PlantScreen自动高通量表型系统园艺系列快讯： 生物刺激素对莴苣和番茄盐胁迫反应的缓解模式差异

当前耕地盐化面积急剧增加，造成的土壤渗透压降低和毒害作用导致作物生长缓慢和减产。缓解植物盐胁迫效应的一种可持续的方式便是施加PH（protein hydrolysate，一种非生物的植物生物刺激素，来自部分水解的植物或者动物蛋白）；但是其效果受作物种类、施加时间、施加剂量的影响。为了探索其规律及研究方法，世界知名植物表型仪器公司PSI（Photon Systems Instruments）实验中心的Mirella Sorrentino、Klára Panzarová等人，应用FS-WI步入式培养箱对莴苣和番茄应用精确程序控制光周期、温度、湿度周期，建立标准化培养；应用PlantScreen自动筛选均一实验样本，以及设置预设周期自动进行精确盐处理、灌溉及控制土壤水分含量，对其不同生长阶段的相对生长速率、气孔响应、光合生理进行自动表型组学量化研究，结合代谢组学数据，分别得到莴苣和番茄的胁迫特征发展模式及有效的衡量参数的计算方法、确定有效的PH种类及施加时间、各自不同的作用模式特征，研究结果于2022年2月发表于Frontiers in Plant Science杂志上。

研究方法：

左上（黄色标题）培养：应用FS-WI培养箱对莴苣和番茄程序控制光周期、温度、湿度周期精确培养；

左下（橙色标题）样品处理：应用PlantScreen按照预设周期自动进行盐处理、灌溉及控制土壤水分含量；

右（蓝色标题）表型测量：应用PlantScreen进行全自动高通量表型监测和分析，包括：1. RGB成像测量，得到色彩和形态学参数，用于筛选待研究样品和对所研究样品进行形态学参数跟踪监测，包括有效投影面积、紧实度、圆度、偏心率、叶片细长度、株高、株宽、数字生物量、相对生长速率等；2. 叶绿素荧光成像测量，得到叶绿素荧光参数包括Qy和不同光强下的Fv’/Fm’、NPQ、ΦPSII等，用于衡量样品的光合生理状态；3. 红外热成像测量，得到植株表面温度参数，用于衡量样品的水分和蒸腾状态。

色彩分割、形态学和叶绿素荧光表型参数的盐胁迫响应：

成像测量方式非接触、无损伤、速度快，使植物全生命周期自动跟踪监测成为可能。对于成像测量，光对测量的可靠性和植物生理状态影响巨大。因此PlantScreen对每个成像模块建立独立隔光的成像测量室和特定的光源，此外另有独立的、光强均一大小可调的光适应室，使植物在测量之前实现生理状态平衡稳定。成像测量的数据量巨大、高维度，PlantScreen数据分析处理软件在自动测量的同时可对数据进行自动处理和运算，支持远程下查看和下载，为应用提供了诸多便捷。

（A）为莴苣、（B）为番茄：所有的图中横坐标都是时间。(A1)和(B1)是RGB俯视图的色彩分割图像，DY行为对照，第二行为盐胁迫样品。(A2)和(B2)是数字生物量变化。(A3)和(B3)是有效光化学效率变化。诸多参数中，衡量莴苣盐胁迫有力的参数是生物量变化，而番茄则是光合生理参数特别是Qy和480μmol.m-2.s-1光化学光下的Fv’/Fm’。

红外热成像表型参数的盐胁迫响应：

冠层温度是评估植物耐盐、耐旱、耐高温能力的有力工具，生成的CTD参数可表征植物全株的水分利用效率和蒸腾状态，应用于不同基因型对环境胁迫响应的评估。PlantScreen红外热成像测量单元通过自动均匀预热背景以降低噪声干扰，具备温度校正功能以消除环境温度对测量的影响，应用蒙版功能以精确定义选区和去除背景，同时具备丰富的数据处理和参数输出功能。

（A）为莴苣、（B）为番茄：分别施加7种PH，测量样品在对照及盐害状态下的表型响应，通过得到的数字生物量、相对生长速度、Fv’/Fm’、 ΦPSII、ΔT，5个参数计算PH特征指数PCB，用于筛选针对特定作物品种有效的特定PH。

参考文献：

1. Mirella Sorrentino, Klára Panzarová, Ioannis Spyroglou, Lukáš Spíchal, Valentina Buffagni, Paola Ganugi, Youssef Rouphael, Giuseppe Colla, Luigi Lucini, Nuria De Diego (2022). Integration of Phenomics and Metabolomics Datasets Reveals Different Mode of Action of Biostimulants Based on Protein Hydrolysates in Lactuca sativa L. and Solanum lycopersicum L. Under Salinity. Journal of Frontiers in Plant Science, February 2022 Volume 12 Article 808711

北京易科泰作为PSI公司的中国代理和技术支持中心，为您提供PlantScreen系列产品，灵活配置FluorCam叶绿素荧光成像单元、高光谱成像单元、红外热成像单元、激光3D扫描单元、根系扫描单元、灌溉与称重单元等，适用于实验室、温室以及野外大田。