模塊式植物表型分析技術方案(七) ——擬南芥UV脅迫的響應機制

2021-01-08 中國教育裝備採購網

　　​植物面對各種生物和非生物脅迫時，會調整它們的響應機制來優化發育和適應程序。UV輻射作為一種環境因子，會影響植物的光合過程並觸發細胞死亡。華沙生命科學大學的AnnaRusaczonek評估了紅/遠紅光感受器光敏色素A和光敏色素B在擬南芥UV脅迫響應中的作用。通過測量相關突變株的CO2同化、葉綠素螢光（包括螢光淬滅動力學曲線和OJIP快速螢光動力學曲線）、活性氧積累等，他發現UV脅迫幹擾了光系統II，並增加了相關突變體的死亡率。

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過程的最終結果，而葉綠素螢光則直接反映光合作用光反應部分的光系統電子傳遞過程變化。因此最理想的情況是能夠同步測量這兩類數據。本研究中就使用了光合儀和光合聯用型FluorCam葉綠素螢光成像儀，同步測量了光合作用光響應曲線和CO2相應曲線。

圖2.左：光響應曲線；右：CO2相應曲線

　　為了進一步驗證光系統II受損的機理過程，除了葉綠素螢光淬滅參數以外，本研究還使用封閉式FluorCam葉綠素螢光成像系統測量了OJIP快速螢光動力學曲線。封閉式FluorCam葉綠素螢光成像系統是目前國際上唯一可以進行葉片OJIP成像測量的商用儀器。在不需要成像圖的情況下，也可以使用FluorPen葉綠素螢光儀測量OJIP曲線及相應參數。

圖3.OJIP快速螢光動力學參數

　　在測量SOD過氧化物歧化酶時，需要對樣品進行暗處理和光處理進行對照實驗。SL3500智能LED光源以其高光強、高純度、精確調控，成為了這一實驗的不二之選。如果使用培養配備SL3500光源的FytoScope植物生長箱同步調控光照和溫度，數據精度還能進一步提高。

圖4.不同型號、光質的SL3500智能LED光源

　　同時為了確定在微觀尺度，單個葉綠體的變化，還需要進行顯微葉綠素螢光測量。很遺憾的是，因為作者的條件所限，只能使用普通的螢光顯微鏡。而普通的螢光顯微鏡因為不具備脈衝調製功能，因此只能測量一個實時的平均螢光強度，根本無法進行真正的葉綠素螢光淬滅測量。FKM（FluorescenceKineticMicroscope）多光譜螢光動態顯微成像系統是目前國際上唯一可進行亞細胞級PAM脈衝調製葉綠素螢光測量的儀器，是研究植物/藻類細胞、葉綠體微觀光合能力必不可少的。無論是成像質量還是測量真正有意義的光合表型參數，FKM系統都要遠遠優於普通螢光顯微鏡。

圖5.本研究中使用普通螢光顯微鏡獲得的葉綠素螢光成像圖及平均螢光強度

圖6.NaturePlants發表文章：使用FKM系統測量秋海棠特異葉綠體螢光成像圖及Fv/Fm最大光化學效率（Jacobs，2016）

　　模塊式植物表型分析技術方案推薦：

　　1．基礎方案：LCiT可攜式光合儀光合聯用型FluorCam葉綠素螢光成像儀FP110手持式葉綠素螢光儀SL3500智能LED光源

　　2．進階方案：LCProT全自動可攜式光合儀光合聯用型FluorCam葉綠素螢光成像儀封閉式FluorCam葉綠素螢光成像系統（配備OJIP成像功能）FytoScope植物生長箱

　　3．高級方案：LCProT全自動可攜式光合儀光合聯用型FluorCam葉綠素螢光成像儀封閉式FluorCam葉綠素螢光成像系統（配備OJIP成像功能）FytoScope植物生長箱FKM多光譜螢光動態顯微成像系統

　　參考文獻：

　　1.RusaczonekA,etal.2015.RoleofphytochromesAandBintheregulationofcelldeathandacclimatoryresponsestoUVstressinArabidopsisthaliana.JournalofExperimentalBotanyDOI:10.1093/jxb/erv375

　　2.JacobsM,etal.2016.PhotonicmultilayerstructureofBegoniachloroplastsenhancesphotosyntheticefficiency.NaturePlants,doi:10.1038/nplants.2016.162

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