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中美貿(mào)易波動(dòng)下的科研剛需破局:歐洲原裝植物光合表型方案,穩(wěn)供無(wú)憂!
時(shí)間:2025-06-04    作者:易科泰 點(diǎn)擊量:

  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

產(chǎn)地

英國(guó)

捷克

樣式

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;

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

參數(shù)

蒸騰速率(Tr)

實(shí)際光量子效率(ΦPSII)

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

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)

參數(shù)

氣孔導(dǎo)度(Gs)

非光化學(xué)淬滅(NPQ)

含義

氣孔開(kāi)放程度的氣體擴(kuò)散能力

植物熱耗散能力

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

參數(shù)

胞間CO?濃度(Ci)

電子傳遞速率(ETR)

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

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

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:

1) 從基因型到表型:植物抗逆性機(jī)制研究

  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。

2) 種質(zhì)資源:通過(guò)植物表型信息挖掘潛在遺傳資源

  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。

3) 環(huán)境適應(yīng):評(píng)估沙漠植物對(duì)未來(lái)降水模式的潛在適應(yīng)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。

 

  1. Liu L, Gai Z, Qiu X, et al. Salt stress improves the low-temperature tolerance in sugar beet in which carbohydrate metabolism and signal transduction are involved[J]. Environmental and Experimental Botany, 2023, 208: 105239.
  2. McAusland L, Vialet‐Chabrand S, Jauregui I, et al. Variation in key leaf photosynthetic traits across wheat wild relatives is accession dependent not species dependent[J]. New Phytologist, 2020, 228(6): 1767-1780.
  3. Huan H, Cui P, Lu G, et al. Photosynthetic and Antioxidant Responses of Gymnocarpos przewalskii to Simulated Rainfall Changes[J]. Forests, 2023, 14(4): NA-NA.

 

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:

  • FP/AP系列手持式葉綠素?zé)晒鈨x
  • FluorCam系列葉綠素?zé)晒獬上駜x
  • FluorTron系列葉綠素?zé)晒?多功能高光譜成像系統(tǒng)
  • PhenoPlot®-SIF輕便型高光譜成像技術(shù)
  • PhenoTron® PTS植物表型成像分析系統(tǒng)
  • ET-LEDIF葉綠素?zé)晒獗O(jiān)測(cè)系統(tǒng)

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