PlantScreen植物表型成像分析系统应用 ——莴苣的盐分胁迫表型分析

PlantScreen植物表型成像分析系统应用

——莴苣的盐分胁迫表型分析

目前，农业都受到土壤和灌溉水盐分升高的威胁。大约50%的灌溉农田都受到了盐分的影响。2013年的经济分析指出由于盐分诱发的土壤退化和作物产量损失在造成了273亿美元的损失。作为一种重要的蔬菜作物，莴苣（Lactuca sativa L.）在世界范围内进行了广泛的种植。莴苣产量ZG的有美国、欧盟和中国。而莴苣对盐分就是非常敏感的。盐分胁迫会造成莴苣生物量减少、诱发叶烧病和早衰。

美国农业部（USDA）的科学家尝试确定莴苣盐胁迫的关键生理性状，用于筛选高耐盐的莴苣品种。从开始，他们就把关注点放在了叶绿素荧光动力学分析上。与传统的作物表型测量（鲜重、叶面积、叶绿素指数、CO₂同化速率等）相比，一方面光系统对各种生物和非生物胁迫因素都非常敏感，而叶绿素荧光成像分析可以无损地直接测量胁迫对光系统的损伤程度和机理；另一方面，叶绿素荧光成像分析技术与自动传送系统集合，能够实现对大量样品的高通量无损快速检测，非常适用于作物品种的筛选。他们使用的PlantScreen XYZ植物表型成像分析系统就能够将这两方面的优势WM地结合起来。

实验中使用了球生菜、奶油生菜、直立生菜、叶生菜等不同的栽培品种和莴苣的野生亲缘种L. serriola L，共240株样品进行了叶绿素荧光成像分析。

叶绿素荧光动力学曲线

叶绿素荧光分析数据及相应成像图

研究者ZD分析了QY_max（Fv/Fm）ZD光化学效率、Fv/Fm_L光适应ZD光化学效率、NPQ非光化学淬灭（ZD荧光）、qN非光化学淬灭（可变荧光）、qP光化学淬灭、QY实际光化学效率（量子产额）、Rfd荧光衰减比率等荧光参数。

同时，叶绿素荧光成像图经过校准后，还可以直接获得整株植物具备光合活性的叶面积。结合荧光参数还可以对叶面积进行不同胁迫程度的定量分级和图像分割。

荧光数据与鲜重等传统表型数据进行了相关性分析和主成分分析，结果表明敏感栽培种的特征是低QY，qN，NPQ和Rfd，而耐受栽培种的特征是高QY_max，Fv/Fm_L和QY_D。论文结尾建议在筛选高耐受品系时以较高的叶面积配合较高的Fv/Fm和QY作为初筛指标。

论文作者由于使用的是PlantScreen表型分析系统的简化型号，因此不得不使用其他仪器和生长箱进行培养和形态学测量。而实际上PlantScreen植物表型成像系统可以整合LED植物智能培养、自动化控制系统、叶绿素荧光成像测量分析、植物热成像分析、植物近红外成像分析、植物高光谱分析、自动条码识别管理、RGB真彩3D成像、自动称重与浇灌等多项先进技术，理想情况下可以自动无人值守监测植物整个生活史的光合、形态、光谱特性等表型数据并进行初步分析。

同时叶绿素荧光表型分析也并不局限于莴苣这样的蔬菜和盐胁迫。几乎所有的植物/作物和胁迫都可以用叶绿素荧光成像技术进行表型分析。

叶绿素荧光成像技术在植物胁迫中的应用（岑海燕，2018）

NPQ_L1_ss

Laura Early Bird

RFD_L1_ss

Laura Early Bird

Fv/Fm_L1_ss

Laura Early Bird

参考文献：

Adhikari N D, et al. 2019. Phenomic and Physiological Analysis of Salinity Effects on Lettuce. Sensors, 19: 4814