植物水分胁迫仪

干货分享：酶标仪在植物对逆境胁迫应答中应用植物生长在开放的自然环境下，不可避免的被迫遭受和应对各种各样恶劣的生存环境，如干旱、盐害、低温、高温和病虫害等，这些不良环境统称为植物逆境或植物胁迫。随着全球环境的日益恶化，各种逆境胁迫因子对植物正常生长和发育的影响日趋严重，也是造成粮食作物和其它经济作物产量和品质下降的主要原因，成为制约现代农业发展的重要因素。植物为了适应各种胁迫环境，经过漫长的进化过程，产生了一系列对抗环境变化的能力，即抗性。植物抗性是绝大多数植物响应环境胁迫的普遍方式，植物抗性可以帮助植物提高对逆境的适应能力，但它是有一定限度的，如果逆境变化过强超出了植物的耐受范围，逆境胁迫会导致植物直接进入衰老和死亡。因此，植物对逆境胁迫的反应一直是植物科学领域的研究前沿。图1：植物与病原互作中的免疫反应人们已经发展出很多检测手段来探索和揭示植物免疫机制和植物抗逆机制，包括高通量测序技术、显微成像技术、色谱-质谱联用技术等，其中酶标仪检测技术作为一种高通量微孔板检测技术，且操作简便的方法，在生物医学、药物研发、农业和微生物学等领域得到了广泛应用。MolecularDevice公司的酶标仪产品可为植物抗逆领域的科学研究提供可行和简便的实验方案。针对钙信号检测，ROS信号检测，定量检测及动态曲线检测，MD都有相对应的完善的解决方案。Flexstation3可以用来检测钙信号，标配5大检测功能并内置自动移液系统，Flex快速动态监测模式，时间间隔最低达到毫秒级，轻松追踪从诱发到衰减完整的钙信号。使用SoftMaxPro软件的PeakPro分析功能，可对钙瞬变和钙振荡的信号进行峰频率、峰宽度、峰数目、峰上升时间及衰减时间等多个峰值属性进行分析。针对ROS信号检测，我们推荐多功能检测酶标仪，如SpectaMaxi3x和SpectaMaxiD系列，这几款仪器都可以配置自动双注射器，既能进行比色法和荧光强度测定，又能进行快速发光反应检测。针对定量检测，SoftMaxPro软件内置21种曲线拟合方式，可用于多种酶活分析和荧光定量分析。针对动态曲线检测，SoftMaxPro软件预置多种动力学参数，可一键输出最大速率、斜率、最大/最小时间和曲线下面积等分析。

土壤是重要的自然资源，地球上95%的食物来源于土壤，土壤保存了至少四分之一的全球生物多样性，不仅是粮食安全、水安全和更广泛的生态系统安全的基础，更是为人类提供多种服务、帮助抵御和适应气候变化的重要因素。由土壤组成造成的胁迫，例如盐、重金属和养分亏缺是作物减产的主要原因。作物土壤耐逆性是一种复杂性状，涉及植物形态、代谢和基因调控网络等多种遗传和非遗传因素的调控。传统的作物表型研究通常在田间进行，费事费力、劳动密集、低通量、且受研究人员无法控制的自然环境因素的影响。在此情形下，难以获得高精度的表型数据以满足表型组学的研究需求。在过去几十年，已经开发了几种HTP（高通量表型）平台在现场或可控条件下使用，但其运维成本极高。此外，作物表型相关研究通常只关注植物地上部分，而对根系形态数据的获取有限。然而，根系是植物吸收水分和养分的主要途径，也是碳水化合物的储存器官和土壤胁迫的直接感知器官。因此，根系表型是土壤胁迫条件下植物表型研究的重要组成部分。就通量、环境可控性和根系表型获取而言，现有的植物表型平台无法完全满足植物对土壤胁迫响应的表型组学研究的特定需求。基于此，在本文中，来自山东大学生命科学学院和潍坊农科院的一组研究团队描述了其最近开发的高通量植物栽培和表型系统—WinRoots平台。以大豆植物为研究对象，将其暴露在盐胁迫中，证明了土壤盐胁迫条件的一致性和可控性以及WinRoots系统的高通量。他们开发了优化的盐胁迫条件，以及适用于大豆耐盐性的高通量表型指数。此外，高通量多表型分析表明，子叶特征可作为大豆全苗耐盐性的非破坏性指标。在本研究中，Canon EOS 700D数码相机和Resonon Pika L高光谱成像仪分别用于获取RGB和高光谱图像。相机位于植物材料上方1.5 m的可滑动水平导轨上。每天收集大豆冠层和整株幼苗的图像。栽培第九天，获取离体叶片图像，每个品种重复3次。WinRoots系统：高通量根系和整株植物表型平台。系统使用示意图。【结果】盐胁迫相关性状之间的相关分析。（A）盐胁迫相关性状之间的相关矩阵。（B）预测值和观测值之间的回归曲线。大豆盐胁迫相关性状的合成聚类。（A）大豆盐胁迫相关性状的合成聚类剖面图。（B）聚类1和聚类2代表性栽培品种表型。（C）聚类1和聚类2指标比较。【结论】WinRoots系统为幼苗生长提供了均一可控的土壤胁迫条件，可用于土壤胁迫下高通量栽培和表型分析，有助于提供准确多样的土壤胁迫相关的表型数据。因此，WinRoots提供了一种分析诸如土壤胁迫之类的复杂性状的改进方法。HPPA(Hyperimager Plant Phenomics Analysis)高光谱植物表型成像系统由北京依锐思遥感技术有限公司与美国RESONON公司联合研制生产，整合了高光谱成像测量分析、RGB真彩色图像、无线自动化控制系统、线性均匀光源系统等多项先进技术；最优化方式实现大量植物样品的数据采集工作，可用于高通量植物表型成像分析测量、植物胁迫响应成像分析测量、植物生长分析测量、遗传组学与表型组学、遗传育种、生态毒理学研究、性状识别及植物生理生态分析研究等。请点击以下链接，阅读原文：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NjE1ODg2NA==&mid=2650311205&idx=3&sn=ffe393bdf01d664cab05b92572691916&chksm=bee1a6da89962fccef8eae610681ac22d2239e59d016db96cd911d103186c3459c4061ca30bf&token=1489736406&lang=zh_CN#rd

Workswell与欧洲领先的生命科学研究机构捷克布拉格生命科学大学作物研究所经过多年合作，开发出了世界首款作物水分胁迫指数成像仪WIRIS Agro，它是第一款可用于农业领域精确绘制大面积水分胁迫指数图（CWSI）的机载成像设备。WIRIS Agro成像仪提供了LWIR波段传感器和10倍光学变焦的全高清相机 (1920x1080像素FHD)，结合配套的CWSI分析仪软件，能够在很短的时间内生产出大面积农作物的潜在产量图。水分胁迫(water stress)是植物水分散失超过水分吸收，使含水量下降，植物细胞膨压降低，正常代谢失调的现象。土壤水分亏缺是作物水分胁迫最主要的诱因，重度水分亏缺会严重影响作物生长发育从而最终影响作物产量。因此，诊断作物水分亏缺、寻求适度水分胁迫阈值以谋求最高的水分利用效率一直是农田节水灌溉和精准农业研究中的热点问题。目前，作物水分亏缺指标使用最广泛的是Idso等于1981 年提出的作物水分胁迫指数（Crop Water Stress Index ，CWSI)，CWSI是基于冠层温度和空气湿度关系，同时综合考虑了植物、土壤、大气等各种作用因素的一项综合性水分胁迫指标,其中冠层温度是可以通过遥感手段获取的基本信息之一。因此，随着目前低空轻小型无人机的大量使用，通过无人机平台高速获取大面积的植物群体CWSI图像数据终于成为可能。作物水分胁迫指数成像仪WIRIS Agro可搭载于多种类型无人机平台（如安洲科技生产的A660多旋翼无人机、AVF-1000/2000固定翼无人机等）快速精准地获取大面积植被的水分胁迫值、热红外图像数据以及高清RGB图，可用于作物产量制图、优化灌溉或控制水分利用管理补救措施等方面，是现代农田节水灌溉、精准农业、遗传育种和植物表型研究的无人机测量利器。通过CWSI图像优化马铃薯田灌溉条件如上图：基于土壤传感器数据的马铃薯田优化灌溉作业，右侧WIRIS Agro成像仪的图像所示，一些区域灌溉饱和，而其他区域灌溉不足，因此需要根据获取的CWSI图像，重新更好地定位土壤传感器。WIRIS Agro机载作物水分胁迫指数成像仪的主要用途及优点：① 状态监测评估，监控水分胁迫：使用彩色CWSI地图表述作物的水分利用问题，并可结合NDVI植被指数对作物的生长状况和产量进行研究评估；② 管理灌溉管理：灌溉系统优化，优化土壤传感器的位置和分布；③ 植物表型：WIRIS Agro成像仪可获取不同的植物物种对水分状况的不同反应，为作物遗传育种和植物表型研究提供基础数据；④ 丰富的接口：WIRIS Agro成像仪提供了多种接口，可以与无人机、控制单元、外部GPS传感器等进行广泛的连接。安洲科技可为用户提供多种机载设备飞行测试服务，欢迎联络！

2005年~2020年，NMT已扎根中国15年。2020年，中国NMT销往瑞士苏黎世大学，正式打开欧洲市场。国内科研人员基于自主底层核心技术——NMT非损伤微测技术，建立的“植物重金属独有创新科研平台”，已经取得了近百项研究成果，联盟将持续为您展示此平台成果案例。联盟已开始提供“植物重金属独有创新科研平台”的建立服务，咨询请联系中关村NMT联盟期刊：农业资源与环境学报标题：曼陀罗对镉的吸收及其亚细胞分布研究样品：曼陀罗检测指标：Cd2+作者：河南农业大学资源与环境学院杨素勤、张彪摘 要为研究曼陀罗对重金属镉的耐性机制,以前期筛选的曼陀罗（Datura stramonium L.）为试验材料,通过水培方式探究镉（Cd）胁迫下曼陀罗对Cd的吸收累积特性及其在植株体内的亚细胞分布特征。结果表明:介质中Cd无论低浓度还是高浓度,曼陀罗各部位的Cd含量都表现为根茎叶,但迁移系数差异不显著。曼陀罗根系Cd2+ 流速在不同位置具有显著差异,其中分生区和伸长区的Cd2+ 流速显著大于根冠区和成熟区。当介质中Cd浓度由0.1 mgL-1增至2.5 mgL-1时,细胞壁和细胞液中Cd含量之和所占比例显著增大。研究表明,曼陀罗根系对Cd2+ 的吸收主要集中在分生区和伸长区,当介质中Cd浓度较低时,根系中细胞壁对Cd向上运输的限制及茎叶中细胞液对Cd的区室化起重要的作用 当Cd浓度较高时,根部细胞各组分中细胞液所占比重增加,Cd由根系向上迁移,此时茎叶中细胞壁对Cd的固定作用增强,其可能是曼陀罗耐受高Cd胁迫的机制之一。

