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葉綠素熒光成像園藝領域應用—蔬菜篇
發(fā)布時間： 2025-09-09 點擊次數(shù)： 129次隨著現(xiàn)代農(nóng)園藝向精細化、智能化不斷邁進，光環(huán)境調(diào)控、采后生理監(jiān)測等已成為提升蔬菜品質(zhì)與產(chǎn)量的關鍵技術。葉綠素熒光成像技術作為一種非侵入式、可視化的光合生理檢測手段，能夠?qū)崟r捕捉植株的光合效率、脅迫響應與生理狀態(tài)，為蔬菜栽培管理、品質(zhì)保持及機理研究提供了強有力的數(shù)據(jù)支持。本文圍繞番茄、花椰菜、辣椒三種典型蔬菜，通過實際文獻案例展示易科泰葉綠素熒光成像技術在蔬菜研究方面的應用，為園藝科研與生產(chǎn)提供新視角與技術支撐。接下來，我們也將繼續(xù)分享水果、觀賞植物等系列應用，歡迎持續(xù)關注。
一、 番茄：砧木嫁接、光譜組成影響番茄對長光照周期的響應
植物的生物量和產(chǎn)量主要取決于其光合有效輻射量（日光積分DLI——強度×光周期）。采用低強度、長光周期來滿足所需DLI更具經(jīng)濟性，但若將光周期延長至超過臨界時長，反而可能對番茄生產(chǎn)造成葉片黃化、植株活力下降等不利影響。紅光更加節(jié)能，同時可以促進葉片生長和植物活力，某些砧木也能起到類似作用。
本文便研究了光譜組成和砧木類型對長光照周期下的番茄生長的影響。研究中，將番茄植株Trovanzo分別嫁接到Emperator（TE）和Kaiser（TK）上，分別接受兩種光譜組合處理：100%紅光或RGB混合光，光照時長分別為17小時和23小時。文中使用FluorCam葉綠素熒光成像對TE番茄進行檢測，探索光周期延長引發(fā)的葉片損傷。
結合葉片氣體交換、植物生長參數(shù)等測量結果，研究證實，砧木嫁接、光照周期都會影響溫室番茄對長光照周期的響應效果。通過合理配置紅光與適宜砧木組合，可以在節(jié)能的同時，有效消除長日照光照對產(chǎn)量造成的負面影響。
二、 花椰菜：采后黃化的色素機制研究
2019年，沈陽農(nóng)大食品科學系團隊在園藝領域top期刊Horticulture Research（2024年影響因子8.5）發(fā)表關于花椰菜采后黃化的色素機制的研究成果，文中利用了易科泰提供的葉綠素熒光成像系統(tǒng)對不同黃化程度的花椰菜進行整體成像檢測，獲取其光合變化，為機理研究提供了關鍵的表型數(shù)據(jù)。
花椰菜在貯藏過程中容易發(fā)生黃化，導致其價值下降。理解黃化機制，對于探索適宜的控制儲存方法至關重要。本研究中，將新鮮花椰菜在10℃下貯藏，對新鮮（0天）、輕微黃化（5天）、嚴重黃化（12天）三個時間點的花椰菜進行葉綠素熒光動力學分析、色素含量測定和轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-seq），以探究其黃化過程中的色素代謝機制（葉綠素、類胡蘿卜素、類黃酮）及相關轉(zhuǎn)錄因子（TFs）。
葉綠素熒光成像結果顯示，花椰菜黃化過程中Fv/Fm值顯著降低，表明PSII反應中心受損，光合效率下降。成像圖直觀顯示了光合異質(zhì)性，黃化區(qū)域?qū)?/span>Fv/Fm值較低，并隨時間擴散，與感官黃化程度一致。NPQ值隨黃化加劇而升高，說明花椰菜通過增強熱耗散耗散過剩光能，保護光合器官。
研究中還進行了葉綠素代謝、類胡蘿卜素合成、類黃酮合成通路中的差異表達基因（DEGs）鑒定，調(diào)控色素代謝的關鍵轉(zhuǎn)錄因子篩選、色素含量測定等試驗。發(fā)現(xiàn)西藍花采后黃化是葉綠素a降解和類胡蘿卜素積累主導的過程，受特定TFs調(diào)控。Fv/Fm下降和NPQ上升與葉綠素降解、類胡蘿卜素積累同步發(fā)生，共同導致黃化表型。熒光參數(shù)變化為轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)提供生理學驗證，證明PSII功能衰退是黃化的關鍵特征。
三、辣椒：冬季溫室栽培優(yōu)化與采后保鮮
冬季溫室辣椒生產(chǎn)中因補光導致節(jié)間縮短、果實堆疊（fruit stacking）和勞動力成本增加的問題。Lanoue（2022）等人的研究中，通過比較不同的光照處理（包括對照組16h白光+8h黑暗，以及四種連續(xù)光照處理）的辣椒生理、形態(tài)、產(chǎn)差異，探究動態(tài)24h光照策略的效果。葉綠素熒光成像顯示，連續(xù)白光（24W）處理導致光系統(tǒng)II效率下降，表明存在光抑制和光損傷，而動態(tài)光照策略（16W+8B和16W+8BFR）則避免了這種損傷。葉綠素熒光成像結果支撐了動態(tài)光照策略的可行性結論。
結合形態(tài)、產(chǎn)量等分析結果，發(fā)現(xiàn)夜間使用藍光+遠紅光（16W+8BFR）或單獨遠紅光（16W+8FR）能顯著增加節(jié)間長度，改善植株形態(tài)，同時保持產(chǎn)量不受影響。考慮到節(jié)能、對辣椒生產(chǎn)的改善效果，16W+8BFR策略。
葉綠素熒光成像還可應用于蔬菜采后生物學研究，比如評估和優(yōu)化保存條件、探索新型保鮮手段等。
早在2014年，韓國的科學家就使用FluorCam葉綠素熒光成像系統(tǒng)測量西紅柿、辣椒、等蔬菜在不同儲存條件下（室溫、低溫、高溫、高濕）的品質(zhì)變化，通過最小熒光Fo、最大熒光Fm、最大光化學效率Fv/Fm和非光化學淬滅系數(shù)NPQ，從光合生理的角度證實低溫是最佳的常規(guī)水果蔬菜保鮮技術。
參考文獻：
[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
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