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葉綠素熒光成像技術揭示植物促生菌提升番茄熱波耐受新路徑
發(fā)布時間： 2025-09-01 點擊次數： 690次今年三伏雖已結束，但全國多地仍將持續(xù)35℃甚至38℃以上高溫天氣，農作物熱脅迫風險仍較高。全球變暖、氣候惡化引發(fā)頻繁熱浪，番茄等高溫敏感型作物在這樣的氣候背景下，面臨光合效率下降、減產等挑戰(zhàn)，通過育種、栽培等手段提升作物蔬果的熱耐受性至關重要。
針對這一農業(yè)痛點，里斯本大學研究團隊在《Plant Stress》發(fā)表突破性成果：通過不同方法給番茄施用植物促生菌（PGPB），結合易科泰葉綠素熒光成像系統(tǒng)對OJIP快速熒光動力學曲線、光化學參數等進行分析、建模，精準量化，研究PGPB及不同施用方法對提升番茄熱波脅迫（heat wave stress）耐受性的效果。
植物促生菌(PGPB)通過提高養(yǎng)分利用效率或增強脅迫耐受性來提升作物產量。針對特定非生物或生物脅迫而設計的合成細菌群落（SynCom）應用是前景的工具——其中不僅微生物群落的設計是應用成功的關鍵因素，SynCom施用技術的選擇也能增強其效用。
左圖為本文中使用的大型版FluorCam葉綠素熒光成像系統(tǒng)（示意圖），右側為選區(qū)分析后的實時Fs熒光成像結果。系統(tǒng)具備葉綠素熒光成像功能，還可選配多光譜熒光成像，OJIP快速熒光動力學成像，UV-MCF紫外激發(fā)多光譜熒光成像等功能。成像面積35×35cm，滿足大型植物活體成像。
試驗方法：
研究中，首先利用鹽沼植物根際分離的4種菌，混合成PGPB Syncom，之后通過灌溉法（W）、種子接種法（SI）、藻酸鹽微球包埋法（AS）、葉面噴施法（LS）4種方法分別施用到兩組番茄植株上，對照組為未噴施組（NI）。之后對番茄進行熱波暴露處理2天，其中25/21℃（day/night）作為對照組（C），42/38℃（day/night）為熱波處理（HW），處理完后在25/21℃（day/night）恢復14天為R組。
表型分析：
形態(tài)學指標：株高、活分支數、葉面積，其中葉面積由FluorCam葉綠素熒光成像系統(tǒng)分析獲得。熱波處理時，藻酸鹽微球包埋法處理的番茄，株高和分枝數維持最佳（接近對照組），葉面噴施組葉面積顯著增加?；謴推冢喔确ê驮逅猁}微球組株高恢復。
光合響應：葉綠素熒光成像——OJIP快速熒光動力學分析
1. 葉綠素熒光參數反映番茄光合狀態(tài)差異
熱波脅迫期：未噴施組（NI）的Fv/Fm顯著下降（PSII損傷），能量耗散（DI/RC）升高。PGPB噴施組，Fv/Fm維持相對較高，推測PBPG施用提升番茄反應中心密度（RC/ABS） 和降低能量耗散而緩解損傷。其中藻酸鹽微球組（AS）和葉面噴施組（LS）維持較高的Fv/Fm（>0.7），電子傳遞鏈（ET/RC）損傷最小，說明其對番茄熱波耐受性的改善最為顯著。
恢復期：藻酸鹽微球組（AS）和灌溉組（W）的Fv/Fm、ET/RC恢復至接近脅迫前水平。種子接種組（SI）熒光參數值與未接種組相似，恢復能力最弱。
2. OJIP快速熒光動力學曲線
OJIP曲線顯示，對照組（淺綠色）所有植株無論采用何種PGPB施用技術，其考茨基曲線在形態(tài)和熒光強度方面均表現相似。當熱波處理（紅色）后，未接種植株的熒光強度在整個曲線范圍內急劇下降，同時喪失了曲線的拐點特征，在恢復期，熒光值增強，OJIP曲線拐點恢復恢復。在恢復期，LS、W、AS三種PGPB施用方式處理的番茄熒光增強最為明顯。
統(tǒng)計模型驗證——PLS-DA
利用獲得的熒光數據采用PLS-DA法建模分析，能以精度展示溫度、施用方法的特異性熒光特征，準確區(qū)分不同的PGPB施用方法對植物光化學產生的差異化影響，為未來采用該接種技術進行表型評估提供了工具。結果表明，盡管PLS-DA雙標圖中存在較大離散度，但采用藻酸鹽球體施用（AS）的植株在模型訓練相位展現出非常特異性的熒光特征（組別準確率達100%），展現出持續(xù)促進植物生長和應激反應的高效性及可擴展性。
機制分析
PGPB SynCom通過產生ACC脫氨酶，降低乙烯積累，減少PSII供體側損傷，從而促進植株生長并提升光合效率。研究還發(fā)現脅迫緩解后能量耗散減少，表明PGPB SynCom應用形成了高效的熱耗散機制。
應用價值
葉綠素熒光成像手段不僅量化了PGPB對光系統(tǒng)的保護效應，還可作為PGPB接種效果的高通量表型工具，通過統(tǒng)計模型為施用技術優(yōu)化提供了可量化的表型標記。從施用技術角度，在提升番茄熱波耐受性的效用方面，藻酸鹽微球包埋法 > 葉面噴施法 ≈ 灌溉法 > 種子接種法，而藻酸鹽微球法需接種劑量少、菌體存活率高，更適合規(guī)?；r業(yè)應用。
易科泰生態(tài)技術——葉綠素熒光技術專家
易科泰致力于為科研和應用領域提供優(yōu)良的葉綠素熒光技術解決方案，擁有FluorCam葉綠素熒光成像技術、PlantScreen表型成像技術；以及FluorTron®動態(tài)葉綠素熒光成像技術、FluorTron®葉綠素熒光光譜成像技術、FluorTron®多功能高光譜成像技術、PhenoTron表型平臺等系列產品。
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