引 言2023年，NanoTemper正式开通了用户之声系列活动，目的是为了分享更多用户的实际应用案例和心得体会，希望能帮助到更多的研究者解决问题。在生命科学领域，微量热泳动（MST）技术已被广泛及高度应用到各项行业，而Monolith分子互作检测仪凭借其优异表现，不断助力科研人员在CNS上发表优质的重磅文献近百篇。本期，我们采访到了来自中国农业大学的杨永青副教授，针对他们的植物应答盐碱胁迫的分子机制这个研究方向进行了深入采访。如果您在分子互作方面同样遇到一些问题，不妨试试MST技术，希望带给大家给多的启发和帮助。来自用户的反馈 NanoTemper 用户介绍 中国农业大学姓名：杨永青 副教授在用仪器：Monolith分子互作检测仪Q1用户背景介绍杨永青副教授从2001-2006年在北京林业大学读博士。2006-2010年在北京生命科学研究所做博士后，2010年进入中国农业大学工作。主持和参与国家自然科学基金重点项目，面上项目，国际合作项目，国家科技部973项目和农业部转基因专项等。获得授权专利4项。在Mol Plant，Nat Commun，Plant Cell，New Phytol和JIPB等高水平学术期刊上发表SCI论文30余篇。Q2请介绍一下您的研究内容我们长期从事植物应答盐碱胁迫的分子机制。盐碱胁迫会引起离子胁迫和渗透胁迫。离子胁迫是影响植物产量的主要因素。植物通过SOS途径将细胞内盐离子外排出去，SOS蛋白的转运依赖于质子ATPase建立的质子梯度，但具体如何调控机制不清楚。因此，我们主要研究的方向是植物应答盐碱胁迫下离子平衡调控的具体机制，并取得了突破性进展。我从2013年左右了解到Monolith，大概统计了一下，近几年发表的文章中，至少有7篇用到了MST技术进行互作研究。在进行抗盐碱机制研究中，会涉及到质子泵，离子运输和信号传递等，进行的互作检测的分子类型也很丰富，包括蛋白质与蛋白质，蛋白质和有机小分子，蛋白与无机离子等，这些互作都可以在Monolith上完成快速检测。Q3请问Monolith分子互作检测仪如何满足您的研究需求？在盐碱胁迫的机制研究中，会涉及到很多类型的分子，如蛋白和蛋白，蛋白和小分子，甚至是蛋白和无机离子的互作，都可以使用MST技术完成检测，而且MST的样品用量少，可以大大减少实验时蛋白提取的工作量。比如说在进行Ca2+蛋白传感器SCaBP3蛋白参与碱胁迫响应的分子机制文章投稿时，The plant cell的reviewer提出需要证明SCaBP3与质膜H+-ATPase AHA2的互作，并且推荐ITC的方法。我们在进行ITC检测尝试时发现，该方法需要大量的蛋白，但每次蛋白的提取量为1-2mg，只可以做1-2次ITC实验，且无法进行重复。而MST方法检测的蛋白用量少，进行一次MST实验，仅需要18ng AHA2和200μg SCaBP3，节约大量样本和时间成本，因此我们采用了MST完成了该组互作实验，并顺利发表文章。使用MST检测SCaBP3和AHA2 C的互作https://doi.org/10.1105/tpc.18.00568Q4您认为Monolith分子互作检测仪有哪些优点？分子互作检测方法对蛋白用量非常少，比如在进行蛋白SCAB和磷脂分子PI3P的Kd检测2时，MST实验仅需要10nM, 160μL的SCAB-蛋白，也就是130ng。这组研究同时进行了PLO（Protein-lipid overlay assay）实验，但该实验流程较为复杂：需要1小时进行干膜,1小时进行SCAB蛋白孵育, 然后通过进行2小时的免疫印迹的方法检测，操作熟练的情况也需要4小时。但每次MST检测也只要15min，这项研究中涉及到两组，也就是检测只需要30min即可完成。因此，MST这种方法极大的提高了实验效率。MST检测SCAB1与磷脂分子PI3P的亲和力https://doi.org/10.1093/plcell/koab264Q5您对NanoTemper售后服务的印象？NanoTemper技术团队一直能与我们进行快速地交流，及时解答问题。每年都会有线上和线下不同专题的培训活动，能够让实验室一届届学生快速掌握MST的实验流程，迅速开展相关实验，我们十分满意。

近日，强冷空气在山西、宁夏和陕西等地凶猛登陆，带来了降温降雪的天气。没有冤情的四月飞雪，大自然再一次向人类展现了它的深邃。除了突如其来的降雪，大自然赋予的特殊天气，还有极端而持续的干旱。在干旱区，由于水资源缺乏，植物的生存和生长受到严重胁迫，促使生态环境进一步恶化。为了应对干旱气候，治理生态环境，相关的研究数不胜数。基于干旱区河岸湿地这一特殊的生态系统，今天我们来了解一篇研究植物水分利用模式的论文。干旱区河岸湿地优势种植物的水分利用模式植物水分循环是研究陆地生态水文学的关键环节。在干旱区，由于有限降水和强烈蒸发，水资源是影响植物生存、生长和植被恢复可持续性的重要限制因素。近年来，由于高温和干旱等极端天气事件更加频繁，土地退化加剧，使河岸湿地生态系统面临降水减少、不同程度水位下降等干旱问题。极端干旱会降低水资源的可利用性和植被生产力，并给植物带来不可逆转的死亡风险。因此，了解植物水分利用模式可以揭示植物的生存策略和对不断变化的水文气候条件的反应，这是良好的生态管理和植被恢复的先决条件。湿地是连接水域生态系统和陆地生态系统的功能过渡区，其生态功能非常突出。因此，定量研究河岸湿地水分来源、补给途径及其植物水分利用模式，是了解湿地生态水文循环的前提条件，将为干旱区湿地环境治理和生态安全提供理论依据与决策支持。干旱区是全球生态系统的的重要组成部分，河岸湿地具有水源供给、水文调节和土壤保持等生态功能。研究人员选取干旱区典型河岸湿地的优势种植物为研究对象，测定了降水、土壤水、木质部水和地下水的氢氧稳定同位素组成（利用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统（北京理加联合科技有限公司）提取土壤和木质部中的水分），利用这些数据拟解决以下问题：（1）阐明优势种植物水分利用模式的季节变化；（2）明确两种优势种植物水分利用模式的差异。本研究将有助于了解河岸湿地生态系统中植物-土壤-水关系的机制，旨在为干旱区河岸湿地生态系统恢复与重建提供理论依据与决策支撑。图1 (a)和(b)代表研究区域及采样点空间分布。(c)为东滩湿地，(d)为旱柳，(e)为紫翅猪毛菜。【结果】图2 紫翅猪毛菜（a）和旱柳（b）0-100 cm土壤水中δD和δ18O值的季节变化。垂直虚线表示木质部水的同位素组成。误差条表示标准误差。图3 潜在水源对猪毛菜（a）和旱柳（b）贡献百分比的月变化。图4 水体氢氧稳定同位素组成的关系。图中还显示了全球大气水线(GMWL，红色虚线)、局地大气水线(LMWL，黑色虚线)和土壤水线(SWL，黑色虚线)。(a)、(b)为紫翅猪毛菜，(c)、(d)为旱柳。图5 潜在水源对紫翅猪毛菜和旱柳水分来源贡献。【结论】水分来源及其植物水分利用模式是决定湿地植物区系组成、种群分布格局的关键因子，已成为干旱区受损湿地植被保护与恢复急需解决的关键问题。因此，本文基于稳定同位素技术研究降水、土壤水、植物水和地下水的同位素组成，探究不同水分来源对河岸湿地植物水分利用的贡献率。土壤水、植物水和地下水都位于大气降水线附近，说明降水对各水源均有补给作用，但并不显著。在该研究区，草地土壤蒸发强度大于林地。地表蒸发影响0-60cm土壤水，大于80cm的土壤水与地下水存在水力联系。Iso-Source结果表明，紫翅猪毛菜主要利用0-60 cm土壤水，对地下水利用率较低，平均值仅为7.14%。降水对紫翅猪毛菜的贡献比例存在显著差异（10.3%-46.5%）。9月份降水对紫翅猪毛菜吸水贡献率最大，这与9月份的降水高峰有关。持续从浅层土壤获取水分的紫翅猪毛菜可能难以在极端干旱条件下生存。旱柳表现出明显的吸水模式，主要利用20-100cm土壤水和地下水。随着季节的推移，其水源逐渐从浅层转变为深层，表明旱柳对于水分利用具有较强的可塑性和适应性。然而，由于旱柳能够持续从深层土壤和地下水中获取水分，因此可能减弱湿地水土保持能力，造成生态负面影响。建议减少种植密度，进行适量灌溉，有利于旱柳在干旱环境中的最佳生长。今后在干旱地区进行人工湿地植被恢复和重建中，应选择根系分布不一致的树种进行混交栽植，以合理利用水资源、维持湿地生态系统的稳定性。研究结果将有助于更好地了解植被恢复计划（人工林地和天然草地）对干旱区河岸湿地水文过程的影响，并为植物物种选择和水资源管理提供参考依据。

双孢蘑菇属于呼吸跃变型，采后极易变软腐烂，通常采后常温下双孢蘑菇1～3 d就会出现失水、开伞或者褐变，冷藏可贮藏5～10 d，因此其货架期较短。此外，双孢蘑菇具有薄且多孔的表皮结构同时又缺乏保护组织，属于典型的机械损伤或瘀伤高敏感性作物。在流通过程中要经历长时间的振动胁迫，导致双孢蘑菇产生不同程度的机械损伤。严重的外部损伤可通过机器视觉技术等手段进行检测。沈阳农业大学信息与电气工程学院的姜凤利和食品学院的孙炳新*等以双孢蘑菇为研究对象，采集室温条件下不同振动胁迫时间的新鲜蘑菇高光谱信息，融合光谱和纹理特征，结合化学计量学方法，对双孢蘑菇的早期机械损伤进行快速预测和判别。1、双孢蘑菇色泽分析从表1可以看出，随着振动时间的延长，蘑菇菌盖的亮度L值逐渐下降，颜色值a、b愈加发黄、发红，体现出双孢蘑菇的颜色值随着振动时间的变化而变化。与蘑菇亮度L变化趋势相反，褐变度持续升高，这可能是因为振动处理加剧膜脂过氧化作用，细胞膜透性升高，导致细胞膜结构破坏，使酚类物质与褐变相关酶广泛接触并反应，从而加剧了褐变的发生。综上所述，说明振动胁迫会加速双孢蘑菇白度值下降和褐变。2、双孢蘑菇光谱特征图3为不同振动时间双孢蘑菇平均光谱曲线，可以看出，原光谱数据在400～450 nm和900～1 000 nm波段范围内存在较大噪声，为了保证后续模型的分类正确率，选择450～900 nm范围内的光谱数据进行后续研究。不同振动时间蘑菇平均反射率光谱曲线显著不同，振动120 s的平均光谱反射率最低，完好无损的最高，表明光谱反射率与L值有关，L值越大，蘑菇表面越明亮，光谱反射率越大，即随着褐变度的增加，双孢蘑菇反射率下降明显。进一步分析，光谱在450～750 nm波段不同损伤程度的双孢蘑菇反射率差异明显。3、光谱数据预处理为了提高光谱数据的信噪比，分别采用SNV、SG以及MSC对原光谱进行处理，原光谱曲线以及3种方法处理后光谱曲线（取3种样本各10个光谱数据）如图4所示。从表2可以看出，经过不同预处理方法后，分类模型的效果有很大差异，其中SG预处理后的建模效果最好，训练集和测试集分类正确率分别达到91.11%和84.44%，因此后续研究均采用SG平滑方法处理实验数据。4、特征提取特征波长提取采用SPA提取特征波长个数与RMSECV对应关系如图5a所示，可见选择的特征波长个数为5时，RMSECV值最小为0.191。最终提取出的5个特征波长依次为465、495、512、540、616 nm，如图5b所示。特征波长主要集中在500～650 nm之间，主要是由于该波段范围对应可见光谱的黄色及黄绿色，振动胁迫导致双孢蘑菇表面颜色逐渐变黄，因此随着褐变度增加光谱反射率呈下降趋势。从图6可以看出，CARS在第59次采样时，获得的变量子集建立的PLS模型RMSECV最小，因此，该子集定为关键变量子集，共包含8个变量。提取的特征波长依次为451、475、484、492、518、545、655、798 nm。与SPA相似，CARS提取的特征波长主要集中在500～650 nm附近范围内，除此之外，798 nm波段主要与蘑菇水分含量有关，由于蘑菇受振动胁迫时间较短，因此水分变化并不明显。纹理特征提取如图7所示，因此本研究采用500 nm波段下的灰度图作为特征图像进行感兴趣区域提取。从180个双孢蘑菇样本灰度图中提取240×240大小感兴趣区域图像作为纹理图像，根据纹理特征参数提取方法提取纹理特征值。5、损伤识别模型基于光谱特征的判别模型从表3可以看出，3种识别模型对完好无损、振动60 s、振动120 s的双孢蘑菇识别效果存在较大差异。从3种模型的检测结果看，在训练集和测试集中，SPA提取特征波长效果均优于CARS，可能是由于CARS特征提取算法选择的波长与双孢蘑菇振动损伤相关性较小，而SPA对于消除原始光谱中的冗余信息效果更为突出。此外，SPA-PLS-DA分类识别率最高，训练集和测试集的平均识别率分别为93.33%和91.11%，SPA-BP模型识别率次之，训练集和测试集平均识别率分别为91.11%和88.89%，可能是因为BP神经网络在训练时神经元反向传递学习过程中，易陷入局部最优解。ELM识别模型分类效果差于PLS-DA和BP，训练集和测试集平均识别率分别为82.96%和71.11%，原因可能是ELM模型权重和偏置在后续训练中不进行更新，使其陷入局部最小值，无法获得最优解。基于纹理特征的判别模型从表4可知，与光谱特征判别模型一致，基于纹理特征判别模型的准确率高低依次为PLS-DA、BP和ELM。PLS-DA识别模型在训练集和测试集中，完好无损双孢蘑菇识别正确率均在90%以上，振动60 s类型、振动120 s类型双孢蘑菇识别正确率均低于90%；BP判别模型的分类效果不理想，训练集和测试集中，3 类双孢蘑菇识别正确率均在90%以下，尤其是测试集中，振动60 s双孢蘑菇识别正确率为53.33%。ELM判别模型平均分类正确率最低，训练集和测试集中仅有振动120 s类型双孢蘑菇识别正确率在80%以上。以上建模结果表明单从外部纹理特征建模并不能准确表达蘑菇的内部信息，识别效果不理想。基于光谱-纹理特征融合的判别模型从表5可以看出，训练集的3种不同损伤程度的双孢蘑菇识别正确率均为97.78%，测试集的完好无损类型和振动120 s类型的双孢蘑菇识别正确率为100%，振动60 s类型识别正确率为86.67%，总体识别率为95.56%。从图8可以看出，测试集的振动60 s出现了识别错误的情况，振动60 s被识别成振动120 s和完好无损类型各1个，识别错误的原因可能是振动60 s类型的部分样本与之相邻两类样本的纹理特征差异较小，且光谱特征区分不够明显，导致测试集发生误判的情况。结 论分析并比较SG、MSC和SNV作为高光谱数据预处理方法的建模效果，确定SG为预处理最佳方法。将处理后的数据采用SPA、CARS方法提取特征波长。基于特征波长下的光谱数据以及全波段光谱数据建立PLS-DA、BP神经网络以及ELM分类模型，最终确定SPA-PLS-DA模型分类效果最好，训练集和测试集总体识别率分别为93.33%、91.11%。利用灰度共生矩阵提取500 nm波段下双孢蘑菇纹理特征参数16个，基于特征值建立双孢蘑菇图像信息的PLS-DA、BP神经网络以及ELM分类模型，通过分析实验结果，确定PLS-DA为最佳分类模型，其中训练集和测试集总体识别率分别为88.89%、86.67%。相比光谱建模效果稍差。融合光谱特征和图像特征，建立PLS-DA双孢蘑菇分类模型，训练集和测试集总体识别率分别为97.78%和95.56%。预测效果优于单一信息建立的判别模型。结果表明，采用光谱-图像融合信息建模可以提高双孢蘑菇损伤程度检测精度。

