易科泰叶绿素荧光技术在生态毒理学中的应用（一）

       在生态毒理学研究领域，准确评估污染物对生物的毒性作用及生态系统的影响至关重要。叶绿素荧光技术作为一种高效、灵敏的研究手段，正发挥着日益重要的作用。它能够快速、无损地监测植物光合生理状态，为探究污染物的毒性机制提供关键信息。通过分析叶绿素荧光参数的变化，可精准了解污染物对植物光合作用的影响，如重金属对作物和微藻光合系统的损害程度、工程蓝藻和微藻-真菌共生体对富营养水体的净化效果、以环境中藻类的叶绿素荧光参数进行早期污染监测等。北京易科泰生态技术有限公司基于自身强大的叶绿素荧光技术研发能力，致力于为客户提供全方位的藻类培养、植物生长生理监测、环境及生态毒理学领域的科研设备和技术服务。

水体污染的藻类生态毒理学研究：

1）评估污染物对微藻的胁迫

图1. 斜生栅藻在不同浓度 Cu（1.4μM、2.5μM）、Cd（1.2μM、2.4μM）、Zn（22μM、46μM）单独或与不同浓度 CNTs（1mg/L、5mg/L）共同作用下的生长曲线和叶绿素荧光参数变化；

       中美科研人员共同完成的文章《Effects of carbon nanotubes on the toxicities of copper, cadmium and zinc toward the freshwater microalgae Scenedesmus obliquus》中，利用易科泰的AquaPen叶绿素荧光仪研究了碳纳米管（CNTs）及铜（Cu）、镉（Cd）和锌（Zn）三种重金属对斜生栅藻毒性的影响及机制。其中CNTs 对斜生栅藻急性毒性低，但不同微藻对 CNTs 毒性反应差异大。低浓度 CNTs 对某些生物有益，本研究中 5mg/L CNTs 促进藻类生长和光合活性，但其作用机制与高等植物不同。Zn 对斜生栅藻毒性低于 Cu 和 Cd，暴露时间影响重金属毒性评估。5mg/L CNTs 可缓解低浓度 Cu、Cd、Zn 对藻类的不利影响，但对高浓度 Cd 缓解作用消失，对 Zn - CNTs 共暴露下叶绿素合成有抑制作用。配合叶绿素荧光技术，利用光合参数评估污染物对微藻的胁迫，其中5mg/L CNTs 增强藻类光合活性，这可能是通过促进光子捕获和电子传递实现。

2） 评估暴露于污染环境的微藻光合效率

 图2. 四溴双酚 A（TBBPA）和镉离子（Cd (II)）对小球藻叶绿素含量和叶绿素荧光参数的影响

       文章《Pollutant removal and toxic response mechanisms of freshwater microalgae Chlorella sorokiniana under exposure of tetrabromobisphenol A and cadmium》以小球藻为对象，探究了四溴双酚 A（TBBPA）和镉离子（Cd (II)）对其生长、光合活性、生化特性及分子水平的影响。通过测量 Fv/Fo 和 Fv/Fm 这两个常用叶绿素荧光指标来评估微藻的光合效率。研究发现，随着 TBBPA 暴露浓度的增加，微藻的光合活性得到促进，Fv/Fm 和 Fv/Fo 的值增大。这表明在一定浓度范围内，TBBPA 可能通过增加微藻光合色素的含量，进而提升了光合效率。暴露于 Cd (II) 会刺激微藻细胞，使其防止光系统 II（PSII）反应中心受到损伤，具体表现为 RC/ABS 增加；同时增强电子传输，即 ETo/TRo 增加。这说明 Cd (II) 能够影响微藻光合过程中的能量利用和转化效率，促使微藻在污染物胁迫环境下，调整自身能量代谢以维持正常的生理功能。

3） 污染修复物质nZVI（纳米零价铁）的安全性评估

图3. 淡水绿藻叶绿素色素和叶绿素荧光变化： A：暴露于 nZVI 和nFe3 O4后，藻类总叶绿素和类胡萝卜素含量； B：最大 PSII 产量（Fv /Fm）、非光化学淬灭（NPQ）和有效 PSII 产量（ΦPSII）的变化； C：不同环境下的绿藻叶绿素荧光亮度。

       nZVI（纳米零价铁）用于修复污染的土壤和地下水，但释放到环境中会氧化产生Fe 2+，影响微生物。文章《Transcriptomic analysis and cellular responses to nanoscale zero-valent iron in green microalga Raphidocelis subcapitata》以绿藻R. subcapitata为研究对象，通过易科泰叶绿素荧光成像技术评估其暴露于 nZVI 和nFe3O4（纳米磁铁矿）后的生理影响。其中NPQ 显著降低，ΦPSII 略有增加，表明光合能力未受损，且吸收的光能更多转化为光化学能。且通过荧光成像显示出含有铁纳米颗粒的环境使微藻叶绿素荧光亮度降低。这表明nZVI 和nFe3O4对藻类生理功能有暂时抑制，但 24h 后细胞活力回升，对光合色素影响不显著。本研究为nZVI的纳米安全性评估提供新视角，有助于填补其早期风险评估的知识空白。

