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翻譯自：Hortidaily.com（全球溫室園藝界最具影響力的英文新聞門戶）

原文標(biāo)題：Inside the new Luke mobile phenotyping platform：First mobile plant phenotyping system with flash-induced chlorophyll fluorescence

原文鏈接：

https://www.hortidaily.com/article/9749479/first-mobile-plant-phenotyping-system-with-flash-induced-chlorophyll-fluorescence/

  “這是目前同類技術(shù)中最先進(jìn)的移動(dòng)平臺(tái)。”芬蘭自然資源研究所（Natural Resources Institute Finland，以下簡(jiǎn)稱Luke）的項(xiàng)目研究員Tuomo Laine博士表示，“雖然世界上也有其他集成表型平臺(tái)，但我們的系統(tǒng)可以直接搬進(jìn)生產(chǎn)環(huán)境，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行植物表型分析。”

  Tuomo與他的同事正在芬蘭使用一臺(tái)移動(dòng)表型平臺(tái)開展實(shí)驗(yàn)，原位解碼植物的語(yǔ)言。該系統(tǒng)由Luke的資深科學(xué)家聯(lián)合捷克Photon Systems Instruments（PSI）等公司共同開發(fā)，是一臺(tái)將成像實(shí)驗(yàn)室直接搬進(jìn)溫室的系統(tǒng)，可通過前沿成像技術(shù)監(jiān)測(cè)植物健康、生理狀態(tài)與光合效率。

  該系統(tǒng)于2023年夏天抵達(dá)Luke位于圖爾庫(kù)附近的園藝研究站，并已在芬蘭的溫室中全年運(yùn)行，幫助研究人員和商業(yè)種植者了解植物在真實(shí)環(huán)境中對(duì)光照、脅迫及其他環(huán)境條件的響應(yīng)。

Luke的資深科學(xué)家正在進(jìn)行水平栽培黃瓜光合作用監(jiān)測(cè)的設(shè)置

植物成像技術(shù)邁向新階段

Tuomo介紹，該移動(dòng)表型平臺(tái)集成了三種高精度成像技術(shù)：

• RGB成像：一臺(tái)千萬像素的RGB相機(jī)可拍攝植物高清圖像以分析其形態(tài)與顏色，用于監(jiān)測(cè)生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)、檢測(cè)褪綠等變色、評(píng)估植物健康狀態(tài)及可見脅迫癥狀。
• 熱成像：一臺(tái)熱成像儀，具備20mK的熱靈敏度與1024×768像素的紅外分辨率，可測(cè)量葉片與冠層溫度，揭示蒸騰作用、氣孔導(dǎo)度與水分利用效率的變化模式。研究人員可在肉眼可見癥狀出現(xiàn)之前，發(fā)現(xiàn)水分虧缺、高溫或干旱脅迫，甚至生物脅迫與病害的早期信號(hào)。
• 葉綠素?zé)晒獬上瘢哼@是系統(tǒng)中最先進(jìn)的模塊，搭載FluorCam系統(tǒng)，配備兩臺(tái)可互換的相機(jī)（均由PSI制造）：
  1. 高分辨率相機(jī)：用于經(jīng)典PAM（脈沖幅度調(diào)制）分析；
  2. 超高速相機(jī)：支持閃光誘導(dǎo)熒光的高幀率測(cè)量。

這些工具可直接觀察光能在植物光合系統(tǒng)中的流動(dòng)過程，揭示植物將光能轉(zhuǎn)化為生化能的效率。

  該平臺(tái)可運(yùn)行多種專業(yè)實(shí)驗(yàn)，包括光響應(yīng)曲線、熒光淬滅分析、光合狀態(tài)轉(zhuǎn)換測(cè)量、脅迫誘導(dǎo)的光抑制，以及OJIP成像——后者可提供關(guān)于光合機(jī)構(gòu)適應(yīng)過程與脅迫水平的高靈敏度數(shù)據(jù)。

  Tuomo強(qiáng)調(diào)：“超高速相機(jī)的集成本身就是一項(xiàng)獨(dú)特創(chuàng)新。我們的移動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)自由位移的同時(shí)可進(jìn)行超高速閃光誘導(dǎo)成像，實(shí)現(xiàn)對(duì)光合作用的高階‘指紋圖譜’分析。”

