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  • 發布時間:2020-04-28 21:51 原文鏈接: 基于LED光源的科研級植物培養方案(五)

    植物培養是生物實驗室最重要的常規基礎實驗之一。以前的研究中,只要求培養系統能夠使種子萌發、基本滿足植物的生長即可。但在真正嚴格的植物生理生態研究中,傳統培養箱由于種種原因是遠遠不能達到要求的。

    本文將系統介紹一系列基于LED光源的科研級植物培養方案,包括SL3500植物培養LED光源、FytoScope植物生長箱等。這些培養方案和儀器是由歐洲植物生理科學家直接參與設計的,才能夠真正進行精確的科研實驗。

    發表文獻及應用案例
    1.擬南芥葉片和植株年齡對光合能力的影響Bielczynski L W, et. al, 2017,Leaf and plant age affects photosynthetic performance and photoprotective capacity. Plant Physiology, DOI: https://doi.org/10.1104/pp.17.00904
    Bielczynski為了研究擬南芥葉片和植株年齡對光合能力的影響,使用FytoScope生長箱模擬了長期高光適應培養過程,最高光強1800μmol(photons)/m2.s。同時使用FluorCam葉綠素熒光成像系統進行不同生長階段擬南芥植物與葉片的葉綠素熒光成像測量(圖10),從而發現在擬南芥生長過程中,穩態的光合能力在逐漸上升。在高光脅迫下,老葉的適應能力要低于幼葉。


    圖10. 不同葉片與同一葉片不同年齡的葉綠素熒光成像



    2. 擬南芥基因型和表型監測Pavicic M, et. al, 2017,Genomic and Phenomic Screens for Flower Related RING Type UbiquitinE3 Ligases in Arabidopsis.Frontiers in Plant Science, doi: 10.3389/fpls.2017.00416
    花期調控是結合內生信號和環境信號來促進花的發育。因此在研究相關基因表達過程中,需要對環境條件進行嚴格控制,在結合Phenotyping表型成像進行相關分析。芬蘭赫爾辛基大學的Pavicic在研究擬南芥泛素E3鏈接酶時就是通過FytoScope生長箱調控嚴格的晝夜節律培養過程,同時結合PlantScreen高通量表型成像分析系統(圖11,圖12)對擬南芥的蓮座發育表型進行分析。為這一研究,他們通過這兩套系統開發出專門的實驗流程,可以在一個實驗周期里,對近1000株擬南芥進行發育、形態和開花的高通量表型監測。


    圖11. 芬蘭赫爾辛基大學PlantScreen植物表型成像分析系統自動傳送版 + FytoScope Walk-in大型生長室


    圖12. 擬南芥蓮座形態參數與生長動態



    3. ABA誘導擬南芥氣孔關閉的調控通道Eisenach C, et. al, 2017,ABA-Induced Stomatal Closure Involves ALMT4, a PhosphorylationDependent Vacuolar Anion Channel of Arabidopsis. Plant Cell, doi:10.1105/tpc.17.00452

    氣孔的開閉與光照、溫度、濕度等環境因素密切相關,因此在其相關基因與調控的研究中,必須對這些環境因素進行精確控制。在本研究中正是使用了FytoScope生長箱精確模擬了光暗交替的培養周期,從而測量不同光暗條件下氣孔對ABA的反應(圖13)。


    圖13. 光暗條件下氣孔對ABA的反應



    4. 海岸帶植物對氣候變化的響應機制
    Duarte使用FytoScope模擬晝夜變化研究了C3植物Halimioneportulacoides和C4植物海岸米草Spartinamaritima在不同溶解CO2條件下的生理變化,探討鹽沼植物對氣候變化的響應。一方面FytoScope可以調控溫度、光照及晝夜變化;另一方面FytoScope也能夠精確控制CO2濃度(Duarte,2014)。
     


    圖14. 不同CO2和光照條件下兩種植物氧氣的生產和消耗


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