在波及全球的中美貿(mào)易戰(zhàn)背景下,多變的關(guān)稅和進(jìn)出口政策為國(guó)際先進(jìn)科研設(shè)備的推廣和應(yīng)用帶來(lái)了極大的不確定性。北京易科泰作為深耕“生態(tài)-農(nóng)業(yè)-健康”研究監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域二十多年的老牌廠商,與幾十所國(guó)際生態(tài)儀器的研發(fā)機(jī)構(gòu)和廠商建立了密切的合作關(guān)系,現(xiàn)推出系列歐洲原裝進(jìn)口的國(guó)際先進(jìn)光合植物表型設(shè)備和技術(shù)方案——傳統(tǒng)植物光合儀 + 葉綠素?zé)晒獬上駜x。其中光合儀從氣體交換層面反映光合作用的物質(zhì)交換情況,葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)從光化學(xué)反應(yīng)層面揭示光合作用內(nèi)部機(jī)制,光合儀與葉綠素?zé)晒獬上駜x聯(lián)用可實(shí)現(xiàn)光合效率的時(shí)空動(dòng)態(tài)解析,全面揭示環(huán)境變化與植物光能吸收、電子傳遞及碳同化的綜合影響。
類型 |
傳統(tǒng)植物光合儀 |
葉綠素?zé)晒獬上駜x |
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產(chǎn)地 |
英國(guó) |
捷克 |
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樣式 |
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可測(cè)量參數(shù) |
參數(shù) |
凈光合速率(Pn) |
最大光量子效率(Fv/Fm) |
含義 |
反映植物光合作用與呼吸作用的差值; |
PSII光能轉(zhuǎn)換效率的理論最大值; |
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應(yīng)用 |
生長(zhǎng)潛力評(píng)估、環(huán)境適應(yīng)性研究、脅迫響應(yīng)分析等 |
脅迫預(yù)警、脅迫機(jī)制研究、光抑制評(píng)估、逆境恢復(fù)能力等 |
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參數(shù) |
蒸騰速率(Tr) |
實(shí)際光量子效率(ΦPSII) |
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含義 |
單位時(shí)間內(nèi)單位葉面積通過(guò)氣孔散失的水分量 |
光適應(yīng)狀態(tài)下PSII的實(shí)際光能轉(zhuǎn)化效率 |
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應(yīng)用 |
水分利用效率、環(huán)境調(diào)控機(jī)制、生態(tài)水文效應(yīng)等 |
光合電子傳遞效率、光能利用動(dòng)態(tài) |
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參數(shù) |
氣孔導(dǎo)度(Gs) |
非光化學(xué)淬滅(NPQ) |
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含義 |
氣孔開(kāi)放程度的氣體擴(kuò)散能力 |
植物熱耗散能力 |
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應(yīng)用 |
氣體交換調(diào)控、脅迫響應(yīng)標(biāo)志、品種篩選依據(jù) |
光保護(hù)能力、環(huán)境適應(yīng)性 |
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參數(shù) |
胞間CO?濃度(Ci) |
電子傳遞速率(ETR) |
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含義 |
葉片細(xì)胞間隙的CO?濃度,反映光合作用對(duì)CO?的利用效率 |
光化學(xué)反應(yīng)中線性電子傳遞鏈的活躍程度 |
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應(yīng)用 |
光合限制類型判別、CO?利用效率研究、環(huán)境響應(yīng)機(jī)制等 |
光合效率評(píng)估、脅迫響應(yīng)機(jī)制、代謝調(diào)控研究 |
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應(yīng)用場(chǎng)景 |
育種與栽培:品種篩選、施肥優(yōu)化、灌溉管理; 生態(tài)學(xué)研究:碳匯評(píng)估、氣候變化響應(yīng)、污染生態(tài)學(xué); 植物生理學(xué):脅迫生理、代謝調(diào)控 |
農(nóng)業(yè)育種:抗逆品種篩選、肥效評(píng)估; 生態(tài)毒理學(xué):污染物檢測(cè)、生態(tài)修復(fù)評(píng)估; 植物生理學(xué):表型組學(xué)、光合機(jī)制研究、時(shí)空異質(zhì)性分析 |
聯(lián)合應(yīng)用案例:
吉林農(nóng)大、中科院、浙江大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)等聯(lián)合團(tuán)隊(duì)發(fā)表的文章《Salt stress improves the low-temperature tolerance in sugar beet in which carbohydrate metabolism and signal transduction are involved》中,結(jié)合利用轉(zhuǎn)錄組+代謝組+植物光合表型技術(shù),深入剖析了鹽脅迫下甜菜低溫耐受性的生理機(jī)制,驗(yàn)證鹽脅迫能提高甜菜低溫耐受性且通過(guò)激素信號(hào)和碳水化合物代謝起作用的假設(shè)。
圖1. 鹽和低溫脅迫對(duì)甜菜葉片形態(tài)、生物量、相對(duì)含水量、電解質(zhì)滲漏、光合色素濃度、光合作用和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響。
