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海洋之神590官网入口叶绿素荧光与多光谱荧光成像手艺应用案例——土壤-植物互作

时间：2025-04-14 作者：海洋之神590官网入口点击量：

植物与土壤的相互作用包括土壤对植物生涯、生长和滋生所施加的普遍的生物、化学和物理效应，，，，，，，，以及植物对土壤形成、土壤物理结构和土壤生物群运动的相互作用。。。。。。。这些相互作用爆发在普遍的时间和空间标准上。。。。。。。土壤生物群和土壤物理基质的加入对植物种群和群落具有反响效应，，，，，，，，也导致养分循环和动态的转变。。。。。。。

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土壤-植物互作示意图（Bhattacharyya，，，，，，，，2023）

叶绿素荧光与多光谱荧光成像手艺是现在植物表型研究手艺中占有极其主要的职位。。。。。。。这两种手艺对植物活体的光合心理表型、次生代谢水平、转基因标记荧光卵白等举行无损成像与定量剖析，，，，，，，，在植物、农业、生态科研事情中都获得了普遍地应用。。。。。。。海洋之神590官网入口生态手艺公司积十几年叶绿素荧光与多光谱荧光丈量与成像手艺国际合作、手艺推广与手艺服务履历，，，，，，，，一方面引进国际先进仪器手艺，，，，，，，，另一方面自主研制生产了差别应用领域的叶绿素荧光与多光谱荧光成像手艺产品，，，，，，，，包括FluorTron叶绿素荧光动态成像（time-resolved）、FluorTron多光谱荧光成像、FluorTron叶绿素荧光光谱成像等。。。。。。。

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土壤-植物互作的相关研究中，，，，，，，，丈量特定土壤条件下植物的光合心理与表型响应，，，，，，，，无疑是很是主要的一环。。。。。。。海内外研究者使用海洋之神590官网入口及合作厂家提供的叶绿素荧光与多光谱荧光成像手艺已经在相关研究领域取得了大宗研究效果，，，，，，，，下面我们先容其中的部分主要效果：

应用偏向一、土壤重金属污染与改良评估

土壤中的重金属会从土壤进入植物体内，，，，，，，，影响植物的生长发育，，，，，，，，这些重金属又会经食物链造成生态危害与人类康健危害。。。。。。。因此，，，，，，，，降低土壤中重金属毒性并镌汰植物中重金属积累对农业生态、食物清静和人类康健至关主要。。。。。。。

河南农业大学在土壤中添加了一种新型聚丙烯酸接枝淀粉和腐植酸钾复合水凝胶(S/K/AA)，，，，，，，，研究其对烟草生长和土壤微情形的影响。。。。。。。形态数据效果剖析批注添加S/K/AA水凝胶可以显著提高Cd胁迫条件下烟草生物量。。。。。。。通过FluorCam叶绿素荧光成像系统与光合仪对烟草光合能力举行丈量，，，，，，，，效果批注S/K/AA水凝胶同样提高了Cd胁迫条件下烟草的光合能力，，，，，，，，包括最小荧光Fo、光合速率（CO₂同化速率）Pn、蒸腾速率E等。。。。。。。研究以为，，，，，，，，S/K/AA水凝胶可能是通过Cd吸收转运卵白的表达来影响Cd吸收，，，，，，，，从而降低Cd毒性。。。。。。。

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左图：S/K/AA水凝胶；；；；；；；；右图：叶绿素荧光成像图及光合相关数据

除了直接改良土壤外，，，，，，，，使用根际内生菌直接调理植物对重金属的吸收和积累也是主要的研究偏向之一。。。。。。。安徽科技大学与南京农业大学合作研究发明，，，，，，，，根际内生菌Lysinibacillus fusiformis Cr33显著降低了番茄植株镉（Cd）积累。。。。。。。FluorCam叶绿素荧光成像效果批注随Cd浓度降低，，，，，，，，番茄叶片光合系统的损伤水平也显著降低，，，，，，，，证实晰根内生菌对地上部的保�；；；；；；；ぷ饔谩�。。。。。。沈阳师范大学则使用FluorCam叶绿素荧光成像证实晰根内生菌Burkholderia sp. GD17 在水稻对Cd胁迫应答中，，，，，，，，对光合系统具有显著的保�；；；；；；；ば杂跋欤�，，，，，镌汰了Cd损伤造成最大光化学效率Fv/Fm、现实光化学效率ΦPSII、电子转达速率ETR的降低。。。。。。。

