SpectraPen/PolyPen手持式光谱仪应用案例：逆境胁迫响应研究
植物/藻类生长过程中会受到各种逆境胁迫因素的影响，对植物/藻类逆境胁迫响应及其调控机制的研究也可以说是永恒的热点，甚至发展出了专门的植物逆境生物学分支。同时，作物抗逆机制和抗逆品种选育更是与全球粮食安全问题紧密相关，具有重大的现实意义。
在植物逆境胁迫响应研究经常会综合利用光谱仪、叶绿素荧光/荧光成像仪、光合仪等仪器。光谱仪测量的植被反射指数可以反映色素、结构、水分含量等方面的变化，叶绿素荧光参数可以反映植物光合系统电子传递受损情况和响应机制，光合仪可以测量CO2同化速率、蒸腾速率并计算水分利用效率，这些数据具备很高的相关性和互补性，能够综合进行植物胁迫表型分析。
水稻灌浆期的夜间高温会显著影响水稻的产量。捷克科学院全球变化研究中心与国际水稻研究所合作研究夜间高温对成熟水稻穗光学特性的变化追踪。研究者使用FluorPen手持式叶绿素荧光仪测量了光合系统有效光化学效率ΦII（也称为有效量子产额QY或ΦPSII）和稳态荧光Fs。SpectraPen SP100手持式光谱仪用于测量叶绿素荧光在690nm和735nm的两个波峰的比值F690/F735。同时使用PolyPen手持式植物反射光谱测量仪的前期型号WinePen测量了反射光谱曲线，并计算了PRI、mSR705、mND705、R470/R570、R520/R675等9项植被指数。这些植被指数与水稻叶片/穗的光合能力、稳态荧光、叶绿素浓度等紧密相关。结果表明，ΦII可以非常有效地检测水稻穗光学特性变化，同时ΦII拐点可准确评估水稻穗衰老的临界点（图1）。而植被指数与叶绿素荧光的联合测量则可以给这种表型分析方法提供更高的准确度（图2）。
图1. 不同品种水稻的有效量子产额QY时间趋势
图2. 反射植被指数与叶绿素荧光参数的线性回归系数
西班牙巴仑西亚理工大学为了研究多种环境友好型多聚包膜尿素肥料对小麦的增产效应，使用多种仪器测量的生理指标与形态参数进行综合分析。其中N-Pen掌上氮素测量仪检测小麦叶片的叶氮含量、FluorPen手持式叶绿素荧光仪测量光合系统有效光化学效率ΦPSII，LCpro光合仪测量CO2同化速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度（图3）。结果表明这些新型肥料能够有效减少氮损耗造成的影响。
图3. 左：施加不同肥料的小麦；右上：氮素含量、有效光化学效率ΦPSII及形态学指标；右下：CO2同化速率和胞间CO2浓度
FluorPen手持式叶绿素荧光仪是一款性价比极高的植物叶绿素荧光仪，具备测量脉冲调制式荧光淬灭曲线和OJIP快速荧光动力学曲线的功能，同时配备多种探头适用于不同实验需求。LCpro光合仪是一款轻便可靠的光合测定仪器，应用时间差分IRGA（红外气体分析）CO2分析模块和双激光调谐快速响应水蒸气传感器精密测量叶片表面CO2浓度及水分的变化情况来考察叶片与植物光合作用相关的参数。通过人工光源、CO2控制单元和温度控制单元可以同时精确调控环境条件，从而测定光强、CO2浓度和温度对植物光合系统的影响。本仪器可在高湿度、多尘等恶劣环境中使用，具有广泛的适用性（图4）。
图4. 左：FluorPen叶绿素荧光仪；右：LCpro光合仪
参考文献：
1. D Šebela, et al. 2015. Temporal chlorophyll fluorescence
signals to track changes in optical properties of maturing rice panicles
exposed to high night temperature. Field Crops Research 177: 75-85
2. Gil-Ortiz R et al. 2020. New Eco-Friendly Polymeric-Coated Urea Fertilizers Enhanced Crop Yield in Wheat. Agronomy 10: 438
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项目成果
