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葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)揭示植物促生菌提升番茄熱波耐受新路徑
發(fā)布時(shí)間： 2025-09-01 點(diǎn)擊次數(shù)： 137次今年三伏雖已結(jié)束，但全國多地仍將持續(xù)35℃甚至38℃以上高溫天氣，農(nóng)作物熱脅迫風(fēng)險(xiǎn)仍較高。全球變暖、氣候惡化引發(fā)頻繁熱浪，番茄等高溫敏感型作物在這樣的氣候背景下，面臨光合效率下降、減產(chǎn)等挑戰(zhàn)，通過育種、栽培等手段提升作物蔬果的熱耐受性至關(guān)重要。
針對這一農(nóng)業(yè)痛點(diǎn)，里斯本大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在《Plant Stress》發(fā)表突破性成果：通過不同方法給番茄施用植物促生菌（PGPB），結(jié)合易科泰葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)對OJIP快速熒光動力學(xué)曲線、光化學(xué)參數(shù)等進(jìn)行分析、建模，精準(zhǔn)量化，研究PGPB及不同施用方法對提升番茄熱波脅迫（heat wave stress）耐受性的效果。
植物促生菌(PGPB)通過提高養(yǎng)分利用效率或增強(qiáng)脅迫耐受性來提升作物產(chǎn)量。針對特定非生物或生物脅迫而設(shè)計(jì)的合成細(xì)菌群落（SynCom）應(yīng)用是前景的工具——其中不僅微生物群落的設(shè)計(jì)是應(yīng)用成功的關(guān)鍵因素，SynCom施用技術(shù)的選擇也能增強(qiáng)其效用。
左圖為本文中使用的大型版FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)（示意圖），右側(cè)為選區(qū)分析后的實(shí)時(shí)Fs熒光成像結(jié)果。系統(tǒng)具備葉綠素?zé)晒獬上窆δ?，還可選配多光譜熒光成像，OJIP快速熒光動力學(xué)成像，UV-MCF紫外激發(fā)多光譜熒光成像等功能。成像面積35×35cm，滿足大型植物活體成像。
試驗(yàn)方法：
研究中，首先利用鹽沼植物根際分離的4種菌，混合成PGPB Syncom，之后通過灌溉法（W）、種子接種法（SI）、藻酸鹽微球包埋法（AS）、葉面噴施法（LS）4種方法分別施用到兩組番茄植株上，對照組為未噴施組（NI）。之后對番茄進(jìn)行熱波暴露處理2天，其中25/21℃（day/night）作為對照組（C），42/38℃（day/night）為熱波處理（HW），處理完后在25/21℃（day/night）恢復(fù)14天為R組。
表型分析：
形態(tài)學(xué)指標(biāo)：株高、活分支數(shù)、葉面積，其中葉面積由FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)分析獲得。熱波處理時(shí)，藻酸鹽微球包埋法處理的番茄，株高和分枝數(shù)維持最佳（接近對照組），葉面噴施組葉面積顯著增加?；謴?fù)期，灌溉法和藻酸鹽微球組株高恢復(fù)。
光合響應(yīng)：葉綠素?zé)晒獬上瘛狾JIP快速熒光動力學(xué)分析
1. 葉綠素?zé)晒鈪?shù)反映番茄光合狀態(tài)差異
熱波脅迫期：未噴施組（NI）的Fv/Fm顯著下降（PSII損傷），能量耗散（DI/RC）升高。PGPB噴施組，F(xiàn)v/Fm維持相對較高，推測PBPG施用提升番茄反應(yīng)中心密度（RC/ABS） 和降低能量耗散而緩解損傷。其中藻酸鹽微球組（AS）和葉面噴施組（LS）維持較高的Fv/Fm（>0.7），電子傳遞鏈（ET/RC）損傷最小，說明其對番茄熱波耐受性的改善最為顯著。
恢復(fù)期：藻酸鹽微球組（AS）和灌溉組（W）的Fv/Fm、ET/RC恢復(fù)至接近脅迫前水平。種子接種組（SI）熒光參數(shù)值與未接種組相似，恢復(fù)能力最弱。
2. OJIP快速熒光動力學(xué)曲線
OJIP曲線顯示，對照組（淺綠色）所有植株無論采用何種PGPB施用技術(shù)，其考茨基曲線在形態(tài)和熒光強(qiáng)度方面均表現(xiàn)相似。當(dāng)熱波處理（紅色）后，未接種植株的熒光強(qiáng)度在整個(gè)曲線范圍內(nèi)急劇下降，同時(shí)喪失了曲線的拐點(diǎn)特征，在恢復(fù)期，熒光值增強(qiáng)，OJIP曲線拐點(diǎn)恢復(fù)恢復(fù)。在恢復(fù)期，LS、W、AS三種PGPB施用方式處理的番茄熒光增強(qiáng)最為明顯。
統(tǒng)計(jì)模型驗(yàn)證——PLS-DA
利用獲得的熒光數(shù)據(jù)采用PLS-DA法建模分析，能以精度展示溫度、施用方法的特異性熒光特征，準(zhǔn)確區(qū)分不同的PGPB施用方法對植物光化學(xué)產(chǎn)生的差異化影響，為未來采用該接種技術(shù)進(jìn)行表型評估提供了工具。結(jié)果表明，盡管PLS-DA雙標(biāo)圖中存在較大離散度，但采用藻酸鹽球體施用（AS）的植株在模型訓(xùn)練相位展現(xiàn)出非常特異性的熒光特征（組別準(zhǔn)確率達(dá)100%），展現(xiàn)出持續(xù)促進(jìn)植物生長和應(yīng)激反應(yīng)的高效性及可擴(kuò)展性。
機(jī)制分析
PGPB SynCom通過產(chǎn)生ACC脫氨酶，降低乙烯積累，減少PSII供體側(cè)損傷，從而促進(jìn)植株生長并提升光合效率。研究還發(fā)現(xiàn)脅迫緩解后能量耗散減少，表明PGPB SynCom應(yīng)用形成了高效的熱耗散機(jī)制。
應(yīng)用價(jià)值
葉綠素?zé)晒獬上袷侄尾粌H量化了PGPB對光系統(tǒng)的保護(hù)效應(yīng)，還可作為PGPB接種效果的高通量表型工具，通過統(tǒng)計(jì)模型為施用技術(shù)優(yōu)化提供了可量化的表型標(biāo)記。從施用技術(shù)角度，在提升番茄熱波耐受性的效用方面，藻酸鹽微球包埋法 > 葉面噴施法 ≈ 灌溉法 > 種子接種法，而藻酸鹽微球法需接種劑量少、菌體存活率高，更適合規(guī)?；r(nóng)業(yè)應(yīng)用。
易科泰生態(tài)技術(shù)——葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)專家
易科泰致力于為科研和應(yīng)用領(lǐng)域提供先進(jìn)的葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)解決方案，擁有FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)、PlantScreen表型成像技術(shù)；以及FluorTron®動態(tài)葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)、FluorTron®葉綠素?zé)晒夤庾V成像技術(shù)、FluorTron®多功能高光譜成像技術(shù)、PhenoTron表型平臺等系列產(chǎn)品。
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