植物光合生理连续监测的系统解决方案
1 背景
对植物的生理指标进行连续监测是灌溉决策、农业自动化控制、长期定位生态学等领域的科研人员非常希望解决的问题。常用监测指标包括植物茎流、茎杆生长、果实生长、叶片温度等,而对其它复杂的生理指标进行监测是很困难的。
光合作用做为植物最核心的代谢过程,科研人员早就希望能对其进行连续监测,以便及时发现环境因子的改变对植物生理状态的影响,但传统的测定方法难以满足这种要求。光合作用研究的三大技术包括气体交换、叶绿素荧光和氧电极,这三种技术互为补充且各有优缺点。氧电极法测定光合放氧会对样品造成破坏,不适于野外监测研究;普通的光合气体交换系统也可进行连续监测,但一天只能测定几个点,监测密度很低,且仪器较重,测定费时费力。如进行单点连续监测,一次也只能监测一片叶子,而且长时间闭合叶室还会严重影响植物的正常生长,可行性不高;调制式叶绿素荧光仪(PAM)具有方便、快速、可进行无损测定等优点,已被广泛应用于植物光合生理研究中,但普通的叶绿素荧光仪因受电池、防水等因素的限制,不适用于野外长期监测。另外仅通过光合生理指标也很难全面反映植物整体的生理状态,还需要其他生理指标及环境因子的数据作为补充。
针对以上问题,泽泉生态开放实验室推出了一套植物光合生理连续监测系统解决方案,以期为植物生理生态研究、作物栽培、灌溉决策、农业自动化控制、长期定位生态学等领域的科研工作者提供一套植物科学研究和应用的有力工具。
2 解决方案
2.1 目标
在不影响植物正常生长的条件下,实现对植物光合气体交换、叶绿素荧光等光合生理指标进行长期多点连续监测,结合对其他生理指标及多种环境因子的监测,从而精确反映环境因子的变化对植物光合生理状态的动态影响,为植物生理生态研究、作物栽培、灌溉决策、农业自动化控制、长期定位生态学等领域提供一套有效的解决方案。
2.2 功能
1)原位、非破坏地测定植物光合气体交换和叶绿素荧光参数,不影响植物的正常生长
2)长期、定点连续监测植物光合作用的动态变化
3)可同时监测植物多个叶片的光合作用变化
4)可同步监测多种生理指标及环境因子的变化,获取信息更加全面
4)全面、灵敏、准确地反映各环境因子对植物光合作用及其他生理指标的影响
2.3 测定指标
1)光合气体交换参数
净光合速率、呼吸速率、蒸腾速率、气孔导度、水蒸气压差等
2)叶绿素荧光参数
Fo、Fm、Fv/Fm、Ft、Fm’、ΦPSⅡ(Yield)、qP、qN、NPQ、qL、Y(NO)、Y(NPQ)、rETR、PAR和温度等
3)其他可连续监测的环境因子和植物生理指标
空气温湿度、土壤温湿度、叶片温湿度、总辐射、光合有效辐射、茎流速率、茎杆微变化、果实微变化等
2.4 应用领域
1)灌溉决策系统
2)长期定位生态学
3)农作物生理连续监测
4)农业自动化控制
5)温室植物生理监测、自控温室
6)作物栽培
7)植物冠层光合监测
8)土壤-植物-大气连续体(SPAC)
9)生态环境监测系统
10)植物生理生态学
3 多通道连续监测型调制荧光仪MONITORING-PAM
调制叶绿素荧光技术(PAM)被称为光合作用研究的三大技术之一,它通过检测叶绿素荧光的变化,反映吸收的光能在光合机构中的分配和利用情况,从而反映植物的光合作用状况,具有测定速度快、精度高、反应灵敏等特点,是光合作用的有效探针。由德国Walz公司专为野外测定而设计的多通道连续监测型调制荧光仪MONITORING-PAM采用调制技术和饱和脉冲技术,通过对植物的叶绿素荧光进行监测,在线反映植物光合机构的光能利用状况。MONITORING-PAM可以同时连接多个探头,对多个不同的叶片进行长时间连续监测。MONITORING-PAM的每个探头相当于一台独立的MINI-PAM,而且所有野外配件均为全防水设计,能满足各种复杂自然条件下的测定要求。
主要功能
可室内连电脑操作,可野外单机操作