小麦作为人类重要的粮食来源之一，你对它的印象是什么？是夜来南风起，小麦覆陇黄的生机景象，还是大麦干枯小麦黄，妇女行泣夫走藏的悲切画面?风吹麦浪的一片金黄往往让人神往，然而随着全球气候的变化，干旱逐渐开始威胁小麦的生长及产量，各地小麦纷纷减产，继而引起价格的上涨。久旱麦粒细，终久不成穗......如今，小麦在干旱环境下的生存和适应能力备受关注。叶绿素作为植物生长的基本生化过程之一，与干旱适应性之间的关系引发了广泛的研究兴趣。下面这篇论文聚焦干旱胁迫下小麦的叶绿素含量，通过研究一种新型的监测方法，有望提高对小麦叶绿素含量评估的准确性，对推动粮食安全与生态环境的平衡发展具有重要意义。Resonon Pika L在干旱胁迫下小麦叶绿素快速无损评价方面的应用研究背景小麦是对全球粮食安全至关重要的主要粮食作物。然而，小麦作物遭受着许多非生物胁迫，包括低温、干旱、高温和干热风，这强烈影响其生长、发育和生产力。干旱是世界范围内最严重的非生物胁迫之一，可显著降低小麦的分蘖数、每穗粒数和千粒重。2021年，美国和巴西都遭受了历史性的严重干旱，这使全球粮食价格上涨至近十年来的最高水平。因此，有效监测小麦生长过程中干旱胁迫的影响对提高产量、品种和粮食安全至关重要。叶绿素是植物光合作用的基础，直接决定植物净初级生产力和碳收支，叶绿素含量可以反映植物的生长状况。而干旱胁迫会降低作物的叶绿素含量，破坏光合机制，抑制其生长，最终降低产量。干旱胁迫下作物叶绿素含量的变化程度与抗旱性密切相关，因此，监测小麦叶绿素含量可为小麦的光合作用和抗旱性提供关键信息。传统的叶绿素含量测定方法包括分光光度法和使用手持式叶绿素含量仪，这些方法使得叶片破坏程度大、效率低，不利于大规模测定小麦叶绿素含量。而与传统方法相比，高光谱成像技术可以快速、无损、高效地测定植物叶绿素含量。此外，高光谱图像包含丰富的光谱信息，可用于精确的农业研究和建立复杂的数学模型。近年来，高光谱成像技术在植物监测中的应用发展迅速，广泛的研究主要集中在开发基于光谱指数的模型来估计叶绿素含量。然而，少量的敏感波段并不能充分代表所有的高光谱信息。此外，大多数研究使用的小麦品种较少，忽略了多品种间的异质性。因此，以往模型对其他系统的适用性受到限制，该模型对大规模叶绿素含量和抗旱性的评估无效。研究过程基于此，在本研究中，来自中国西北农林科技大学的一组研究团队以中国阳岭区（108◦ 4 0 E，108◦ 160E，34◦ 160N）为研究区，对新作物品种进行试验。2021年10月21日，在一个钢架棚内共种植335个小麦品种（共2010个叶片样品），并将它们置于不同的土壤含水量条件下，采用土壤钻探法测量0.5m深度的土壤含水量。再在每个品种中采集了6个新鲜的旗叶样本，在实验室内利用Resonon Pika L 高光谱成像系统采集小麦叶片的高光谱图像数据，同时利用SPAD-502 Plus叶绿素计测定小麦旗叶的SPAD值（反映叶绿素含量）。对高光谱图像进行平滑处理（使用Savitzky-Golay滤波器）、一阶导数处理。分析控制和干旱胁迫下小麦灌浆期旗叶的高光谱特征及其与SPAD值的相关关系，用逐次投影算法（SPA）识别特征波段，最后采用机器学习方法构建了四种回归模型，包括简单线性回归（SLR）、最小绝对收缩和选择算子回归（LASSO）、岭回归（RR）和随机森林回归（RFR）模型，并检验模型效果，以确定快速叶绿素含量估计模型的准确性，最终建立一种快速、无损、准确、广泛适用的方法来评估小麦叶绿素含量、光合作用和抗旱性。不同土壤含水量条件下小麦叶片的高光谱曲线和单波段高光谱图像（对照处理CK和干旱胁迫DS条件下）。叶片高光谱与SPAD值的相关性分析及拟合结果。（A，B）光谱反射率和一阶导数与SPAD值的相关性；（C，D）基于549 nm光谱反射率和735 nm光谱一阶导数的简单线性回归（SLR）分析；（E，F）基于549 nm处反射率和735 nm处一阶导数的SPAD预测值和实测值的拟合结果。结果基于不同数据集和模型的SPAD预测值和实测值的比较。（A-C）全波段高光谱反射率的LASSO、RR和RFR模型；（D-F）全波段高光谱一阶导数的LASSO、RR和RFR模型。基于全波段高光谱反射率模型，对不同土壤含水量条件下小麦叶片SPAD预测值和实测值的拟合结果。（A-C）控制条件下的LASSO回归、RR和RFR模型；（D-F）干旱胁迫条件下的LASSO回归、RR和RFR模型。（A，B）由549 nm反射率和735 nm一阶导数估计的叶片水平上的SPAD值图。基于光谱和图像特征数据集的RFR模型结果。结论本研究利用不同土壤含水量条件下大规模小麦品种的高光谱图像分析，确定了叶片叶绿素含量快速估算模型的准确性。对叶绿素含量估计最敏感的波段在可见波段（400-780nm），相关分析表明，最佳波段位于541、549、708和735 nm附近，549 nm处的高光谱反射率和735 nm处的一阶导数与SPAD值的相关性最强。SPA结果表明，在536、596和674 nm处的波段是估计SPAD值的最佳波段，在756和778 nm处的一阶导数对估算相对叶绿素含量最有用。结合光谱特征和图像特征可以提高干旱胁迫小麦SPAD值的估算精度（RFR模型最优性能：R2 = 0.61，RMSE = 4.439，RE = 7.35%）。总之，本研究建立的模型可以有效地评价小麦叶绿素含量，并为了解光合作用和抗旱性提供依据；本研究建立的技术方法具有巨大潜力，可为小麦及其他作物的高通量表型分析和遗传育种提供参考。

