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易科泰植物表型成像技術：精準解碼干旱脅迫下作物光合響應機制
發布時間： 2025-06-25 點擊次數： 283次在全球氣候變化日益嚴峻的背景下，干旱脅迫已經成為限制作物產量的主要因素。產量損失與多種變化相關，其中光合作用效率的降低是影響作物產量的關鍵生理指標之一。研究顯示，葉綠素熒光參數光ΦPSII能夠代表光合實際效率，表征實際光合作用的活性水平，是干旱早期最敏感的指標之一。此外，高光譜成像技術通過反射率參數，能夠迅速檢測干旱脅迫下光合作用活性的強弱，詳細監測小麥植物的響應特征，并可作為篩選具有潛力的基因型、培育耐旱品種的依據之一。
n 高光譜成像與葉綠素熒光成像技術的協同創新研究
俄羅斯的研究學者以24個軟春小麥品種（C1-C24）為研究對象，進行干旱處理（DS），同時設置對照組（CC），分別在干旱0、3、5、7、10、14天測量相關參數。
葉綠素熒光參數：利用葉綠素熒光成像技術，在干旱0、5、10天分別記錄光系統II最大量子效率Fv/Fm、有效光化學量子產率ΦPSII等參數，發現ΦPSII在干旱早期（5天）即顯著下降，伴隨非光化學淬滅（ΦNPQ）升高；長期干旱（10天）導致Fv/Fm降低，表明光系統結構受損。基于ΦPSII動態變化，建立低耐受性（NT）、中等耐受性（MT）、高耐受性（HT）和耐受性（HHT）四類基因型評估體系，助力耐旱品種定向選育。其中，HHT組（如C7、C9）在長期干旱下仍保持光合系統穩定。
高光譜特征提取：干旱導致反射光譜在550-700nm和730-1000nm區域變化顯著，反映了葉片色素組成和結構改變。利用光譜特征成功的篩選出四個與ΦPSII強相關的NDIs指數（歸一化差異指數）。這些NDIs可用于直接評估干旱下的光合活性，無需對照組，其中NDI572/545和NDI820/630對土壤水分虧缺敏感性高，與干旱下光合活性變化的相關性，為基因型篩選提供量化依據。耐受性HHT組品種在干旱10天后仍維持ΦPSII穩定，其NDI820/630值較低耐受性NT組高35%-40%，與田間耐旱表型吻合率超90%。
該研究建立了基于光譜反射指數與葉綠素熒光參數的小麥光合活性評估方法，為干旱脅迫下作物表型分析和耐旱育種提供了高效工具，有助于應對全球氣候變化帶來的農業挑戰。
n 應用場景：加速耐旱作物育種與精準農業管理
（1）高通量耐旱品種選育
高光譜成像技術搭配葉綠素熒光成像技術，可同步監測反射光譜特征、ΦPSII、非光化學淬滅系數（NPQ）等關鍵參數，實現從光譜反射到生理機制的全鏈條解析。在育種早期階段，輔助育種過程中光合潛力的快速評估，加速耐旱品種選育。
（2）抗逆機制深度解析
通過光譜指數與生理參數的關聯分析，揭示干旱脅迫下葉黃素循環、類囊體膜穩定性等分子機制。例如，NDI572/545的變化與葉黃素循環色素環氧化狀態密切相關，為耐旱基因挖掘提供靶點。
（3）高通量基因型篩選體系的建立
通過光譜指數與葉綠素熒光擦參數的動態關聯，構建快速篩選+精準分類的“光譜-生理-基因型"三級評估模型。
n 易科泰解決方案
易科泰生態技術有限公司深耕農業光譜研究領域，基于前沿科研成果研制了適用于實驗室、樣方以及大田等多種場景的植物表型成像解決方案，為作物的耐旱性評估與高效育種提供革命性技術支持。
（1）PhenoTron® PTS植物表型成像分析平臺
該平臺利用PTS植物自動傳送技術，通過掃描平臺實現樣品自動傳送，一次運行完成高光譜、葉綠素熒光等多模態數據采集，掃描面積超1200×300mm，定位精度≤1mm。具備多傳感器協同成像：可進行高光譜成像、多光譜熒光成像，進而評估植物的生理生化指標、脅迫狀態等。
（2）PhenoTron®移動式植物表型分析系統
PhenoTron®移動式植物表型分析系統，采用STP技術，集成XYZ三軸全自動掃描系統、表型光譜成像傳感器、控制系統及分析軟件，系統具備腳輪，機動靈活，多場景適用，可對大田、溫室、實驗室等原位生長作物/植物、盆栽植物或蒸滲儀系統作物/植物進行表型成像分析及植物-土壤光譜成像分析等。
（3）易科泰模塊式植物光合表型成像分析系統
模塊式植物表型成像分析系統基于易科泰新一代農業傳感器技術——FluorTron葉綠素熒光成像技術與多光譜熒光成像技術，及Thermo-RGB紅外熱成像與可見光成像融合分析技術和高光譜成像技術，可全面分析植物特別是葉片水平和冠層形態結構、顏色、光合作用、生理狀態、氣孔動態、生化色素分布（選配多光譜或高光譜成像）、脅迫生理等，具有配置靈活、功能全面、高性價比、高靈敏度、數字化與可視化等優勢特點，是植物光合生理與表型分析、生理生態觀測分析、遺傳育種與抗性篩選、植物健康檢測與病蟲害早期檢測的有力工具。
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