PlantScreen植物表型成像分析系统应用 ——衰老与防御途径对杂种优势的贡献

PlantScreen植物表型成像分析系统应用

——衰老与防御途径对杂种优势的贡献

杂交在促进作物生长与产量上效果显著，因而被广泛应用于农业生产。但杂交的分子机制仍然不是很清楚。ZX的证据表明，水杨酸水平降低调节的相关基因表达，会造成某些杂交种基础防御能力降低，从而影响到这些杂交种的活力。

澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）、浙江大学、澳大利亚国立大学等科研机构合作，将水杨酸分解酶水杨酸盐羟化酶（NahG）引入到拟南芥中，降低的水杨酸水平造成了植物增大。进一步研究发现，在植物防御与叶片衰老相关基因和途径表达上产生了一系列差异变化。 CSIRO的PlantScreen模块式高通量植物表型成像分析系统

研究人员使用PlantScreen植物表型成像分析系统监测拟南芥的生长过程。系统中的RGB成像单元可以在采集彩色图像的过程中分析包括冠层直径在内的一系列形态学指标。而称重单元则可以记录其鲜重的变化。

在对拟南芥的衰老过程进行评估时，RGB成像单元的色彩分析功能可以通过叶片颜色的变化对衰老程度进行定量和分级。在本研究中，20%-50%叶片变黄认为是“部分衰老”，叶片全部变黄认为是“完全衰老”。

但是，仅仅通过叶片颜色是无法真正反映衰老过程的生理变化尤其是光合生理变化，同时颜色变黄也很难进行严格的定量和定义。PlantScreen植物表型成像分析系统中的FluorCam叶绿素荧光成像单元则WM解决了这一问题。通过FluorCam叶绿素荧光成像图分析软件自带的面积校准功能，可以过得真实的叶绿素分布面积（下图A左）。测量得到的PSIIZD光化学效率（Fv/Fm），既可以反映叶片衰老过程中光合能力的变化，同时也可以识别叶片是否死亡（下图A中，图中黑色虚线代表Fv/Fm≤0.3为死亡叶片）。两者相乘即为总光合能力（下图A右）。同时配合PlantScreen系统的自动测量与分析功能，就可以计算叶片变黄和光合能力的变化率（下图B），准确划分不同生长阶段（下图C）。

在中国杂交小麦、超高产杂交水稻、杂交玉米等研究中，科学家已经发现了杂交造成的光合能力提高、衰老延迟、叶面积增加等现象。以PlantScreen植物表型成像分析系统为代表的先进植物表型研究技术能够为相关研究提供有力的科研工具。

中国水稻研究所建设中的PlantScreen高通量植物表型成像分析系统

参考文献：

Gonzalez-Bayon R, et al. 2019. Senescence and defense pathways contribute to heterosis. Plant Physiology 180: 240–252