Ecotech植物/藻类热耐受评估系统

Ecotech植物/藻类热耐受评估系统

随着气候变暖的加剧，世界上越来越多地区的农业都开始面临热胁迫（heat stress）的威胁。因此，评估植物尤其是农作物的热耐受性（heat tolerance）并培育具有抗热耐受性作物品种成为目前农业应对气候变暖的紧迫任务之一。同时，温室效应造成的海水升温，也对海洋藻类造成了极大的影响，进而威胁到生态安全。

虽然科学家对植物/藻类热胁迫的研究由来已久，但一直以来缺乏相应的仪器技术方案能够快速、直接对植物/藻类的热耐受性和热稳定性进行评估。易科泰生态技术有限公司利用国际植物热胁迫相关研究仪器技术与科研成果，推出易科泰植物（包括藻类）热耐受性评估技术方案（抗温胁迫检测技术方案）：

1）基于植物热耐受性/稳定性检测技术和叶绿素荧光技术的植物热耐受性（抗温胁迫）测量检测技术方案，可选配智能LED培养箱、红外热成像分析等功能单元，实验分析植物热耐受性或抗温胁迫性能

2）基于植物热耐受性/稳定性检测技术和叶绿素荧光技术的藻类热耐受性（抗温胁迫）测量检测技术方案，并配置藻类培养与在线监测、藻类光合-呼吸测量监测等功能单元

3）大田通量作物/植物热耐受性（抗温胁迫）评估技术方案，采用SpectraScan近地遥感与EcoDrone无人机遥感技术，可选配手持式或便携式叶绿素荧光测量及光合仪等

用户可根据研究需要灵活组配，还可搭配叶面积仪、植物生理生态原位监测系统等常规仪器。各个方案在各种植物与藻类胁迫（包括热胁迫）研究中均有大量的文献与研究成果。感兴趣的老师请与我们联系索取相应研究文献。

下面介绍综合运用这一技术方案在植物/藻类热耐受评估的研究成果与应用案例：

一、  拟南芥、马齿苋与蓝藻的热耐受评估

捷克帕拉茨基大学的研究人员应用这一技术方案对植物和藻类进行热耐受性评估，研究成果发表于2019年《New Phytologist》。样品首先在LED智能培养箱和八通道藻类培养与在线监测系统中进行培养与藻类生长密度监测，确保测试样品处于同等生理水平。热耐受性测量仪则提供了关键的评估数据。热耐受性测量仪对水浴中样品进行自动持续匀速升温，同时监测水浴中电导率与样品叶绿素荧光的变化。这两项参数都会随温度上升而上升，电导上升代表细胞膜逐渐失活造成细胞质中离子渗出，叶绿素荧光强度上升代表光合系统的逐渐失活。当温度达到某一特定临近温度，电导和叶绿素荧光会突然急剧上升，分别表明细胞膜热裂解造成细胞质离子大量释放和光合系统的热失活。因此，这两个临界温度就可以分别作为细胞膜与光系统的热耐受性/热稳定性评估指标，临界温度也就代表相应的植物/藻类样品具备更强的热耐受性与热稳定性。

左图：研究中使用的热耐受性测量仪；右图：拟南芥、马齿苋与蓝藻的电导率-温度和叶绿素荧光-温度变化曲线及相应的临界温度 

二、  热带植物热耐受与热安全裕度评估

中科院西双版纳热带植物园是国内应用这一技术方案的单位。他们主要关注热带植物对温室效应的耐受与响应，尤其是研究较少的藤本与木本植物。2019年，西双版纳热带植物园使用这一技术方案研究了鞍叶羊蹄甲Bauhinia brachycarpa（木本）和石山羊蹄甲 Bauhinia comosa（藤本）在温光下的热耐受性与光系统活力。之后又进一步评估云南省四种森林类型：热带稀树草原、热带雨林、落叶林、温带针阔混交林在热浪下的热安全裕度（Thermal safety margin，TSM）。TSM计算公式为：TSM = Tcrit – T。其中Tcrit即为热耐受性测量仪测量得到的叶绿素荧光临界温度。这一研究成果发表于2022年《Science of the Total Environment》。

左图：两种羊蹄甲的光合特性与临界温度；右图：四种森林类型的热耐受温度、热安全裕度和叶温 

三、  城市光污染对黑麦草光系统功能与热耐受的影响

宝鸡文理学院则关注光污染对城市绿化植物黑麦草的影响。通过LED智能培养箱设置不同的光暗周期模拟城市光污染。黑麦草经过不同的光污染处理后，手持式叶绿素荧光仪测量的OJIP快速荧光动力学曲线证明光系统功能、活力受到了影响，同时其热耐受性也发生了很大改变。研究成果发表于2020年《Ecological Indicators》。

左图：不同光污染处理后黑麦草的热耐受温度；右图：不同光污染处理后黑麦草的OJIP快速荧光动力学曲线

参考文献：

1.        Il?k P, et al. 2018. Estimating heat tolerance of plants by ion leakage: a new method based on gradual heating. New Phytologist 218: 1278–1287

2.        Zhang, et al. 2019. Effects of high temperature and high light on photosystem II activity in leaves of two Bauhinia species. Photosynthetica 57 (4): 1094-1099

3.        Kitudom, et al. 2022. Thermal safety margins of plant leaves across biomes under a heatwave. Science of the Total Environment 806: 150416

4.        Zhang, et al. 2020. Light pollution on the growth, physiology and chlorophyll ?uorescence response of landscape plant perennial ryegrass (Lolium perenne L.). Ecological Indicators 115: 106448