叶绿素荧光成像园艺领域应用——观赏植物篇

本期园艺系列文章将继续分享叶绿素荧光成像技术在现代观赏植物研究中的前沿应用：从评估十种园林灌木的耐淹能力，为海绵城市选种提供科学依据；到解码彩叶草斑斓叶色背后的光合密码，揭示其独特的生存策略；再到筛选鲜切花最佳保鲜方案，延长其观赏寿命。通过这三个典型案例，我们将看到叶绿素荧光成像技术如何以其无损、直观、高通量的优势，成为园艺科学研究与产业实践向前发展的“得力助手“。

案例1：十种园林灌木淹涝胁迫下的响应机制

近日“山河四省”地区阴雨不断，洪涝灾害除了影响农作物生产，还对园艺植物构成着威胁。随着“海绵城市”建设的推进，植物耐淹性研究更加受到重视。在水分胁迫条件下，叶绿素合成与光合酶活性常会受到严重抑制，表现为叶绿体形态结构改变、功能异常、叶绿素含量下降等。一篇发表于《Biologia》的研究，系统评估了十种华北地区常见园林灌木在持续淹水胁迫下的生理响应，并利用叶绿素荧光成像技术，直观揭示了其光合系统的受损过程与耐淹机制。

研究中选取了贴梗海棠（CS）、木槿（HS）、胶东卫矛（EK）、南阳杜鹃（LI）、日本卫矛（EJ）、珍珠梅（SK）、金银忍冬（LM）、黄刺玫（RX）、紫丁香（SO）、榆叶梅（AT）等十种灌木，通过30天的淹水处理，结合叶绿素仪与FluorCam荧光成像系统，无损监测了叶片叶绿素含量与多项荧光参数的变化。结果显示：

不同植物叶片的光合系统受损具有空间异质性。例如紫薇叶片出现点状荧光衰减区并逐渐扩大，而金银木、蔷薇等则从叶缘开始受损，冬青卫矛类植物叶脉区域的光合活性显著高于叶肉。研究进一步指出，QY_max（Fv/Fm，最大光量子产量）的稳定性与NPQ_Lss（非光化学淬灭）和Rfd_Lss（荧光衰减率）的适时上升是植物耐淹的重要特征。耐淹性强的植物（如木槿），能在淹水后期才启动热耗散防御机制；而不耐淹的植物要么过早启动，要么无法有效激活该机制。

研究中还根据数据进行了主成分分析并对十种灌木的耐淹性进行综合评价，排序为：木槿 > 胶东卫矛 > 贴梗海棠> 南阳杜鹃 > 珍珠梅 > 日本卫矛 > 金银忍冬 > 黄刺玫 > 榆叶梅> 紫丁香。

案例2：叶绿素荧光成像：揭开彩叶植物“颜色背后的光合密码”    

彩叶植物因其丰富的叶色而具有观赏价值，而这些颜色不仅仅是为了好看，它们背后还隐藏着叶片光合作用的“分工秘密”！一篇发表在《Photosynthetica》上的研究，以五种彩叶草（Coleus × hybridus hort.）栽培品种为材料，综合利用叶绿素荧光成像与叶绿素荧光仪点测量对比，结合色素含量检测进行关联分析，系统阐释了其杂色叶片内光合机构的空间运行机制。

研究发现，叶片不同色素区域及不同品种间存在显著差异：虽然紫色部分的叶绿素浓度高于绿色部分，但F0,Fm,F0’和Fm’均略低于绿色区域，这表明花青素和类胡萝卜素在红色区域中含量较高，具有光保护作用。

奶黄色与粉色区域由于色素匮乏，其光化学淬灭系数（qP）与非光化学淬灭系数（NPQ）均处于极低水平，反映出其光化学能力与热耗散能力的不足。然而，这些区域的PSII最大光量子产量（Fv/Fm）与有效量子产量（ΦPSII） 却维持在较高水平，提示其数量有限的PSII反应中心能够以效率利用所吸收的光能。

本研究证明，在分析具有复杂、狭窄色斑的叶片时，叶绿素荧光成像技术相比传统的单点测量更具优势。它能够直观、无损地展示光合活性的空间分布异质性，精准捕捉到点测量难以定位的微小区域的光合动态。

案例3：应用保鲜剂提高鲜切花运输过程中保鲜效果

除了观赏植物育种、胁迫方面的研究，叶绿素荧光成像还可应用于花卉采后保鲜等领用，用于评估鲜切花质量、保鲜技术等。鲜切花尤其是鲜切月季在采摘运输过程中，保鲜处理也是非常重要的，而鲜花的保鲜技术与水果蔬菜又有很大不同。韩国世宗大学在相关研究中，对不同品种的月季施加了各种防腐液与乙烯抑制剂，以评估最佳的保鲜运输方法。FluorCam叶绿素荧光技术为鲜花活力评估鉴定提供了最有力的证据。

参考文献：

[1] Borek, M., Bączek-Kwinta, R., & Rapacz, M. (2016). Photosynthetic activity of variegated leaves of Coleus× hybridus hort. cultivars characterised by chlorophyll fluorescence techniques. Photosynthetica, 54(3), 331-339.

[2] Fang, X., Wang, K., Sun, X., Wang, Y., Zheng, P., & Shi, F. (2022). Characteristics of chlorophyll fluorescence in ten garden shrub species under flooding stress. Biologia, 77(2), 339-350.

[3] Ha, S. T., Lim, J. H., & In, B. C. (2019). Extension of the vase life of cut roses by both improving water relations and repressing ethylene responses. Horticultural Science and Technology, 37(1), 65-77.

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