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FluorCam植物表型成像分析圖片展
發布時間： 2022-03-21 點擊次數： 2048次FluorCam和PlantScreen分別是國內外廣泛使用的葉綠素熒光成像系統和植物大型表型成像分析平臺。
研究機構充分發揮了它們的功能，取得了研究成果。我們將陸續摘選代表性研究論文中的成像圖分享給大家。這些成像圖“華而又實”——畫面優美、結論直觀、真實可信，從中可以獲得視覺和思維的雙重享受。
本次摘選了整株作物的葉綠素熒光成像圖和表型成像圖。FluorCam自面市之日起便采用有效的技術手段解決了葉綠素熒光檢測和成像面臨的諸多難題。
技術難點
解決之道
效果
準確、精確測量Fo
脈沖調制測量 + 圖像均值運算
克服了非調制測量時間分辨率低、易引起光化學反應的問題；
獲得了穩定的、真實的Fo
在自然光或者模擬自然光（白光）下測量
脈沖調制測量 + 圖像減法運算
滿足了野外調查所需；
（模擬）自然光下測定更能夠真實反映植物的光合狀態
光照均一
高強度、大面積光源板；
用2倍以上光源板面積換取1倍的均勻光照面積
測量光光場足夠大且均一 ，使光化學效應低；
飽和光足夠強且均一，測量得到準確的Fm；
光化學光足夠強且均一，滿足高光植物測量所需
在保證測量數值真實準確和圖像有效分辨率的前提下，FluorCam將成像面積逐步提升，目前已用于煙草、番茄、豌豆、甘薯等多種作物的整株成像和檢測。
1.中國農業大學資源與環境學院的研究人員使用FluorCam葉綠素熒光成像系統（大型版）評估了5種納米材料對模式植物本氏煙病毒感染的抑制效果，發現用碳納米管（CNT）和富勒烯（C60）處理的病毒感染植株具備和健康的對照組同等的光合活性，因此兩種碳基納米材料表現出良好的病毒抑制和植物保護作用。該研究為納米材料在農業領域的應用提供了新方向(Adeel et al., 2021)。
2.波蘭科學院植物遺傳研究所的研究人員借助PlantScreen高通量表型平臺測量比較了豌豆在正常生長條件下和干旱脅迫下地上部分表型性狀的差異，包括形態顏色（表征植物相對生長速率）、溫度（反映氣孔導度和蒸騰速率）及葉綠素熒光參數（指示光化學效率），發現干旱使豌豆的光化學效率的顯著降低，進而使豌豆生長變緩；而紅外熱成像測量得到的葉片溫度對干旱更加敏感，在脅迫施加伊始便表現出顯著差異。
借助PlantScreen和FluorCam獲得的形態生長-光合生理-氣孔導度的表型數據為深入了解豌豆對干旱的生化響應提供了數據支撐和參考。研究人員進一步發現，韌皮部滲出液中代謝物含量的變化能夠揭示合成代謝-分解代謝的轉變過程，并在豌豆響應干旱脅迫的發育可塑性中起到重要作用(Blicharz et al., 2021)。
3.植物表型儀器公司PSI（Photon Systems Instruments）與意大利托斯卡納大學合作，將高通量表型組學與非靶向代謝組學相結合，用于篩選具有生物刺激素特性的新物質，并從形態-生理和代謝途徑的角度解釋了生物刺激素PH（蛋白水解物）的作用機制。
下圖展示了FluorCam葉綠素熒光成像單元的測量原理及成像結果。研究小組使用了光響應曲線（LC）程序對不同類型生物刺激素作用下的番茄的光合表現進行了評估(Paul et al., 2019)。
參考文獻：
1.Adeel, M., Farooq, T., White, J.C., Hao, Y., He, Z., and Rui, Y. (2021). Carbon-based nanomaterials suppress tobacco mosaic virus (TMV) infection and induce resistance in Nicotiana benthamiana. Journal of Hazardous Materials 404, 124167.
2.Blicharz, S., Beemster, G.T.S., Ragni, L., De Diego, N., Spíchal, L., Hernándiz, A.E., Marczak, ?., Olszak, M., Perlikowski, D., Kosmala, A., et al. (2021). Phloem exudate metabolic content reflects the response to water-deficit stress in pea plants (Pisum sativum L.). The Plant Journal 106, 1338–1355.
3.Paul, K., Sorrentino, M., Lucini, L., Rouphael, Y., Cardarelli, M., Bonini, P., Reynaud, H., Canaguier, R., Trtílek, M., Panzarová, K., et al. (2019). Understanding the Biostimulant Action of Vegetal-Derived Protein Hydrolysates by High-Throughput Plant Phenotyping and Metabolomics: A Case Study on Tomato. Frontiers in Plant Science 10.