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左图：根内生菌显著镌汰Cd对番茄叶片的迫害作用，，，，，，，，这种作用与植物体内Cd浓度亲近相关；；；；；；；；右图：根内生菌在水稻对Cd胁迫应答中对光合系统具有保�；；；；；；；ば杂跋�

应用偏向二、土壤病害与寄生物早期检测

多光谱荧光可同时对胁迫诱导次级代谢产品荧光（蓝绿荧光）成像，，，，，，，，并与叶绿素荧光（红色和远红荧光）成像综合剖析。。。。。。。次生代谢物中的多酚类物质是植物抵御病害的主要化学物质，，，，，，，，黄酮类物质则与抗ROS活性氧亲近相关，，，，，，，，因此使用多光谱荧光能够迅速地举行极早期病害检测，，，，，，，，甚至土壤病原菌及寄生物造成的根系病害都可以通过植物地上部的多光谱荧光成像举行检测。。。。。。。

白纹羽病Rosellinia necatrix是鳄梨最主要的土壤撒播疾病之一。。。。。。。西班牙高等学术研究委员会使用FluorCam多光谱荧光成像手艺及红外热成像手艺对根系熏染后的鳄梨叶片的举行了叶绿素荧光成像、多光谱荧光成像和热成像剖析，，，，，，，，发明病害造成的根系功效损失，，，，，，，，能够同步影响叶片的光合心理、次生代谢和气孔功效。。。。。。。而叶绿素荧光参数甚至可以在症状生长前就指示出病害的爆发。。。。。。。通过FluorCam多光谱荧光成像手艺举行的这一研究既发明了根系病害对植物整体心理功效和地上部表型的影响，，，，，，，，也为根系病害提供了早期检测工具。。。。。。。

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熏染白纹羽病的鳄梨：左：地上部RGB图；；；；；；；；右：叶绿素荧光、多光谱荧光与热成像图

根系寄生的列当Orobanche cumana是油料作物向日葵生产中的大敌。。。。。。。西班牙国家研究委员会首次将多光谱荧光手艺用于向日葵被列当寄生的快速无损检测。。。。。。。多光谱荧光成像效果批注，，，，，，，，在列当熏染早期即可通过向日葵叶片红色荧光F680和远红荧光F740的增添，，，，，，，，以及F680/F740的镌汰来检测到其影响。。。。。。。蓝绿荧光F440和F520则反由钏寄生历程中次生代谢水平的转变。。。。。。。这为向日葵育种与根系寄生早期检测提供了极大的便当。。。。。。。

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向日葵根部列当寄生历程的多光谱荧光成像

应用偏向三、土壤生态毒性的生物标记检测

捷克全球转变研究所与丹麦哥本哈根大学恒久合作研究开发一种高通量生物标记筛选要领，，，，，，，，能够快速评估土壤与情形中毒性物质如除草剂、重金属等对情形生态的影响。。。。。。。他们使用高等植物的光自养细胞悬液，，，，，，，，团结FluorCam叶绿素荧光成像系统、FMT150藻类作育与在线监测系统、AlgaeTron AG230藻类作育箱等仪器开展了大宗相关研究。。。。。。。实验效果批注光自养细胞悬液团结FluorCam叶绿素荧光成像手艺就是一种很是好的情形毒性生物标记。。。。。。。

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左图：番茄细胞悬液添加差别浓度敌草隆后的FluorCam高通量叶绿素荧光成像检测；；；；；；；；右图：在FMT150和AG230中作育的红叶藜细胞悬液，，，，，，，，准备后续的FluorCam叶绿素荧光成像剖析

