2016年,北京易科泰生态技术有限公司工程师为浙江大学生物系统工程与食品科学学院、西北农林科技大学园艺学院、上海大学生命科学学院分别安装了FluorCam开放式多光谱荧光成像系统、FluorCam开放式大型版多光谱荧光成像系统、FluorCam封闭式多光谱荧光成像系统,是全国首三例正真的多光谱荧光成像系统。

图1 浙江大学生物系统工程与食品科学学院FluorCam开放式多光谱荧光成像系统

图2 西北农林科技大学园艺学院FluorCam开放式大型版多光谱荧光成像系统

图2 上海大学生命科学学院FluorCam封闭式多光谱荧光成像系统
Multi-color FluorCam 多光谱荧光成像技术由全球著名的PSI 公司在叶绿素荧光成像的基础上研制开发的,该技术是利用长波段UV 紫外光(320nm-400nm)对植物叶片激发,产生具有4 个特征性波峰的荧光光谱,4 个波峰的波长为蓝光440nm(F440)、绿光520nm(F520)、红光690nm( F690 ) 和远红外740nm(F740);F440 和F520统称为BGF,由表皮及叶肉细胞壁中共价结合的阿魏酸(由夜跑中的肉桂酸和类黄酮调控)和叶脉发出,受胁迫的情况下,F440/F690和F440/F740会增加或减少,某些植物的F520会增加。另外蓝光440nm(F440)和绿光520nm(F520)与类胡萝卜素、花青素等次级代谢产物的含量成正比;F690 和F740为叶绿素荧光Chl-F。F740与叶绿素浓度成相关,F680与叶绿素a和叶绿素b的比值变化有关。F690/F740是原位叶绿素含量的反向指标。胁迫会引起叶绿素含量减少,F690/F740会增加。紫外光激发多光谱荧光(UV-MCF)可以用来灵敏、特异性地评估植物生理状态包括受胁迫状态,包括干旱、病虫害、环境污染、氮胁迫等。

表1 蓝绿荧光的特征

表2 叶绿素荧光的特征

FluorCam多光谱荧光成像系统具备紫外光作为多光谱的激发光;还具备红蓝光源,作为叶绿素荧光成像的激发光;浙江大学和西北农林科技大学开放式多光谱荧光成像还选配了红光/红外双色光,作为PAR吸收系数的光源;西北农林科技大学大型版开放式多光谱还选配了GFP模块、选配了青色光源和绿色光源进行YFP/CFP/EGFP以及各种荧光染料成像分析模块;还选配白色光源作为模拟自然光使用;除具备激发光源,多光谱荧光成像技术都具备相应的滤波器技术,以检测到相应波段的荧光。
浙江大学FluorCam开放式多光谱荧光成像系统可进行叶绿素荧光成像分析(Fv/Fm、Kautsky诱导效应、荧光淬灭)、PAR吸收系数、多光谱成像,调试重点进行多光谱荧光成像分析,使用材料为办公室盆栽。运行Fv/Fm、Kautsky诱导效应、荧光淬灭程序,运行正常,但是实验材料未进行暗适应,而且基本是在室内生长,室内阳光不充足已经对该室内盆栽形成了一定的胁迫,所以QY值在0.77,没有达到0.8。PAR吸收系数:同样选择盆栽进行PAR吸收测量,正常植物的PAR吸收系数为0.8-0.84,实验材料为长期在室内培养,其值在0.57左右。



利用浙江大学FluorCam开放式多光谱荧光成像系统进行多光谱荧光成像分析,实验材料还是选择室内盆栽,刚离体后进行一次多光谱实验,离体后3个小时之后进行一次多光谱实验,18个小时之后进行一次多光谱,多光谱荧光成像所能测的数据如下:
|
BF |
GF |
RF |
IrF |
|
BF_GF |
BF_RF |
BF_IrF | |
|
GF_BF |
GF_RF |
GF_IrF | |
|
RF_BF |
RF_GF |
RF_IrF | |
|
IrF_BF |
IrF_GF |
IrF_RF |
实验结果如下:
|
刚离体 |
离体2小时 |
离体18小时 | |
|
BF |
335.25 |
356.38 |
341.31 |
|
GF |
333.6 |
370.25 |
368.65 |
|
RF |
890.44 |
690.71 |
737.39 |
|
IrF |
1848.06 |
1469.6 |
1370.47 |
|
BF_GF |
1.01 |
0.97 |
0.93 |
|
BF_RF |
0.39 |
0.54 |
0.5 |
|
BF_IrF |
0.19 |
0.26 |
0.28 |
|
GF_BF |
1.01 |
1.05 |
1.09 |
|
GF_RF |
0.39 |
0.56 |
0.54 |
|
GF_IrF |
0.19 |
0.27 |
0.31 |
|
RF_BF |
2.69 |
1.96 |
2.18 |
|
RF_GF |
2.7 |
1.89 |
2.03 |
|
RF_IrF |
0.49 |
0.49 |
0.57 |
|
IrF_BF |
5.59 |
4.18 |
4.06 |
|
IrF_GF |
5.6 |
4.04 |
3.77 |
|
IrF_RF |
2.1 |
2.14 |
1.86 |
1)F740与叶绿素浓度成反比,随着离体时间越长逐渐变小,叶绿素浓度降低


2)离体胁迫的情况下,F440/F740增大。

FluorCam多光谱荧光成像系统为真正的多光谱荧光成像,可以反映早期病虫害等胁迫的情况,也可以反映次级代谢,通过多光谱荧光特别是F440、F520、F680及其比率F440/F680、F520/F680,可以分析植物次级代谢产物酚类化合物的积累过程。FluorCam多光谱荧光成像系统将为浙江大学、西北农林科技大学、上海大学的科研工作贡献一份力量。