叶绿素荧光成像系统在昆虫作物互作研究中的应用

近日，北京易科泰生态技术有限公司为中科院动物研究所安装了一套FluorCam封闭式叶绿素荧光成像系统。该系统可用于研究植物的光合结构和光合活动，其成像的功能能够实现全部叶片和整株植物代谢状态的可视化，解读叶片光化学效率的异质性。中科院动物所相关课题组将使用FluorCam叶绿素荧光成像系统和光合仪开展蚜虫-烟草等昆虫作物互作的研究。 

FluorCam封闭式叶绿素荧光成像系统包括控制单元和暗适应箱，成像面积可达13x13cm。暗适应箱内置4个LED光源板，CCD镜头、滤波轮及滤波器。实装的系统的光化学光包含红光（620nm）和蓝光（470nm）两种光质，可提供的最大可达光强分别2000μE和3000μE；饱和光为蓝光（470nm），可达6000μE。

该系统集成度极高，使用时硬件操作简单，专业的图像软件也可自动化运行程序捕捉荧光动态视频并对视频图像进行自动分析，生成常见荧光参数的成像图，并支持自定义程序编写和自定义参数成像。

培训期间使用学生栽种的室内盆栽进行演示，选取了同株同枝的两个叶片：一片叶片偏大，叶尖枯萎且主脉附近有肉眼可见伤痕； 另一片叶片偏小，健康，叶片无枯萎或伤痕。短时间暗适应后，运行Quenching荧光淬灭程序，运行完毕使用图像软件的自动区域选择功能，对自动生成的两个区域（对应两片叶子）的常见荧光参数进行成像，各参数图像如下。 

数据分析表明：相比于受损的叶片，健康叶片的最大光化学量子效率（Fv/Fm）、光下实际光化学量子效率（φPSII）、、荧光衰减速率（Rfd）较高，稳态荧光（Fs）较低，非光化学淬灭系数（NPQ）相当。

除了提供整片叶片光合活性和光合参数的平均值外，叶绿素荧光图像还能够向我们展示光合特性在单个叶片的异质性。如受损的叶片，叶尖枯萎的部分因叶绿素含量的降低导致其稳态荧光Fs极弱（图中以假彩色“蓝色”表示），受损部分（叶脉附近）稳态荧光Fs较高（图中以假彩色“红色”表示）。而枯萎部分及受损部分的Fv/Fm、NPQ、Rfd值较正常部分均较低。

近年来，叶绿素荧光成像技术因其对叶片光合异质性的准确测量和直观表达被广泛用于虫瘿对叶片光合特性影响的研究。

绒蚧科昆虫引起的无患子科灌木叶片上的虫瘿部分及其与叶片正常部分光合特性的差异（虫瘿部分表征光合活性的Fv/Fm较低，光下实际光化学量子效率（φPSII）与荧光衰减速率（Rfd）也较低，意味着其抵抗胁迫的能力较差） 

瘿蚊科昆虫引起的桃金娘科叶片虫瘿叶片的叶绿素荧光成像图（虫瘿部分表征光合活性的参数Fv/Fm和φPSII较低，表征叶片活性的参数Rfd也显著降低；使用Rfd可以有效地判断和测量因昆虫引起的生物胁迫。）