俄罗斯科研人员将一种含氟聚合物的涂层应用在温室大棚的塑料薄膜上，该涂层可将有害的UV-A和紫光转换为对植物有用的蓝光和红光。这一转换可促进番茄的生长和光合作用。但是，在应用了新型涂层的大棚中，植物的耐热能力却出现了下降。科研人员使用德国WALZ公司的GFS-3000光合-荧光测量系统与Dual-PAM-100双通道叶绿素荧光仪联用，对这一过程进行了深入研究。发现通常可提高抗逆能力的胁迫电信号对光合机构的保护作用减弱了，这一现象可以通过H2O2浓度的降低来解释。因此，在生产实践中，当使用光转换技术时，需更加注意植物生长过程中栽培条件的稳定。开发新的光配方时也应更细致地完善相关实证研究。提高温室的效率是农业中的一个紧迫问题。在温带和极地地区，最严重的问题之一是光照不足，特别是在光合反应过程中使用的波长。这个问题可以通过使用LED或其他光源的主动补光来解决。然而，这种方法却提高了经济和能源成本，并导致碳足迹的增加。另一种方法是使用薄膜和涂层进行被动光谱校正。迄今为止，温室光活性涂层的研究主要集中在三个方面：对近红外辐射的保护、对UV辐射的保护以及将非光合活性光谱范围的光子转换为蓝光和红光。后一种方法似乎特别有前途，因为它对各种植物的形态计量参数和生理过程的活性具有显著的刺激作用。除了植物的生产力外，抵抗各种胁迫影响也非常重要。在温室条件下，对植物最重要的损害因素是晴天的高温和各种病原生物。对于在整个植物水平上形成对应激源的复杂抗性，远距离应激信号是重要的一种。通常，信号在植物最脆弱或敏感的区域产生，例如在上部幼叶中，然后传播到全身，调节细胞内信号通路和生理过程的活性，从而导致抗性增加。根据性质，远距离胁迫信号可细分为几种类型，每种类型都由其自身的一组压力源引起，并具有特征性的传播速度和覆盖范围。主要有液压、化学和电信号三种。电信号（ES）代表细胞膜上电位的一波变化，在快速增长的应激源的作用下尤其令人感兴趣，需要在整个植物的水平上快速提高抗性。ROS和Ca2+信号系统参与ES的产生和增殖。Ca2+可能通过ROS激活的阳离子通道进入细胞，导致阴离子通道打开和质子ATP酶失活，由此产生电信号。这些信号由广泛的刺激引起，包括温度、湿度、过度照明和食叶昆虫的啃食。ES以mm×s-1数量级的速度在植物中传播，导致功能反应，首先，暂时抑制光合作用和蒸腾作用的光依赖和非光依赖反应，这使植物能够以最小的损害度过不利时期。需要注意的是，参与长距离信号传导的ROS和Ca2+系统受到光照的调节。之前的研究发现含氟聚合物涂层可将UV-A和紫光转换为蓝光和红光，从而刺激植物的生长、发育和产量，但抑制热诱导的电信号。本文通过光合荧光同步测量技术进一步研究了这些光转换涂层对电信号诱导的番茄植物对热胁迫抗性的影响。为了同时获得光合同化速率、蒸腾速率、PSII和PSI的活性等信息，研究中使用了GFS-3000光合-荧光测量系统与Dual-PAM-100双通道叶绿素荧光仪，两者通过3010-Dual联用叶室（Heinz Walz GmbH, Germany）进行了同步测量。
图1 （a） 含荧光团和金纳米颗粒的含氟聚合物膜的归一化光致发光光谱（实线），不含光转换成分（虚线）；（b） 含氟聚合物光转换膜和含氟聚合物均衡滤波器的光谱强度之间的差异。研究使用了中国深圳产UV紫外光源。
图2 光转换涂层对番茄植株叶面积的影响：（a，b）对照番茄植株的照片和使用ImageJ宏计算叶面积的“掩模”；（c） 对照植株和使用光转换涂层（PhC）生长的植株的叶面积变化动态。*：p<0.05。图3 光转换涂层对番茄植株光合作用活性和蒸腾强度的影响：（a）对照番茄植株对光照的吸收和蒸腾反应的典型记录；（b–d）光转换涂层对同化水平、蒸腾强度和细胞间隙CO2浓度的影响；（e） 对照番茄植株的光合作用对光照开启的光驱动反应的典型记录；（f） 光转换涂层对光合作用光驱动反应的影响。A：CO2同化；E： 蒸腾作用；ci：细胞间隙CO2浓度；Fv/Fm：PSII光化学效率；ΦPSI和ΦPSII：光系统I和II光化学反应的量子产率；NPQ：荧光的非光化学猝灭；PhC：光转换。*：p<0.05。图4 光转换涂层对番茄植株耐热性的影响，这由加热后生理过程的残余活性表征：（a）同化的残余活性；（b） 蒸腾残余活性；（c） 光驱动光合作用反应的残余活性。剩余活性以百分比表示，其中100%对应于HS之前的水平。