SpectraPen/PolyPen手持式光譜儀應用案例—逆境脅迫研究

植物/藻類生長過程中會受到各種逆境脅迫因素的影響，對植物/藻類逆境脅迫響應及其調控機制的研究也可以說是永恒的熱點，甚至發展出了專門的植物逆境生物學分支。同時，作物抗逆機制和抗逆品種選育更是與糧食安全問題緊密相關，具有重大的現實意義。

在植物逆境脅迫響應研究經常會綜合利用光譜儀、葉綠素熒光/熒光成像儀、光合儀等儀器。光譜儀測量的植被反射指數可以反映色素、結構、水分含量等方面的變化，葉綠素熒光參數可以反映植物光合系統電子傳遞受損情況和響應機制，光合儀可以測量CO₂同化速率、蒸騰速率并計算水分利用效率，這些數據具備很高的相關性和互補性，能夠綜合進行植物脅迫表型分析。

水稻灌漿期的夜間高溫會顯著影響水稻的產量。捷克科學院變化研究中心與水稻研究所合作研究夜間高溫對成熟水稻穗光學特性的變化追蹤。研究者使用FluorPen手持式葉綠素熒光儀測量了光合系統有效光化學效率ΦII（也稱為有效量子產額QY或ΦPSII）和穩態熒光Fs。SpectraPen SP100手持式光譜儀用于測量葉綠素熒光在690nm和735nm的兩個波峰的比值F690/F735。同時使用PolyPen手持式植物反射光譜測量儀的前期型號WinePen測量了反射光譜曲線，并計算了PRI、mSR705、mND705、R470/R570、R520/R675等9項植被指數。這些植被指數與水稻葉片/穗的光合能力、穩態熒光、葉綠素濃度等緊密相關。結果表明，ΦII可以非常有效地檢測水稻穗光學特性變化，同時ΦII拐點可準確評估水稻穗衰老的臨界點（圖1）。而植被指數與葉綠素熒光的聯合測量則可以給這種表型分析方法提供更高的準確度（圖2）。

圖1. 不同品種水稻的有效量子產額QY時間趨勢
 

圖2. 反射植被指數與葉綠素熒光參數的線性回歸系數

 
西班牙巴侖西亞理工大學為了研究多種環境友好型多聚包膜尿素肥料對小麥的增產效應，使用多種儀器測量的生理指標與形態參數進行綜合分析。其中N-Pen掌上氮素測量儀檢測小麥葉片的葉氮含量、FluorPen手持式葉綠素熒光儀測量光合系統有效光化學效率ΦPSII，LCpro光合儀測量CO₂同化速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間CO₂濃度（圖3）。結果表明這些新型肥料能夠有效減少氮損耗造成的影響。
 

圖3. 左：施加不同肥料的小麥；右上：氮素含量、有效光化學效率ΦPSII及形態學指標；右下：CO₂同化速率和胞間CO₂濃度

 
FluorPen手持式葉綠素熒光儀是一款性價比*的植物葉綠素熒光儀，具備測量脈沖調制式熒光淬滅曲線和OJIP快速熒光動力學曲線的功能，同時配備多種探頭適用于不同實驗需求。LCpro光合儀是一款輕便可靠的光合測定儀器，應用時間差分IRGA（紅外氣體分析）CO₂分析模塊和雙激光調諧快速響應水蒸氣傳感器精密測量葉片表面CO₂濃度及水分的變化情況來考察葉片與植物光合作用相關的參數。通過人工光源、CO2控制單元和溫度控制單元可以同時準確調控環境條件，從而測定光強、CO₂濃度和溫度對植物光合系統的影響。本儀器可在高濕度、多塵等惡劣環境中使用，具有廣泛的適用性（圖4）。
 

圖4. 左：FluorPen葉綠素熒光儀；右：LCpro光合儀

 
參考文獻：
1. D Šebela, et al. 2015. Temporal chlorophyll fluorescence signals to track changes in optical properties of maturing rice panicles exposed to high night temperature. Field Crops Research 177: 75-85
2. Gil-Ortiz R et al. 2020. New Eco-Friendly Polymeric-Coated Urea Fertilizers Enhanced Crop Yield in Wheat. Agronomy 10: 438
 
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