利用叶绿素荧光成像在受控气体条件下叶片表型动态光合作用和光保护的高通量过程

来源: 时间:2019-09-23 14:02:57 次数:

利用叶绿素荧光成像在受控气体条件下叶片表型动态光合作用和光保护的高通量过程

近年来,以谷物秸秆为原料生产生物乙醇引起了人们的极大兴趣,这促进了从生物量和含糖量方面提高木质纤维素材料质量的育种计划的发展。此过程需要分析基因型-表型间的关系,尽管基因分型工具非常先进,但表型工具通常不能满足大规模评估的需要,而大规模评估是在田间试验中识别生物乙醇生产潜在特征所必需的。无人机(UAV)平台已经展示了其高效和非破坏性获取作物数据的能力,并应用于高通量表型分析。

从选择大量感兴趣的小麦群体、快速取样叶片材料,到运行用户定义的协议并最终基于叶绿素荧光参数选择感兴趣的线,所提出的筛选管道的图示

本文描述了一个利用叶绿素荧光成像技术在受控气体条件下对离体叶片进行表型动态光合作用和光保护的高通量过程。全天测量时,离体叶片和完整叶片的反应无显著差异(p>0.081)。使用离体叶片,检查了三个普通小麦品种对使用者定义的动态光照机制的响应。在弱光和强光条件下,品种的最大PSII效率(fv’/fm’-p<0.01)和PSII操作效率(fq’/fm’-p=0.04)存在显著差异。此外,非光化学猝灭(NPQ)的诱导和弛豫速率也具有品种特异性。一个专门的成像室被设计和建造在内部,以保持周围的气体切除叶片部分的条件。这样做的目的是操纵电子接收器,如光呼吸。实验室内二氧化碳(CO2)和氧气(O2)的稳定性分别为平均值的±4.5%和±1%。为了测试实验室,在光响应曲线下,在20和200 mmol mol-1 O2和环境[CO2]下测量了普通小麦的Pavon76叶切片。在光照强度低的情况下,Fv’/Fm’在低[O2]下显著升高(P<0.05),而NPQ值和开放的PSII反应中心(qP)的比例在130μmol m-2s-1光合光子通量密度(PPFD)下显著降低。

用于叶绿素荧光成像装置的成像室示意图

来源:Plant Methods. High throughput procedure utilising chlorophyll fluorescence imaging to phenotype dynamic photosynthesis and photoprotection in leaves under controlled gaseous conditions. Lorna McAusland, Jonathan A. Atkinson, Tracy Lawson & Erik H. Murchie. https://plantmethods.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13007-019-0485-x