— 生態(tài) · 農(nóng)業(yè) · 健康 —
在全球氣候變化日益嚴(yán)峻的背景下,，干旱脅迫已經(jīng)成為限制作物產(chǎn)量的主要因素。產(chǎn)量損失與多種變化相關(guān),，其中光合作用效率的降低是影響作物產(chǎn)量的關(guān)鍵生理指標(biāo)之一,。研究顯示，葉綠素?zé)晒鈪?shù)光ΦPSII能夠代表光合實(shí)際效率,，表征實(shí)際光合作用的活性水平,，是干旱早期最敏感的指標(biāo)之一。此外,，高光譜成像技術(shù)通過(guò)反射率參數(shù),，能夠迅速檢測(cè)干旱脅迫下光合作用活性的強(qiáng)弱，詳細(xì)監(jiān)測(cè)小麥植物的響應(yīng)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(jù)之一,。
俄羅斯的研究學(xué)者以24個(gè)軟春小麥品種（C1-C24）為研究對(duì)象，進(jìn)行干旱處理（DS）,，同時(shí)設(shè)置對(duì)照組（CC），分別在干旱0,、3,、5、7,、10,、14天測(cè)量相關(guān)參數(shù)。
葉綠素?zé)晒鈪?shù)：利用葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù),，在干旱0,、5、10天分別記錄光系統(tǒng)II最大量子效率Fv/Fm,、有效光化學(xué)量子產(chǎn)率ΦPSII等參數(shù),，發(fā)現(xiàn)ΦPSII在干旱早期（5天）即顯著下降，伴隨非光化學(xué)淬滅（ΦNPQ）升高,；長(zhǎng)期干旱（10天）導(dǎo)致Fv/Fm降低,，表明光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受損?；?Phi;PSII動(dòng)態(tài)變化,，建立低耐受性（NT）、中等耐受性（MT）,、高耐受性（HT）和極高耐受性（HHT）四類基因型評(píng)估體系,，助力耐旱品種定向選育。其中,，HHT組（如C7,、C9）在長(zhǎng)期干旱下仍保持光合系統(tǒng)穩(wěn)定。
圖1：干旱發(fā)展過(guò)程中葉綠素?zé)晒鈪?shù)的動(dòng)態(tài)變化（左）及基于ΦPSII動(dòng)態(tài)變化劃分的四類基因型品種組
高光譜特征提?。?/strong>干旱導(dǎo)致反射光譜在550-700nm和730-1000nm區(qū)域變化顯著,，反映了葉片色素組成和結(jié)構(gòu)改變。利用光譜特征成功的篩選出四個(gè)與ΦPSII強(qiáng)相關(guān)的NDIs指數(shù)（歸一化差異指數(shù)）,。這些NDIs可用于直接評(píng)估干旱下的光合活性,，無(wú)需對(duì)照組，其中NDI572/545和NDI820/630對(duì)土壤水分虧缺敏感性高,，與干旱下光合活性變化的相關(guān)性最強(qiáng),，為基因型篩選提供量化依據(jù)。極高耐受性HHT組品種在干旱10天后仍維持ΦPSII穩(wěn)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%,。
圖2：不同干旱天數(shù)下對(duì)照組(A)和干旱組(B)植物的反射光譜，以及對(duì)照與干旱植物之間的差異光譜(C)
圖3：干旱脅迫下四個(gè)抗旱品種組的NDIs的干旱誘導(dǎo)動(dòng)態(tài)（左）和NDIs與ΦPSII之間的相關(guān)性分析
該研究建立了基于光譜反射指數(shù)與葉綠素?zé)晒鈪?shù)的小麥光合活性評(píng)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(yīng)對(duì)全球氣候變化帶來(lái)的農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)。
高光譜成像技術(shù)搭配葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù),，可同步監(jiān)測(cè)反射光譜特征,、ΦPSII、非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）等關(guān)鍵參數(shù),，實(shí)現(xiàn)從光譜反射到生理機(jī)制的全鏈條解析,。在育種早期階段，輔助育種過(guò)程中光合潛力的快速評(píng)估,，加速耐旱品種選育,。
（2）抗逆機(jī)制深度解析
通過(guò)光譜指數(shù)與生理參數(shù)的關(guān)聯(lián)分析，揭示干旱脅迫下葉黃素循環(huán),、類囊體膜穩(wěn)定性等分子機(jī)制,。例如，NDI572/545的變化與葉黃素循環(huán)色素環(huán)氧化狀態(tài)密切相關(guān),，為耐旱基因挖掘提供靶點(diǎn),。
（3）高通量基因型篩選體系的建立
通過(guò)光譜指數(shù)與葉綠素?zé)晒獠羺?shù)的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，構(gòu)建快速篩選+精準(zhǔn)分類的“光譜-生理-基因型”三級(jí)評(píng)估模型,。
易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司深耕農(nóng)業(yè)光譜研究領(lǐng)域,，基于前沿科研成果研制了適用于實(shí)驗(yàn)室、樣方以及大田等多種場(chǎng)景的植物表型成像解決方案,，為作物的耐旱性評(píng)估與高效育種提供革命性技術(shù)支持,。
（1）PhenoTron® PTS植物表型成像分析平臺(tái)
該平臺(tái)利用PTS植物自動(dòng)傳送技術(shù)，通過(guò)專利掃描平臺(tái)實(shí)現(xiàn)樣品自動(dòng)傳送,，一次運(yùn)行完成高光譜,、葉綠素?zé)晒獾榷嗄B(tài)數(shù)據(jù)采集，掃描面積超1200×300mm,，定位精度≤1mm,。具備多傳感器協(xié)同成像：可進(jìn)行高光譜成像、多光譜熒光成像,，進(jìn)而評(píng)估植物的生理生化指標(biāo),、脅迫狀態(tài)等。
（2）PhenoTron®移動(dòng)式植物表型分析系統(tǒng)
PhenoTron®移動(dòng)式植物表型分析系統(tǒng),，采用STP技術(shù),，集成XYZ三軸全自動(dòng)掃描系統(tǒng),、表型光譜成像傳感器、控制系統(tǒng)及分析軟件,，系統(tǒng)具備腳輪,，機(jī)動(dòng)靈活，多場(chǎng)景適用,，可對(duì)大田,、溫室、實(shí)驗(yàn)室等原位生長(zhǎng)作物/植物,、盆栽植物或蒸滲儀系統(tǒng)作物/植物進(jìn)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(tǒng)
模塊式植物表型成像分析系統(tǒng)基于易科泰新一代農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)——FluorTron葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)與多光譜熒光成像技術(shù)，及Thermo-RGB紅外熱成像與可見(jiàn)光成像融合分析技術(shù)和高光譜成像技術(shù),，可全面分析植物特別是葉片水平和冠層形態(tài)結(jié)構(gòu)、顏色,、光合作用,、生理狀態(tài)、氣孔動(dòng)態(tài),、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(jià)比、高靈敏度,、數(shù)字化與可視化等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn),，是植物光合生理與表型分析、生理生態(tài)觀測(cè)分析,、遺傳育種與抗性篩選,、植物健康檢測(cè)與病蟲(chóng)害早期檢測(cè)的有力工具。
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