植物面對各種生物和非生物脅迫時，會調(diào)整它們的響應(yīng)機制來優(yōu)化發(fā)育和適應(yīng)程序。UV輻射作為一種環(huán)境因子，會影響植物的光合過程并觸發(fā)細(xì)胞死亡。華沙生命科學(xué)大學(xué)的Anna Rusaczonek評估了紅/遠(yuǎn)紅光感受器光敏色素A和光敏色素B在擬南芥UV脅迫響應(yīng)中的作用。通過測量相關(guān)突變株的CO₂同化、葉綠素?zé)晒猓ò晒獯銣鐒恿W(xué)曲線和OJIP快速熒光動力學(xué)曲線）、活性氧積累等，他發(fā)現(xiàn)UV脅迫干擾了光系統(tǒng)II，并增加了相關(guān)突變體的死亡率。

圖1. UV處理的擬南芥野生型及突變株

CO₂同化速率反映了光合作用整個過程的終結(jié)果，而葉綠素?zé)晒鈩t直接反映光合作用光反應(yīng)部分的光系統(tǒng)電子傳遞過程變化。因此非常理想的情況是能夠同步測量這兩類數(shù)據(jù)。本研究中就使用了光合儀和光合聯(lián)用型FluorCam葉綠素?zé)晒獬上駜x，同步測量了光合作用光響應(yīng)曲線和CO₂相應(yīng)曲線。

圖2. 左：光響應(yīng)曲線；右：CO₂相應(yīng)曲線

為了進(jìn)一步驗證光系統(tǒng)II受損的機理過程，除了葉綠素?zé)晒獯銣鐓?shù)以外，本研究還使用封閉式FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)測量了OJIP快速熒光動力學(xué)曲線。封閉式FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)是目前上*份可以進(jìn)行葉片OJIP成像測量的商用儀器。在不需要成像圖的情況下，也可以使用FluorPen葉綠素?zé)晒鈨x測量OJIP曲線及相應(yīng)參數(shù)。

圖3. OJIP快速熒光動力學(xué)參數(shù)

在測量SOD過氧化物歧化酶時，需要對樣品進(jìn)行暗處理和光處理進(jìn)行對照實驗。SL3500 智能LED光源以其高光強、高純度、調(diào)控，成為了這一實驗的*。如果使用培養(yǎng)配備SL3500光源的FytoScope植物生長箱同步調(diào)控光照和溫度，數(shù)據(jù)精度還能進(jìn)一步提高。

圖4. 不同型號、光質(zhì)的SL3500 智能LED光源

    同時為了確定在微觀尺度，單個葉綠體的變化，還需要進(jìn)行顯微葉綠素?zé)晒鉁y量。很遺憾的是，因為作者的條件所限，只能使用普通的熒光顯微鏡。而普通的熒光顯微鏡因為不具備脈沖調(diào)制功能，因此只能測量一個實時的平均熒光強度，根本無法進(jìn)行真正的葉綠素?zé)晒獯銣鐪y量。FKM（Fluorescence Kinetic Microscope）多光譜熒光動態(tài)顯微成像系統(tǒng)是目前上*份可進(jìn)行亞細(xì)胞級PAM脈沖調(diào)制葉綠素?zé)晒鉁y量的儀器，是研究植物/藻類細(xì)胞、葉綠體微觀光合能力*的。無論是成像質(zhì)量還是測量真正有意義的光合表型參數(shù)，F(xiàn)KM系統(tǒng)都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通熒光顯微鏡。

圖5. 本研究中使用普通熒光顯微鏡獲得的葉綠素?zé)晒獬上駡D及平均熒光強度

圖6. Nature Plants發(fā)表文章：使用FKM系統(tǒng)測量秋海棠特異葉綠體熒光成像圖及Fv/Fm大光化學(xué)效率（Jacobs，2016）

模塊式植物表型分析技術(shù)方案推薦：

• 基礎(chǔ)方案：LCi T便攜式光合儀+光合聯(lián)用型FluorCam葉綠素?zé)晒獬上駜x+FP110手持式葉綠素?zé)晒鈨x+SL3500 智能LED光源
• 進(jìn)階方案：LCPro T 全自動便攜式光合儀+光合聯(lián)用型FluorCam葉綠素?zé)晒獬上駜x+封閉式FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)（配備OJIP成像功能）+FytoScope植物生長箱
• 方案：LCPro T 全自動便攜式光合儀+光合聯(lián)用型FluorCam葉綠素?zé)晒獬上駜x+封閉式FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)（配備OJIP成像功能）+FytoScope植物生長箱+FKM多光譜熒光動態(tài)顯微成像系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)：

• Rusaczonek A, et al. 2015. Role of phytochromes A and B in the regulation of cell death and acclimatory responses to UV stress in Arabidopsis thaliana. Journal of Experimental Botany DOI: 10.1093/jxb/erv375
• Jacobs M, et al. 2016. Photonic multilayer structure of Begonia chloroplasts enhances photosynthetic efficiency. Nature Plants, doi:10.1038/nplants.2016.162