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前沿技術：搭載閃光誘導葉綠素熒光技術的移動植物表型平臺
發(fā)布時間： 2025-09-23 點擊次數(shù)： 579次翻譯自：Hortidaily（全球溫室園藝界影響力的英文新聞門戶）
原文標題：Inside the new Luke mobile phenotyping platform：First mobile plant phenotyping system with flash-induced chlorophyll fluorescence
“這是目前同類技術中的移動平臺。"芬蘭自然資源研究所（Natural Resources Institute Finland，以下簡稱Luke）的項目研究員Tuomo Laine博士表示，“雖然世界上也有其他集成表型平臺，但我們的系統(tǒng)可以直接搬進生產(chǎn)環(huán)境，在現(xiàn)場進行植物表型分析。"
Tuomo與他的同事正在芬蘭使用一臺移動表型平臺開展實驗，原位解碼植物的語言。該系統(tǒng)由Luke的資深科學家聯(lián)合捷克Photon Systems Instruments（PSI）等公司共同開發(fā)，是一臺將成像實驗室直接搬進溫室的系統(tǒng)，可通過前沿成像技術監(jiān)測植物健康、生理狀態(tài)與光合效率。
該系統(tǒng)于2023年夏天抵達Luke位于圖爾庫附近的園藝研究站，并已在芬蘭的溫室中全年運行，幫助研究人員和商業(yè)種植者了解植物在真實環(huán)境中對光照、脅迫及其他環(huán)境條件的響應。
植物成像技術邁向新階段
Tuomo介紹，該移動表型平臺集成了三種高精度成像技術：
? RGB成像：一臺千萬像素的RGB相機可拍攝植物高清圖像以分析其形態(tài)與顏色，用于監(jiān)測生長動態(tài)、檢測褪綠等變色、評估植物健康狀態(tài)及可見脅迫癥狀。
? 熱成像：一臺熱成像儀，具備20mK的熱靈敏度與1024×768像素的紅外分辨率，可測量葉片與冠層溫度，揭示蒸騰作用、氣孔導度與水分利用效率的變化模式。研究人員可在肉眼可見癥狀出現(xiàn)之前，發(fā)現(xiàn)水分虧缺、高溫或干旱脅迫，甚至生物脅迫與病害的早期信號。
? 葉綠素熒光成像：這是系統(tǒng)中的模塊，搭載FluorCam系統(tǒng)，配備兩臺可互換的相機（均由PSI制造）：
a) 高分辨率相機：用于經(jīng)典PAM（脈沖幅度調制）分析；
b) 超高速相機：支持閃光誘導熒光的高幀率測量。
這些工具可直接觀察光能在植物光合系統(tǒng)中的流動過程，揭示植物將光能轉化為生化能的效率。
該平臺可運行多種專業(yè)實驗，包括光響應曲線、熒光淬滅分析、光合狀態(tài)轉換測量、脅迫誘導的光抑制，以及OJIP成像——后者可提供關于光合機構適應過程與脅迫水平的高靈敏度數(shù)據(jù)。
Tuomo強調：“超高速相機的集成本身就是一項獨特創(chuàng)新。我們的移動系統(tǒng)在實現(xiàn)自由位移的同時可進行超高速閃光誘導成像，實現(xiàn)對光合作用的高階‘指紋圖譜’分析。"
橋接科研與實踐
Luke團隊已與芬蘭商業(yè)溫室密切合作，在番茄與黃瓜等作物上驗證該平臺性能。他們曾借助溫室升降設備，將系統(tǒng)升至冠層頂部進行光合作用測量。這些原位數(shù)據(jù)補充了傳統(tǒng)離體葉片的分析結果——它們在黃瓜等高水勢植物中往往不夠準確。
“起初我們得帶著設備爬上冠層頂部，整套系統(tǒng)重達300多公斤，"Tuomo笑稱，“幸運的是，我們發(fā)現(xiàn)番茄的新鮮離體葉片與活體葉片的光合數(shù)據(jù)非常接近，這大大簡化了我們的實驗流程。"
系統(tǒng)的靈活性還體現(xiàn)在模塊化設計上，支持側面成像，適用于樹莓等高稈作物——這正是Tuomo博士論文的研究對象。
“側面葉綠素熒光成像是該平臺的又一獨特功能，"Laine指出。團隊發(fā)現(xiàn)，不同樹莓品種的光合功能差異顯著，盡管它們的生長習性看起來相似。這一發(fā)現(xiàn)凸顯了該平臺在育種項目中的潛力——植物的生理表現(xiàn)與其形態(tài)特征同樣重要。
為種植者與育種者帶來實際價值
該系統(tǒng)的價值不僅限于科研，也為植物育種者與商業(yè)種植者帶來巨大益處：在育種試驗中，Luke團隊已利用該系統(tǒng)識別出不同基因型在光合效率上的差異，涉及作物包括樹莓、蠶豆、燕麥與馬鈴薯。熱成像與熒光成像被用于比較不同品種對環(huán)境脅迫（如強光或高溫）的響應差異。
在芬蘭冬季漫長、光照不足的氣候條件下，商業(yè)溫室種植者尤其受益。研究團隊與種植者合作，測試不同LED光譜與光照策略對植物的影響。該平臺可比較不同光照條件下植物的脅迫水平、生長狀態(tài)與資源利用效率，幫助種植者優(yōu)化光照設置、提升能源利用效率——這在當前能源價格高企且波動劇烈的背景下尤為重要。
“在芬蘭黑暗的冬季，植物的行為與夏季不同，"Laine指出，“作為研究機構，我們的目標是幫助芬蘭種植者基于數(shù)據(jù)做出決策，優(yōu)化溫室環(huán)境與動態(tài)光照策略——這在今天的能源形勢下尤為關鍵。"
展望商業(yè)化
目前，Luke通過合作研究項目提供該表型平臺服務，并與PSI持續(xù)合作優(yōu)化系統(tǒng)，未來更加工業(yè)化的版本有望服務于更廣泛的用戶群體。
“我們仍在學習如何利用這套成像平臺，"Laine反思道，“但它已經(jīng)為我們提供了大量關于植物如何適應不同生長環(huán)境的信息——以及我們如何幫助種植者提升效率與可持續(xù)性。"
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