系統(tǒng)的側(cè)面成像功能可用于實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中作物光合作用的原位測(cè)量分析

橋接科研與實(shí)踐

  Luke團(tuán)隊(duì)已與芬蘭商業(yè)溫室密切合作，在番茄與黃瓜等作物上驗(yàn)證該平臺(tái)性能。他們?cè)柚鷾厥疑翟O(shè)備，將系統(tǒng)升至冠層頂部進(jìn)行光合作用測(cè)量。這些原位數(shù)據(jù)補(bǔ)充了傳統(tǒng)離體葉片的分析結(jié)果——它們?cè)邳S瓜等高水勢(shì)植物中往往不夠準(zhǔn)確。

  “起初我們得帶著設(shè)備爬上冠層頂部，整套系統(tǒng)重達(dá)300多公斤，”Tuomo笑稱，“幸運(yùn)的是，我們發(fā)現(xiàn)番茄的新鮮離體葉片與活體葉片的光合數(shù)據(jù)非常接近，這大大簡(jiǎn)化了我們的實(shí)驗(yàn)流程。”

  系統(tǒng)的靈活性還體現(xiàn)在模塊化設(shè)計(jì)上，支持側(cè)面成像，適用于樹莓等高稈作物——這正是Tuomo博士論文的研究對(duì)象。

  “側(cè)面葉綠素?zé)晒獬上袷窃撈脚_(tái)的又一獨(dú)特功能，”Laine指出。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，不同樹莓品種的光合功能差異顯著，盡管它們的生長(zhǎng)習(xí)性看起來相似。這一發(fā)現(xiàn)凸顯了該平臺(tái)在育種項(xiàng)目中的潛力——植物的生理表現(xiàn)與其形態(tài)特征同樣重要。

新鮮離體番茄葉片置于濕潤(rùn)墊面后測(cè)得的光合活性與活體葉片非常接近，該結(jié)果為分析工作提供了更便捷的方案。

為種植者與育種者帶來實(shí)際價(jià)值

  該系統(tǒng)的價(jià)值不僅限于科研，也為植物育種者與商業(yè)種植者帶來巨大益處：在育種試驗(yàn)中，Luke團(tuán)隊(duì)已利用該系統(tǒng)識(shí)別出不同基因型在光合效率上的差異，涉及作物包括樹莓、蠶豆、燕麥與馬鈴薯。熱成像與熒光成像被用于比較不同品種對(duì)環(huán)境脅迫（如強(qiáng)光或高溫）的響應(yīng)差異。

  在芬蘭冬季漫長(zhǎng)、光照不足的氣候條件下，商業(yè)溫室種植者尤其受益。研究團(tuán)隊(duì)與種植者合作，測(cè)試不同LED光譜與光照策略對(duì)植物的影響。該平臺(tái)可比較不同光照條件下植物的脅迫水平、生長(zhǎng)狀態(tài)與資源利用效率，幫助種植者優(yōu)化光照設(shè)置、提升能源利用效率——這在當(dāng)前能源價(jià)格高企且波動(dòng)劇烈的背景下尤為重要。

  “在芬蘭黑暗的冬季，植物的行為與夏季完全不同，”Laine指出，“作為國(guó)家級(jí)研究機(jī)構(gòu)，我們的目標(biāo)是幫助芬蘭種植者基于數(shù)據(jù)做出決策，優(yōu)化溫室環(huán)境與動(dòng)態(tài)光照策略——這在今天的能源形勢(shì)下尤為關(guān)鍵。”

展望商業(yè)化

  目前，Luke通過合作研究項(xiàng)目提供該表型平臺(tái)服務(wù)，并與PSI持續(xù)合作優(yōu)化系統(tǒng)，未來更加工業(yè)化的版本有望服務(wù)于更廣泛的用戶群體。

  “我們?nèi)栽趯W(xué)習(xí)如何最大化利用這套成像平臺(tái)，”Laine反思道，“但它已經(jīng)為我們提供了大量關(guān)于植物如何適應(yīng)不同生長(zhǎng)環(huán)境的信息——以及我們?nèi)绾螏椭N植者提升效率與可持續(xù)性。”