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凯发旗舰厅(中国)UV-MCF生物荧光高光谱成像分析系统

时间：2022-05-07

作者：凯发旗舰厅(中国)

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简介：

长波段UV紫外光（320nm－400nm）对植物叶片激发，可以产生具有4个特征性波峰的荧光光谱(Multi-color Fluorescence,MCF)，4个波峰的波长为兰光440nm（F440）、绿光520nm（F520）、红光690nm（F690）和远红外740nm（F740）(C.Buschmann等，1998)，其中F440和F520统称为BGF（蓝绿荧光），由表皮及叶肉细胞壁和叶脉发出（指示次级代谢产物等），F690和F740为叶绿素荧光Chl-F。紫外光激发多光谱荧光（UV-MCF）可以用来灵敏、特异性地评估植物生理状态包括受胁迫状态如干旱、病虫害、环境污染、氮胁迫等（H.K.Lichtenthaler, 2021）。

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欧洲PSI公司采用光学滤波器技术，通过紫外线激发并仅使特定波长的激发荧光到达检测器，研制生产了FluorCam多光谱叶绿素荧光成像系列仪器设备，可以对F440、F520、F690、F740四个波长荧光（多光谱荧光）进行二维成像分析，成为目前广泛应用于植物表型分析、植物胁迫检测等领域的重要仪器技术。

基于近二十年叶绿素荧光测量与成像技术、UV-MCF多光谱荧光成像分析技术服务与实验研究，值此公司成立二十周年之际，凯发旗舰厅(中国)生态技术公司隆重推出UV-MCF生物荧光高光谱成像系统，其主要技术和功能特点为：

? 基于高光谱成像技术的紫外光激发生物荧光光谱成像分析，可同时获得蓝色、绿色、红色及远红波段的荧光光谱成像，不仅可对生物荧光在二维尺度上进行成像分析，还可以获得荧光光谱特征（光谱指纹）并在高光谱维度上（多达几百个）进行荧光光谱分析。下图为银杏叶高光谱荧光成像（自左至右依次为：彩色成像、绿色荧光F533成像、UV-MCF荧光光谱。凯发旗舰厅(中国)EcoTech实验室提供）

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? 不仅可进行叶绿素荧光及BGF成像分析，还可以得到其高光谱数据立方并进而分析其光谱特性，使生物荧光二维成像分析提升到高光谱成像分析（达几百个光谱纬度）水平

? 可对GFP（绿色荧光蛋白）等进行成像分析

? 可选配多激发光（绿色及红色激发光）植物荧光光谱成像分析，并进一步测量分析花青素、叶绿素、多酚等指数及氮素指数

? FluorVision高光谱荧光成像分析软件，可进行光谱融合、ROI选区分析、样品剖面荧光分析、频率直方图、自动识别不同波段峰值并分析其比值等

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? 可同时获取反射光光谱和荧光光谱，并进行高光谱成像分析和高光谱荧光成像分析（下图为花椰菜高光谱成像分析——光谱反射指数，和荧光成像分析）

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? 可对植物叶片或整株植物）、根系、果实、种子等不同组织部位进行荧光成像分析和反射光高光谱成像分析

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? 应用于植物表型成像分析、遗传育种、植物胁迫与抗性分析检测、种质资源分析检测、中草药检测鉴定、采后生物学研究、光生物学研究等。UV-MCF不仅适于活体植物成像分析，也适应于干燥后的茎叶、根系等荧光成像分析，如茶叶及中草药品质检测等

分析参数：

1) BGF蓝绿荧光Fb（或F440）和Fg（或F520）

2) 叶绿素荧光Fr（或F690）和Ffr（或F740）

3) 荧光比值，如Fb/Fg、Fb/Fr、Fb/Ffr、Fr/Ffr等，及F_730-740/F_680-690（反应叶绿素含量及植物长期胁迫等）、F735/F700（可精确反映叶绿素含量）。下表为UV-MCF部分比值参数与植物表型关系（参考H.K.Lichtenthaler, 2021。++指显著提高，+指提高，--指显著降低，-指降低，0为无明显变化）

植物表型	Fb/Fr	Fb/Ffr	Fr/Ffr	Fb/Fg	F735/F700
杂色叶片/绿色叶片	++	++	++	0
背面/正面叶片	++	++	+	0	-
黄绿/绿色叶片	+	++	++	+	--
第二片/第一片冒芽叶片	--	--	++	-	+
干旱胁迫	++	++	0	0
N胁迫	++	++	+	0	--
暴晒	++	++	+	--
虫害	++	++	0	+	-
敌草隆处理	--	--	+	0
光抑制	++	++	--	0
野外/大棚植物	++	++	-	0

4) 花青素指数（log(Ffr_R/Ffr_R)）、黄酮指数（log(Ffr_R/Ffr_UV）及氮素平衡指数NBI——需选配红绿多激发光�？�

5) 高光谱成像分析，可自动分析计算NDVI、NDVI₇₀₅红边归一化植被指数（对衰老敏感）、VOG1红边指数（对叶绿素浓度、物候变化等敏感）、PRI光化学植被指数、PSRI 植被衰减指数（用于指示冠层胁迫、植物衰老、果实成熟等）、SIPI结构不敏感色素指数（反映冠层胁迫程度、生理胁迫检测等）、CRI1 类胡萝卜素反射指数、ARI1/ ARI2 花青素反射指数、CI 叶绿素指数（红边指数）、WBIR水波段指数（反映水分含量分布）、HI健康指数等植物色素指数和胁迫敏感指数、NPQI归一化脱镁指数（用于早期胁迫检测）、PSSRa（R800/R680）指数等

应用案例：植物对敌草隆的荧光响应

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上图叶片自上到下分别为冬青叶、新萌发冬青叶、锦带花叶，其中左边冬青叶为整片叶片施加敌草隆10分钟后，右边为在局部点滴施加敌草�。ㄉ厦嬉镀桓龅愕危旅嬉镀�2个点滴）10分钟后的成像分析，下面锦带花点滴（6个小区）施加敌草隆10分钟后的成像分析。自左到右依次为：RGB成像、叶片叶绿素荧光成像、Fb/Fr成像分析、紫外光激发荧光光谱曲线，可以看出，施加敌草隆叶绿素荧光显著提高、Fb/Fr则显著降低（凯发旗舰厅(中国)EcoTech实验室提供）

参考文献：

Claus Buschmann and Hartmut K. Lichtenthaler. Principles and characteristics of multi-colour fluorescence imaging of plants. Journal of Plant Physiology, 1998.

H.K.Lichtenthaler. Multi-colour fluorescence imaging of photosynthetic activity and plant stress. Photosynthetica, 2021

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