种质资源检测技术应用案例：纳米颗粒对种子萌发和幼苗早期生长的影响
2026-03-19 来源:本站 点击次数:56
近年来，纳米技术在医药、农业、材料等多领域快速发展，推动纳米材料的生产与应用规模持续扩大，大量纳米材料随之进入大气、水体、土壤等自然环境中。目前，纳米材料对生态环境的潜在影响尚未得到系统深入的探究，因此分析其环境污染风险、揭示纳米颗粒对生态系统及种质萌发的影响，具有重要的理论研究价值与实际应用意义。
北京易科泰生态技术有限公司致力于生态-农业-健康领域，依托深厚技术实力，推出纳米材料胁迫下种质萌发检测技术方案。针对种质材料，系统分析叶绿素荧光、反射光谱、稳态荧光光谱、温度、根长等关键指标，全面探究纳米材料对种质萌发的影响，提供了一系列创新技术与产品，助力种质检测。
案例一：纳米颗粒对水稻种子萌发的影响
全球气候变化背景下，温度胁迫已成为制约农作物生产的主要非生物逆境。水稻作为世界主要粮食作物之一，其稳产高产对保障粮食安全具有重要意义。鉴于传统抗逆栽培技术存在应用局限，通过纳米材料对水稻种子进行调控处理，以期增强水稻抗逆能力，为应对气候变化下的粮食生产挑战提供新策略。
使用紫外光激发植物荧光成像，结果显示，纳米处理组的叶绿素荧光的光谱峰值普遍大于对照组，其中蓝绿荧光与叶绿素荧光的比值指数反映植物胁迫程度，纳米处理组普遍低于对照组，这说明了纳米材料对种子萌发的抗胁迫性，此外，比值参数F735/F700反映叶绿素含量，纳米处理组大于对照组。
相关技术产品介绍：FluorTron®多功能高光谱成像分析系统
产品特色：基于自主研发的FluorTron®多功能高光谱成像分析技术，创新性的融合了反射光高光谱成像、多激发光激发叶绿素荧光成像及UV-MCF生物荧光成像分析三大功能，突破了传统高光谱设备的局限。
案例二：氧化铜纳米颗粒对田菁种子萌发的影响
多功能高光谱成像分析
田菁种子经不同浓度CuO NPs（0、100、200、300 和 400 mg・L⁻¹）浸泡 120 小时后，待其胚萌发出的第一片子叶时，在其子叶上进行稳态叶绿素荧光检测。
结果表明，样品经 405 nm激发光下，在红光和远红光区域呈现出两个发射峰，峰值分别出现在 685 nm 和 725 nm 处。与对照组（H₂O）相比，100、200 mg・L⁻¹ CuO NPs处理组的叶绿素荧光强度有所升高，而 300、400 mg・L⁻¹ 高浓度处理组则表现为荧光强度显著受抑。这一现象可能与叶绿素分子作为储备物质被消耗有关，随着CuO NPs浓度的上升，叶绿素分子会对红光荧光产生相较于远红光荧光的选择性重吸收，最终导致叶绿素含量下降。
荧光比值 F685/F725 可反映植物的生理状态与叶绿素含量，常被用于评估光系统 II 的最大光化学效率，也是表征叶绿素水平与氧化胁迫程度的重要指标。对 F685/F725的分析结果显示，经氧化铜纳米颗粒处理的种子，其叶绿素含量虽发生变化，但组间差异未达到显著水平。
对氧化铜纳米颗粒（CuO NPs）处理后萌发的田菁种子的平均根长进行分析，结果显示：100 mg・L⁻¹ 和 200 mg・L⁻¹ CuO NPs 处理组的平均根长分别为 18.6 mm 和 18.9 mm。与对照组（H₂O，23.4 mm）相比显著降低（t 检验，p < 0.05，n = 12）；在 300 mg・L⁻¹ 和 400 mg・L⁻¹ 较高浓度处理下，田菁种子的平均根长分别为 21.2 mm 和 19.9 mm，虽整体呈下降趋势，但与对照组（H₂O）相比无显著差异（t 检验，p < 0.05，n = 12）。
根长抑制的表型如图所示。本研究进一步证实，当植物受到纳米颗粒诱导的逆境胁迫时，其地上部分或根系的生长会受到抑制。
叶绿素荧光成像分析
田菁种子在不同浓度（0、100、200、300 和 400 mg・L⁻¹）氧化铜纳米颗粒（CuO NPs）浸泡 120 小时后，对其胚端进行叶绿素荧光动力学成像分析，测定光适应下的最大荧光（Fm'）与非光化学猝灭（NPQ'）,对比处理组与对照组种子随萌发时间的动态变化规律。
