1. 多光譜熒光的發(fā)現(xiàn)及特性
二十世紀(jì)八九十年代,，植物生理學(xué)家對(duì)植物活體熒光——主要是葉綠素?zé)晒庋芯坎粩嗌钊?。激發(fā)葉綠素?zé)晒庵饕鞘褂眉t光、藍(lán)光或綠光等可見光,。當(dāng)科學(xué)家使用UV紫外光對(duì)植物葉片進(jìn)行激發(fā),，發(fā)現(xiàn)植物產(chǎn)生了具備4個(gè)特征性波峰的熒光光譜。
圖1. 左：煙草葉片上表面UV激發(fā)熒光光譜（Buschmann,，1998）,；中：多光譜熒光彩色光譜示意圖；右：不同顏色激發(fā)光的熒光激發(fā)特性（Benediktyová, 2009）
這4個(gè)特征性波峰的波長分別為藍(lán)光440nm（F440）,、綠光520nm（F520）,、紅光690nm（F690）和遠(yuǎn)紅外光740nm（F740）。這個(gè)特征激發(fā)熒光光譜就稱為多光譜熒光（Multi-color Fluorescence,，MCF）,。其來源和熒光特性請(qǐng)見表1。
表1.UV激發(fā)多光譜熒光特性（Buschmann,，1998,，略有修改）
A．藍(lán)綠熒光（Blue-Green Fluorescence，BGF） | |
熒光色素： | 主要是細(xì)胞壁中共價(jià)結(jié)合的阿魏酸,，由液泡中的肉桂酸和類黃酮調(diào)控 |
位置和來源： | a）細(xì)胞壁（主要來自于葉片表皮） b）液泡（與溶解的酚類有相互作用） |
激發(fā)： | UV |
熒光特性： | |
輻射范圍： | 400-570nm |
大值（波峰）： | 440-450nm（藍(lán)光,，F(xiàn)440），520-530nm（綠光,，F(xiàn)520） |
脅迫指示： | 藍(lán)色熒光與紅色和遠(yuǎn)紅熒光比例：F440/F690,，F(xiàn)440/F740的增加或減少；某些植物中綠色熒光的增加 |
B．葉綠素?zé)晒猓–hlorophyll Fluorescence,，Chl. F） | |
熒光色素： | 葉綠素a |
位置和來源： | 葉片葉肉細(xì)胞，葉綠體 |
激發(fā)： | 紅光,、綠光,、藍(lán)光、UV等 |
熒光特性： | |
輻射范圍： | 650-800nm |
大值（波峰）： | 690nm（紅光,，F(xiàn)690）,，730-740nm（遠(yuǎn)紅光，F(xiàn)740） |
脅迫指示： | |
短期脅迫： | 熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)變化（通過葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)進(jìn)行分析）,，F(xiàn)690/F740增加30% |
長期脅迫： | 熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)變化（通過葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)進(jìn)行分析）,，葉綠素含量減少，F(xiàn)690/F740大幅增加,。F690/F740是原位葉綠素含量的反向指標(biāo),。 |
2. 多光譜熒光的發(fā)展
進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),，并稱為藍(lán)綠熒光（Blue-Green Fluorescence，BGF）的F440和F520在正常生長的植物中強(qiáng)度很低,。而在植物受到脅迫尤其是病害感染后,，其強(qiáng)度才會(huì)顯著上升。
與來源于光系統(tǒng)的葉綠素?zé)晒獠煌?，藍(lán)綠熒光來源于一系列植物次生代謝物質(zhì),，包括多酚、植保素,、黃酮類,、阿魏酸、苯丙素類等,。這類物質(zhì)在植物生長狀態(tài)良好時(shí)含量很低,，植物只有在受到脅迫后才會(huì)大量合成，這一方面是由于初級(jí)代謝受到抑制和干擾,，另一方面這些次生代謝產(chǎn)物也是植物應(yīng)對(duì)脅迫尤其是病害防御機(jī)制的重要組成部分,。
F690和F740則屬于葉綠素?zé)晒猓鋸?qiáng)度與葉綠素含量和光合電子傳遞相關(guān),。F690 ⁄ F740認(rèn)為與葉綠素濃度成負(fù)相關(guān),。同時(shí)F440 ⁄ F690，F(xiàn)440 ⁄ F740可以作為極早期脅迫指示指標(biāo),，F(xiàn)440 ⁄ F520則反映長期脅迫變化（Pineda, 2008）,。
3. FluorCam多光譜熒光成像技術(shù)
FluorCam多光譜熒光成像技術(shù)是在FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)基礎(chǔ)上擴(kuò)展升級(jí)而來的。這是目前上能夠進(jìn)行多光譜熒光成像分析的商用科研儀器技術(shù),，而且也是將多光譜熒光成像技術(shù)和葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)結(jié)合為一體的商用科研技術(shù),。
目前，基于FluorCam多光譜熒光成像技術(shù)有三款儀器系統(tǒng),，分別為FluorCam一體式多光譜熒光成像系統(tǒng),、FluorCam模塊式多光譜熒光成像系統(tǒng)、FluorCam落地式大型多光譜熒光成像平臺(tái),，用于滿足不同的實(shí)驗(yàn)需求,。
圖2. 左：FluorCam一體式多光譜熒光成像系統(tǒng)；中：FluorCam模塊式多光譜熒光成像系統(tǒng),；右：FluorCam落地式大型多光譜熒光成像平臺(tái)
FluorCam多光譜熒光成像系統(tǒng)除了可以進(jìn)行多光譜熒光成像和葉綠素?zé)晒獬上穹治?，還可以擴(kuò)展GFP成像、PAR吸收率成像,、NDVI成像,、QA再氧化成像、OJIP成像等成像分析功能。
FluorCam多光譜熒光成像系統(tǒng)與紅外熱成像,、高光譜成像等其他植物表型成像技術(shù)結(jié)合,，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于植物病害（細(xì)菌、病毒,、真菌）,、干旱、養(yǎng)分虧缺,、重金屬,、除草劑等脅迫造成的次生代謝與表型組學(xué)研究，其中植物病害表型為主要的研究方向,。
圖3.左,；細(xì)菌性甘薯莖腐病感染煙草的FluorCam葉綠素?zé)晒馀c多光譜熒光成像分析；右：丁香假單胞菌感染菜豆的FluorCam多光譜熒光成像分析（Pérez-Bueno, 2016, 2015）
參考文獻(xiàn)：
1. Buschmann C, Lichtenthaler HK. 1998, Principles and characteristics of multi-colour fluorescence imaging of plants, Journal of Plant Physiology, 152: 297-314
2. Benediktyová, Z. & Nedbal, L. 2009. Imaging of multi–color fluorescence emission from leaf tissues. Photosynthesis research 102, 169-175
3. Pineda M, et al. 2008, Multicolor Fluorescence Imaging of Leaves—A Useful Tool for Visualizing Systemic Viral Infections in Plants, Photochemistry and Photobiology, 84: 1048-1060
4.Pérez-Bueno M L, et al. 2015, Spatial and temporal dynamics of primary and secondary metabolism in Phaseolus vulgaris challenged by Pseudomonas syringae, Physiologia Plantarum 153: 161-174.
5.Pérez-Bueno M L, et al. 2016. Temporal and Spatial Resolution of Activated Plant Defense Responses in Leaves of Nicotiana benthamiana Infected with Dickeya dadantii. Front Plant Sci. 6: 1209
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