MST案例汇总 植物生长会受到各种复杂多变的逆境条件胁迫，包括干旱、盐碱和低温等。在长期的系统发育过程中，植物也逐渐形成适应、抵抗和忍耐的抗逆性，植物抗逆性机制为当前研究的热点，今天小编带大家来了解一下，微量热泳动（MicroScale Thermophoresis, MST）互作技术在植物适应逆境的机制研究的应用。01高温胁迫_蛋白&蛋白互作Chen, Si‐Ting, et al. "Identification of core subunits of photosystem II as action sites of HSP 21, which is activated by the GUN 5‐mediated retrograde pathway in Arabidopsis." The Plant Journal 89.6 (2017): 1106-1118.前人研究发现位于叶绿体的热休克蛋白21（HSP21）能够保护光系统II复合体 (PSII)，使其免受细胞内热和氧化应激，但其作用的分子机制尚不清楚。中科院植物生理生态研究所郭房庆研究团队发现，热应激下拟南芥HSP21被GUN5依赖的逆向信号通路激活，并直接结合其核心亚基D1和D2蛋白来稳定PSII。 组成性表达HSP21可以恢复热胁迫下PSII 的热敏稳定性和gun5突变体的功能缺失，表明HSP21是热胁迫条件下维持类囊体膜系统完整性的关键伴侣蛋白。研究人员借助MST技术直接在接近天然状态下的裂解液中检测了HSP21蛋白与PS II核心亚基D1和D2蛋白之间的亲和力。图注：MST技术检测HSP21和植物裂解液中D1/D2结合植物内某些蛋白较难纯化或者纯化后活性受影响，利用MST技术，可直接在植物裂解液内进行亲和力检测，无需纯化。在本次实验中，作者裂解表达35S::D1-eYFP或35S::D2-eYFP的转基因植物，直接向裂解液中加入梯度稀释的纯化HSP21蛋白，检测得到HSP21与D1/D2的亲和力Kd分别为0.67μM和1.32μM.02低温胁迫_蛋白&离子Ding, Yanglin, et al. "CPK28-NLP7 module integrates cold-induced Ca2+ signal and transcriptional reprogramming in Arabidopsis." Science Advances 8.26 (2022): eabn7901.寒冷的环境中会触发植物细胞质Ca2+的激增，导致植物的转录重编程。然而，Ca2+信号是如何被感知和传递到下游的低温信号通路仍然是未知的。中国农业大学杨淑华课题组研究发现，钙依赖性蛋白激酶28 (CPK28)启动了一个磷酸化级联，从而作用于低温诱导Ca2+信号下游的转录重编程。这项研究阐明了一种先前未知的机制，揭示了植物从质膜到细胞核的快速感知和转导低温信号的关键策略。研究中，作者通过MST实验检测到CPK28可直接与Ca2+结合。CPK28 EF-hand位点突变蛋白CPK28EFm与Ca2+亲和力降低了6倍，证明了EF-hand对结合Ca2+非常重要。图示：MST技术检测CPK28/CPK28EFm与Ca2+的亲和力03淹水胁迫_蛋白&离子Lehmann, Julian, et al. "Acidosis-induced activation of anion channel SLAH3 in the flooding-related stress response of Arabidopsis." Current Biology 31.16 (2021): 3575-3585.淹水胁迫导致厌氧菌引发的胞质酸中毒，使植物细胞感知酸性并通过膜去极化传递这种信号的分子机制尚不清晰。德国维尔茨堡大学研究表明，拟南芥根中酸中毒诱导的阴离子流出依赖于阴离子通道AtSLAH3，细胞质子浓度的增加使SLAH3从无功能二聚体转变为活性单体形式，激活了阴离子通道。研究发现硝酸盐对于pH依赖的通道激活至关重要，并通过MST技术研究SLAH3与NO3-的结合。图示：(左) 淹水相关胁迫响应中酸中毒诱导的阴离子通道SLAH3的激活(右) MST技术检测不同PH下SLAH3与NO3-亲和力作者表达SLAH3-GFP融合蛋白作为荧光信号源，无需其他标记。在pH6.5下检测到SLAH3与NO3-相互作用的Kd为120±50 mM。在pH为7.3时，SLAH3仍与NO3-结合，但亲和力降低了60%，表明SLAH3与阴离子的结合依赖于pH。04干旱胁迫_蛋白和磷脂分子Yang, Yongqing, et al. "Phosphatidylinositol 3-phosphate regulates SCAB1-mediated F-actin reorganization during stomatal closure in Arabidopsis."The Plant Cell 34.1 (2022): 477-494.为了应对干旱胁迫，植物关闭气孔以减少叶片蒸腾水分的损失。气孔运动受信号分子磷脂酰肌醇三磷酸(PI3P)的调控。然而，这一过程的分子机制尚不清楚。中国农业大学郭岩研究组研究表明，拟南芥气孔关闭过程中，PI3P通过与植物特异性肌动蛋白结合蛋白 (SCAB1) 结合，抑制其寡聚，从而调节气孔关闭期间保卫细胞中F-肌动蛋白稳定性和重排。为了检测SCAB1蛋白是否可与PI3P结合，作者进行MST实验，结果显示二者具有非常强的亲和力，解离常数Kd为4.5±0.09 pmol。为了确定具体结合位点，作者将PI3P motifs RXLR-dEER进行突变，MST结果显示，三重突变蛋白不能与PI3P结合。综合其他实验，最终证明，SCAB1的4个RXLR motifs均具有PI3P结合能力，且至少需要2个RXLR才能与PI3P结合。图示：MST检测SCAB1与PI3P的亲和力05氧化胁迫_蛋白&离子Zhou, Xin-Tong, et al. "Ectopic expression of SsPETE2, a plastocyanin from Suaeda salsa, improves plant tolerance to oxidative stress." Plant science 268 (2018): 1-10.质体蓝素（Plastocyanin）是一种I型含铜蛋白，存在于叶绿体类囊体中，越来越多的证据表明，植物质体蓝素参与了铜的稳态调节，但其生理相关性仍不明确。中科院微生物所夏桂先和仲乃琴团队发现了一个来自盐生碱蓬的质体蓝素基因(SsPETE2)具有抗氧化功能，该基因与铜螯合活性有关。作者通过MST实验发现SsPETE2可与铜离子结合，进而缓解H2O2的形成。此外，与过表达AtPETEs的植物相比，表达SsPETE2的植物对氧化胁迫表现出更强的耐受性，MST结果显示，SsPETE2比AtPETEs具有更强的铜结合活性。图示：MST检测SsPETE2、AtPETE1和AtPETE2与Cu2+的亲和力。总 结 在抗逆机制研究中，常常涉及到蛋白和小分子，甚至是与离子的互作。MST技术在进行互作亲和力检测时，不依赖于分子量的变化，因此，即使是几十个道尔顿的离子和蛋白的亲和力也可以轻松胜任。此外，MST亲和力检测范围宽（pM-mM），可研究不同强度亲和力的互作，是植物抗逆研究中的一件利器。新品Monolith X分子互作检测仪-即将面世点击图片-参与新品发布会

人们面对病毒入侵，会通过佩戴口罩进行有效抵御。同样，植物也会通过调节气孔的开放和关闭来抵抗病原入侵。气孔关闭可减少水分流失并限制病原体进入，然而长时间关闭气孔，会导致植物光合作用以及蒸腾作用的减弱，水分的过度积累甚至会促进植物体内病原体的定殖。所以，植物其实也是需要在合适的时间“摘掉口罩”。那么，植物是如何动态调节气孔关闭和开放的？其背后的分子机理仍不清楚。今年5月，美国德州农工大学何平教授、单立波教授与山东建筑大学侯书国教授在Nature主刊合作发表了相关研究，发现了一类新的调控免疫和水分流失的分泌小肽SCREWs，阐明了SCREWs参与植物重新打开气孔的分子机制。这也是山东建筑大学首篇Nature主刊文章。植物基因里编码数以千计的小肽，而其中多数小肽的功能仍是未知的。一些小肽是植物免疫的细胞因子，被驻扎在细胞表面的受体激酶所感知。作者首先分析了拟南芥小肽合成基因的转录组学，发现受细菌鞭毛蛋白刺激时，一些小肽的合成会明显提高，并且这些小肽具有保守的C端（图1）。用这些小肽处理种苗后，发现小肽诱导激活了MAPKs（mitogen-activated protein kinases），及包括WRKY30，WRKY333，WRKY353和FRK1在内的多种PTI（pattern-triggered immunity）标志物的表达，并且证明了C端保守的两个半胱氨酸（CC）对诱导免疫反应十分重要。体内实验发现这些小肽直接决定了拟南芥是否易感染Pst DC3000（Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000）。由此作者鉴定这些小肽为一类新的植物细胞因子，被命名为SCREWs（SMALL PHYTOCYTOKINES REGULATING DEFENSE AND WATER LOSS）。图1 细胞因子SCREWs的序列比对作者的下一步是找到SCREWs的受体。受体激酶，特别是LRR-RKs（leucine-rich repeat receptor kinases）是很多内源肽的受体。作者筛选了拟南芥的受体激酶，发现NUT（AT5G25930）介导了SCREWs诱导的免疫反应。为了确定NUT是不是SCREWs的直接受体，作者使用Biacore T200，通过把NUT胞外域固定在CM5芯片上，SCREWs作为分析物流过芯片，检测得到SCREW1与NUT的亲和力达到12.95μM，SCREW2与NUT的亲和力达到6.23μM（图2）。图2 Biacore鉴定SCREWs的受体NUT（pH 7.5）为了更加接近体内的环境，作者同样使用Biacore方法检测了pH5.7条件下SCREWs与NUT的亲和力，发现在非原质体的pH条件下，SCREWs与NUT的亲和力基本一致（图3）。图3 Biacore检测非原质体酸碱条件（pH 5.7）下SCREWs与NUT亲和力前面提到，SCERWs羧基端的保守半胱氨酸对诱导免疫十分重要，这里作者同样用Biacore做了体外实验的验证，结果发现保守区域半胱氨酸的突变会使SCREWs与NUT的亲和力显著降低（图4）。由此，藉由Biacore完整、可靠的实验结果，作者确定了NUT就是SCREWs的受体。图4 关键氨基酸的突变使SCREWs与NUT的亲和力显著降低很多LRR-PKs的受体都是BAK1和相关的SERKs，利用免疫沉淀实验发现SCREW会刺激NUT-BAK1复合物的产生后，作者同样使用Biacore检测SCREW2-NUT-BAK1三元的结合（图5）。同样把NUT胞外域固定在CM5芯片上，分析物则设置固定浓度的BAK1预混多浓度的SCREW2，并且检测NUT与单独BAK1的结合试验作为对照。结果发现，BAK1的存在显著提高了NUT和SCREW2的亲和力，达到了0.38μM。图5 Biacore检测SCREW2-NUT-BAK1三组分的结合除了调控免疫，作者还发现SCREW-NUT可以调控植物的水分流失。植物缺水时，ABA会促进气孔的关闭，调控植物的水分利用和耐旱性。作者发现，SCREW-NUT通过调控ABI（ABA INSENSITIVE）的磷酸化，导致ABI磷酸酶对OST1（OPEN STOMATA 1，一种介导ABA和MAMP诱导的气孔关闭的关键激酶）的活性增加，降低S型阴离子通道的活性，最终抑制气孔关闭。总结图6 文章整体研究思路综上所述，团队首次发现了植物应对病原体侵染或水分缺失时，会通过SCREWs-NUT来控制气孔的重新开放。SCREW-NUT系统广泛分布于双子叶和单子叶植物中，说明本研究在优化植物对非生物和生物胁迫的适应性方面有重要作用。Biacore作为分子互作的金标准，轻松应对信号通路的二元，三元体系研究，在研究植物生长发育和抗逆的信号通路，转录调控等方面，深受广大农业和植物科学家的信赖。Biacore可靠的实验数据，加上科学家创新又严谨的研究思路，定会加速我国科学家们在农业和植物领域的科研进展，巩固我们在此领域的领军地位。Biacore，for a better life参考文章：Liu, Z., Hou, S., Rodrigues, O. et al. Phytocytokine signalling reopens stomata in plant immunity and water loss. Nature 605, 332–339 (2022).

北京易科泰代理的PlantScreen植物表型分析平台在荷兰植物生态表型中心（NPEC）安装运行，这是该中心成立后安装运行的首套植物表型分析系统，整套系统由光适应室、叶绿素荧光成像单元、RGB 3D成像单元、3D激光扫描成像单元等组成，有轮子可以方便移动，被称为“可移动的高通量表型成像分析平台”。 美国橡树岭国家实验室（ORNL）生物能源创新中心设计安装大型PlantScreen植物表型分析平台，包括如下成像分析功能模块：1)RGB 3D成像分析单元，用于植物三维形态结构分析和颜色分析2)3D激光扫描成像分析单元，用于植物三维形体结构测量和3D建模3)脉冲调制（PAM）叶绿素荧光成像分析单元，用于植物生理性状及胁迫等成像分析4)高光谱成像分析单元，用于植物生化结构组成及代谢组学研究分析5)NIR近红外成像分析单元，用于植物水分分布成像分析6)高分辨率红外热成像分析单元，用于气孔导度动态分析该大型平台计划于2019年6月安装完毕并运行。 另一大型PlantScreen植物表型平台将于2019年上半年在匈牙利科学院生物科学研究中心（BRC）安装运行，该平台建设包括大型FytoScope植物生长室、紧凑型PlantScreen植物表型成像分析系统（安装在FytoScope内）、PlantScreen高通量根系表型成像分析系统（安装于FytoScope内）、大型模块式PlantScreen植物表型成像分析平台（安装在温室内）。该平台包括如下成像分析功能单元：1)根系与地上茎叶（root and shoot）表型分析单元，包括RGB 3D成像技术和3D激光扫描技术，对植物及其根系形态结构性状和生物量等进行高通量分析测量2)光合作用、胁迫耐受性、生理状态成像分析及GFP/YFP成像分析，采样脉冲调制（PAM）叶绿素荧光成像技术3)生化组成及代谢成像测量，采用VNIR高光谱成像分析技术4)气孔导度动态测量分析，采用高分辨率红外热成像技术 易科泰生态技术公司为您提供植物表型分析全面解决方案:?手持式或便携式叶绿素荧光测量与成像技术?手持式或便携式植物光谱与高光谱成像测量技术?手持式或便携式红外热成像技术 ?FluorCam叶绿素荧光成像全面解决方案?FluorCam多光谱荧光成像技术全面解决方案?FKM多光谱荧光动态显微成像技术方案——细胞亚细胞水平分析植物性状?Specim高光谱成像技术全面解决方案?PlantScreen高通量植物表型成像分析技术?叶绿素荧光成像、高光谱成像、红外热成像、多光谱成像、RGB成像综合集成技术方案

