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葉綠素熒光成像技術(shù)應用——水稻脅迫響應分析
發(fā)布時間： 2020-07-20 點擊次數(shù)： 2457次水稻生長過程中，易遭受各種非生物脅迫（如干旱、鹽堿）與生物脅迫（稻瘟病、白葉枯病等），從而嚴重影響水稻生產(chǎn)。針對上述脅迫對水稻產(chǎn)生的影響進行可重復的表型分析是一項嚴峻挑戰(zhàn)。植物吸收的光能主要用以進行光化學反應、熱耗散及發(fā)出葉綠素熒光，三種途徑互為競爭，此消彼長。脅迫可能引起植物光反應系統(tǒng)中的捕光復合體結(jié)構(gòu)改變，光能的利用及分配變化，光合色素減少，相關(guān)代謝變化等，從而影響葉片的光學性質(zhì)。葉綠素熒光技術(shù)可直接、無損測量光量子效率等光合生理參數(shù)并獲取成像圖，作為反映植物光合生理狀態(tài)的重要量化指標，廣泛應用于水稻研究的方方面面。
案例1：捷克科學院的David等，通過Fluorcam葉綠素熒光成像，對受稻瘟病、白葉枯病及干旱脅迫的不同水稻水稻品種進行了無損檢測。結(jié)果顯示，肉眼上沒有受脅迫變化的葉片，F(xiàn)v/Fm（大光量子效率）實際已經(jīng)降低，脅迫對植物的影響已經(jīng)產(chǎn)生，且隨著脅迫時間增加，F(xiàn)v/Fm降低的面積越大，尤其部分易感品種Fv/Fm降低明顯。表明葉綠素熒光成像及測量技術(shù)能靈敏檢測出植物遭受脅迫后的生理變化，并且為品種抗逆篩選提供量化指標。
A稻瘟病感染組 B白葉枯病感染組
稻瘟病感染組葉片F(xiàn)v/Fm
白葉枯病感染組葉片F(xiàn)v/Fm
此外，研究中還使用了使用手持式儀器進行溫室、野外檢測。通過FluorPen手持式葉綠素熒光測量儀檢測樣本光合生理，分析脅迫影響下水稻ΦPSⅡ（PSⅡ光量子效率）、Ft（實時熒光）兩個葉綠素熒光參數(shù)的響應。通過PolyPen（原WinePen）手持式光譜測量儀，檢測脅迫導致的水稻反射光譜變化，獲取與稻瘟病、葉綠素、光合作用等有關(guān)的植被指數(shù)，分析這些植被指數(shù)與水稻生理狀態(tài)變化的相關(guān)性。
案例2：意大利帕多瓦大學的Elide Formentin等從轉(zhuǎn)錄組和細胞生理分析的角度研究水稻鹽脅迫適應性和耐受性，其中針對耐鹽水稻Baldo和鹽敏感品種Vialone Nano的不同葉片進行Fluorcam葉綠素熒光成像分析。結(jié)果顯示，Vialone Nano的所有葉片的ΦPSⅡ在脅迫第二天即明顯降低，并隨著脅迫持續(xù)下降，說明其在鹽脅迫下光合效率不斷降低且未長出第4葉；Baldo的第1葉ΦPSⅡ在脅迫第6天發(fā)生明顯降低，而其他葉片*天均未發(fā)生顯著變化，新長出的第4葉光合狀態(tài)正常。
成像結(jié)果圖還直觀顯示出葉片脅迫響應的同質(zhì)性。相比對照組，Vialone Nano脅迫組同一葉片的ΦPSⅡ，在第3天即呈現(xiàn)整葉均一、劇烈的下降，Baldo脅迫組葉片ΦPSⅡ變化則呈現(xiàn)非均一性，第6天起，才出現(xiàn)葉片個別部位ΦPSⅡ降低。
研究中還發(fā)現(xiàn)，在耐鹽品種Baldo鹽脅迫組的第2葉、第3葉的NPQ（非光化學熒光淬滅）顯著高于對照，且ΦPSⅡ保持在較高狀態(tài)的葉片區(qū)域其NPQ越高，而在Vialone Nano中則未出現(xiàn)這種趨勢。說明NPQ的升高與水稻應對脅迫的能力有關(guān)。
光合生理是水稻遺傳分析、表型研究中的重要環(huán)節(jié)，光合狀態(tài)直接、靈敏地反應植物的生長狀態(tài)。易科泰作為葉綠素熒光技術(shù)機構(gòu)PSI的國內(nèi)*家代理服務中心，下設植物葉綠素技術(shù)與植物表型業(yè)務部，可提供全面的Fluorcam葉綠素熒光研究產(chǎn)品與方案。
參考文獻：
2. Sebela, Quinones, V.cruz, et al. Chlorophyll Fluorescence and Reflectance-Based Non-Invasive Quantification of Blast, Bacterial Blight and Drought Stresses in Rice[J]. Plant & Cell Physiology, 2018.
2. Elide F , Cristina S , Giorgio P , et al. Transcriptome and Cell Physiological Analyses in Different Rice C*rs Provide New Insights Into Adaptive and Salinity Stress Responses[J]. Frontiers in Plant Science, 2018, 9:204.
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