土壤污染的作物生态毒理学研究

1） 矿物硅肥对重金属污染土壤中烟草生态毒理学的影响

文章《Silicon fertilization enhances the resistance of tobacco plants to combined Cd and Pb contamination: Physiological and microbial mechanisms》和《Hydrogel - potassium humate composite alleviates cadmium toxicity of tobacco by regulating Cd bioavailability》分别利用易科泰的FluorCam叶绿素荧光成像仪分析了两种有机硅肥和一种矿物硅肥对镉铅污染土壤中烟草生长、生理指标及土壤细菌群落的影响以及新型腐植酸钾复合水凝胶（S/K/AA）在镉胁迫下对烟草生长及土壤微生物的影响。

图4. 左图：有机和矿物硅肥对光合参数、叶绿素荧光参数、叶绿素和类胡萝卜素含量的影响；右图：最小荧光（F0）成像

       上图展示了不同培养状态下烟草植株的光合参数（净光合速率 Pn、气孔导度 Gs、胞间二氧化碳浓度 Ci、蒸腾速率 Tr）、叶绿素荧光参数（光系统 II 最大光化学效率 Fv/Fm、光系统 II 实际光化学效率 Y (II)、非光化学淬灭 NPQ、光化学淬灭 Qp）、叶绿素（叶绿素 a、叶绿素 b）和类胡萝卜素含量的变化。其中镉铅胁迫降低了 Pn、Gs 和 Tr，硅肥处理则提高了这些参数，且在镉铅胁迫土壤中硅肥对 Pn 的正向影响更明显。在对照条件下，硅肥增加 Y (II)，对 Fv/Fm、NPQ 或 Qp 无显著影响；在镉铅胁迫下，硅肥使 Fv/Fm、Y (II) 和 Qp 有升高趋势。这表明硅肥能缓解镉铅对烟草的毒性，促进烟草生长，降低土壤和植物组织中镉铅含量。其作用机制包括与镉铅形成沉淀降低有效性、增强抗氧化防御系统、提高光合作用能力，以及通过改变微生物群落组成，增加具有重金属抗性相关代谢途径的微生物，提高土壤细菌对镉铅污染的抗性等。其中叶绿素荧光参数从多个层面反映了烟草植株的光合生理状态，对探究硅肥缓解镉铅胁迫对烟草影响的机制，评估植物健康和生长状况提供了关键信息。

2） 太阳能电池释放的有害物质对农作物的潜在毒性研究

钙钛矿太阳能电池因低成本和简单制造工艺受太阳能行业关注，不过它含铅和碘等有害物质，可能会污染附近农田。韩国科研团队在文章《Assessing the potential toxicity of hazardous material released from Pb - based perovskite solar cells to crop plants》中利用易科泰FluorCam叶绿素荧光成像仪评估了这些有害物质对绿豆和高粱这两种农作物的毒性影响。他们模拟了PbI₂在土壤中的直接暴露情况，开展植物土壤试验，评估了植物的毒性反应，包括生长抑制、生理变化和光合作用等方面。

图5：A-B：叶绿素荧光瞬变曲线（光合能力指标）；C-H：光合参数（F₀、Fₘ、Fᵥ/Fₘ、NPQ_Lss、Rfd_Lss）及荧光图像。

       在该研究中，易科泰叶绿素荧光技术被用于定量评估PbI₂对植物光合作用的抑制效应。通过测量叶绿素荧光瞬变面积（反映光合能力）和关键参数（如Fv/Fm、NPQ_Lss、Rfd_Lss）的研究发现：高粱在20 mg/kg PbI₂暴露下，荧光瞬变面积减少约50%，表明光合系统严重受损；绿豆在5 mg/kg时Rfd_Lss下降41%，揭示光化学猝灭效率降低。这些数据与植物生长抑制（如根系枯萎、叶绿素减少）形成互补，证实PbI₂通过干扰光系统II功能和能量转换，导致光合活性下降，进而抑制植物生长。叶绿素荧光技术不仅提供了早期毒性预警（如Rfd_Lss在低浓度下的响应），还为解析毒性机制（如光保护系统激活）提供了分子水平证据，成为连接生理损伤与分子机制的重要桥梁。

