基于自身強大的葉綠素熒光技術研發能力，致力于為客戶提供藻類培養、植物生長生理監測、環境及生態毒理學領域的科研設備和技術服務。
水體污染的藻類生態毒理學研究：
1）評估污染物對微藻的脅迫
中美科研人員共同完成的文章《Effects of carbon nanotubes on the toxicities of copper, cadmium and zinc toward the freshwater microalgae Scenedesmus obliquus》中，利用易科泰的AquaPen葉綠素熒光儀研究了碳納米管（CNTs）及銅（Cu）、鎘（Cd）和鋅（Zn）三種重金屬對斜生柵藻毒性的影響及機制。其中CNTs 對斜生柵藻急性毒性低，但不同微藻對 CNTs 毒性反應差異大。低濃度 CNTs 對某些生物有益，本研究中 5mg/L CNTs 促進藻類生長和光合活性，但其作用機制與高等植物不同。Zn 對斜生柵藻毒性低于 Cu 和 Cd，暴露時間影響重金屬毒性評估。5mg/L CNTs 可緩解低濃度 Cu、Cd、Zn 對藻類的不利影響，但對高濃度 Cd 緩解作用消失，對 Zn - CNTs 共暴露下葉綠素合成有抑制作用。配合葉綠素熒光技術，利用光合參數評估污染物對微藻的脅迫，其中5mg/L CNTs 增強藻類光合活性，這可能是通過促進光子捕獲和電子傳遞實現。
2） 評估暴露于污染環境的微藻光合效率
文章《Pollutant removal and toxic response mechanisms of freshwater microalgae Chlorella sorokiniana under exposure of tetrabromobisphenol A and cadmium》以小球藻為對象，探究了四溴雙酚 A（TBBPA）和鎘離子（Cd (II)）對其生長、光合活性、生化特性及分子水平的影響。通過測量 Fv/Fo 和 Fv/Fm 這兩個常用葉綠素熒光指標來評估微藻的光合效率。研究發現，隨著 TBBPA 暴露濃度的增加，微藻的光合活性得到促進，Fv/Fm 和 Fv/Fo 的值增大。這表明在一定濃度范圍內，TBBPA 可能通過增加微藻光合色素的含量，進而提升了光合效率。暴露于 Cd (II) 會刺激微藻細胞，使其防止光系統 II（PSII）反應中心受到損傷，具體表現為 RC/ABS 增加；同時增強電子傳輸，即 ETo/TRo 增加。這說明 Cd (II) 能夠影響微藻光合過程中的能量利用和轉化效率，促使微藻在污染物脅迫環境下，調整自身能量代謝以維持正常的生理功能。
3） 污染修復物質nZVI（納米零價鐵）的安全性評估
nZVI（納米零價鐵）用于修復污染的土壤和地下水，但釋放到環境中會氧化產生Fe 2+，影響微生物。文章《Transcriptomic analysis and cellular responses to nanoscale zero-valent iron in green microalga Raphidocelis subcapitata》以綠藻R. subcapitata為研究對象，通過易科泰葉綠素熒光成像技術評估其暴露于 nZVI 和nFe3O4（納米磁鐵礦）后的生理影響。其中NPQ 顯著降低，ΦPSII 略有增加，表明光合能力未受損，且吸收的光能更多轉化為光化學能。且通過熒光成像顯示出含有鐵納米顆粒的環境使微藻葉綠素熒光亮度降低。這表明nZVI 和nFe3O4對藻類生理功能有暫時抑制，但 24h 后細胞活力回升，對光合色素影響不顯著。本研究為nZVI的納米安全性評估提供新視角，有助于填補其早期風險評估的知識空白。
土壤污染的作物生態毒理學研究
1） 礦物硅肥對重金屬污染土壤中煙草生態毒理學的影響
文章《Silicon fertilization enhances the resistance of tobacco plants to combined Cd and Pb contamination: Physiological and microbial mechanisms》和《Hydrogel - potassium humate composite alleviates cadmium toxicity of tobacco by regulating Cd bioavailability》分別利用易科泰的FluorCam葉綠素熒光成像儀分析了兩種有機硅肥和一種礦物硅肥對鎘鉛污染土壤中煙草生長、生理指標及土壤細菌群落的影響以及新型腐植酸鉀復合水凝膠（S/K/AA）在鎘脅迫下對煙草生長及土壤微生物的影響。
上圖展示了不同培養狀態下煙草植株的光合參數（凈光合速率 Pn、氣孔導度 Gs、胞間二氧化碳濃度 Ci、蒸騰速率 Tr）、葉綠素熒光參數（光系統 II 最大光化學效率 Fv/Fm、光系統 II 實際光化學效率 Y (II)、非光化學淬滅 NPQ、光化學淬滅 Qp）、葉綠素（葉綠素 a、葉綠素 b）和類胡蘿卜素含量的變化。其中鎘鉛脅迫降低了 Pn、Gs 和 Tr，硅肥處理則提高了這些參數，且在鎘鉛脅迫土壤中硅肥對 Pn 的正向影響更明顯。在對照條件下，硅肥增加 Y (II)，對 Fv/Fm、NPQ 或 Qp 無顯著影響；在鎘鉛脅迫下，硅肥使 Fv/Fm、Y (II) 和 Qp 有升高趨勢。這表明硅肥能緩解鎘鉛對煙草的毒性，促進煙草生長，降低土壤和植物組織中鎘鉛含量。其作用機制包括與鎘鉛形成沉淀降低有效性、增強抗氧化防御系統、提高光合作用能力，以及通過改變微生物群落組成，增加具有重金屬抗性相關代謝途徑的微生物，提高土壤細菌對鎘鉛污染的抗性等。其中葉綠素熒光參數從多個層面反映了煙草植株的光合生理狀態，對探究硅肥緩解鎘鉛脅迫對煙草影響的機制，評估植物健康和生長狀況提供了關鍵信息。