在最新的研究中，，，，，，，，他们划分对拟南芥植株和细胞悬液施加了敌草隆、草甘膦和重金属铬，，，，，，，，使用FluorCam多光谱荧光成像系统对其举行了叶绿素荧光成像和多光谱荧光成像剖析。。。。。。。数据经由主因素剖析，，，，，，，，证实拟南芥细胞悬液团结叶绿素荧光成像和多光谱荧光成像剖析是一种很是有用的植物毒性胁迫高通量预筛系统。。。。。。。这两种成像检测手艺划分检测毒性物质对光合系统和次生代谢的影响，，，，，，，，使检测效果越发周全和准确。。。。。。。比起使用植株来举行类似筛选�。。。。。。�，，，，，这一生物标记系统在高通量数据获取、快速胁迫检测、高迅速度、同质胁迫响应、镌汰作育空间、节约质料与毒性物质等方面都有很大优势。。。。。。。

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左图：叶绿素荧光成像和多光谱荧光成像数据的主因素剖析；；；；；；；；中图：敌草隆、草甘膦和铬处置惩罚后的拟南芥细胞悬液；；；；；；；；右图：敌草隆处置惩罚后的拟南芥植株

应用偏向四、我们能在火星种土豆吗——土壤-植物营养状态评估与贫瘠土壤改良

古板的土壤营养元素剖析要领需要对土壤及上面生长的植物举行烘干消解处置惩罚与化学剖析，，，，，，，，不但费时艰辛，，，，，，，，还要使用大宗对情形有污染的化学药品，，，，，，，，更主要的是难以对统一植株举行跟踪检测，，，，，，，，在野外大田采样丈量也很是不利便。。。。。。。

浙江大学使用了三种荧光手艺——OJIP快速叶绿素荧光动力学手艺、脉冲调制式叶绿素荧光成像手艺和多光谱荧光成像手艺获取了差别氮素处置惩罚下油菜差别生长时期以及差别叶位的荧光数据。。。。。。。叶片氮素与植物的光合能力和叶绿素含量亲近相关。。。。。。。OJIP与脉冲调制式叶绿素荧光手艺获得的相关参数直接反应植物的光合能力与电子转达链的心理转变。。。。。。。多光谱荧光手艺丈量的红色荧光RF和近红外荧光IrF则直接反应了叶绿素含量。。。。。。。在包管效果准确率的条件下，，，，，，，，相比其他两种手艺，，，，，，，，多光谱荧光成像手艺有其奇异的优势。。。。。。。首先，，，，，，，，多光谱荧光成像在叶片顶部的敏感度最高且检测的时间也最早；；；；；；；；其次，，，，，，，，相较于其他叶绿素荧光手艺，，，，，，，，多光谱荧光成像手艺不需要暗顺应，，，，，，，，因此更适适用于田间冠层标准的检测。。。。。。。综上，，，，，，，，本研究推断出多光谱荧光成像手艺在油菜氮素水平的田间早期诊断中拥有较高潜力。。。。。。。

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左：相关叶绿素荧光参数；；；；；；；；右：多光谱荧光RF/IrF成像图

在科幻大片《火星救援》中，，，，，，，，马特·达蒙饰演的植物学家，，，，，，，，依赖仅有的少量资源，，，，，，，，就奇迹般地莳植出了批量的“火星土豆”。。。。。。。

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《火星救援》影片中的“阿瑞斯三号”火星基地和“火星土豆”

