• 技术文章ARTICLE

    您当前的位置:首页 > 技术文章 > 易科泰植物表型分析技术快讯 ——多光谱荧光成像系统研究植物胁迫响应

    易科泰植物表型分析技术快讯 ——多光谱荧光成像系统研究植物胁迫响应

    发布时间: 2020-03-23  点击次数: 864次

    FluorCam多光谱荧光成像系统是FluorCam叶绿素荧光成像技术的高级扩展产品,其高度集成,功能强大,应用广泛,利用系统中的叶绿素荧光成像、多光谱荧光成像、红外热成像技术及RGB成像,可对植物进行全面、非接触的监测,高灵敏度反映光合效率、次级代谢、胁迫生理与抗性、形态结构等变化。

    ü叶绿素荧光成像分析:植物光合效率、荧光淬灭热耗散、光响应曲线、植物胁迫与抗性等生理功能测量检测。测量参数包括Fo, Fo’, Fs, Fm, Fm’, Fp, FtDn, FtLn, Fv, NPQ_Dn, NPQ_Ln, Qp_Dn, Qp_Ln, qN, QY, QY_Ln, PAR,Rfd等。

    ü多光谱荧光成像分析:UV紫外光对植物叶片激发,可以产生具有4个特征性波峰的荧光光谱,包括表皮及叶肉细胞壁和叶脉发出的BGF(F440、F520)与叶绿素荧光Chl-F(F690、F740)。用来灵敏、特异性地反映多酚与黄酮类等次级代谢产物动态变化、叶绿素动态变化、植物衰老、植物病虫害胁迫及非生物胁迫等。

    ü红外热成像技术:监测温度变化,分析植物气孔导度、蒸腾作用变化等。

    üRGB成像分析:形态结构分析

    image.png

    多光谱荧光成像系统

    案例1:

    植物具有复杂的干旱胁迫响应过程,应对机制多样。传统的表型分析方法耗时、耗力且易受主观影响。通过整合了叶绿素荧光成像的多光谱荧光成像系统进行早期无损检测,开展表型分析,获取与光合作用有关的形态学、生理学和病理学特征信息,是一种探究植物抗旱反应及机理、促进抗旱育种的新手段。浙江大学的这项研究即利用叶绿素荧光和多色荧光成像技术,结合形态学、气孔导度,综合分析拟南芥野生型pMAQ2(WT)及其突变体increase 1osca1)的干旱胁迫响应。

    image.png

    RGB成像及多光谱荧光成像

    image.png

    叶绿素荧光成像及非光化学荧光淬灭曲线

    参考文献:Jieni Y , Dawei S , Haiyan C , et al. Phenotyping of Arabidopsis Drought Stress Response Using Kinetic Chlorophyll Fluorescence and Multicolor Fluorescence Imaging[J]. Frontiers in Plant Science, 2018, 9:603-.

    案例2:

    由真菌Rosellinia necatrix引起的白根腐病,是影响鳄梨作物的主要的土壤传播疾病之一。白根腐病会引起植物根系腐烂、叶片发黄枯萎,甚至导致植株在出现第1个叶面症状几周后死亡。病害的早期检测与防治至关重要。本案例中,对感染Rosellinia necatrix后的植株进行多光谱荧光成像、叶绿素荧光成像、红外热成像分别对次级代谢、光合参数、叶片温度进行检测,对比叶片代谢研究,结果表明,结合叶绿素荧光成像、多光谱荧光成像与红外热成像的方法,是一种诊断病菌侵染与病害发生的有效手段,且能在症状发生前,早期筛选潜在的受感染植物。

    image.png

    鳄梨苗感染不同天数后外观变化(R为感染组,C为对照组)

     image.png

    多光谱荧光成像(a.紫外激发下的蓝色荧光F440;b.F440定量分析;

    c.紫外激发下的绿色荧光;d.F520定量分析)

    image.png

    参考文献:Espen, Granum, María, et al. Metabolic responses of avocado plants to stress induced by Rosellinia necatrix analysed by fluorescence and thermal imaging[J]. European Journal of Plant Pathology, 2015.

    案例3:

    Dickeya dadantii是一种导致植物发生软腐病的植物病原体,较低剂量的该病菌入侵可引发植物的防御反应,从而抑制病菌生长及浸软植物组织,甚至可以*。但大剂量接种则可能克服植物的防御能力从而诱导植物组织浸软和死亡。病菌入侵引发的植物响应包括:光系统Ⅱ光合速率的抑制;与植物防御机制有关的非光化学荧光淬灭的激活;酚类化合物等次级代谢物的积累;与胁迫响应相关激素(如脱落酸、茉莉酸、水杨酸)的积累。而非光化学荧光淬灭、ABA等激素积累会进一步影响气孔开合与蒸腾作用,从而影响叶片温度。

    本研究中,将不同浓度的Dickeya dadantii悬浮液(C为对照,LD 为104 cfu/10 mM MgCl2,HD为106 cfu/10 mM MgCl2)注射入烟草健康叶片背部,通过叶绿素荧光成像、多光谱荧光成像、红外热成像技术监测病菌侵染1-6天后,叶片光合作用、次级代谢动态变化,叶片温度等生理状态的动态变化。结合细菌浓度监测、代谢物定量分析等,综合研究病菌侵染后叶片的防御反应。

    image.png

    叶片光合与代谢动态变化(A.叶片RGB图像;B.大光量子效率Fv/Fm;C.非光化学荧光淬灭NPQ;D.光系统Ⅱ光量子效率;E.紫外激发下的蓝色荧光F440;F.紫外激发下的绿色荧光)

       image.png

    叶片温度动态变化

    参考文献:Pérez-Bueno María L, Espen G , Pineda Mónica, et al. Temporal and Spatial Resolution of Activated Plant Defense Responses in Leaves of Nicotiana benthamiana Infected with Dickeya dadantii[J]. Frontiers in Plant Science, 2016, 6.