2） 太陽能電池釋放的有害物質對農作物的潛在毒性研究
鈣鈦礦太陽能電池因低成本和簡單制造工藝受太陽能行業關注，不過它含鉛和碘等有害物質，可能會污染附近農田。韓國科研團隊在文章《Assessing the potential toxicity of hazardous material released from Pb - based perovskite solar cells to crop plants》中利用易科泰FluorCam葉綠素熒光成像儀評估了這些有害物質對綠豆和高粱這兩種農作物的毒性影響。他們模擬了PbI?在土壤中的直接暴露情況，開展植物土壤試驗，評估了植物的毒性反應，包括生長抑制、生理變化和光合作用等方面。
在該研究中，易科泰葉綠素熒光技術被用于定量評估PbI?對植物光合作用的抑制效應。通過測量葉綠素熒光瞬變面積（反映光合能力）和關鍵參數（如Fv/Fm、NPQ_Lss、Rfd_Lss）的研究發現：高粱在20 mg/kg PbI?暴露下，熒光瞬變面積減少約50%，表明光合系統嚴重受損；綠豆在5 mg/kg時Rfd_Lss下降41%，揭示光化學猝滅效率降低。這些數據與植物生長抑制（如根系枯萎、葉綠素減少）形成互補，證實PbI?通過干擾光系統II功能和能量轉換，導致光合活性下降，進而抑制植物生長。葉綠素熒光技術不僅提供了早期毒性預警（如Rfd_Lss在低濃度下的響應），還為解析毒性機制（如光保護系統激活）提供了分子水平證據，成為連接生理損傷與分子機制的重要橋梁。
易科泰植物表型技術與產品
易科泰光養生物反應器技術：
藻類培養與在線監測，包括 OD、葉綠素熒光、溶解氧、pH、營養鹽等，及藻類呼吸與
光合作用、碳通量等在線監測；
葉綠素熒光在線監測技術，高靈敏度監測藻類培養生理狀態、光合效率；
實驗室多通道管式培養、立柱式培養、平板式培養等不同培養模式、不同容積大小；
智能調制多通道 LED 光源培養，不同顏色不同波段、0-100%調制、晝夜節律自動調制、
不同光配方，可客戶定制多通道智能 LED 藻類培養臺架；
環境調控，溫度、pH、CO2 等調控，恒濁培養、恒化培養；
易科泰葉綠素熒光（成像）技術：
葉綠素熒光被稱為植物光合作用的靈敏探針，易科泰葉綠素熒光成像技術產品為智慧農業、植物工廠、光合作用研究、表型組學研究、遺傳育種等農業研究測量檢測提供了高靈敏度、高通量、非接觸、非損傷、可視化、數字化解決方案：
易科泰多光譜熒光成像技術：
多光譜熒光成像為葉綠素熒光成像的升級產品，既可對葉綠素熒光成像分析，還可同時對脅迫誘導次級代謝產物熒光（藍綠熒光）成像，并與葉綠素熒光（紅色和遠紅熒光）成像綜合分析，從而高靈敏度、全面利用植物熒光現象檢測植物生理狀態、受脅迫狀況或健康狀況，早期如苗期出現癥狀前即可通過成像“看到"植物病蟲害，如作物或中藥材根系是否受蟲害或病害侵襲等，從而及時采取補苗等措施，還可以檢測農藥效果、使用閾值，從而少用農藥，達到環保和綠色健康食品生產的雙重目的。
易科泰Thermo-RGB成像技術：
Thermo-RGB成像采用易科泰自主研發的紅外熱成像與RGB成像融合分析技術，有效融合了紅外熱成像的熱輻射信息/溫度信息和RGB成像的顏色信息和高分辨率優勢，克服了紅外熱成像分辨率低、不清晰、難以進行目標提取/圖像分割等缺點，可以方便地進行圖像分割處理、提取清晰的圖像信息，并進一步精準運行ROI選區分析，能夠同時檢測形態、顏色及溫度分布等，可用于植物表型分析、生物（病蟲害）或非生物（如干旱、鹽堿等）脅迫或敏感性檢測；還可用于動物體型非接觸遙測、體表溫度成圖分析等表型檢測。
易科泰多功能高光譜技術：
北京易科泰多功能高光譜技術同時具備（反射光）高光譜成像分析、葉綠素熒光高光譜成像分析、UV激發生物熒光（UV-MCF）高光譜成像分析功能，還可選配不同激發光生物活體熒光（如GFP、YFP等熒光蛋白成像等）成像功能；特色的高光譜分辨率熒光成像分析功能，可靈敏區分不同波段生物熒光現象。目前已經應用于包括植物表型成像分析、遺傳育種、種子資源檢測鑒定、高通量種苗健康檢測、采后生物學實驗研究、中草藥研究檢測等方向，還可用于活體檢測分析植物黃酮指數、花青素指數及葉綠素指數等。
1. Sun C, Li W, Xu Y, et al. Effects of carbon nanotubes on the toxicities of copper, cadmium and zinc toward the freshwater microalgae Scenedesmus obliquus[J]. Aquatic Toxicology, 2020, 224: 105504.
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