植物在生长过程中会受到多种胁迫的影响，包括干旱、温度升高、重金属污染、农药残留、病虫害等。这些胁迫会导致作物生长受阻、产量下降、品质降低。据统计，全球每年约有1.79亿人死于心血管疾病，其中85%死于中风和心脏病发作。这些疾病与植物胁迫有着密切的关系，因为植物是人们食物链的基础。因此，早期检测植物胁迫对于保障食品安全和人类健康至关重要。在全球气候变化的大背景下，农业生产面临着前所未有的挑战。作物生长过程中会受到生物和非生物胁迫的影响，导致产量大幅下降。为了应对这一挑战，科学家们一直在寻找有效的方法来进行早期检测并应对这些胁迫。本篇文章由丹麦奥胡斯大学Michael Moustakas团队撰写并发表于 Biosensors 期刊，在这篇文章中，作者详细介绍了一种新型的检测技术——叶绿素荧光成像分析 (Chlorophyll Fluorescence Imaging Analysis, ChlF IA)，它为我们提供了一种快速、无损、高灵敏度的植物胁迫检测手段。
研究过程与结果叶绿素荧光成像分析技术是一种基于植物叶绿素荧光特性的检测方法。叶绿素是植物进行光合作用的关键色素，其荧光特性可以反映植物光合作用的效率和状态。通过检测叶绿素荧光的变化，可以在早期发现植物的胁迫情况。
1. 叶绿素荧光成像分析的原理
叶绿素荧光成像分析主要依赖于以下几个原理：
- 光合作用：植物通过光合作用将光能转化为化学能，叶绿素在这个过程中发挥着关键作用。
- 荧光发射：叶绿素在吸收光能后，部分能量以荧光的形式发射出来。
- 荧光特性：叶绿素荧光的特性，如荧光强度、光谱分布等，可以反映植物的生理状态。
2. 叶绿素荧光成像分析的应用
叶绿素荧光成像分析可以用于：
- 早期检测：在植物受到胁迫的早期阶段，通过荧光特性的变化进行检测。
- 生物胁迫和非生物胁迫的区分：不同类型的胁迫会导致不同的荧光特性变化。
- 植物生理状态的监测：长期监测植物的荧光特性，了解植物的生长状况和健康水平。
3. 叶绿素荧光成像分析在植物胁迫检测中的应用案例
- 非生物胁迫检测：
(1) 干旱胁迫：通过检测植物在干旱条件下的叶绿素荧光特性变化，可以早期发现植物的干旱胁迫情况。
(2) 重金属胁迫：重金属污染会导致植物光合作用受阻，叶绿素荧光成像可以检测到这种变化。
- 生物胁迫检测：
(1) 病虫害：病虫害会导致植物组织损伤，影响光合作用，叶绿素荧光成像可以反映这种影响。
(2) 病原体感染：植物受到病原体感染时，光合作用效率下降，叶绿素荧光特性会发生变化。
4. 叶绿素荧光成像分析的优势
- 快速：相较于传统的植物胁迫检测方法，叶绿素荧光成像分析可以快速得出结果。
- 无损：检测过程中不需要破坏植物组织，对植物生长无影响。
- 高灵敏度：可以检测到植物在受到微弱胁迫时的生理变化。
图为太阳光中的光能转化为化学能的示意图。
图为甜菜夜蛾幼虫取食前 (0 min)和取食后15、90、180 min的FPSII、FNPQ、FNO的彩色编码图。研究总结叶绿素荧光成像分析技术作为一种新型的植物胁迫检测手段，具有广阔的应用前景。随着技术的不断发展和完善，它将在农业生产、植物保护、环境保护等领域发挥越来越重要的作用。叶绿素荧光成像分析技术作为一种快速、无损、成本效益高且高灵敏度的方法，为检测植物光合性能和评估各种压力对植物的影响提供了一种有效的手段。该技术的应用有助于早期检测植物所遭受的压力，为农业的可持续发展和作物产量的提高提供了重要支持。未来，我们期待这项技术能够更加精准、便捷，为植物健康生长提供更有力的保障。
原文信息Moustaka, J.; Moustakas, M. Early-Stage Detection of Biotic and Abiotic Stress on Plants by Chlorophyll Fluorescence Imaging Analysis. Biosensors 2023, 13, 796. https://www.mdpi.com/2425470
Biosensors 期刊介绍期刊主要发表生物传感器及其技术和应用方面的研究论文。内容涵盖DNA芯片、微流体装置、纳米生物传感器及其应用、生物传感器制造、生物传感器材料、芯片实验室技术和生物传感器在生物医药、食品质量与安全等领域的应用。
- 2023 Impact Factor: 4.9
- 2023 CiteScore: 6.6
