前沿报道：全球首个搭载闪光诱导叶绿素荧光技术的移动植物表型平台

前沿报道：

       全.球首.个搭载闪光诱导叶绿素荧光技术的移动植物表型平台

翻译自：Hortidaily.com（全.球温室园艺界最具影响力的英文新闻门户）

原文标题：Inside the new Luke mobile phenotyping platform：First mobile plant phenotyping system with flash-induced chlorophyll fluorescence

原文链接：

https://www.hortidaily.com/article/9749479/first-mobile-plant-phenotyping-system-with-flash-induced-chlorophyll-fluorescence/

       “这是目前同类技术中最.先进的移动平台。”芬兰自然资源研究所（Natural Resources Institute Finland，以下简称Luke）的项目研究员Tuomo Laine博士表示，“虽然世界上也有其他集成表型平台，但我们的系统可以直接搬进生产环境，在现场进行植物表型分析。”

       Tuomo与他的同事正在芬兰使用一台移动表型平台开展实验，原位解.码植物的语言。该系统由Luke的资深科学家联合捷克Photon Systems Instruments（PSI）等公司共同开发，是一台将成像实验室直接搬进温室的系统，可通过前沿成像技术监测植物健康、生理状态与光合效率。

       该系统于2023年夏天抵达Luke位于图尔库附近的园艺研究站，并已在芬兰的温室中全年运行，帮助研究人员和商业种植者了解植物在真实环境中对光照、胁迫及其他环境条件的响应。

Luke的资深科学家正在进行水平栽培黄瓜光合作用监测的设置

植物成像技术迈向新阶段

Tuomo介绍，该移动表型平台集成了三种高精度成像技术：

● RGB成像：一台千万像素的RGB相机可拍摄植物高清图像以分析其形态与颜色，用于监测生长动态、检测褪绿等变色、评估植物健康状态及可见胁迫症状。

热成像：一台热成像仪，具备20mK的热灵敏度与1024×768像素的红外分辨率，可测量叶片与冠层温度，揭示蒸腾作用、气孔导度与水分利用效率的变化模式。研究人员可在肉眼可见症状出现之前，发现水分亏缺、高温或干旱胁迫，甚至生物胁迫与病害的早期信号。

● 叶绿素荧光成像：这是系统中最.先进的模块，搭载FluorCam系统，配备两台可互换的相机（均由PSI制造）：

a) 高分辨率相机：用于经典PAM（脉冲幅度调制）分析；

b) 超高速相机：支持闪光诱导荧光的高帧率测量。

       这些工具可直接观察光能在植物光合系统中的流动过程，揭示植物将光能转化为生化能的效率。

       该平台可运行多种专业实验，包括光响应曲线、荧光淬灭分析、光合状态转换测量、胁迫诱导的光抑制，以及OJIP成像——后者可提供关于光合机构适应过程与胁迫水平的高灵敏度数据。

       Tuomo强调：“超高速相机的集成本身就是一项独特创新。我们的移动系统在实现自由位移的同时可进行超高速闪光诱导成像，实现对光合作用的高阶‘指纹图谱’分析。”

系统的侧面成像功能可用于实际生产环境中作物光合作用的原位测量分析

桥接科研与实践

      Luke团队已与芬兰商业温室密切合作，在番茄与黄瓜等作物上验证该平台性能。他们曾借助温室升降设备，将系统升至冠层顶部进行光合作用测量。这些原位数据补充了传统离体叶片的分析结果——它们在黄瓜等高水势植物中往往不够准确。

       “起初我们得带着设备爬上冠层顶部，整套系统重达300多公斤，”Tuomo笑称，“幸运的是，我们发现番茄的新鲜离体叶片与活体叶片的光合数据非常接近，这大大简化了我们的实验流程。”

      系统的灵活性还体现在模块化设计上，支持侧面成像，适用于树莓等高秆作物——这正是Tuomo博士论文的研究对象。

       “侧面叶绿素荧光成像是该平台的又一独特功能，”Laine指出。团队发现，不同树莓品种的光合功能差异显著，尽管它们的生长习性看起来相似。这一发现凸显了该平台在育种项目中的潜力——植物的生理表现与其形态特征同样重要。

新鲜离体番茄叶片置于湿润垫面后测得的光合活性与活体叶片非常接近，该结果为分析工作提供了更便捷的方案。

为种植者与育种者带来实际价值

       该系统的价值不仅限于科研，也为植物育种者与商业种植者带来巨大益处：在育种试验中，Luke团队已利用该系统识别出不同基因型在光合效率上的差异，涉及作物包括树莓、蚕豆、燕麦与马铃薯。热成像与荧光成像被用于比较不同品种对环境胁迫（如强光或高温）的响应差异。

       在芬兰冬季漫长、光照不足的气候条件下，商业温室种植者尤其受益。研究团队与种植者合作，测试不同LED光谱与光照策略对植物的影响。该平台可比较不同光照条件下植物的胁迫水平、生长状态与资源利用效率，帮助种植者优化光照设置、提升能源利用效率——这在当前能源价格高企且波动剧烈的背景下尤为重要。

       “在芬兰黑暗的冬季，植物的行为与夏季完全不同，”Laine指出，“作为国.家级研究机构，我们的目标是帮助芬兰种植者基于数据做出决策，优化温室环境与动态光照策略——这在今天的能源形势下尤为关键。”

展望商业化

       目前，Luke通过合作研究项目提供该表型平台服务，并与PSI持续合作优化系统，未来更加工业化的版本有望服务于更广泛的用户群体。

       “我们仍在学习如何最大化利用这套成像平台，”Laine反思道，“但它已经为我们提供了大量关于植物如何适应不同生长环境的信息——以及我们如何帮助种植者提升效率与可持续性。”