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5min測量二氧化碳響應(yīng)曲線A-Ci Curve

更新時(shí)間:2017-03-21      點(diǎn)擊次數(shù):7796

3月1日,美國新墨西哥大學(xué)Joseph R. Stinziano等學(xué)者在期刊《Plant, Cell and Environment》(2015-2016影響因子為6.169)上發(fā)表了題為“The rapid A–Ci response: photosynthesis in the phenomic era”的文章。該項(xiàng)研究表明,全新光合-熒光測量系統(tǒng)LI-6800可以將傳統(tǒng)二氧化碳響應(yīng)曲線A-Ci Curve的測量時(shí)長縮短至5min以內(nèi)(圖1),這大大提高了其測量效率,可用于大批量樣品優(yōu)良性狀或突變體篩選。


圖1 快速A-Ci響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)
 

通過分析植物重要的生理參數(shù),研究者可以篩選出具備優(yōu)良性狀的品種,如高產(chǎn)或高水分利用效率的。在眾多的篩選工具中,葉片水平的氣體交換測量(Gas Exchange Measurement)是zui可靠的一種方法。

 

二氧化碳響應(yīng)曲線A-Ci Curve可以提供碳同化過程中有關(guān)生化限制的機(jī)制信息。這些信息可用于植物和植被生長模型中(Farquhar et al. 1980; Duursma & Medlyn 2012; Oleson et al. 2013)。測量A-Ci 曲線后,利用模型可以計(jì)算得到zui大羧化速率Vc,max以及zui大電子傳遞速率Jmax(Sharkey et al. 2007),這兩個(gè)參數(shù)在評(píng)估作物性狀時(shí)非常有用。

 

FvCB是用于解釋A-Ci Curve的一個(gè)穩(wěn)態(tài)模型(Farquhar et al. 1980)。在進(jìn)行A-Ci Curve測量時(shí),通常我們會(huì)設(shè)置一系列CO2濃度,并且要求在某個(gè)CO2濃度下,葉片適應(yīng)幾分鐘后完成一個(gè)穩(wěn)態(tài)測量(e.g. Long & Bernacchi 2003)。這種測量的缺點(diǎn)就是測量時(shí)間太長,一條完整的A-Ci Curve大約需要20-30mins。在樣本量多,重復(fù)數(shù)多的情況下,用這種方法作為篩選工具幾乎沒有可行性。而且,在整個(gè)測量過程中,酶的激活狀態(tài)會(huì)有變化,葉綠體會(huì)移動(dòng),氣孔開度也會(huì)有所改變。

 

在過去10年間,學(xué)術(shù)界研究的大方向是如何對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化擬合(Ethier & Livingston 2004;Sharkey et al. 2007; Gu et al. 2010; Duursma 2015; Bellasio et al. 2016a, 2016b)。只有少數(shù)學(xué)者在測量方法上做過一些嘗試:早期的替代方法是由Davis等人于1987年提出的。他們采用的是閉路式的測量方法,整個(gè)測量過程中Chamber內(nèi)CO2濃度會(huì)一直下降;1989年,McDermitt等人的研究發(fā)現(xiàn),采用閉路系統(tǒng)測量大豆葉片A-Ci Curve時(shí),如果將Chamber內(nèi)CO2的下降速度維持在0.01至1μmol/mol/s上,測量結(jié)果和用開路式的沒有差別。閉路式測量雖然耗時(shí)短,但是,它會(huì)改變Chamber內(nèi)的溫度、壓強(qiáng)和水汽濃度(Long & Hällgren 1993)。隨后,Laisk和Oja在1998年發(fā)現(xiàn),短時(shí)間內(nèi)(1s),即便大幅改變?nèi)~片外部CO2濃度后,葉片內(nèi)Rubisco羧化反應(yīng)可以很快達(dá)到表觀上的穩(wěn)定。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明,葉片可以在短時(shí)間內(nèi)快速適應(yīng)周圍空氣中CO2的變化。

 

能否進(jìn)行快速開路式測量,需要儀器做到兩點(diǎn)。*,儀器有能力在短時(shí)間內(nèi)迅速調(diào)整Chamber內(nèi)的CO2濃度; 第二,紅外氣體分析器IRGA可以對(duì)這種快速變化進(jìn)行測量。LI-6800*的Auto Control功能在算法上允許用戶自定義CO2控制的起始和終止?jié)舛龋▓D2),以及變化方式(如線性)和所花費(fèi)的時(shí)間;LI-6800的全新設(shè)計(jì)的分流裝置位于分析器頭部,而不是在主機(jī);并且, IRGA的測量響應(yīng)頻率非??臁_@些保證了可以對(duì)進(jìn)出Chamber氣體中的CO2進(jìn)行快速開路式測量。因此,全新光合-熒光測量系統(tǒng)LI-6800可以將傳統(tǒng)二氧化碳響應(yīng)曲線A-Ci Curve的測量時(shí)長縮短至5min以內(nèi),這大大提高了其測量效率,可用于大批量樣品優(yōu)良性狀或突變體篩選。

 


圖2 LI-6800*的Auto Control功能在算法上允許自定義CO2控制的起始和終止?jié)舛?/p>

 

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參考文獻(xiàn)

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McDermitt D.K., Norman J.M., Davis J.T., Ball T.M., Arkebauer T.J., Welles J.M. & Roemer S.R. (1989) CO2 response curves can be measured with a field-portable closed-loop photosynthesis system. Annals of Forestry Science 46, 416–420.
 

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