第一作者：陈苗通讯作者：金小伟、徐建通讯单位：中国环境监测总站、中国环境科学研究院图片摘要成果简介近日，中国环境监测总站金小伟教授级高工团队与中国环境科学研究院徐建研究员团队合作在环境领域著名学术期刊Journal of Hazardous Materials上发表了题为“Micropollutants but high risks: Human multiple stressors increase risks of freshwater ecosystems at the megacity-scale”的研究论文。该文研究了大型城市（北京市）淡水生态系统中包含农药、PPCPs、非法药物和工业化学品在内的133种微污染物对不同营养级水生生物的生态风险，考查了不同空间尺度土地利用对生态风险的影响，并利用结构方程模型（SEM）分析了多重胁迫对微污染物生态风险的效应，定量了人类活动和气候条件对微污染物风险效应的相对权重。该结果说明淡水生态系统中微污染物的生态风险不可忽略，气候、土地利用、水文条件等因素均会影响微污染物的生态风险，在进行水域管理时必须综合考虑多重胁迫因素。引言人类世以来，淡水生态系统越来越多的受到人类活动的直接或间接影响。气候变化、水文调节、土地利用和化学污染物是威胁河流生态系统结构和功能的主要因素。同时，随着土地利用和城市化的加剧，许多淡水生态系统正面临着生物多样性丧失和功能改变。除土地利用外，水环境中的有机微污染物也因其普遍分布和潜在的生态风险而引起广泛关注，长期接触微污染物会对水生生物和人类健康构成重大风险。在流域尺度的自然环境中，多种复杂的胁迫因素相互作用，对淡水生态系统造成破坏，很难确定其主要驱动因素。已知有机污染物与城市、耕地等人类土地利用有关，然而，以前的研究侧重于定性探索，缺乏对土地利用与多种微污染物暴露模式或生态风险之间的定量研究。以往对流域微污染物的研究主要集中在环境暴露、毒性和潜在生态风险。部分研究侧重于单一类别微污染物或某类污染物与土地利用之间的定性关系，而忽略了土地利用的多尺度影响。先前的研究没有确定土地利用和气候条件对多类型微污染物风险效应的相对权重。本研究主要关注大型城市淡水系统中微污染物的分布模式、生态风险及其受气候和人类活动的影响效应，特别是土地利用的多尺度效应及多重胁迫的影响，以期为流域尺度水域治理和管控提供有效的保护策略。图文导读微污染物的分布特征图1 北京市地表水中13类微污染物的浓度（a，*:P0.05）及在不同区域的分布（b，d.枯水期；c，e.平水期），不同字母表示显著差异（P0.05）微污染物的浓度总体表现为新烟碱农药（NEOs）有机磷酸酯（OPEs）抗病毒药（ANVIs），枯水期平均浓度分别为483、225和150 ngL−1。不同行政区域和河流中微污染物的分布和相对组成不同。南部区域的浓度明显高于北部区域，这与人类活动和污水处理厂分布显著相关。微污染物的生态风险图2 不同类别微污染物对不同营养级水生生物造成风险的比例（a.枯水期，b.平水期）。根据平均浓度（c）和最大浓度（d）确定的优控污染物（TUs1）在平水期，96.7%、100%和100%区域的藻类、无脊椎动物和鱼类受微污染物的慢性影响，这一比例高于枯水期（分别为41.7%、98.3%和100%）。在平水期，8.3%、33.3%和1.7%区域的藻类、无脊椎动物和鱼类处于高风险，而枯水期的比例分别为11.7%、3.3%和0%。有机磷农药（OPPs，杀虫剂）、三嗪类农药（TPs，除草剂）和OPEs占鱼类、藻类和无脊椎动物风险的最大比例，在枯水期分别占47.9%、46.6%和 56.5%。与平水期相比，不同的是拟除虫菊酯对鱼类风险的占比最大（图2a-2b）。这些结果表明，微污染物是威胁水生生物和生态系统的重要因素。根据微污染物的平均浓度，对其生态风险进行排序（图2c-2d）。18种微污染物被确定为优控污染物，其中高风险和中风险分别有7种和11种。TU分别为445.9、300和182.4的λ-氯氟氰菊酯、六嗪酮和磷酸三（2-乙基己基）酯（TEHP）的风险最大，验证了农药和OPEs的潜在风险。此外，敌敌畏、吡虫啉、毒死蜱和三（1-氯-2-丙基）磷酸酯（TCPP）表现出较高的环境风险。该优控清单有助于管理和控制北京市甚至其他类似大型城市地表水中的微污染物。不同空间尺度土地利用对生态风险的影响图3 枯水期（a、b和c）和平水期（d、e和f）河岸带不同尺度（0.1~15km）内耕地、不透水表面和植被地与藻类、无脊椎动物和鱼类生态风险的关系研究了不同空间尺度土地利用对不同营养级水生生物慢性风险的影响（图3）。当河岸带缓冲区分别超过5 km和2 km时，耕地对无脊椎动物和藻类的慢性风险有显著影响（p0.05），相关系数（R）呈现先增加后减少，然后再增加的趋势（图3a）。在所有空间尺度（0.1~15 km）的缓冲区中，不透水表面对藻类、无脊椎动物和鱼类的慢性风险显示出显著影响（p0.05）（图3b和3c），平水期影响最大的是缓冲区范围分别为1 km、2 km和5 km（图3e）。对于植被地，所有尺度缓冲区的土地利用（宽度为0.1 km的缓冲区除外）对慢性风险表现出显著的负效应（p0.05），并且最大的相关系数位于不同的空间尺度上（图3c和3f）。河岸带缓冲区中大于2 km的土地利用类型对三类水生生物的慢性风险有显著影响，表明太宽泛的河岸带缓冲区范围并不能解释当地的污染状况。在规划土地利用策略时，必须考虑最佳河岸带缓冲区，这有利于以较低成本获得理想的生态效益。图4 结构方程模型显示的气候条件和人类土地利用对藻类、无脊椎动物和鱼类慢性风险的直接和间接效应（a）及相应的直接效应、间接效应和总效应系数（b）利用SEM确定了人类土地利用和气候条件对三种不同营养级水生生物生态风险的直接和间接效应（图4，χ2=14.784，df=17，CFI=1，RMSEA=0.000）。人类土地利用对水质参数（WQPs）和新污染物浓度有显著的正效应，尤其是对NH3-N（标准化路径系数β = 0.40, P0.05）、OPEs（β = 0.91, P0.001）、OPPs（β = 0.69, P0.05）和大环内酯类抗生素（MACs）（β = 0.87, P0.01）。此外，气候条件对WQPs和新污染物的浓度有轻微的直接效应，气温和降雨量分别与三类生物的慢性风险呈正相关和负相关关系。OPPs受到人类土地利用的正效应（β=0.69，P0.05），在无脊椎动物的慢性风险中起着主要作用（β=0.75，P0.001）。同样，OPEs受到人类土地利用的正效应（β=0.91，P0.0001），并且人类土地使用对藻类的慢性风险有很高的效应值（β=0.027，P0.05），总磷和NH3-N两种营养物质分别对无脊椎动物的慢性风险有显著的负效应和正效应，其标准化路径系数分别为-0.40（P0.001）和0.26（P0.05）。人类土地利用对新污染物构成的风险具有正的总效应，而降水具有负的总效应（图4b）。且人类土地利用的总效应大于气候条件的总效应，表明人类土地利用对新污染物造成生态风险的贡献更大。经济的显著增长和城市化率的不断提高，改变了大型城市的空间结构及微污染物对淡水生态系统的影响。结果表明，反映人为压力源的土地利用可以作为解释不同营养级物种慢性风险的重要驱动因素。小结对大型城市淡水生态系统中133种微污染物进行了分析和风险评估，发现除草剂、OPEs和杀虫剂分别对藻类、无脊椎动物和鱼类的风险最大。确定了18种优控污染物，该清单可能有助于大型城市的微污染物管理和控制。不同空间尺度土地利用对不同营养级水生生物的慢性风险效应不同，其结果对规划土地利用管理和流域生态保护具有重要意义。多重胁迫因素，包括气候条件、污染排放，尤其是人类土地利用，影响着微污染物的生态风险。在控制流域内的微污染物时，有必要同时考虑这些多重因素。然而，气候变化是一个复杂而长期的影响，它与污染物之间的相互作用可能在短期内不明显。未来的研究可以更多地关注微污染物与长期气候变化之间的相互作用。淡水生态系统中多重压力源的相互作用仍然存在很大的不确定性，在以后的研究中应该重视这些相互作用的机制研究。本项目得到了国家自然科学基金委和国家重点研发计划的资助。

不同的细胞策略决定了10种拟南芥天然种质对轻度干旱的敏感性拟南芥种质的全球分布施加了不同类型的进化压力，这有助于这些种质对环境胁迫的各种反应。干旱胁迫反应已经得到很好的研究，特别是在哥伦比亚的一种常见拟南芥种质。然而，对干旱胁迫的反应是复杂的，我们对这些反应中哪些有助于植物对轻度干旱的耐受性的理解是非常有限。本文研究了自然种质在早期叶片发育过程中在生理和分子水平上对轻度干旱的反应机制。记录了自然种质之间轻度耐旱性的差异，并使用干旱敏感种质ICE163和耐旱种质Yeg-1的转录组测序来深入了解这种耐受性的潜在机制。这表明ICE163优先诱导茉莉酸和花青素相关途径，这有利于生物胁迫防御，而Yeg-1更明显地激活脱落酸信号，即经典的非生物胁迫反应。还研究了相关的生理特征，包括脯氨酸、花青素和ROS的含量、气孔关闭和细胞叶参数，并将其与转录反应相关联。结论是这些过程中的大多数构成了一般干旱响应机制，在耐旱和敏感的种质中受到类似的调控。然而，在轻度干旱下关闭气孔和维持细胞扩张的能力似乎是在轻度干旱下促进叶片更好生长的主要因素。图1.不同拟南芥种质在轻度干旱下表现出不同的叶片生长减少为了探索拟南芥的遗传多样性如何影响对轻度干旱胁迫的反应，我们在自动称重、成像和浇水机（WIWAM）上筛选了来自不同来源的15份自然材料（图1A）。当第三片真叶（L3）开始出现时，在层积（DAS）后6天开始对一半植株进行轻度干旱（MD）处理。另一半的植物保持在充分浇水（WW）的条件下作为对照。在22 DAS收获植株，并测量成熟L3的面积。在WW条件下，各材料的平均叶面积（LA）已经有所不同（图1），但除EY15-2外，所有材料在MD条件下的LA相对显著减少（图1B）。值得注意的是，LA的减少程度因加入量的不同而有很大差异，从14%到61%不等（图1B，补充表S2）。在WW条件下，对MD的敏感性并不取决于叶片的大小，因为WW条件下的LA与MD的相对减少之间没有相关性。我们鉴定了干旱敏感材料，如Oy-0、Ler-0、ICE97和ICE163，以及更具耐旱性的材料，包括C24、Yeg-1、An-1、Sha和EY15-2。图2.轻度干旱胁迫下脯氨酸、花青素和活性氧的积累通过在WW和MD条件下进行3,3-二氨基联苯胺(DAB) 染色来检查H2O2的丰度。除了EY15-2和ICE163（图2A），在MD下的大多数种质的子叶中，H2O2水平（可视化为深棕色沉淀物）增加。然而没有观察到耐受和敏感种质之间一致的显著差异。为了保持 ROS 的稳态，植物进化出复杂的酶促和非酶促抗氧化系统，已知脯氨酸积累在非生物胁迫中发挥积极作用。除了脯氨酸外，在本文的GO分析中，花青素相关基因的比例过高。因为脯氨酸和花青素都能够清除ROS，我们在保水后五天测量了它们在幼苗中的丰度。除了Sha外，大多数种质在MD处理后积累的脯氨酸水平相似（图2B）。另一方面，花青素测量显示，积累较少H2O2的生态型，ICE163和EY15-2，在MD期间花青素含量显着增加（图2C）。这些结果表明，在我们的MD条件下，花青素可有效抵消ROS，而脯氨酸在敏感和耐受性种质中充当一般干旱响应因子。在保水后五天测量了干旱对耐受性和敏感种质气孔关闭的影响。在WW条件下，Oy-0和ICE163（干旱敏感种质）已经显示出比ICE97和三个耐受种质更高的开放气孔比率（图3，A和B）。在MD下，所有种质的气孔开放显着减少（图3，A和B），但我们发现耐受性种质的开放气孔少于敏感种质（图3B）。在MD条件下，具有较低气孔密度（SD，每平方毫米气孔数）的植物表现出较低的蒸腾作用和较高的水分利用效率。因此，在22DAS时分析了所有敏感和耐受种质的SD。值得注意的是，敏感种质ICE163和ICE97在MD处理期间显示出SD显着增加（图3D），而在耐受种质中SD未改变。并计算了22 DAS时的气孔指数（SI，每表皮细胞总数的气孔数）。在所有种质中，Sha在WW和MD条件下的SI最高（分别为32%和29%），而Oy-0的SI最低（分别为23%和22%）（图 3C）。然而，我们在所有六个种质中都没有观察到MD处理对SI的任何显着影响（图3C），这表明气孔的发育在干旱期间没有改变。图3.轻度干旱处理后的气孔开度、指数和密度本文发现大多数种质在干旱期间平均路面细胞数量显着减少，除了EY15-2（图4A），其中L3的最终区域不受干旱的显着影响（图1B）。在所有生态型中，细胞数量减少到相似的程度（图4A）。另一方面，敏感种质中的MD处理显着减少了平均路面细胞面积，而在耐受种质中没有观察到减少（图 4B）。更具体地说，敏感种质在MD处理期间显示出较小细胞比例增加或大路面细胞比例降低，但在耐受种质中未观察到显着差异（图4C）。这些数据表明，细胞扩增的减少是这些生态型中对MD的耐受性和敏感性之间的主要区别因素。图4.轻度干旱对敏感和耐受种质的路面细胞数量和面积的影响不同

