FluorCam叶绿素荧光成像技术应用于突变体研究

叶绿素荧光是植物光合生理检测的重要探针，基于叶绿素荧光测量的FluorCam叶绿素荧光成像技术经过数十年的发展，在植物与藻类研究中应用广泛，已然成为光合生理、育种、环境控制研究、农业生产等众多研究方向公认的有效工具。本次摘选4篇易科泰FluorCam叶绿素荧光成像系统在不同植物基因突变体研究方面的文献分享。（参考文献附在文末）

1.乙烯不敏感突变提高了拟南芥植物对NO2的耐受性

通过分析乙烯不敏感突变体ein2-1和野生型WT的生理生化表现，探讨植物乙烯敏感性与NO2耐受性之间的关系及其机制。该研究中，对培养的ein2-1和WT拟南芥进行8h NO2熏蒸处理，然后对植物进行基因表达、生理生化指标等分析。其中，利用FluorCam对光合生理指标进行了检测，分析突变体和野生型对NO2的光合性能响应的差异。数据表明，与ein2-1相比，NO2暴露对WT的光合作用损害更严重。

2.HK5和HK6细胞分裂素受体介导水稻的多种发育途径

细胞分裂素参与调节几乎所有的植物生长发育过程，通过改造细胞分裂素受体相关基因，提高作物物种产量和品质，是一种具有前景的改善作物的方法。对由CRISPR/Cas9基因编辑获得的细胞分裂素组氨酸激酶基因（HK）突变体（hk5、hk6、hk5 hk6）进行叶绿素荧光、根系、细胞、农艺性状、基因表达等分析，研究其对细胞分裂素反应。

其中通过FluorCam叶绿素荧光成像获得的RFd（荧光衰减率）结果表明，细胞分裂素的应用显著阻断了野生型(WT)叶片转移到黑暗中培养3天后所观察到的RFd的减少。hk5和hk6单突变体对细胞分裂素的响应不明显。在没有外源细胞分裂素的情况下，与WT相比，双突变体hk5hk63天后RFd显著下降，对外源细胞分裂素的反应也显著减弱。

3.脱落酸、ABI5和PPC2参与了植物对低CO2的适应

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)在C4植物的光合二氧化碳固定过程中起着关键作用。然而，PEPCs在C3植物中的功能特征并不明确，特别是在与低大气二氧化碳水平相关方面。在拟南芥中编码PEPC的4个基因中，PPC2被认为是叶片的主要PEPC基因。

将通过转基因获得的ppc突变体，进行低CO2处理，并进行生理生化、基因表达等指标分析，以筛选关键基因，及研究其主要功能。其中FluorCam叶绿素荧光成像对前期筛选出ppc2突变体与野生型对照WT分析，结果表明，在环境CO2浓度下，ppc2与WT的Fv/Fm无明显差异。而在低CO2条件下ppc2突变体生长停滞，同时Fv/Fm显著降低。

本文其他实验证明，添加外援ABA提高了低CO2下植物的性能。ABI3、ABI4、ABI5基因是ABA对种子萌发及萌发后的调控作用的必需的转录因子，为了证明其在低CO2条件下的功能，对abi5突变体和Ws进行处理对比。结果表明，abi5突变导致了低CO2条件下幼苗的光合效率的降低。

本文还研究了干旱处理下，ppc2的光合生理变化，规律与低CO2处理表现一致。

4.CIPK23基因可缓解拟南芥中由高NH₄+/K+比率引起的毒性

NH₄+对植物叶片的毒性主要是由NH₄+与K+的高比例(NH₄+/K+≥10：1)引起的，而不是由离子的绝对浓度。文章中为了证实CIPK23基因在减轻NH₄+毒性所起的作用，通过叶绿素荧光成像测量等手段，对不同NH₄+/K+比值浓度条件下，CIPK23突变体与野生型Col-0生理响应差异。在低NH₄+/K+比值条件下，两种植物材料之间的叶绿素荧光参数没有显著差异。在高NH₄+/K+比值条件下，Col-0的NPQ和Rfd值显著高于cipk23突变体。NPQ是光照条件下PSII系统过度光和散热的指标，Rfd可以反映植物对胁迫的耐受性。测定结果表明，CIPK23可以通过避免光诱导的损伤来提高植物对高nh4+/K+比值的耐受性。

参考文献：

[1] Chuan Liua, Lin-Lin Lib, Guang-Zhe Li , et al. Ethylene insensitive mutation improves Arabidopsis plant tolerance to NO 2 exposure[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 189.

[2] Burr C A, Sun J, Yamburenko M V , et al. The HK5 and HK6 cytokinin receptors mediate diverse developmental pathways in rice[J]. Development, 2020, 147(20):dev191734.

[3] Lei Y, Jumei Z, Long L , et al. Involvement of abscisic acid, ABI5, and PPC2 in plant acclimation to low CO2[J]. Journal of Experimental Botany(14):14.

[4] Shi S, Xu F, Ge Y , et al. NH4+ Toxicity, Which Is Mainly Determined by the High NH4+/K+ Ratio, Is Alleviated by CIPK23 in Arabidopsis[J]. Plants, 2020, 9(4):501.