野外长期连续监测多个样品的光合作用变化
可测量荧光诱导曲线、快速光曲线(强大的曲线拟合功能)、淬灭分析、暗驰豫分析
野外数采 MONI-DA 可自动记录数据,利用 microSD 卡存储,利用太阳能或内置电池供电
所有野外部件均为防水设计
一台 MONI-DA 可同时连接 1-7 个测量头(推荐配置 3 或 4 个)
测量参数
Fo, Fm, F, Fo’, Fm’, Fv/Fm, Y(II), qP, qL, qN, NPQ, Y(NPQ), Y(NO), ETR, PAR 和温度等
应用领域
长期连续监测植物的光合作用,或连电脑进行常规调制荧光测量。特别适合于长期生态学定位监测、农林气象预报、指导灌溉决策,构建自动化温室等领域。
主要技术参数
测量光:蓝色 LED,455 nm。
光化光:与测量光 LED 同源。叶夹处的最大连续光强为 1500 μmol m-2 s-1。
饱和脉冲:与测量光LED同源。叶夹处最大饱和闪光强度 3500 μmol m-2 s-1。
信号检测:带长通滤光片的 PIN-光电二极管,带选择性锁相放大器。
选购指南
1)陆地版-离线版(兼具在线功能)
系统组成:数采(陆地版),电脑转接盒,测量头(陆地版),10m 线缆,软件,电脑(标配不含)
注意:MONI-DA 可接 7 个测量头,内存卡外置,方便取出下载数据
MONITORING-PAM 图示
2)水下版-离线版(兼具在线功能)
系统组成:数采(水下版),电脑转接盒,测量头(陆地版),10m 线缆,软件,电脑(标配不含)
注意:水下版配置与陆地版近似,只是数采,探头以及所有线缆接口具备防水功能。MONI-DA/S 可接 7 个测量头,内存卡内置,不可取出,用命令下载数据
3)陆地版-在线版
系统组成:电脑转接盒,测量头(陆地版),10m 线缆,软件,电脑(标配不含)
注意:MONI-SET3,可接 3 个测量头,MONI-SET4,可接 4 个测量头
多探头示例
4)水下版-在线版
系统组成:电脑转接盒,测量头(水下版),10m 线缆(推荐),软件,电脑(标配不含)
注意:MONI-SET3,可接 3 个测量头,MONI-SET4,可接 4 个测量头。水下版配置与陆地版近似,只是探头以及所有线缆接口具备防水功能,但转接盒并不防水。
MONITORING-PAM 应用及测量结果
4 植物光合生理及环境监测系统——PTM-48A上海泽泉科技股份有限公司(Zealquest Scientific Technology Co., Ltd.)成立于2000年,是一家专注于高端科研设备研发、系统集成、技术推广、咨询、销售和科研服务的科技型技术企业。公司注册资金3500万元人民币,具有进出口贸易权。
公司总部位于上海浦西,在北京设有分公司,在广州、成都、武汉分别设有代表处。公司全体员工均具有高等教育背景,其中80%的技术研发、技术支持和销售人员具有硕士和博士学位,参加过很多国家和省部级重大科研项目,具有丰富的科研工作经验。公司曾获得上海市高新技术企业、上海市普陀区科技小巨人企业、上海市科技型企业中华全国工商联合会/上海市工商联合会/上海市商会会员单位,曾是上海市专业技术服务平台——生理生态测量与分析平台的依托单位和上海市高新技术成果转化项目承担单位。2012年公司通过了ISO9001质量管理体系认证,获得AAA级信用资质等级认定,获得普陀区科技小巨人企业认定,成为上海市研发公共服务平台加盟单位和“上海市工商联合会”/“上海市商会”会员单位 。2015年获得“专精特新”中小企业认定。2016年成为“上海市生态学学会常务理事单位”和“上海种子行业协会”会员单位,2017年成为“上海市农业工程学会理事单位”。
上海泽泉科技股份有限公司非常注重自主知识产权的申报和保护,公司及子公司上海乾菲诺农业科技有限公司截止2024年底已获得发明专利8项、实用新型54项及软件著作9项,国内外科研期刊发表科研论文20多篇。公司还参与承担了国家自然科学基金重点项目(41030529)和水利部948项目(200907)。