低场核磁共振T1/T2弛豫时间与成像技术在耐寒性植物中的研究低温会影响到细胞正常的生理功能,甚至造成细胞的破裂死亡,影响植物的生长发育或导致植物死亡。这些均与植物的水分状态密切相关。为什么很多耐寒性植物能在低温下长期正常生存?它们内部水分到底是何种状态?温带多年生草本植物中,越冬能力主要取决于根部而非顶部的非结构性碳水化合物的浓度。相反,热应激也是夏季限制牧草生长的主要因素。植物体内的水分有自由水和结合水两种。所谓”结合水”,仅仅看其化学组成,和自由水没有太大的区别,只是自由水的分子排列顺序相对凌乱,可以到处流动,而结合水的分子却在植物组织周围排列得十分整齐,和植物组织亲密地”结合”在一起。结合水的性质和自由水的区别很大,比如自由水在摄氏零度就开始结冰,但结合水却比普通水的结冰温度低得多。寒冷的冬天,植物体内减少的只是自由水,而结合水的量却保持不变,这样结合水所占的比例反而提高了。由于结合水的结冰温度要比摄氏零度低得多,因此耐寒植物当然就可以在严冬中傲视冰霜了。低场核磁共振可以无损测定水的状态变化,T1弛豫时间和T2弛豫时间反映了水分子的运动而被用作生物组织中水动态的指标。由于细胞相关水的流动性和特性与细胞状况密切相关,因此核磁共振成像代表了组织的生理图谱,可用于研究细胞代谢的水动力学。结论：(1) T2弛豫时间图表明,水的状态反映了叶和根的耐寒性和耐热性 (2)根叶的水分含量和水分受限程度与T2弛豫时间相关 (3)通过测定T2弛豫时间可以说明叶子在-20℃、根在-10℃具有过冷能力 (4)叶片中水更低的流动性可能在对温度胁迫的响应中发挥重要作用。(5)核磁共振成像可以反映出不同组织的冻结情况。

水资源短缺是目前制约农业生产的一个全球性问题，近年来，全球水资源供需矛盾更加突出。对于中国而言，有43%的面积为干旱和半干旱地区，并且中国的水量分布在时间和空间上也存在非常巨大的不均衡性，这使得中国的水资源供需矛盾更加尖锐，是中国农业生产面临的最?大危机之一。自21世纪以来，中国每年都会发生大强度的干旱，受灾面积往往波及数个省，如2010年西南地区发生的大旱灾，有将近5000000hm2的农作物受害，造成190多亿元的经济损失。水稻作为中国第?一大粮食作物，研究不同干旱胁迫对水稻的影响以及研发出抗干旱品种对农业发展尤为重要。在遥感领域中，为了研究各种不同地物或环境在野外自然条件下的可见和近红外波段反射光谱，需要适用于野外测量的光谱仪器。地物光谱仪在户外主要利用太阳辐射作为照明光源，利用响应度定标数据，可测量并获得地物目标的光谱辐亮度 利用漫反射参考板对比测量，可获得目标的反射率光谱信息。实验过程及结果本实验旨在理解不同干旱胁迫下水稻基本型的表现，测量了10种在不同干旱威胁水平下导致相对含水量（RWC）不同的水稻的光谱数据，如图1所示。图1该实验显示了不同干旱胁迫下水稻的反射率模式。1) 在水稻含水量（RWC）降低时，由于1400nm和1900nm这两处水吸收特征峰减弱，导致近红外区域反射率增加。2) 对于350-700nm波长区域也有着类似的变化，在叶绿素a和叶绿素b的吸收范围中，反射率随着RWC降低而升高。3) 其次，随着RWC的降低，1400-1925nm波长向较短波长移动，且反射率增加。4) 在810-1350nm的海绵状叶肉中的散射也反映出反射率随RWC降低而增加的相同趋势。5) 最?后，在1100-2500nm波段位置的吸收也是一个强烈的吸收区域，随着RWC降低，叶片枯萎主要通过新鲜叶片中的水，其次是通过如蛋白质、木质素和纤维素的干物质而变得更加明显。结论这项实验的结果表明不同干旱威胁下的水稻的光谱反射率具有明显且规律的特征。因而可根据特征位置的差异建立预测模型，在精?准的模型分析下定量的分析出水稻含水量乃至干旱威胁程度，最终用于开发抗旱水稻品种的研究，为我国的农业生产作出巨大的贡献。

“万物生长靠太阳”。作物产量的高低归根结底取决于叶片对太阳辐射，特别是光合有效辐射的利用。全面监测和评估高等植物对光的吸收、利用、反射和传播，既能从整体上了解植物对光合有效辐射的吸收情况和光合作用的，又能具体分析叶绿体对光能的转化途径及电子传递状况，并且能够衡量作物冠层的结构变化。 由北京易科泰生态技术有限公司提供的全方位植物叶片光学监测和评估系统目前在黑龙江农垦科学院正式安装并组织了培训学习。该系统由开放式叶绿素荧光成像系统FC800-O、手持式叶绿素荧光仪FP100、全自动便携式光合仪LCPro-SD、植物冠层分析系统SunScan、AM350便携式叶面积仪组成，能够对黑龙江农垦科学院的主要研究作物水稻、玉米、大豆的形态及光合生理特性做全方位、多角度的监测和评估。 设备的安装、演示、培训和上手操作在6月末连阴雨天气下的哈尔滨进行。北京易科泰生态技术有限公司的技术工程师为参加培训的师生进行了详细的讲解和演示。理论铺垫和口头讲解仪器的使用&应用开放式叶绿素荧光成像系统FC800-O演示Rfd叶绿素荧光衰减率成像 PAR吸收率成像手持式叶绿素荧光仪FP100讲解FluorPen应用案例：番茄的臭氧处理在不同时期的OJIP快速荧光动力学曲线变化（Thwe and Kasemsap, 2014）全自动便携式光合仪LCPro-SD操作演示应用案例：调亏灌溉对柑橘叶片光合速率、气孔导度及叶绿素荧光强度的影响（Zarco-Tejada et al., 2016；LCPro-SD &FP100测定）ET：100%满足水分需求；RDI 1 ：调亏灌溉，水分供给降低到37%；RDI 2：调亏灌溉，水分供给降低到50%。箭头指向水分胁迫开始施加的日期。AM350便携式叶面积仪操作演示植物冠层分析系统SunScan演示讲解Soilbox-343土壤碳通量观测系统讲解

低温胁迫是限制植物分布的主要环境因素之一，感知低温信号是植物适应寒冷环境的基础。植物在低温中呈现出生长减缓、开花延迟等表型以适应低温环境。鉴定植物的冷感受器是解析植物低温感知分子机制的关键。 　　10月20日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心/CAS-JIC植物和微生物科学联合研究中心研究员杨小飞研究组、东北师范大学教授张铧坤研究组，以及英国约翰英纳斯中心(John Innes Centre，JIC) 研究员丁一倞研究组合作，在《自然-通讯》(Nature Communications)上，发表了题为RNA G-quadruplex structure contributes to cold adaptation in plants的论文。 　　温度依赖的大分子结构变化决定生物大分子发挥细胞温度计的功能，如蛋白质、核糖核酸等。为寻找与温度感知有关的RNA结构域特征，科研团队对1000种植物转录组项目(1KP)的RNA序列开展研究。该研究对其中的906种陆生植物与环境因素的相关性分析表明，生长在低温地区的植物RNA中普遍富含鸟嘌呤(Guanine)。鸟嘌呤(G-rich)序列在体外可以折叠为特殊的鸟嘌呤四链体(RNA G-quadruplex，RG4)结构，耐寒植物中具有更多的RG4结构，暗示富含G-rich序列与植物的耐寒性有关。 　　为探究RG4折叠与冷响应间的关系，科研人员对模式植物拟南芥进行低温处理，并利用此前开发的RG4检测方法SHALiPE-seq对体内RG4折叠进行定量检测。结果表明，低温处理显著诱导植物体内RG4结构的折叠，证明植物RG4具有感知低温的能力。研究系统分析了拟南芥的mRNA降解组数据，发现包含有冷诱导RG4的mRNA降解速率明显降低，暗示RG4或抑制了mRNA的降解。为验证RG4结构在mRNA降解中的作用，科研团队挑选了一个受低温显著诱导的RG4基因，命名为CORG1。通过碱基替换将G突变为A，可将包含RG4结构的野生型wtRG4-CORG1突变为不能形成RG4结构mutRG4-CORG1基因。进一步研究发现，mutRG4-CORG1在冷胁迫中的降解速率显著高于wtRG4-CORG1的降解速率，证明低温诱导的RG4结构形成抑制mRNA的降解。同时，低温对mutRG4-CORG1的转基因植物的生长抑制也明显弱于wtRG4-CORG1的拟南芥，表明RG4结构突变降低植物对低温响应的敏感性。 　　综上所述，冷处理诱导植物mRNA的RG4折叠，进一步选择性抑制mRNA的降解从而减缓植物在低温环境下的生长速度。转录组中RG4结构的选择性富集帮助陆生植物感知低温信号，促进植物对寒冷环境的适应性进化。该研究迄今为止首次发现RG4结构抑制mRNA的降解，阐明了RG4结构的全新分子调节功能，且RG4结构是植物中发现的第一个RNA低温感受器。美国哈佛大学和耶鲁大学研究人员对动物细胞的同期研究工作表明，多种胁迫因素(如低温、饥饿)促进3’UTR的RNA结构折叠，并提高mRNA的稳定性(https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.03.03.482884v1)。这些研究暗示环境依赖的RNA结构折叠作为胁迫感受器，在自然界广泛存在。 　　研究工作得到国家自然科学基金、英国生物技术与生物科学研究委员会基金和欧洲研究委员会基金等的支持。耐寒植物中的RG4富集提高了植物对寒冷环境的感知能力