结果显示，各浓度的 CuO NPs 均显著诱导了光稳态下NPQ ' 的变化。在子叶形成期（48 h 和 72 h）时， NPQ' 显著升高。但在 72 h 后，NPQ' 趋势发生逆转，至120 h 时出现显著下降；这可能与第一片真叶形成、种子向幼苗转变有关，此时植株可进行自我调节。同时，Fm' 在萌发全程均受抑，120 h 时仍未恢复至对照水平，进一步证实 CuO NPs 对种子光合生理功能存在持续性干扰。
Thermo-RGB成像分析
利用红外热成像技术监测，不同浓度 CuO NPs 处理的田菁种子萌发过程中的平均温度，结果显示，与对照组（H₂O）相比，经不同浓度 CuO NPs（100、200、300 和 400 mg・L⁻¹）处理的田菁种子在萌发初期（24–96 h）表面温度均出现显著升高（t 检验，p < 0.05，95% 置信度），且该效应在 48 h 和 72 h 时尤为明显（图中星号标记）。随萌发进程推进，种子温度逐渐向对照组水平恢复，体现出机体稳态调节对温度波动的缓冲作用。在 120 h 时，各浓度处理组与对照组的温度差异整体缩小，但 200 和 400 mg・L⁻¹ 组仍保持略高于对照组的趋势。此外，种子温度随时间的变化并非线性，在 72–96 h 期间呈现明显波动特征，这一现象可能与萌发过程中多种内外因子协同调控的代谢动态变化相关。
相关技术产品介绍：新一代农业传感器技术
产品特色：作为易科泰核心创新成果，衍生产品包括 FluorTron® 叶绿素荧光成像系统、多光谱荧光成像系统、Thermo-RGB 成像传感器等，具备多参数、非损伤、高通量、实时监测优势，应用场景广泛，包括：
参考文献：
[1] Santos ESD, Graciano DE, Falco WF, Caires ARL, Arruda EJ. Effects of copper oxide nanoparticles on germination of Sesbania virgata (FABACEAE) plants. An Acad Bras Cienc. 2021-4-26;93(3)
北京易科泰生态技术有限公司致力于生态-农业-健康领域，依托深厚技术实力，推出纳米材料胁迫下种质萌发检测技术方案。针对种质材料，系统分析叶绿素荧光、反射光谱、稳态荧光光谱、温度、根长等关键指标，全面探究纳米材料对种质萌发的影响，提供了一系列创新技术与产品，助力种质检测。
案例一：纳米颗粒对水稻种子萌发的影响
全球气候变化背景下，温度胁迫已成为制约农作物生产的主要非生物逆境。水稻作为世界主要粮食作物之一，其稳产高产对保障粮食安全具有重要意义。鉴于传统抗逆栽培技术存在应用局限，通过纳米材料对水稻种子进行调控处理，以期增强水稻抗逆能力，为应对气候变化下的粮食生产挑战提供新策略。
使用紫外光激发植物荧光成像，结果显示，纳米处理组的叶绿素荧光的光谱峰值普遍大于对照组，其中蓝绿荧光与叶绿素荧光的比值指数反映植物胁迫程度，纳米处理组普遍低于对照组，这说明了纳米材料对种子萌发的抗胁迫性，此外，比值参数F735/F700反映叶绿素含量，纳米处理组大于对照组。
相关技术产品介绍：FluorTron®多功能高光谱成像分析系统
产品特色：基于自主研发的FluorTron®多功能高光谱成像分析技术，创新性的融合了反射光高光谱成像、多激发光激发叶绿素荧光成像及UV-MCF生物荧光成像分析三大功能，突破了传统高光谱设备的局限。
- 提供筛选指标：FluorTron®多功能高光谱成像技术能够精准捕获种子的反射光谱与荧光光谱，能高效评估萌发潜力、抗逆能力等关键活力指标，为高活力种子筛选提供基础数据。
- 种子品质检测：能够进行种子品种分类和分级、种子成分和属性预测、清洁度评估、损伤与病害检测。
- 荧光蛋白检测：能对绿色荧光蛋白（GFP）、红色荧光蛋白（RFP）等成像检测。
案例二：氧化铜纳米颗粒对田菁种子萌发的影响
多功能高光谱成像分析
田菁种子经不同浓度CuO NPs（0、100、200、300 和 400 mg・L⁻¹）浸泡 120 小时后，待其胚萌发出的第一片子叶时，在其子叶上进行稳态叶绿素荧光检测。
结果表明，样品经 405 nm激发光下，在红光和远红光区域呈现出两个发射峰，峰值分别出现在 685 nm 和 725 nm 处。与对照组（H₂O）相比，100、200 mg・L⁻¹ CuO NPs处理组的叶绿素荧光强度有所升高，而 300、400 mg・L⁻¹ 高浓度处理组则表现为荧光强度显著受抑。这一现象可能与叶绿素分子作为储备物质被消耗有关，随着CuO NPs浓度的上升，叶绿素分子会对红光荧光产生相较于远红光荧光的选择性重吸收，最终导致叶绿素含量下降。