研究表明,鹽脅迫能維持甜菜在低溫下較高的光合潛力,減少 ROS 積累,進(jìn)而提高其低溫耐受性。從基因組數(shù)據(jù)中分析發(fā)現(xiàn)了多個(gè)與氨基酸、碳水化合物、脂質(zhì)代謝及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)的差異基因,揭示鹽脅迫通過(guò)調(diào)節(jié)激素信號(hào)通路、脂肪酸延長(zhǎng)以及碳水化合物代謝相關(guān)的關(guān)鍵基因、酶和代謝物發(fā)揮作用;同時(shí),LCpro 光合儀測(cè)量的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間 CO?濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)等參數(shù)顯示,鹽脅迫能緩解低溫對(duì)甜菜光合作用的抑制,促進(jìn)光合碳同化;FluorCam 葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)測(cè)量的 PSII 最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)等參數(shù)表明,鹽脅迫提升了低溫下 PSII 受體側(cè)的電子傳遞能力,維持了葉片的光合性能。多技術(shù)角度聯(lián)合驗(yàn)證了鹽脅迫會(huì)增強(qiáng)甜菜的低溫耐受性。
英國(guó)一個(gè)由植物學(xué)、作物科學(xué)、生命科學(xué)等多學(xué)科聯(lián)合的研究團(tuán)隊(duì),在文章《Variation in key leaf photosynthetic traits across wheat wild relatives is accession dependent not species dependent》中,基于植物光合生理、遺傳育種、基因分型等技術(shù),通過(guò)研究對(duì)比多個(gè)小麥野生近緣種的光合、氣孔、葉綠素?zé)晒鈩?dòng)態(tài)和形態(tài)等植物表型性狀差異,挖掘潛在的遺傳信息資源。為將野生近緣種的遺傳多樣性引入現(xiàn)代小麥品種,以提高小麥光合作用效率和產(chǎn)量提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。
圖2. 上圖:現(xiàn)代小麥品種與5個(gè)野生近緣屬的光合能力差異;
中圖:不同小麥種質(zhì)在氣孔響應(yīng)和光合效率上的差異;
左下圖: 不同小麥達(dá)到非光化學(xué)淬滅(NPQ)50% 最大值或最小值所需時(shí)間的差異;
右下圖:CO2和光飽和光合同化率A_max 與NPQ誘導(dǎo)和松弛時(shí)間之間的關(guān)系
文章選取了全球88份小麥野生近緣種種質(zhì),涵蓋5個(gè)屬的41個(gè)物種,同時(shí)選用3個(gè)現(xiàn)代小麥品種作對(duì)照,利用英國(guó)LCpro系列光合儀與捷克FluorCam系列葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)監(jiān)測(cè)小麥光合表型參數(shù)變化,以全面分析小麥野生近緣種與現(xiàn)代品種間的光合性狀差異。88 份種質(zhì)間光和CO2飽和光合同化率A_max差異達(dá) 2.3 倍,現(xiàn)代品種的A_max不高于野生近緣種,變異主要取決于種質(zhì)。不同屬和種質(zhì)在最大羧化速率V_cmax、電子傳遞速率J_max、V_cmax:J_max比值及CO2同化限制點(diǎn)C_itransition存在顯著差異。動(dòng)態(tài)光合方面,不同屬和種質(zhì)在葉綠素?zé)晒鈪?shù)響應(yīng)、NPQ 誘導(dǎo)和松弛時(shí)間存在差異,現(xiàn)代小麥 NPQ 松弛快但誘導(dǎo)慢。氣孔動(dòng)力學(xué)上,野生近緣種氣孔響應(yīng)存在顯著變異,部分比現(xiàn)代小麥快,且氣孔響應(yīng)與光合參數(shù)存在復(fù)雜關(guān)系。葉形態(tài)特征與光合能力相關(guān),如 SLA 與A_max呈顯著負(fù)相關(guān)性。
為全面評(píng)估氣候變化背景下的沙漠植物對(duì)未來(lái)降水模式的適應(yīng)性,甘肅農(nóng)大的科研團(tuán)隊(duì)在文章《Photosynthetic and Antioxidant Responses of Gymnocarpos przewalskii to Simulated Rainfall Changes》中利用易科泰的光合儀和葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)探究不同降雨水平對(duì)裸果木氣體交換參數(shù)、葉綠素?zé)晒馓匦院涂寡趸到y(tǒng)的影響。
圖3. 左圖:降雨變化下裸果木葉光合特征參數(shù)的變化;右圖:降雨變化時(shí)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化
研究中通過(guò)LCpro 光合儀從氣體交換層面反映光合作用的物質(zhì)交換情況,F(xiàn)luorCam 葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)從光化學(xué)反應(yīng)層面揭示光合作用內(nèi)部機(jī)制,二者搭配全面研究裸果木光合特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明降雨增加,凈光合速率P_n和蒸騰速率Tr會(huì)顯著上升;而降雨減少時(shí),Pn的下降由氣孔(15% 減少時(shí))和非氣孔(30% 減少時(shí))限制引起,且降雨減少顯著提高水分利用效率(WUE),30% 降雨減少會(huì)顯著降低最大光合能力和弱光利用能力。同時(shí)降雨減少會(huì)使Fo、NPQ_Lss等葉綠素?zé)晒鈪?shù)下降,F(xiàn)v/Fo、Fv/Fm增加,反映了植物PSII系統(tǒng)的受影響情況。
北京易科泰是國(guó)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的植物表型分析技術(shù)企業(yè),致力于生態(tài)-農(nóng)業(yè)-健康研究監(jiān)測(cè)技術(shù)的推廣、研發(fā)與服務(wù),為客戶提供全方位的植物表型分析技術(shù)方案: