FKM多光譜熒光動態(tài)顯微成像系統(tǒng)應用于釋秋海棠藍色葉片的特殊光合機制研究
FKM多光譜熒光動態(tài)顯微成像系統(tǒng)幫助科學家解釋秋海棠藍色葉片的特殊光合機制
2016年10月，國際學術權威刊物Nature出版集團旗下子刊《Nature Plants》發(fā)表了英國布里斯托大學Heather Whitney研究團隊的一篇研究論文。論文研究了一種喜陰植物秋海棠（Begonia grandis × B. pavonina，秋海棠與孔雀秋海棠的雜交種），發(fā)現(xiàn)它能通過自己的藍暈色葉片，利用其特有的光合質(zhì)體iridoplast來增強光合作用，從而適應了極度弱光的環(huán)境條件（Jacobs，2016）。
圖1. 秋海棠藍暈色葉片和暈色體iridoplast. a. 葉片照片 b. 暈色體的落射光顯微鏡明場照片 c. 單個暈色體的掃描電鏡照片 d. 單個暈色體的特征反射光譜曲線
很早以前，科學家們就發(fā)現(xiàn)生長在低緯度熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)中的一些陸生植物葉片在特定觀察視角下會呈現(xiàn)一種藍暈色 （iridescent blue colour）的表型（Lee & Lowry，1975；Lee，1991）。最開始人們認為這種藍暈色可能是特殊的色素造成的，但在后續(xù)的研究中并沒能提取到相應的色素。通過透射電子顯微鏡（TEM）的觀察，在圓果杜英、圓葉錦香草和孔雀秋海棠等多種具有藍暈表型的植物中，科學家們發(fā)現(xiàn)葉片近軸面表皮細胞的下層平周壁毗鄰處存在一種特化的質(zhì)體（Gould & Lee，1996；Lee，1991），并將這種質(zhì)體命名為iridoplasts，國內(nèi)文獻中將其翻譯為暈色體（王卅，2012）。
圖2. 秋海棠葉片組織橫切面的暈色體分布示意圖
圖3. 左：一般葉綠體結(jié)構示意圖；右：秋海棠暈色體超微結(jié)構透射電鏡照片
FKM（Fluorescence Kinetic Microscope）多光譜熒光動態(tài)顯微成像系統(tǒng)作為目前功能最為強大全面的植物顯微熒光研究儀器，可以說是現(xiàn)在唯一可以完美解決這個問題的儀器系統(tǒng)。它不僅可以進行微藻、單個細胞、單個葉綠體乃至基粒-基質(zhì)類囊體片段進行Fv/Fm、Kautsky誘導效應、熒光淬滅、OJIP快速熒光響應曲線、QA再氧化等各種葉綠素熒光及MCF多光譜熒光（multicolor fluorescence）成像分析；還能通過激發(fā)光源組進行任意熒光激發(fā)和熒光釋放波段的測量，從而進行GFP、DAPI、DiBAC4、SYTOX、CTC等熒光蛋白、熒光染料以及藻青蛋白、藻紅蛋白、藻膽素等藻類特有熒光色素的成像分析；更可以利用光譜儀對各種熒光進行光譜分析，區(qū)分各發(fā)色團（例如PSI和PSII及各種捕光色素復合體等）并進行深入分析。
Nature官方網(wǎng)站：PLANT SCIENCE：How some plants adapt to shade
英國每日郵報：Mystery of begonia's bizarre BLUE leaves solved: Quantum trick allows the plant to harvest more light
騰訊科技：新的進化：研究稱秋海棠神秘藍葉子可采集更多陽光
科學網(wǎng)：研究稱秋海棠神秘藍葉子可采集更多陽光
生物幫：Nat Plants:英國學者揭示藍葉子幫助植物在陰暗環(huán)境下生長
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易科泰生態(tài)技術致力于引進、消化、吸收和創(chuàng)新國際先進生物生態(tài)科研技術，提供植物表型分析、作物脅迫敏感性與抗性檢測、光養(yǎng)生物反應器／藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測、生態(tài)毒理學檢測技術方案和實驗服務與合作。旗下的Ecolab實驗室目前配備有FluorCam封閉式熒光成像系統(tǒng)、FluorCam封閉式熒光成像系統(tǒng)、FluorCam便攜式熒光成像儀、FL3500葉綠素熒光儀、FluorPen手持式葉綠素熒光儀、AquaPen藻類熒光儀、PolyPen手持式植物光譜測量儀、SpectraPen LM500手持式光譜儀、PlantPen手持式光譜儀、FMT150藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測系統(tǒng)、MC1000 8通道藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測系統(tǒng)、MicroMac1000全自動營養(yǎng)鹽分析監(jiān)測系統(tǒng)、FMS CO2/O2呼吸測量分析系統(tǒng)等，并與中科院植物所、中科院水生所、中國農(nóng)科院、陜西師范大學等建立了長期技術合作交流關系。歡迎聯(lián)系開展實驗合作與技術培訓。郵箱：eco-lab@eco-tech.com.cn，info@eco-lab.cn; 電話：010-62615899
參考文獻：
1. Jacobs M, et al. 2016. Photonic multilayer structure of Begonia chloroplasts enhances photosynthetic efficiency. Nature Plants, doi:10.1038/nplants.2016.162
2.王卅，李玉花，張旸. 2012. 熱帶雨林低光植物結(jié)構色產(chǎn)生機制及生物學功能研究進展. 園藝學報，39（11）：2291-2300
3. Lee D W，Lowry J B. 1975. Physical basis and ecological significance of iridescence in blue plants. Nature，254: 50-51.
4. Lee D W. 1991. Ultrastructural basis and function of iridescent blue colour of fruits in Elaeocarpus. Nature，349: 260-261.
5.Gould K S，Lee D W. 1996. Physical and ultrastructural basis of blue leaf iridescence in four malaysian. American Journal of Botany，83 (1): 45-50.