那么现实中，，，，，，，，我们能在火星的贫瘠土壤上种土豆吗？？？？？？那不勒斯费德里科二世大学在意大利航天局支持下，，，，，，，，开展了火星土豆作育模拟实验。。。。。。。�；；；；；；；鹦峭寥乐兴淙缓蠯、Ca、Mg、Fe等植物生长必需的无机元素，，，，，，，，但缺乏C、N、P、S等有机元素，，，，，，，，同时也没有足够的土壤持水量。。。。。。。研究职员希望通过在模拟的火星土壤中添加绿色堆肥，，，，，，，，改善土豆的生长状态。。。。。。。研究职员使用ADC光合仪在块茎填充期和叶片朽迈期检测了净光合速率NP、气孔导度gs、蒸腾速率E，，，，，，，，同时使用FluorPen100手持式叶绿素荧光仪检测了光系统II最大光化学效率Fv/Fm、光系统II量子产额ΦPSII、电子转达速率ETR和非光化学淬灭系数NPQ。。。。。。。效果批注，，，，，，，，在火星土中添加堆肥，，，，，，，，一定水平提高了净光合速率NP，，，，，，，，同时显著降低了气孔导度gs和蒸腾速率E。。。。。。。说明堆肥处置惩罚维持了CO₂牢靠效率，，，，，，，，同时还降低了对水分的消耗。。。。。。。叶绿素荧光数据方面，，，，，，，，火星土堆肥提高了土豆的光系统II量子产额ΦPSII和电子转达速率ETR，，，，，，，，说明堆肥对光系统的作用主要体现在提高了光系统的光能转化效率。。。。。。。团结最终对块茎的品质检测，，，，，，，，这一研究证实晰绿色堆肥可以很好地改善火星土的理化特征和肥力。。。。。。。也许未来的宇航员就会借助叶绿素荧光和多光谱荧光手艺开发的土壤改良手艺，，，，，，，，在火星实现土豆自由。。。。。。。

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左图：差别作育基质莳植土豆的光合仪数据；；；；；；；；右图：叶绿素荧光数据

应用偏向五、土壤生态恢复评估

随着矿产资源一连开发，，，，，，，，相当一部分矿区由于资源枯竭或因去产能关停退出，，，，，，，，这些矿区就进入了 “后采矿（post-mining）”阶段。。。。。。。这个阶段是对采矿遗留的土地、矿井、工业设施、建修建物和情形等举行危害评估、整治与再使用的时期，，，，，，，，其中对土壤举行生态修复以恢复其自然生态功效是其中主要的环节。。。。。。。

德国勃兰登堡工业大学对多个“后采矿”区域的生态恢复举行了跟踪研究。。。。。。。由于采矿区土壤贫瘠，，，，，，，，并且可能保存重金属、有机化合物等多种污染，，，，，，，，因此在初期，，，，，，，，其地表植被以地衣、苔藓等低等植物形成的生物结皮为主。。。。。。。研究职员通过FluorCam叶绿素荧光成像手艺与反射光谱成像手艺团结，，，，，，，，评估土壤的恢复历程。。。。。。。研究效果批注土壤生物结皮逐渐增强的光合活性，，，，，，，，增添了土壤碳积累，，，，，，，，为其他高等植物的假寓创造条件。。。。。。。

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左图：研究中的实验样点；；；；；；；；中图：FluorCam叶绿素荧光成像手艺对土壤恢复历程生物结皮的丈量历程；；；；；；；；右图：差别时期土壤结皮彩色成像、反射光谱NDVI成像、叶绿素荧光成像初始荧光Fo和最大荧光Fm

除叶绿素荧光与高光谱荧光手艺外，，，，，，，，海洋之神590官网入口可同时提供其他多种与土壤-植物互作相关的仪器手艺，，，，，，，，包括土壤/根系/土壤动物呼吸与碳中和、土壤/植物元素剖析、植物/根系/土壤高光谱成像、红外热成像、生态模拟实验监测等多种研究应用，，，，，，，，可凭证客户现实需要，，，，，，，，无邪设置手艺计划。。。。。。。

FluorTron^®多功效高光谱成像剖析手艺

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FluorTron®多功效高光谱成像剖析系统：同时具备反射光高光谱成像、叶绿素荧光及UV-MCF生物荧光成像剖析功效，，，，，，，，可应用于遗传育种、种质资源检测判断、植物表型、胁迫与抗性筛选等领域

