上世紀(jì)90年代末，PSI公司科學(xué)家Nedbal教授與公司總裁Trtilek博士等將PAM葉綠素?zé)晒鉁y量技術(shù)與CCD成像技術(shù)結(jié)合在一起，研制成功了FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)（Nedbal等，2000），并于1997年為美國華盛頓大學(xué)提供了第一臺商業(yè)FluorCam系統(tǒng)。FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)成為葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)的重要突破，使科學(xué)家們對光合作用與葉綠素?zé)晒獾难芯窟M(jìn)入二維世界和顯微世界（Kupper等，2000；Sumava，2000），并成為高通量測量分析植物生理性狀表型的有力工具。
經(jīng)過20余年的發(fā)展，目前FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)及其擴展版多光譜熒光成像技術(shù)，為科研人員提供了PAM及OJIP葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)全面解決方案，已成為植物光合生理與表型分析研究儀器，應(yīng)用于植物相關(guān)的各種研究，發(fā)表論文量極多。經(jīng)過EcoTech易科泰生態(tài)實驗室檢索并逐一核對，截止到2023年5月，使用FluorCam系列葉綠素?zé)晒饧岸喙庾V熒光技術(shù)發(fā)表的SCI文獻(xiàn)已經(jīng)超過了1400篇。
2019年-2021年，每年使用FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)發(fā)表的SCI文獻(xiàn)都保持在150篇以上。2022年更是達(dá)到200篇以上。其中國內(nèi)科研院所利用FluorCam發(fā)表文獻(xiàn)量占比也在逐年攀升。
這些發(fā)表的文獻(xiàn)中，中科院SCI期刊分區(qū)一區(qū)文獻(xiàn)（按文獻(xiàn)發(fā)表當(dāng)年的中科院SCI期刊分區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計）數(shù)量同樣穩(wěn)中有進(jìn)。2020年至2023年5月，一區(qū)文獻(xiàn)發(fā)表量占同期全部發(fā)表文獻(xiàn)量的30%。這其中包括發(fā)表于The Plant Cell、Nature Communications、Nature Plants、Cell、PNAS、Molecular Plant、New Phytologist、Plant Physiology等頂級期刊的文獻(xiàn)。說明FluorCam技術(shù)發(fā)表文獻(xiàn)的研究水平之高。
這些文獻(xiàn)研究對象涵蓋擬南芥、煙草等模式植物；水稻、小麥、玉米、高粱、油菜、生菜、番茄、大白菜、蘋果等作物與水果蔬菜；楊樹、山毛櫸、油松、樺樹、榕樹等林木；藍(lán)藻、萊茵衣藻、小球藻、紫菜、珊瑚、海蛞蝓等微藻、大型藻和藻類共生體；以及地衣、苔蘚等低等植物。測量的植物/藻類樣品包括葉片、果實、麥穗、種子、愈傷組織、捕蟲器官等植物器官；整株擬南芥、煙草和作物蔬菜等；多株作物群體；微藻藻液；單個微藻、細(xì)胞乃至單個葉綠體等。
研究方向包括植物/藻類光合生理與光合功能基因、植物/藻類逆境響應(yīng)與抗逆功能基因、優(yōu)良作物品種選育、作物抗逆性評估、農(nóng)藥/施肥效果與環(huán)境友好型評估、植物表型組學(xué)研究、突變株篩選、轉(zhuǎn)基因植物功能與表型檢測、植物/藻類生理生態(tài)研究、環(huán)境污染與生態(tài)毒理評估等。下面介紹一些近期文獻(xiàn)案例。
文獻(xiàn)案例一：韓國首爾大學(xué)，利用FluorCam技術(shù)對煙草細(xì)胞死亡進(jìn)行精確定位與損傷定量分析（Lee，2022，New Phytologist）
沉默或過表達(dá)質(zhì)膜H+- atp酶（PMAs）可逆影響煙草葉片的細(xì)胞死亡。為了快速并直觀地檢測這一過程中細(xì)胞死亡的分布與程度，研究者使用FluorCam封閉式葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)測量葉片的Fv/Fm最大光化學(xué)效率。這一參數(shù)在生長狀況良好的植物中非常穩(wěn)定，同時隨光合功能受損程度升高而逐漸降低，是檢測植物損傷的重要指標(biāo)。檢測過程無損、定量、快速。本研究中空載體浸潤的葉片Fv/Fm為0.77，因此顯著低于0.77的葉片區(qū)域即可判斷為細(xì)胞死亡的位置。由此，研究者借助FluorCam封閉式葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)對細(xì)胞死亡進(jìn)行了精確定位與損傷定量分析。
文獻(xiàn)案例二：山西大學(xué)，玉米葉片吸收納米塑料后的損傷評估與光合表型變化（Sun，2021，Journal of Hazardous Materials）
納米塑料可以經(jīng)由氣孔進(jìn)入作物葉片，對作物造成損傷，進(jìn)而對人類健康造成潛在危險。研究者對玉米葉片施加了兩種納米塑料：羧基改性聚苯乙烯納米塑料（PS-COOH）和氨基改性聚苯乙烯納米塑料（PS-NH2）。發(fā)現(xiàn)兩種納米塑料都會在玉米葉片中有效累積。而通過FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)進(jìn)行測量后發(fā)現(xiàn)，其Fv/Fm，Fv/F0，qP和Rfd等葉綠素?zé)晒鈪?shù)都逐漸下降，而NPQ逐漸上升。說明納米塑料損傷了光合系統(tǒng)功能，造成光能轉(zhuǎn)化效率降低、光系統(tǒng)逐漸關(guān)閉、光合活力下降，而光系統(tǒng)的熱耗散增加。同時發(fā)現(xiàn)帶正電荷的PS-NH2對光合的抑制作用要高于帶負(fù)電荷的PS-COOH。
文獻(xiàn)案例三：西北農(nóng)林科技大學(xué)，通過轉(zhuǎn)基因蘋果研究鹽脅迫調(diào)控機制（Zhao，2021，Plant and Soil）
植物特異性HD-Zip I轉(zhuǎn)錄因子，特別是γ-演化枝HD-Zip I轉(zhuǎn)錄因子是植物適應(yīng)各種非生物脅迫的關(guān)鍵。研究者希望確定其在蘋果鹽脅迫中的功能特性。他們將GL3基因型與轉(zhuǎn)基因蘋果種植于水培系統(tǒng)或土壤中，并進(jìn)行鹽脅迫處理。經(jīng)過FluorCam葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)測量發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫處理造成MdHB-7 RNAi植株的最大光化學(xué)效率Fv/Fm顯著低于GL3基因型，而MdHB-7 OE植株的Fv/Fm則要高于同樣處理的GL3基因型。這表明MdHB-7（γ-演化枝HD-Zip I轉(zhuǎn)錄因子）過表達(dá)能緩解鹽脅迫誘導(dǎo)的植物光合能力受損。
參考文獻(xiàn)：
1.Lee H Y, Seo Y E, Lee J H, et al. Plasma membrane‐localized plant immune receptor targets H+‐ATPase for membrane depolarization to regulate cell death. New Phytologist, 2022, 233(2): 934-947.
2.Sun H, et al. 2021. Foliar uptake and leaf-to-root translocation of nanoplastics with different coating charge in maize plants. Journal of Hazardous Materials 416: 125854
3.Zhao S, Gao H, Jia X, et al. 2021. The γ-clade HD-Zip I transcription factor MdHB-7 regulates salt tolerance in transgenic apple (Malus domestica). Plant and Soil 463: 509-522.
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