前沿技術：搭載閃光誘導葉綠素熒光技術的移動植物表型平臺

翻譯自：Hortidaily（全球溫室園藝界影響力的英文新聞門戶）

原文標題：Inside the new Luke mobile phenotyping platform：First mobile plant phenotyping system with flash-induced chlorophyll fluorescence

“這是目前同類技術中的移動平臺。"芬蘭自然資源研究所（Natural Resources Institute Finland，以下簡稱Luke）的項目研究員Tuomo Laine博士表示，“雖然世界上也有其他集成表型平臺，但我們的系統可以直接搬進生產環境，在現場進行植物表型分析。"

Tuomo與他的同事正在芬蘭使用一臺移動表型平臺開展實驗，原位解碼植物的語言。該系統由Luke的資深科學家聯合捷克Photon Systems Instruments（PSI）等公司共同開發，是一臺將成像實驗室直接搬進溫室的系統，可通過前沿成像技術監測植物健康、生理狀態與光合效率。

該系統于2023年夏天抵達Luke位于圖爾庫附近的園藝研究站，并已在芬蘭的溫室中全年運行，幫助研究人員和商業種植者了解植物在真實環境中對光照、脅迫及其他環境條件的響應。

植物成像技術邁向新階段

Tuomo介紹，該移動表型平臺集成了三種高精度成像技術：

? RGB成像：一臺千萬像素的RGB相機可拍攝植物高清圖像以分析其形態與顏色，用于監測生長動態、檢測褪綠等變色、評估植物健康狀態及可見脅迫癥狀。

? 熱成像：一臺熱成像儀，具備20mK的熱靈敏度與1024×768像素的紅外分辨率，可測量葉片與冠層溫度，揭示蒸騰作用、氣孔導度與水分利用效率的變化模式。研究人員可在肉眼可見癥狀出現之前，發現水分虧缺、高溫或干旱脅迫，甚至生物脅迫與病害的早期信號。

? 葉綠素熒光成像：這是系統中的模塊，搭載FluorCam系統，配備兩臺可互換的相機（均由PSI制造）：

a) 高分辨率相機：用于經典PAM（脈沖幅度調制）分析；

b) 超高速相機：支持閃光誘導熒光的高幀率測量。

這些工具可直接觀察光能在植物光合系統中的流動過程，揭示植物將光能轉化為生化能的效率。

該平臺可運行多種專業實驗，包括光響應曲線、熒光淬滅分析、光合狀態轉換測量、脅迫誘導的光抑制，以及OJIP成像——后者可提供關于光合機構適應過程與脅迫水平的高靈敏度數據。

Tuomo強調：“超高速相機的集成本身就是一項獨特創新。我們的移動系統在實現自由位移的同時可進行超高速閃光誘導成像，實現對光合作用的高階‘指紋圖譜’分析。"

橋接科研與實踐

Luke團隊已與芬蘭商業溫室密切合作，在番茄與黃瓜等作物上驗證該平臺性能。他們曾借助溫室升降設備，將系統升至冠層頂部進行光合作用測量。這些原位數據補充了傳統離體葉片的分析結果——它們在黃瓜等高水勢植物中往往不夠準確。

“起初我們得帶著設備爬上冠層頂部，整套系統重達300多公斤，"Tuomo笑稱，“幸運的是，我們發現番茄的新鮮離體葉片與活體葉片的光合數據非常接近，這大大簡化了我們的實驗流程。"

系統的靈活性還體現在模塊化設計上，支持側面成像，適用于樹莓等高稈作物——這正是Tuomo博士論文的研究對象。

“側面葉綠素熒光成像是該平臺的又一獨特功能，"Laine指出。團隊發現，不同樹莓品種的光合功能差異顯著，盡管它們的生長習性看起來相似。這一發現凸顯了該平臺在育種項目中的潛力——植物的生理表現與其形態特征同樣重要。

為種植者與育種者帶來實際價值

該系統的價值不僅限于科研，也為植物育種者與商業種植者帶來巨大益處：在育種試驗中，Luke團隊已利用該系統識別出不同基因型在光合效率上的差異，涉及作物包括樹莓、蠶豆、燕麥與馬鈴薯。熱成像與熒光成像被用于比較不同品種對環境脅迫（如強光或高溫）的響應差異。

在芬蘭冬季漫長、光照不足的氣候條件下，商業溫室種植者尤其受益。研究團隊與種植者合作，測試不同LED光譜與光照策略對植物的影響。該平臺可比較不同光照條件下植物的脅迫水平、生長狀態與資源利用效率，幫助種植者優化光照設置、提升能源利用效率——這在當前能源價格高企且波動劇烈的背景下尤為重要。

“在芬蘭黑暗的冬季，植物的行為與夏季不同，"Laine指出，“作為研究機構，我們的目標是幫助芬蘭種植者基于數據做出決策，優化溫室環境與動態光照策略——這在今天的能源形勢下尤為關鍵。"

展望商業化

目前，Luke通過合作研究項目提供該表型平臺服務，并與PSI持續合作優化系統，未來更加工業化的版本有望服務于更廣泛的用戶群體。

“我們仍在學習如何利用這套成像平臺，"Laine反思道，“但它已經為我們提供了大量關于植物如何適應不同生長環境的信息——以及我們如何幫助種植者提升效率與可持續性。"