利用葉綠素熒光成像檢測蘋果低氧脅迫和低氧存儲耐受水平

FluorCam葉綠素熒光成像系統不只在植物研究領域應用廣泛，在檢測水果儲存方面也具有相當大的應用潛力。近兩年發表的兩篇文章便將FluorCam與氣調技術結合設計了一套果實低氧存儲檢測裝置，來通過葉綠素熒光成像深入研究蘋果低氧脅迫下的熒光動力學變化，探索更優的果實存儲方案。

商業化生產的蘋果（Malus x domestica Borkh.）正在越來越多地以Dynamic Controlled Atmosphere（DCA，動態調控氣體）形式存儲，通過改變氣調室內的氣體組成（氧氣O2和二氧化碳CO2）以及降低溫度來延長蘋果的保質期。 Lower Oxygen Limit（LOL）是水果能夠容忍的氧氣水平，低于LOL的氧氣水平，果實細胞的代謝就會從有氧變為發酵，從而導致發酵產物（如乙醛、乙醇和乙酸乙酯）的積累，影響果實品質。在DCA存儲中，蘋果一般存儲在LOL+0.2-0.3 kPa O2的范圍內，因此，了解LOL對于果實DCA儲存至關重要。

葉綠素熒光測量是確定LOL的常用方法之一，當然，相比非成像熒光測量，葉綠素熒光成像測量可以檢測光合活性的空間異質性，更具優勢。同時，葉綠素熒光測量技術也逐漸被用來監測低氧脅迫對水果的影響，有研究表明，Fo是檢測植物和果實低氧脅迫的敏感參數。但這其中的關聯機制尚不清晰，顯然，有氧呼吸（線粒體）、發酵（細胞質）和葉綠素熒光（來自葉綠體和光系統PSII）的增加之間存在著某種關系（Wright et al.，2012）。

2022年Schlie等人為了進一步了解蘋果在貯藏過程中的熒光異質性，以及開發一種識別LOL的方法，利用FluorCam熒光成像系統對在足夠的氧水平和低氧脅迫條件下處理的“Braeburn"和“Golden Delicious"兩種蘋果進行了測量。

結果可知，在低氧水平下，蘋果的Fo升高，而Fv/Fm則降低，而二維成像圖則展示了熒光變化的空間差異。得益于FluorCam二維成像技術的優點，我們不只可以獲得由成千上萬個像素組成的測量目標的熒光參數的平均值，還可以獲得代表不同像素熒光空間分布的直方圖，本文直方圖分割計算，探索出一種識別LOL的新方法。提出的方法不僅適用于蘋果，還可以用于其他類型的水果。

在之前研究的基礎上，Schlie又進一步設計了實驗，更深入地了解蘋果在低氧脅迫下葉綠素熒光動態響應，特別是與空間分布的關系。研究中同樣使用FluorCam運行葉綠素熒光動力學測量程序，對蘋果低氧脅迫進行了早期檢測，并探討除了最小熒光（Fo）參數之外，是否還有其他參數可以用來檢測蘋果的低氧脅迫。

研究中，分別對18℃和2℃環境下，不同氧氣含量的蘋果果實進行了葉綠素熒光成像，使用的是FluorCam的Quenching程序（非光化學熒光淬滅動力學測量程序）。

成像測量結果表明，隨著氧含量下降，Fo升高，尤其在＜0.02KPa的發酵階段，Fo顯著升高。而Fv/Fm（暗適應下的最大光量子通量）隨著氧含量的下降而降低，說明低氧脅迫引起了蘋果光合效率的下降。

同時，對通過FluorCam獲得的熒光動力學曲線分析發現，在有氧和低氧發酵條件下，熒光動態曲線存在差異。在發酵條件下，飽和脈沖期間熒光強度下降。尤其在2°C的條件下，發酵產物積累之前，熒光動態曲線就已經發生變化。

另外，文中還分析了多個其他熒光參數的變化，包括NPQ（非光化學熒光淬滅）、?PSII（PSII量子產額）等，都可以指征低氧脅迫對蘋果生理變化的影響。這篇研究報告為如何利用葉綠素熒光技術來監測和優化蘋果在儲存過程中的低氧脅迫反應的深入見解。

這兩篇研究的方法和結論也為探索蔬菜、其他水果等的動態氣調室存儲方案，檢測新鮮果蔬的存儲品質等提供了價值的參考，并且還可適用于檢測CO2含量、低溫、水分流失等在果蔬存儲中起到的作用。

參考文獻：

[1] Schlie T P, Dierend W, K?pcke D, et al. Detecting low-oxygen stress of stored apples using chlorophyll fluorescence imaging and histogram division[J]. Postharvest Biology and Technology, 2022, 189: 111901.

[2] Schlie, Tim-Pascal, et al. "Recording of Low-Oxygen Stress Response Using Chlorophyll Fluorescence Kinetics in Apple Fruit." Food and Bioprocess Technology 17.4 (2024): 1004-1016.