易科泰植物表型技术与产品

易科泰光养生物反应器技术：

藻类培养与在线监测，包括 OD、叶绿素荧光、溶解氧、pH、营养盐等，及藻类呼吸与

光合作用、碳通量等在线监测；

叶绿素荧光在线监测技术，高灵敏度监测藻类培养生理状态、光合效率；

实验室多通道管式培养、立柱式培养、平板式培养等不同培养模式、不同容积大小；

智能调制多通道 LED 光源培养，不同颜色不同波段、0-100%调制、昼夜节律自动调制、

不同光配方，可客户定制多通道智能 LED 藻类培养台架；

环境调控，温度、pH、CO2 等调控，恒浊培养、恒化培养；

易科泰叶绿素荧光（成像）技术：

       叶绿素荧光被称为植物光合作用的灵敏探针，易科泰叶绿素荧光成像技术产品为智慧农业、植物工厂、光合作用研究、表型组学研究、遗传育种等农业研究测量检测提供了高灵敏度、高通量、非接触、非损伤、可视化、数字化解决方案：

易科泰多光谱荧光成像技术：

多光谱荧光成像为叶绿素荧光成像的升级产品，既可对叶绿素荧光成像分析，还可同时对胁迫诱导次级代谢产物荧光（蓝绿荧光）成像，并与叶绿素荧光（红色和远红荧光）成像综合分析，从而高灵敏度、全面利用植物荧光现象检测植物生理状态、受胁迫状况或健康状况，早期如苗期出现症状前即可通过成像“看到”植物病虫害，如作物或中药材根系是否受虫害或病害侵袭等，从而及时采取补苗等措施，还可以检测农药效果、使用阈值，从而少用农药，达到环保和绿色健康食品生产的双重目的。

易科泰Thermo-RGB成像技术：

Thermo-RGB成像采用易科泰自主研发的红外热成像与RGB成像融合分析技术，有效融合了红外热成像的热辐射信息/温度信息和RGB成像的颜色信息和高分辨率优势，克服了红外热成像分辨率低、不清晰、难以进行目标提取/图像分割等缺点，可以方便地进行图像分割处理、提取清晰的图像信息，并进一步精准运行ROI选区分析，能够同时检测形态、颜色及温度分布等，可用于植物表型分析、生物（病虫害）或非生物（如干旱、盐碱等）胁迫或敏感性检测；还可用于动物体型非接触遥测、体表温度成图分析等表型检测。

易科泰多功能高光谱技术：

       北京易科泰多功能高光谱技术同时具备（反射光）高光谱成像分析、叶绿素荧光高光谱成像分析、UV激发生物荧光（UV-MCF）高光谱成像分析功能，还可选配不同激发光生物活体荧光（如GFP、YFP等荧光蛋白成像等）成像功能；独具特色的高光谱分辨率荧光成像分析功能，可灵敏区分不同波段生物荧光现象。目前已经应用于包括植物表型成像分析、遗传育种、种子资源检测鉴定、高通量种苗健康检测、采后生物学实验研究、中草药研究检测等方向，还可用于活体检测分析植物黄酮指数、花青素指数及叶绿素指数等。

1. Sun C, Li W, Xu Y, et al. Effects of carbon nanotubes on the toxicities of copper, cadmium and zinc toward the freshwater microalgae Scenedesmus obliquus[J]. Aquatic Toxicology, 2020, 224: 105504.

2. Liu D, Yang W, Lv Y, et al. Pollutant removal and toxic response mechanisms of freshwater microalgae Chlorella sorokiniana under exposure of tetrabromobisphenol A and cadmium[J]. Chemical Engineering Journal, 2023, 461: 142065.

3. Wang B, Xiao L, Xu A, et al. Silicon fertilization enhances the resistance of tobacco plants to combined Cd and Pb contamination: physiological and microbial mechanisms[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2023, 255: 114816.

4. Yeap C S Y, Nguyen N H A, Busche T, et al. Transcriptomic analysis and cellular responses to nanoscale zero-valent iron in green microalga Raphidocelis subcapitata[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2024, 286: 117194.

5. Kwak J I, Lee T Y, An Y J. Assessing the potential toxicity of hazardous material released from Pb-based perovskite solar cells to crop plants[J]. Journal of Cleaner Production, 2023, 423: 138856.

6. Xia M, Wei Y, Lai M, et al. Hydrogel-potassium humate composite alleviates cadmium toxicity of tobacco by regulating Cd bioavailability[J]. Ecotoxicology and environmental safety, 2023, 263: 115361.