近年来，全球环境问题日益突出，资源的合理利用和环境的保护已成为全人类共同面临的挑战。水分是生命的基础，对于植物的生长发育和生态系统的稳定运行起着至关重要的作用。然而，人类的过度开采和污染已导致严重的水资源短缺、土壤荒漠化等问题。沙柳作为一种生长在贫瘠土壤和干旱地区的植物，具有很强的水分利用能力和环境适应性。沙柳生长迅速，枝叶茂密，根系繁大，固沙保土力强，是中国沙荒地区造林面积最大的树种之一。同时，它长而发达的根系，能够迅速吸收土壤中的水分，高效利用水资源。其表面一层厚厚的叶蜡，也能够减少水分的蒸发和流失，有效避免土壤干燥和水分的浪费。因此，通过对沙棘的深入研究和广泛应用，我们可以有效地解决环境保护的问题。接下来这篇相关论文，我们来了解一下沙柳的水分利用来源。基于稳定同位素分析毛乌素沙地东北部不同林龄人工沙柳的水分利用来源沙柳具有很好的应对非生物胁迫（如干旱、寒冷、低肥力）的能力，已广泛引入毛乌素沙地东北部以防风固沙及改善生态系统功能和服务。然而，早期引入的沙柳出现了退化和枯死现象。预计由于气候持续变暖和人为干预增加，沙柳人工灌丛将出现更严重的干旱胁迫。鉴于人类世日益严重的水资源短缺和土壤荒漠化的持续扩大。了解植物与土壤水分关系并实施合理的水分管理策略，必须确定人工植被在沙漠生态系统中的水分利用模式。然而，对于不同发育阶段沙柳的特性、调控和水源差异等研究还知之甚少。基于此，为确定毛乌素沙地圪丑沟小流域（38°11′–38°53′ N，109°21′–110°03′ E）不同林龄（6年、12年和18年）人工沙柳水分利用模式的季节变化和控制因素，揭示老化沙柳枯死的潜在机制，理解土壤水-植物的关系和人工植被的生态适应性。来自中国科学院地理科学与资源研究所的研究者们于2019-2021年5-10月（5、6、10月为旱季；7、8、9月为雨季）植物生长季进行了相关研究。试验开始前，作者采集了土壤样品，确定其土壤颗粒组成，总N含量（TN）及总P含量（TP）。采集了根系样品，确定植物根系分布。试验期，采集了0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm、60-90 cm、90-120 cm、120-150 cm、150-200 cm、200-250 cm及250-300 cm土壤样品，将其分为两部分，一部分用来测定同位素，一部分用来测定土壤含水量（SWC）。同时采集了植物木质部样品。并于降水事件后收集降雨，采集降水量和气温数据。通过计算土壤干燥化指数（SDI）描述土壤水分亏缺状态。利用LI-2000植物土壤水分抽提系统（北京理加联合科技有限公司）提取木质部和土壤中的水分。利用Picarro L2130-i水同位素分析仪确定土壤水及降水的δ18O和δ2H。同时确定木质部水的δ18O和δ2H。最后通过MixSIAR模型区分并量化植物水源。【结果】试验期降水δ2H和δ18O（c）及降水量与δ2H/δ18O之间的关系（d）。生长季土壤水δ2H和δ18O的深度和时间分布。潜在水源对沙柳水分吸收贡献率的季节性变化。【结论】在整个生长季，6年沙柳60％的水源来自于0–120 cm土壤层。相比之下，12年和18年沙柳具有更大程度的生态可塑性，分别从旱季120-300 cm（71.93％）和40-200 cm（68.91％）水源转变到雨季的0-120 cm（65.09％和56.14％）水源。根系和土壤含水量垂直分布的变化是影响不同林龄沙柳水分利用模式季节性变化的主要因素。18年林分中，严重的土壤干涸和死根削弱了老化沙柳的生态可塑性，降低了其吸收深层水（200-300 cm）的能力，从而导致沙柳退化。因此，野外管理措施，例如（i）通过沙柳退化枝条覆盖地面以减少土壤水蒸发；（ii）使成熟沙柳稀疏以减少水分消耗；（iii）通过对最佳植物密度或生物量进行建模来确定植被阈值，以指导所研究地区的未来植被恢复。在这项研究中，针对沙柳拟议的管理实践可以为世界其他沙漠地区相似林龄人工恢复植物的水分利用策略提供参考。

2010年10月29－31日，由中国植物学会细胞生物学专业委员会主办的中国植物学会细胞生物学专业委员会2010年学术年会在风景秀丽的中国南京紫金山山麓的国际会议大酒店召开。来自包括清华、北大、上海交大、武大、浙大、南大、中国农大、南京农大，以及中科院系统等在植物学领域的院士既学者教授超过300位参与了这次会议。五洲东方作为特邀赞助商也参加了本次会议，并在大会上由产品经理刘凯敏做了《全自动梯度准备与分离系统》的专题报告。两天的主题会议中，各位知名学者教授从多个方面阐述了植物在发育遗传中的信号转导既调控机制。需要特别注意的是植物在不同光合作用条件下，或在高光强、低温、干旱、高盐等逆境胁迫下的调控机理正在成为新的研究热点，而此类研究往往需要良好的植物培养条件。比如可以调控不同光谱（红、蓝、远红等）条件下的培养箱（三色光培养箱），可以调控不同湿度、温度（零下15℃到60℃）、光强（最高1200umol/m2/s)并可根据各种培养条件进行温/湿/光编程的培养箱。同时，对植物细胞组分的精确分离也成为研究后期的重要步骤。基于上述热点，众多老师对我公司的美国PERCIVAL植物培养箱以及加拿大BIOCOMP全自动密度梯度制备和分离系统表现出了浓厚的兴趣。

蛋白质磷酸化是在激酶催化下将磷酸基团转移到底物蛋白质上的可逆过程，是能够调控蛋白质结构与功能且参与细胞内信号转导的重要翻译后修饰，在植物的生长、发育、环境适应以及作物的产量和品质调控中发挥着重要作用。深度解析磷酸化蛋白质组，是探讨磷酸化如何参与这些生物学过程以及筛选与作物重要农艺性状相关的关键磷酸化靶点的有效手段。然而，与动物相比，植物磷酸化蛋白质组的深度解析在技术上更具挑战性。这是由于植物细胞具有致密的细胞壁和大量的色素以及其他次生代谢物。前者增加了蛋白质提取的难度，而后者干扰了磷酸肽富集的效率和特异性。 中国科学院遗传与发育生物学研究所汪迎春研究组通过探索一系列的实验条件，研发出高效的植物磷酸化蛋白质组学新技术。该技术的主要特点是利用脱氧胆酸钠高效抽提植物蛋白，同时消除常规方法中导致样品损失和灵敏度降低的两个步骤，即在蛋白酶消化前的样品净化和在磷酸肽富集前的脱盐处理，在色素与其他干扰分子共存的情况下进行高特异性、高灵敏度地磷酸肽富集。 科研人员应用这一方法，在拟南芥、水稻、番茄和衣藻等绿色生物的组织中高效纯化磷酸化蛋白质组（单针质谱可鉴定约11,000个磷酸位点）。由于该技术主要面向高等植物及其他绿色生物（如衣藻），且操作简便，降低了实验所需的人力和试剂费用，因此命名为GreenPhos。GreenPhos可定量分析不同植物的磷酸化蛋白组，分析深度深、定量重复性高，有望成为植物磷酸化蛋白组学的通用技术。研究人员应用该技术，深度解析了拟南芥响应不同时长盐胁迫的差异磷酸化蛋白质组，发现了包括剪接体蛋白和一些激酶响应盐胁迫的磷酸化事件。 11月27日，相关研究成果在线发表在《分子植物》（Molecular Plant，DOI：10.1016/j.molp.2023.11.010）上。研究工作得到国家重点研发计划与中国科学院战略性先导科技专项的支持。中国科学院植物研究所的科研人员参与研究。GreenPhos工作流程及多种绿色生物磷酸化蛋白质组鉴定结果

水是地球上最丰富的天然资源之一，它是所有生物体的基本需求。水在地球上循环的过程中，植物水分吸收与蒸腾演绎着重要的角色。植物通过根系吸收水分，并将水分输送到植物的各个部位。植物通过蒸腾作用释放水分到大气中，形成了大气中的水蒸气。植物水分的来源和分配是植物生长和发育过程中的重要环节，也是相关科研的重点，水同位素技术成为科研过程中十分重要的一种科研手段。今天推荐给大家的优秀文章与此相关。利用同位素技术解析植物水分来源的不确定性因为蒸腾占据了61%-65%的陆地生态系统蒸散量，植物水分吸收在全球水循环中发挥着重要作用。植物是土壤和大气水文过程的纽带，这就是实施植物恢复可以改善区域环境的原因之一。在此背景下，研究植物水源划分为如何提高植被生产力和水资源可持续管理提供重要信息。因为植物和环境条件相互作用，水分吸收是一个复杂的过程，这使得植物水源分配变得复杂。近几十年来，同位素广泛应用于植物水源划分，因为它可以标记不同水源，且激光光谱技术使其测量更容易。然而，植物水分来源解析存在很大的不确定性（如示踪剂选择、修正方法及混合模型选择）。基于此，来自西北农林科技大学的研究团队以陕西省长武黄土塬区苹果树（18和26年树龄）为研究对象，在6月至10月的生长季节，每月采集0~6 m（20 cm间隔）的土壤样品及土壤采样点周围四棵苹果树的1年生枝条（n=50），快速剥离树皮和韧皮部以避免同位素分馏。同时收集降水。利用全自动真空冷凝抽提系统（LI-2100，北京理加联合科技有限公司）提取植物和土壤中的水分，并利用水同位素分析仪测定水体δ2H、δ17O、δ18O值。考虑示踪剂、修正方法和混合模型的不确定性，选择4种示踪剂（2H、3H、18O、17O），2种木质部水同位素修正方法（2H-SWexcess和2H-SRWC)和4种混合模型（IsoSource、SIAR、MixSIR和MixSIAR），产生124种组合后，量化了不同来源的不确定性。植物水源划分的不确定性分析框架。(a)考虑的不确定性因素；(b)不确定性分析；(c)方法优化。本研究创新点（a）量化每个不确定性成分对总不确定性的贡献，以确定影响植物水源分配准确性的主导因素；（b）为研究植物水源分配选择适当方法提供了框架。该研究为评估和选择植物水源分配方法提供了技术支持，并有助于更好地了解植物水分利用机制。2020年降水(a)、木质部水(b)和土壤水(c、d)同位素组成的季节变化。(a,b)分别为不同月和不同土壤深度的植物水源划分的总体不确定性。(c) 总体不确定性的细目分类，以及10月份和0-1 m土层的不确定性。M、T和B分别代表混合模型、示踪剂和校正方法。2020年生长季（a）18年生和（b）26年生苹果树不同层土壤水对木质部水分的相对贡献（采用2H18O与MixSIAR模型最佳组合）。研究结论本研究探讨了植物水分来源的不确定性及方法优化，其至关重要，但尚未得到广泛研究。以黄土高原的苹果树为例，发现混合模型、示踪剂及二者相互作用分别解释了37%、28%和27%的不确定性，而木质部水同位素修正方法仅占总不确定性的2%。基于此，推荐了最优的示踪剂和混合模型组合（2H18O+MixSIAR）量化植物水源。这些结果为植物水分来源解析提供了重要的方法支撑。

