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葉綠素熒光成像農學領域應用——作物篇
發布時間： 2025-11-14 點擊次數： 91次本期文章將聚焦葉綠素熒光成像技術在大田作物研究領域的應用，通過三個案例展開深度解析：一、依托該技術實現光誘導條件下馬鈴薯采后品質下降的無損檢測；二、揭示葉綠素熒光成像作為指示玉米熱脅迫響應的核心工具；三、深入分析不同處理方式下，冬小麥遭遇干熱風脅迫后葉片的熒光信號差異，為抗逆栽培策略優化提供科學依據。透過這些實踐案例，我們將清晰看到葉綠素熒光成像技術如何突破傳統研究局限，為現代農業科研與生產實踐注入新動能。
案例1：光誘導下馬鈴薯采后品質下降的無損檢測
在不當的采收或儲存條件下，陽光直射會導致馬鈴薯品質直線下降，會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物質——生物堿的生成，當食用儲存不當的馬鈴薯時，可能會對人體健康產生威脅，這也是“綠土豆有毒”的來源。匈牙利農業與生命科學大學的食品科學與技術研究所通過檢測不同儲存方式下馬鈴薯中葉綠素的形成，間接研究陽光誘導馬鈴薯中葉綠素相關化合物的生成。
研究中針對初始黃色的馬鈴薯和初始有綠色斑點的馬鈴薯，并分別進行陽光直射和遮蔭處理，隨著儲存時間的變化，持續測定。結果表明：陽光照射后的馬鈴薯葉綠素含量顯著升高，其葉綠素熒光參數（F0、Fm）的結果顯示：隨著儲存時間變長，葉綠素熒光也不斷增加；初始狀態下，綠色馬鈴薯的葉綠素熒光顯著高于黃色馬鈴薯。
本研究證明，陽光和儲藏時間過長能夠誘導葉綠素的生成，馬鈴薯的有害物質的產生，伴隨著葉綠素的產生，也間接證明了“綠色土豆有毒”。
案例2：葉綠素熒光成像：指示玉米熱脅迫的工具
玉米是世界三大作物之一，與水稻和小麥齊名。在玉米的生長過程中，干旱和熱風脅迫對其生產的破壞最大，因此，進一步開展選育耐熱風玉米品系的育種工作是十分必要的。一篇發表在《Cereal Research Communications》上的研究，探究葉綠素熒光成像技術系統是否能快速測定植物的熱脅迫。
實驗中選擇了耐熱品種Kwangpyeongok作為對照組、熱脅迫品種Ilmichal作為實驗組將兩個品種的玉米幼苗在 35±2°C、相對濕度 35% 的生長箱中，經 96 小時熱風處理后，檢測其葉綠素熒光成像參數值（Fo、Fm、Fv/Fm、ΦPSII、NPQ 和 Rfd），并進行比較分析。
結果如下圖，結果顯示，熱處理后的24h內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，但通過葉綠素熒光成像發現，盡管熱風脅迫下玉米葉片的 Fv/Fm 比值沒有明顯差異，但是實驗組Ilmichal的Fm、F0顯著低于對照組Kwangpyeongok。
隨后，研究中又檢測了Kwangpyeongok、Ilmichal兩個品種在熱風脅迫處理下的葉綠素熒光參數值，結果如下圖所示，發現熱風脅迫下玉米葉片的 Fv/Fm 比值幾乎處于正常水平，但 Fm 和 Fv 值卻遠低于對照幼苗。實驗組Ilmichal的玉米幼苗熱風脅迫后，所有測量的熒光參數均降至對照幼苗Kwangpyeongok的一半以上，其中NPQ增加，ΦPSII降低。因此，NPQ 和 ΦPSII 可用于測定熱風脅迫下玉米葉片的情況。
本研究證明：通過葉綠素熒光成像技術直接檢測葉綠素熒光相關參數能夠側面確定玉米的熱脅迫程度，葉綠素熒光技術的分析及其相關參數可以作為一種快速指示技術，用于測定玉米的熱風脅迫。
案例3：分析不同處理下冬小麥遭遇干熱風后葉片的響應
黃淮海地區作為中國冬小麥的核心產區，其小麥產量占全國總量的一半以上，然而該區域在冬小麥灌漿增重關鍵期常遭遇兼具高溫、低濕、大風特征的干熱風災害，且在全球變暖的背景下，災害態勢擴大會加速小麥蒸騰耗水、破壞光合系統，導致小麥早衰，嚴重時可造成小麥減產。為緩解這一問題，科研團隊展開了大田實驗，通過用葉綠素熒光技術找到應對干熱風災害的方案。
實驗共設6種處理：空白對照CK（拔節期和開花期均噴施自來水處理）、制劑組對照CKP（兩個時期均噴施磷酸二氫鉀溶液處理）、拔節期噴施磷胺制劑（BA）、拔節期噴施磷酯制劑（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），測定在不同處理下的旗葉的葉綠素熒光參數值，實驗結果如下：
試驗期間小麥在花后24d和26d遭受了輕度干熱風過程，實驗結果表明:噴施磷糖類制劑處理對不同熒光參數的調控時期存在差異，表現為提升干熱風發生過程后（24d和26d）旗葉Fv/Fm，降低整個灌漿活躍期（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提高小麥抗干熱風能力，開花期噴施磷胺制劑通過使葉片 NPQ 值穩定保持在較低水平，提高電子傳遞效率，從而緩解干熱風對小麥的生理危害。
實驗根據葉綠素熒光參數值得出結論：建議磷胺和磷酯制劑噴施的最佳時期分別為拔節期和開花期，認為開花期噴施磷酯制劑處理對小麥抗干熱風影響的調控效果較好。
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