测量方案显示在左侧。首先记录光合作用水平（方案中为灰色矩形）；然后，植物在46°C的温度下经受45分钟的热应激（方案中为红色矩形）。热胁迫后1小时记录光合作用的残留水平。A：CO2同化；E： 蒸腾作用；Fv/Fm：PSII光化学效率；ΦPSI和ΦPSII：光系统I和II光化学反应的量子产率；NPQ：荧光的非光化学猝灭；PhC：光转换。*：“HS后”和“HS前”之间的差异显著，p<0.05；#：“对照”和“光转换”之间的差异显著，p<0.05。图5 番茄植株中的局部加热感应电信号：（a）对照番茄植株电信号的测量方案和典型记录。电信号是通过用加热至55°C的水逐渐加热试管中的上部成叶尖端而产生的。用电极（El）记录加热叶片叶柄上的电势。光合参数由第二片顶部成叶测得。（b）对照番茄植株的电信号引起的同化和蒸腾反应。（c） 对照番茄植株的电信号引起的光驱动光合作用的反应。A：CO2同化；E： 蒸腾作用；Fv/Fm：潜在量子产率；ΦPSI和ΦPSII：光系统I和II光化学反应的量子产率；NPQ：荧光的非光化学猝灭。图6 光转换涂层对电信号诱导的番茄植株耐热能力的影响，这由加热后生理过程的残余活性表征：（a）同化的残余活性；（b） 蒸腾残余活性；（c–f）光驱动光合作用反应的残余活性。剩余活性以百分比表示，其中100%对应于HS之前的水平。测量方案显示在左侧。首先记录光合作用水平（方案中为灰色矩形）；然后，在一半的植物中，ES是由顶部叶片的短期加热诱导的（方案中的橙色矩形和箭头）；45分钟后，所有植物在46°C的温度下经受45分钟的热应激（方案中为粉红色矩形）。热胁迫后1小时记录光合作用的残留水平。A：CO2同化；E： 蒸腾作用；Fv/Fm: PSII光化学效率；ΦPSI和ΦPSII：光系统I和II光化学反应的量子产率；NPQ：荧光的非光化学猝灭；PhC: 光转换。*: “无ES”和“有ES”之间的差异显著，p<0.05；#: “对照”和“光转换”之间的差异显著，p<0.05。图7 光转换涂层对番茄植株叶片中H2O2含量的影响：（a，b）对照番茄植株和在光转换涂层下生长的植株叶片的照片，用DAB染色；（c） 对照植物和在光转换涂层下生长的植物叶片中H2O2的相对含量。*: p<0.05。
温室的光转换涂层增加了番茄植株的大小，并激活了光合作用过程。由于光质的改变以及此类植物组织中ROS相关含量可能降低，开发计划可能转向产量，从而损害保护功能。使用光转换技术培养的植物对热胁迫的抵抗力降低，而且远距离电信号对抵抗力的调节也不那么明显。因此，当使用光转换技术时，有必要更加注意在植物栽培期间保持稳定的条件。为改进温室植物的实际生产而开发具体方法需要进行额外的实验研究，包括对光源的各种选择，这些光源可以密切模拟日光和温室中传统使用的光源。
GFS-3000光合-荧光测量系统，采用先进的双频斩波技术，同时监测差分信号和绝对信号，全面优化后的分析器的精度更高，稳定性更好；智能环境的控制系统可宽范围的控制实验条件，使得仪器在较苛刻条件下测量成为可能；同时GFS-3000可与多种荧光仪或荧光附件进行联用，实现光合-荧光的同步测量。
双通道调制叶绿素荧光仪——DUAL-PAM-100
同步测量PSII活性（叶绿素荧光）、PSI活性（P700）的氧化还原变化。扩展功能：
• 通过测量 P515/535 信号变化测量跨膜质子动力势 pmf 及其组分跨膜质子梯度 ΔpH 和跨膜电位 Δψ• "P515 Flux"信号能原位反映活体样品处于稳态的偶联电子和质子的流动速率• 通过测量 NADPH 荧光估算 NADP 的还原程度• 通过测量 9-AA 荧光来估算跨膜质子梯度ΔpHGFS-3000与DUAL-PAM-100联用
GFS-3000与DUAL-PAM-100联用，做到了同步测量光合作用暗反应气体交换和光反应叶绿素荧光与P700差式吸收，此外还可以扩展测量跨膜质子梯度ΔpH和跨膜电位ΔΨ。
如您需要了解更多信息，请识别下方二维码填写登记表，我们会为您提供专业的服务，真诚期待与您的合作！
相关阅读：
• Study is easier on GFS-3000
• GFS-3000光合仪应用实例
• 2021年度PAM荧光仪和GFS-3000光合仪文献盘点
• 利用GFS-3000发现推断光合能力参数的新方法
