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安阳叶绿素荧光成像

发表于:2020-11-25 18:00:34 来源:http://ay.chongshengyiqi.com/product653425.html

在作物发育的早期阶段及时发现病虫害、病菌感染或杂草可以在很大程度上降低农药的使用率,但在实际操作中却困难重重,因为在世界范围内,经常会出现一些对农药具有抗性的杂草、病菌或害虫。因此,如何选择合适的农药并取得理想的效果同样是非常困难的。如何应对这些挑战,亟需使用新的传感器,在田间条件下快速,准确的检测早期植物胁迫,指导农业生产。


本文重点介绍了一种基于安阳叶绿素荧光成像测量的传感器。该传感器可以通过Fv/Fm量化除草剂和病原体对植物产生的胁迫叶绿素荧光与热量构成了捕获光能中损失掉的部分,这部分无效激发能的比例取决于光系统II的状态。在暗处理的叶片中(光系统II完全开放),荧光发射比例约为吸收光的2%到10%。1931年,Kautsky和Hirsch就已经观察到了叶绿素荧光强度与光合作用状态之间的关系,因此叶绿素荧光可以作为光合作用的有效探针。在叶绿素荧光测量过程中,叶片突然曝露在强光下,首先会表现为荧光产率快速上升,然后在几分钟内缓慢下降。最初荧光上升可以反映了PS II反应中心从完全开放到完全关闭的转变,即从可以进行光化学反应的状态到不能进行光化学反应的状态。在PS II中,光能捕获由捕光天线来完成,光驱动的电荷分离由反应中心完成。发生电荷分离的反应中心将电子通过脱镁叶绿素传递至QA,QA是与PS II反应中心结合的质体醌分子。在QA?存在的情况下,PS II反应中心关闭,因为它不能利用激发能进行稳定的电荷分离,多余的激发能由捕光天线,发射荧光(和热)。QA通过把电子传递给QB被迅速再氧化。非常高的光强度(饱和脉冲)会导致QB被完全还原,此时,QA-不能再氧化,也就是说PS II反应中心完全关闭


荧光发射和光化学淬灭激发能的分配解释了为什么在黑暗中(即PS II反应中心完全开放的情况下)测量最小荧光(Fo),而在反应中心完全关闭时测量最大荧光(Fm)的原因。Kitajima和Butler在1975年已经推导出荧光比率参数Fv/Fm(其中Fv = Fm - Fo)与PS II的最大光化学效率有关。迄今为止,Fv/Fm参数在植物胁迫研究中一直发挥着重要作用。


使用叶绿素荧光技术分析除草剂对植物胁迫早有报道,也曾引起了业界的广泛关注。因为使用除草剂是常规农业中最有效,最常用的杂草控制策略。理想的除草剂会选择性地消灭杂草,但不会伤害农作物。然而现实与理想总是有差距的,即便是选择性极强的除草剂也可能会危害作物。除了除草本身以外,不利的天气条件、施用时机不当、错误的频率、混合物的其他有效成分以及辅助剂的添加等因素也会影响除草剂的选择性,可能还会造成意想不到的严重后果。因此,除草剂的选择性不足或使用不当,不可避免地会造成作物生物量减少和产量损失。另外,除草剂的选择性还取决于农作物的品种:例如,植物体内活性成分排毒能力的提高可以降低除草剂的毒性效应。所以,量化除草剂对作物和杂草的胁迫对评估除草剂的有效性至关重要。


回到叶绿素荧光测量,最初,Fv/Fm测量仅限于个别专业能力非常强的实验室,后来,随着脉冲振幅调制荧光仪(PAM)的商业化,测量Fv/Fm和其他荧光参数逐渐成为了一种常见的光合作用分析方法。叶绿素荧光测量具有原位,无损等特点被广泛接受和认可。再后来,为了实现田间叶绿素荧光测量,现场直接检测植物受到的胁迫,商业化的PAM荧光仪制造商对现有PAM成像设备的硬件和软件进行了升级。本研究的目的旨在介绍PAM成像技术作为一种快速、非侵入性的工具来分析除草剂和病原菌胁迫,并鉴定田间抗除草剂杂草,为今后作物栽培管理决策提供一种有效的工具

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