公司秉承推进中国生态环境改善、科技兴国的理念,服务涉及机器人与人工智能应用,生命科学多组学研究,植物表型与植物生理生态、生物育种技术平台建设;土壤、环境气象、水文水利与海洋等领域的最新技术资讯和产品解决方案,服务对象主要为各级科研单位、高校和政府机构。公司先后为科技部“973”项目和“863”项目、国家科技重大专项、国家科技支撑计划、国家“211”工程和“985”工程、中科院知识创新工程、农业部“948”项目、水利部“948”项目等提供技术咨询、仪器设备、系统解决方案和系统集成服务,为项目的顺利完成提供了有力支持。
多年来,公司积极参与相关领域的学术会议,并定期举办相关仪器设备的技术讲座和培训班,在科研和监测领域产生了积极的反响,获得了良好的口碑。截止2024年底,泽泉科技举办公开技术讲座275多场,参会人员超过15000人次;同时在国内外应邀参加学术会议和展会296多次,与相关领域的客户有非常密切的交流合作。
2014年2月,上海泽泉科技股份有限公司在上海浦东孙桥现代农业园区投资成立了上海乾菲诺农业科技有限公司,建设了AgriPhenoTM “高通量植物基因型-表型-育种服务平台”,为植物科研和育种单位提供全面的样品收集和栽培,实验设计和项目合作,以及表型数据与生物信息学分析综合服务。平台成功主持了上海张江国家自主创新示范区专项发展资金重点项目“泽泉科技高通量植物基因型-表型-育种服务平台”。作为主持单位或合作单位参与了上海市农委和科委的30多项政府科研服务项目以及商业服务项目,如科技兴农种业发展项目“农作物分子育种的技术创新研究”和“青菜高通量表型图谱标准的建立及主要性状分析”、科技兴农重点攻关项目“基于图像分析及三维建模技术的黄瓜长势快速评价方法研究”、 “兰科观赏花卉分子育种技术研究与产业化应用”等。为了紧追世界科技发展水平,开启院企合作建立研究型平台的创新尝试,上海泽泉科技股份有限公司与上海市农业科学院,结合双方各自的优势,于2021年5月在上海农业科学院庄行试验站联合成立“上海市农业科学院庄行综合试验站泽泉科技植物表型技术研究平台”,AgriPhenoTM平台从上海浦东孙桥现代农业园区整体迁出,并入新建的植物表型技术研究平台。目前平台除拥有无人机表型平台、温室型和实验室型高通量表型分析系统外,还拥有现代化温室、生物学实验室、植物生理生态测量设备、农业气象测量系统和专业的数据库平台,已经具备了对植物、动物基因测序与植物表型研究的各类条件。可以承担高通量DNA提取、基因测序服务、分子辅助育种、植物生理生态研究等科研实验任务。同时可以为植物功能基因组、农业育种家提供高通量植物基因型测试、高通量植物表型测试和植物基因型-表型生物信息学数据分析等开放式服务。
近年来,随着“生物技术+人工智能+大数据、信息技术”为特征的第四次种业科技革命不断孕育,国际大型种业公司规模不断扩大,种业市场集中度持续提高。生物育种是种业创新的核心,构建现代生物育种创新体系,强化种质资源深度挖掘,突破前沿育种关键技术,培育战略性新品种,实现种业科技自强自立,是解决种源要害、打赢种业翻身仗的关键,也是牢牢把握住粮食安全主动权的根本保障。在这个大背景下,2022年9月,北大荒垦丰种业、上海泽泉科技联合成立北大荒垦丰种业-泽泉科技生物技术与表型服务中心(KA-BPSC),集中优势资源、整合集体力量,为解决种业种源“卡脖子”技术难题,打赢种业翻身仗贡献力量。
展望未来,上海泽泉科技股份有限公司希望在社会多方资源的支持和关怀下,不断提升自己,为社会提供更多、更优秀的产品和一流的服务!
单位名称: |
详细地址:
上海市普陀区金沙江路1038号华东师大科技园2号楼8层
|
qq:
|
联系电话: |
Email: |