荧光比值 F685/F725 可反映植物的生理状态与叶绿素含量，常被用于评估光系统 II 的最大光化学效率，也是表征叶绿素水平与氧化胁迫程度的重要指标。对 F685/F725的分析结果显示，经氧化铜纳米颗粒处理的种子，其叶绿素含量虽发生变化，但组间差异未达到显著水平。
根长抑制的表型如图所示。本研究进一步证实，当植物受到纳米颗粒诱导的逆境胁迫时，其地上部分或根系的生长会受到抑制。
叶绿素荧光成像分析
田菁种子在不同浓度（0、100、200、300 和 400 mg・L⁻¹）氧化铜纳米颗粒（CuO NPs）浸泡 120 小时后，对其胚端进行叶绿素荧光动力学成像分析，测定光适应下的最大荧光（Fm'）与非光化学猝灭（NPQ'）,对比处理组与对照组种子随萌发时间的动态变化规律。
结果显示，各浓度的 CuO NPs 均显著诱导了光稳态下NPQ ' 的变化。在子叶形成期（48 h 和 72 h）时， NPQ' 显著升高。但在 72 h 后，NPQ' 趋势发生逆转，至120 h 时出现显著下降；这可能与第一片真叶形成、种子向幼苗转变有关，此时植株可进行自我调节。同时，Fm' 在萌发全程均受抑，120 h 时仍未恢复至对照水平，进一步证实 CuO NPs 对种子光合生理功能存在持续性干扰。
Thermo-RGB成像分析
利用红外热成像技术监测，不同浓度 CuO NPs 处理的田菁种子萌发过程中的平均温度，结果显示，与对照组（H₂O）相比，经不同浓度 CuO NPs（100、200、300 和 400 mg・L⁻¹）处理的田菁种子在萌发初期（24–96 h）表面温度均出现显著升高（t 检验，p < 0.05，95% 置信度），且该效应在 48 h 和 72 h 时尤为明显（图中星号标记）。随萌发进程推进，种子温度逐渐向对照组水平恢复，体现出机体稳态调节对温度波动的缓冲作用。在 120 h 时，各浓度处理组与对照组的温度差异整体缩小，但 200 和 400 mg・L⁻¹ 组仍保持略高于对照组的趋势。此外，种子温度随时间的变化并非线性，在 72–96 h 期间呈现明显波动特征，这一现象可能与萌发过程中多种内外因子协同调控的代谢动态变化相关。
相关技术产品介绍：新一代农业传感器技术
产品特色：作为易科泰核心创新成果，衍生产品包括 FluorTron® 叶绿素荧光成像系统、多光谱荧光成像系统、Thermo-RGB 成像传感器等，具备多参数、非损伤、高通量、实时监测优势，应用场景广泛，包括：
- FluorTron®叶绿素荧光成像系统：高分辨率、高灵敏度叶绿素荧光动态成像技术，内置多种测量Protocols，可自动运行精准测量叶绿素荧光关键参数Fo、Fm、QYmax、YPSII、NPQ、Rfd等，解析种子萌发后子叶的光合生理情况。
- FluorTron®多光谱荧光成像系统：升级多通道荧光成像，可灵敏检测多光谱荧光参数Fb、Fg、Fr、Ffr、Fb/Fr、Fb/Ffr、Fr/Ffr，早期诊断种子状态、成熟度等生理信息。
- Thermo-RGB 成像传感器：双镜头主机，有效融合了温度信息、RGB颜色信息及2000万高分辨率优势，精准去除样品背景，同时可检测形态、颜色及温度分布等，可检测种子形态、颜色及温度分布、种子萌发温度成图分析等。
- 灵活配置与融合监测：支持多种成像技术同步采集与融合分析，可提供多元配置，支持选配多种激发光与滤光片组合，可定制不同场景搭载平台，全面监测植物多维度生理信息。
参考文献：
[1] Santos ESD, Graciano DE, Falco WF, Caires ARL, Arruda EJ. Effects of copper oxide nanoparticles on germination of Sesbania virgata (FABACEAE) plants. An Acad Bras Cienc. 2021-4-26;93(3)
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