模塊式植物表型分析技術(shù)方案(七)
——擬南芥uv脅迫的響應(yīng)機(jī)制
植物面對(duì)各種生物和非生物脅迫時(shí)，會(huì)調(diào)整它們的響應(yīng)機(jī)制來優(yōu)化發(fā)育和適應(yīng)程序。uv輻射作為一種環(huán)境因子，會(huì)影響植物的光合過程并觸發(fā)細(xì)胞死亡。華沙生命科學(xué)大學(xué)的anna rusaczonek評(píng)估了紅/遠(yuǎn)紅光感受器光敏色素a和光敏色素b在擬南芥uv脅迫響應(yīng)中的作用。通過測(cè)量相關(guān)突變株的co2同化、葉綠素?zé)晒?包括熒光淬滅動(dòng)力學(xué)曲線和ojip快速熒光動(dòng)力學(xué)曲線)、活性氧積累等，他發(fā)現(xiàn)uv脅迫干擾了光系統(tǒng)ii，并增加了相關(guān)突變體的死亡率。
圖1. uv處理的擬南芥野生型及突變株
co2同化速率反映了光合作用整個(gè)過程的終結(jié)果，而葉綠素?zé)晒鈩t直接反映光合作用光反應(yīng)部分的光系統(tǒng)電子傳遞過程變化。因此的情況是能夠同步測(cè)量這兩類數(shù)據(jù)。本研究中就使用了光合儀和光合聯(lián)用型fluorcam葉綠素?zé)晒獬上駜x，同步測(cè)量了光合作用光響應(yīng)曲線和co2相應(yīng)曲線。
圖2. 左：光響應(yīng)曲線；右：co2相應(yīng)曲線
為了進(jìn)一步驗(yàn)證光系統(tǒng)ii受損的機(jī)理過程，除了葉綠素?zé)晒獯銣鐓?shù)以外，本研究還使用封閉式fluorcam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)測(cè)量了ojip快速熒光動(dòng)力學(xué)曲線。封閉式fluorcam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)是目前上可以進(jìn)行葉片ojip成像測(cè)量的商用儀器。在不需要成像圖的情況下，也可以使用fluorpen葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)量ojip曲線及相應(yīng)參數(shù)。
圖3. ojip快速熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)
在測(cè)量sod過氧化物歧化酶時(shí)，需要對(duì)樣品進(jìn)行暗處理和光處理進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)。sl3500 智能led光源以其高光強(qiáng)、高純度、精確調(diào)控，成為了這一實(shí)驗(yàn)的*。如果使用培養(yǎng)配備sl3500光源的fytoscope植物生長(zhǎng)箱同步調(diào)控光照和溫度，數(shù)據(jù)精度還能進(jìn)一步提高。
圖4. 不同型號(hào)、光質(zhì)的sl3500 智能led光源
同時(shí)為了確定在微觀尺度，單個(gè)葉綠體的變化，還需要進(jìn)行顯微葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量。很遺憾的是，因?yàn)樽髡叩臈l件所限，只能使用普通的熒光顯微鏡。而普通的熒光顯微鏡因?yàn)椴痪邆涿}沖調(diào)制功能，因此只能測(cè)量一個(gè)實(shí)時(shí)的平均熒光強(qiáng)度，根本無法進(jìn)行真正的葉綠素?zé)晒獯銣鐪y(cè)量。fkm（fluorescence kinetic microscope）多光譜熒光動(dòng)態(tài)顯微成像系統(tǒng)是目前上可進(jìn)行亞細(xì)胞級(jí)pam脈沖調(diào)制葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量的儀器，是研究植物/藻類細(xì)胞、葉綠體微觀光合能力*的。無論是成像質(zhì)量還是測(cè)量真正有意義的光合表型參數(shù)，fkm系統(tǒng)都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通熒光顯微鏡。
圖5. 本研究中使用普通熒光顯微鏡獲得的葉綠素?zé)晒獬上駡D及平均熒光強(qiáng)度
圖6. nature plants發(fā)表文章：使用fkm系統(tǒng)測(cè)量秋海棠特異葉綠體熒光成像圖及fv/fm大光化學(xué)效率(jacobs，2016)
模塊式植物表型分析技術(shù)方案推薦：
基礎(chǔ)方案：lci t便攜式光合儀+光合聯(lián)用型fluorcam葉綠素?zé)晒獬上駜x+fp110手持式葉綠素?zé)晒鈨x+sl3500 智能led光源
進(jìn)階方案：lcpro t 全自動(dòng)便攜式光合儀+光合聯(lián)用型fluorcam葉綠素?zé)晒獬上駜x+封閉式fluorcam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)(配備ojip成像功能)+fytoscope植物生長(zhǎng)箱
高級(jí)方案：lcpro t 全自動(dòng)便攜式光合儀+光合聯(lián)用型fluorcam葉綠素?zé)晒獬上駜x+封閉式fluorcam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)(配備ojip成像功能)+fytoscope植物生長(zhǎng)箱+fkm多光譜熒光動(dòng)態(tài)顯微成像系統(tǒng)
參考文獻(xiàn)：
rusaczonek a, et al. 2015. role of phytochromes a and b in the regulation of cell death and acclimatory responses to uv stress in arabidopsis thaliana. journal of experimental botany doi: 10.1093/jxb/erv375
jacobs m, et al. 2016. photonic multilayer structure of begonia chloroplasts enhances photosynthetic efficiency. nature plants, doi:10.1038/nplants.2016.162