FluorCam叶绿素荧光与多光谱荧光成像系统

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左图：FluorCam1300多光谱荧光成像系统，，，，，，，，为FluorCam系列的最新产品；；；；；；；；中上图：拟南芥光合突变体筛选及功效验证；；；；；；；；中下图：农杆菌注射烟草的GFP成像；；；；；；；；右图：团结Thermo红外热成像与UV-MCF多光谱荧光成像剖析温室效应配景下油菜的心理生态响应，，，，，，，，包括光系统损伤、次生代谢物合成、叶温转变等

RhizoTron根系高光谱成像手艺

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左图：RhizoTron®植物根系高光谱成像系统举行的元宝槭氮素含量漫衍、顶部冠层高光谱成像（NDVI）与根系成像提取�。。。。。。‥coTech®实验室提供），，，，，，，，除高光谱成像外，，，，，，，，还可配备RGB成像、红外热成像、多光谱成像；；；；；；；；右图：植物叶片与根系重金属高光谱收罗剖析流程

Fire Fly & Mini Fly LIBS元素剖析成像手艺

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FireFly LIBS& Mini Fly元素漫衍成像剖析系统可快速无损检测土壤、植物根系与叶片中所有元素的漫衍及含量转变

SoilLab土壤呼吸实验丈量手艺

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从左至右：SoilLab土壤微生态实验模拟视察系统；；；；；；；；EGA60高通量土壤呼吸丈量系统；；；；；；；；FMS便携式多功效土壤呼吸丈量系统。。。。。。。丈量样品包括土壤、土壤动物、植物、堆肥和可生物降解废物等。。。。。。。具备实时开放式、间歇式、流动注射式等多种丈量手艺，，，，，，，，可适用于实验室差别模拟控制条件下土壤呼吸、土壤根系呼吸、群落光合呼吸、土壤微生物活性监测等。。。。。。。

Thermo-RGB成像手艺

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Thermo-RGB 成像接纳海洋之神590官网入口自主研发的红外热成像与 RGB 成像融合剖析手艺，，，，，，，，有用融合了红外热成像的热辐射信息/温度信息和 RGB 成像的颜色信息和高区分率优势，，，，，，，，可以利便地举行图像支解处置惩罚、提取清晰的图像信息，，，，，，，，并进一步精准运行 ROI 选区剖析，，，，，，，，能够同时检测形态、颜色及温度漫衍等，，，，，，，，可用于植物表型剖析、生物（病虫害）或非生物（如干旱、盐碱等）胁迫或敏感性检测；；；；；；；；也可直接用于土壤外貌温度的实时成像监测。。。。。。。

EcoTron生态模拟实验监测手艺

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ECOTRON基于蒸渗仪手艺及环控生长箱手艺而设计研发的高度订制化的可控生态系统装备，，，，，，，，可在受控条件下对土壤-植物-大气一连体中的生态系统功效举行综合研究。。。。。。。其中下部单位（基于蒸渗仪手艺）用于研究土壤历程以及动植物与土壤的影响等，，，，，，，，上部单位作为动植物的栖息地用于研究差别部分间的相互作用、对土壤胁迫的响应等，，，，，，，，系统可以模拟真实的地上和地下情形条件，，，，，，，，并自动丈量生态系统的历程（如能量和物质的流动）等。。。。。。。

参考文献：

Xia M, et al. 2023. Hydrogel-potassium humate composite alleviates cadmium toxicity of tobacco by regulating Cd bioavailability. Ecotoxicology and Environmental Safety, 263:115361
Zhu L, Guo J, Sun Y, et al. Acetic acid-producing endophyte Lysinibacillus fusiformis orchestrates jasmonic acid signaling and contributes to repression of cadmium uptake in tomato plants. Frontiers in Plant Science, 2021, 12: 670216.
祖国蔷, 胡哲, 王琪. Burkholderia GD17 对水稻幼苗镉耐受的调理. 生物手艺转达, 2022, 38(4): 153-162.
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