叶绿素荧光成像园艺领域应用—蔬菜篇

随着现代农园艺向精细化、智能化不断迈进，光环境调控、采后生理监测等已成为提升蔬菜品质与产量的关键技术。叶绿素荧光成像技术作为一种非侵入式、可视化的光合生理检测手段，能够实时捕捉植株的光合效率、胁迫响应与生理状态，为蔬菜栽培管理、品质保持及机理研究提供了强有力的数据支持。本文围绕番茄、花椰菜、辣椒三种典型蔬菜，通过实际文献案例展示易科泰叶绿素荧光成像技术在蔬菜研究方面的应用，为园艺科研与生产提供新视角与技术支撑。接下来，我们也将继续分享水果、观赏植物等系列应用，欢迎持续关注。

一、 番茄：砧木嫁接、光谱组成影响番茄对长光照周期的响应

植物的生物量和产量主要取决于其光合有效辐射量（日光积分DLI——强度×光周期）。采用低强度、长光周期来满足所需DLI更具经济性，但若将光周期延长至超过临界时长，反而可能对番茄生产造成叶片黄化、植株活力下降等不利影响。红光更加节能，同时可以促进叶片生长和植物活力，某些砧木也能起到类似作用。

本文便研究了光谱组成和砧木类型对长光照周期下的番茄生长的影响。研究中，将番茄植株Trovanzo分别嫁接到Emperator（TE）和Kaiser（TK）上，分别接受两种光谱组合处理：100%红光或RGB混合光，光照时长分别为17小时和23小时。文中使用FluorCam叶绿素荧光成像对TE番茄进行检测，探索光周期延长引发的叶片损伤。

结合叶片气体交换、植物生长参数等测量结果，研究证实，砧木嫁接、光照周期都会影响温室番茄对长光照周期的响应效果。通过合理配置红光与适宜砧木组合，可以在节能的同时，有效消除长日照光照对产量造成的负面影响。

二、 花椰菜：采后黄化的色素机制研究

2019年，沈阳农大食品科学系团队在园艺领域top期刊Horticulture Research（2024年影响因子8.5）发表关于花椰菜采后黄化的色素机制的研究成果，文中利用了易科泰提供的叶绿素荧光成像系统对不同黄化程度的花椰菜进行整体成像检测，获取其光合变化，为机理研究提供了关键的表型数据。

花椰菜在贮藏过程中容易发生黄化，导致其价值下降。理解黄化机制，对于探索适宜的控制储存方法至关重要。本研究中，将新鲜花椰菜在10℃下贮藏，对新鲜（0天）、轻微黄化（5天）、严重黄化（12天）三个时间点的花椰菜进行叶绿素荧光动力学分析、色素含量测定和转录组测序（RNA-seq），以探究其黄化过程中的色素代谢机制（叶绿素、类胡萝卜素、类黄酮）及相关转录因子（TFs）。

叶绿素荧光成像结果显示，花椰菜黄化过程中Fv/Fm值显著降低，表明PSII反应中心受损，光合效率下降。成像图直观显示了光合异质性，黄化区域对应Fv/Fm值较低，并随时间扩散，与感官黄化程度一致。NPQ值随黄化加剧而升高，说明花椰菜通过增强热耗散耗散过剩光能，保护光合器官。

研究中还进行了叶绿素代谢、类胡萝卜素合成、类黄酮合成通路中的差异表达基因（DEGs）鉴定，调控色素代谢的关键转录因子筛选、色素含量测定等试验。发现西蓝花采后黄化是叶绿素a降解和类胡萝卜素积累主导的过程，受特定TFs调控。Fv/Fm下降和NPQ上升与叶绿素降解、类胡萝卜素积累同步发生，共同导致黄化表型。荧光参数变化为转录组数据提供生理学验证，证明PSII功能衰退是黄化的关键特征。

三、辣椒：冬季温室栽培优化与采后保鲜

冬季温室辣椒生产中因补光导致节间缩短、果实堆叠（fruit stacking）和劳动力成本增加的问题。Lanoue（2022）等人的研究中，通过比较不同的光照处理（包括对照组16h白光+8h黑暗，以及四种连续光照处理）的辣椒生理、形态、产差异，探究动态24h光照策略的效果。叶绿素荧光成像显示，连续白光（24W）处理导致光系统II效率下降，表明存在光抑制和光损伤，而动态光照策略（16W+8B和16W+8BFR）则避免了这种损伤。叶绿素荧光成像结果支撑了动态光照策略的可行性结论。

结合形态、产量等分析结果，发现夜间使用蓝光+远红光（16W+8BFR）或单独远红光（16W+8FR）能显著增加节间长度，改善植株形态，同时保持产量不受影响。考虑到节能、对辣椒生产的改善效果，16W+8BFR策略。

叶绿素荧光成像还可应用于蔬菜采后生物学研究，比如评估和优化保存条件、探索新型保鲜手段等。

早在2014年，韩国的科学家就使用FluorCam叶绿素荧光成像系统测量西红柿、辣椒、等蔬菜在不同储存条件下（室温、低温、高温、高湿）的品质变化，通过最小荧光Fo、最大荧光Fm、最大光化学效率Fv/Fm和非光化学淬灭系数NPQ，从光合生理的角度证实低温是最佳的常规水果蔬菜保鲜技术。

参考文献：

[1] Lanoue, Jason, et al. "Light spectra and root stocks affect response of greenhouse tomatoes to long photoperiod of supplemental lighting." Plants 10.8 (2021): 1674.

[2] Luo, Feng, et al. "Transcriptome profiling reveals the roles of pigment mechanisms in postharvest broccoli yellowing." Horticulture Research 6 (2019).

[3] Lanoue, Jason, Celeste Little, and Xiuming Hao. "The power of far-red light at night: photomorphogenic, physiological, and yield response in pepper during dynamic 24 hour lighting." Frontiers in Plant Science 13 (2022): 857616.

[4] Yoo, , et al. 2014. Chlorophyll a Fluorescence Imaging Technique for Fresh Quality Assessment of Tomato and Pepper Fruits Stored Under Different Conditions. Journal of Advances In Agriculture 3(3): 188-197