2016年5月31日至6月6日，上海泽泉科技股份有限公司分别在长沙、武汉、南京和北京四地成功举办了2016植物表型技术服务周。本次服务周旨在更好地服务全国的科研用户，为全国高校、研究所的科研工作提供技术保障，让植物表型科研领域研究人员更深入地了解最新的产品及测量技术。服务周期间，泽泉科技携手LemnaTec、ALCI、Force-A、 Phenotyping Screening走进实验室，与科研人员就表型分析与LemnaTec表型系统的性状分析的应用、自动取样与种子质量控制解决方案、生理生态与田间表型分析的光学传感器应用、整幅图片的影响力—植物根系分析、叶绿素荧光技术——检测植物生理状态的有效探针等内容进行了深入的交流。 德国著名植物表型设备制造商公司的系统工程师Stefan Paulus以《Phenotyping Applications and Trait Analyses Performed by LemnaTec》为题向参会嘉宾介绍了表型技术的原理及应用、表型研究装置的构成及功能以及LemnaTec公司产品的最新研究进展。参会嘉宾结合自身研究的情况与演讲嘉宾探讨了研究课题引入表型研究技术的可行性。德国LemnaTec公司是国际上唯一的商业化全自动高通量植物表型平台提供商，具备强大的软硬件开发实力，软件功能十分强大，能对骨架结构、穗表型、生物量等人工难以获得的表型实现静态动态无损分析。现阶段国际上著名的植物表型平台全部都是由LemnaTec提供。作为LemnaTec公司的重要合作伙伴，中科研遗传所凌主任也应邀向大家介绍了植物细胞与染色体工程国家重点实验室的发展历史和取得的骄人成绩。LemnaTec工程师也现场考察了该所Scanalyzer 3D系统安装情况。LemnaTec公司技术工程师讲座 & 现场交流遗传所凌主任讲座 法国ALCI公司是视觉嵌入型机器人系统的领导者，旨在为客户提供处理和转化多元化产品所需的高级视觉解决方案，可为极为复杂的需求提供测量与质量控制。全球几大巨头商业化育种公司，包括孟山都、杜邦先锋、先正达、BASF、法国Limagrain公司，都在广泛使用ALCI公司的定制化产品和服务。特别是近期推出的便携式叶原片采集器POP Tool，在先正达、杜邦先锋公司得到了高度认可，短短几个月内已经获得1000套的采购订单。我们相信，便携式叶原片采集器POP Tool在中国的推出，将大大提高国内遗传育种研究单位的工作效率、以及准确率。销售总监Henri De Los Rios，以高通量植物样品智能采集系统SAS、高通量种子性状自动分析系统SAGA，高通量多光谱植物病理检测系统APAS等产品为例，结合演示视频，详细讲解了产品的操作与应用技巧，解决了参会嘉宾使用过程中遇到的应用性问题。ALCI公司销售总监讲座 & 现场交流 植物多酚是一类广泛存在于谷物类、蔬菜、水果、豆类、茶等植物中的重要次生代谢产物，一直以来都是研究的热点，法国Force-A公司推出的植物多酚-叶绿素测量计通过荧光光谱技术可实现多酚的实时无损测量，突破了传统方法对植物多酚研究的局限。本次服务周，Force-A公司的技术工程师Marc Pastor以《Optical Sensors for Ecophysiology and Field Phenotyping》为题，向与会嘉宾介绍了荧光光谱技术发展现状，并详细介绍了多酚类物质在植物生理、植物营养或植物病理等方面的应用。如类黄酮可作为光或氮素胁迫、植物病害易感性的指标；花青素可作为植物颜色、成熟度判断、温度胁迫的指标；同时芪类物质可作为植物病虫害特别是真菌感染的指标等。Force-A公司技术工程师讲座 & 现场交流 美国Phenotype Screening公司的植物根系X-光扫描成像分析系统RootViz FS是全球第一款为植物根系拍摄X-光照片的系统，是荣获美国R&D100大奖的产品。应泽泉科技邀请，Phenotype Screening公司的技术总监Ronald Michaels博士为大家带来了最新的植物根系分析技术。Ronald Michaels博士通过一张植株图片，详细讲解了RootViz FS能够获取的多方面数据，如根系面积、根系总长度、根系干物质总量等，名副其实的：The Power of the Whole Picture。Phenotype Screening公司技术总监 现场交流 作为本次活动的主办方，泽泉科技的技术工程师以”高通量植物基因型-表型-育种服务平台-中国种业发展的助推器”为题向参会的科研工作者介绍了AgriPheno?高通量植物表型平台及其在育种研究中的应用。光合作用是植物生理研究的重点，服务周期间泽泉科技的技术工程师还介绍了调制叶绿素荧光技术的原理及其丰富多彩的应用，引起了参会嘉宾的重点关注。泽泉科技的技术工程师现场交流 本次服务周吸引了大量科研工作者参加，活动现场学术氛围浓厚，交流热烈，达到了让植物表型科研领域研究人员更深入地了解最新产品及测量技术的目的。 2016植物表型技术服务周得到了湖南省杂交水稻研究中心、中国农科院油料作物研究所、南京农大科学研究院、中科院遗传所的大力支持，泽泉科技在此表示衷心感谢。泽泉科技始终将客户的需求放在首位，我们将一如既往地用真心为广大客户服务！

泽泉科技应邀于2016年10月9日至12日参加了在武汉举办的2016全国植物生物学大会。本次大会由中国遗传学会、中国细胞生物学学会、中国植物学会、中国植物生理与植物分子生物学学会、中国作物学会联合举办，其主旨为展示我国植物生物学研究的最新成果和进展，促进现代农业绿色发展与相关领域科研人员之间的交流与合作，吸引了来自中国科学院遗传所、中国农科院、中国农业大学、中科院植物所、武汉大学、中科院植物生理生态研究所等全国100多个科研机构及院校的1500多名专家学者到会。 大会邀请国内具有重要学术影响的专家学者以及优秀青年科学家进行报告，围绕植物基因组学与基因组演化、植物表观遗传学、植物细胞生物学、植物发育生物学、植物激素生物学、非生物胁迫适应机理、生物胁迫与植物免疫、光合作用与光信号、作物营养学与代谢组学、复杂农艺性状解析与分子育种等10个专题进行了交流和研讨。陈晓亚院士、李家洋院士、戚益军教授、张启发院士、赵进东院士、朱健康院士、朱英国院士等做了大会报告，88名中青年科学家做了分会报告。除口头报告外，大会收到会议摘要150余篇、墙报120余份。口头报告和墙报展示充分体现了我国植物生物学研究的突出进展，使大会成为具有国际一流水准的学术盛会。 与会期间，泽泉科技与参会老师热烈讨论了许多技术问题，推广了很多结合实验的技术解决方案。例如，与来自中科院遗传所的老师讨论了利用X光研究根系的详细细节，根据老师的具体实验需求，我们还提供了利用LemnaTec 3D或者CT三维成像技术来帮助他完成实验需求的方案。再如，我们与来自北京大学的老师探讨了Imaging-PAM和GFS-3000的使用，这两台设备不仅可以单独使用，完成对叶绿素荧光和植物气体交换的单独测量，用以表现其光系统、电子传递链和碳同化等不同位置的活性；这两台设备还可以联合使用，实现光系统和碳同化的同时监控。再如，与来自四川农业大学的老师探讨了植物培养的解决方案，我们不仅提供国际上应用最多的CONVIRON植物培养箱，还可以根据客户的不同培养需求，提供不同的LED培养解决方案，能够真正实现一箱多用，为客户解决了很多植物培养方面的困难。 展会期间，泽泉科技提供了很多卓有成效的系列产品解决方案，为的就是从实验方面为客户解决一些问题，而不是单纯的产品销售。目前，泽泉科技的自有品牌“高通量植物基因型-表型育种平台——AgriPheno™ 正日趋受到广大客户的认可，我们愿意与更多的客户合作，共同为我国农业做出一份贡献！

由中国植物学会主办，昆明市人民政府协办，中科院昆明植物研究所、云南省植物学会、云南大学、云南吴征镒科学基金会联合承办的“中国植物学会第十六次全国会员代表暨八十五周年学术年会” 于2018年10月10-13日在云南昆明举办。 会议邀请了国内著名院士专家作大会特邀报告，展望植物学科的前沿和发展趋势，并对热点问题进行剖析。专题报告分别在5个分会场同时进行，100个专题报告围绕“绿色发展助力中国梦”这一主题，研讨我国生物多样性、资源和保护，分类学、系统发育和进化，生态学、环境与全球变化，发育和生理学，细胞、基因组和生物信息学等植物学主要学科领域的最新进展，服务国家生态文明和美丽中国建设。 北京澳作生态仪器有限公司应邀参加了此次盛会，会议期间，澳作公司展台吸引了不少参会者驻足交流，参会者对我司的《植物逆境生理生态研究方法》非常感兴趣，此份资料是我司参考美国opti公司的“desktop plant stress guide 5.1”植物逆境研究指南的英文版精心编写而成，“desk top plant stress guide”植物逆境研究指南——是每年更新的全球植物胁迫研究汇编。根据植物胁迫类型分类编写，参考全球已发表的近400篇针对特定植物胁迫的测量协议研究成果文献。 本届年会无疑是中国植物学界的一次重大盛会，会议的召开将会对我国植物科学的发展产生积极影响，进一步促进植物学学科繁荣与发展，增进学术交流，传播中国植物学好声音，推动中国植物学迈向新的发展征程。

【摘要】土壤含水量的时空异质性影响着土壤水和植物茎木质部水的同位素组成。然而，土壤水分条件对广泛报道的土壤水-植物茎木质部水同位素偏差的影响尚缺乏系统地评估。为此，本研究连续两年在两个土壤水分条件不同的样地测定了柠条茎木质部水和土壤水的δ2H和δ18O值（利用全自动真空冷凝抽提系统LI-2100，北京理加联合科技有限公司）提取土壤和植物茎木质部中的水分，然后进行同位素测量）。结果表明，在较湿润的样地1，茎木质部水与土壤水在两年中都表现出明显的同位素偏差（两者的重叠率20%），土壤水-茎木质部水lc-excess差值（Δlc-excess）平均值为10.7‰，茎水SW-excess的平均值为&minus 9.1‰。但在干旱年，茎木质部水与土壤束缚水高度匹配。在土壤含水量相对较低的样地2，茎木质部水与土壤水在湿润年发生同位素偏移，两者的重叠率为20%，Δlc-excess和SW-excess平均值分别为13.7‰和&minus 11.8‰。有趣的是，在干旱年份，茎木质部水与土壤水同位素的重叠率达到97%。样地2土壤含水量与Δlc-excess值呈正相关，与SW-excess值呈负相关。本研究表明土壤束缚水与柠条茎木质部水同位素之间较高的匹配度，支持了“两个水世界”假说。土壤水-植物茎木质部水同位素偏差极有可能与土壤含水量驱动的土壤水同位素异质性密切相关。该研究结果阐明了不同水分条件下植物茎木质部水和土壤水同位素信号的变化，有助于更好地理解植物在异质土壤中如何吸收水分。【研究区域】该试验是在中国黄土高原北部六道沟小流域 (38°46′-38°51′N，110°21′-110°23′E)进行。【研究方法】(1) 土壤束缚水同位素的计算本研究中，将张力计在&minus 60 kPa压力下收集到的水分视为土壤移动水，而压力值大于&minus 60 kPa时收集到的水分则视为土壤束缚水。在土壤水分特征曲线上，土壤水吸力为60 kPa时对应的土壤含水量被认为是土壤束缚水的最大含水量。土壤水的质量含水量可以通过野外试验测定。土壤水含水量与土壤束缚水最大含水量的差值为土壤移动水的含水量。最后，根据实测的土壤水与土壤移动水的同位素值，可以计算出土壤束缚水的同位素值。式中，δLMW 、δBW、δMW分别为土壤束缚水、土壤水和土壤移动水的同位素值，θLMW、θBW、θMW分别为土壤束缚水、土壤水和土壤移动水的土壤含水量。(2) lc-excess值的计算按照Landwehr and Coplen（2006）的方法，计算了土壤水和植物茎木质部水的lc-excess值，并利用两者的差值（Δlc-excess）评估同位素偏差。Δlc-excess值越大，表明植物茎木质部水与土壤水同位素偏差越大。式中，下标“s”代表样本，a和b分别是区域降水线LMWL的斜率和截距。(3) SW-excess 值的计算按照Barbeta et al.（2019）的方法，计算了柠条茎木质部水的SW-excess值，用以评估柠条茎木质部水与土壤水同位素之间的偏离程度。若SW-excess为负值，则在δ2H-δ18O双同位素图中茎木质部水位于土壤水的下方。SW-excess值越负，表明柠条茎木质部水与土壤水同位素偏差越大。式中，下标“s”代表柠条茎木质部样本，abw和bsw分别是2018-2019年每个月份土壤水线的斜率和截距。(4) 重叠面积法评估植物-土壤水同位素偏差利用R软件中的SIBER（Stable Isotope Bayesian Ellipses）模型计算了植物茎木质部水和土壤水的重叠面积，最后给出两者的重叠面积与茎木质部水面积的比值（%）。较高的比值意味着植物茎木质部水与土壤水同位素重合度高。【结果】图1 研究期间植物水和土壤水δ18O和δ2H值的标准椭圆（95% 置信区间）。图2 样地1-2土壤水-茎木质部水分lc-excess差值（Δlc-excess）及茎水SW-excess值。图3 不同吸力下土壤水分类型示意图及样地1-2水分特征曲线。图4 植物水和不同移动性的土壤水δ18O和δ2H值的标准椭圆（95% 置信区间）。图5 土壤含水量与（a）Δlc-excess和（b）SW-excess的关系。【结论】植物茎木质部水-土壤水同位素偏差是一个复杂的问题，涉及水分提取方法、植物生理和土壤水分动态等多个方面。前人的研究已经为植物茎水同位素异质性、水分提取方法和同位素分馏如何影响同位素偏差提供了令人信服的证据，但这些影响因素均不能为本研究结果提供合理的解释。本研究在两个土壤水分条件不同的采样点，连续两年对灌木种柠条茎木质部水和土壤水进行取样。结果发现湿润样地（样地1）在丰水年或干旱年以及干旱样地（样地2）在丰水年均发生了茎水-土壤水同位素偏差，而样地2在干旱年份，柠条茎木质部水与土壤水在δ2H-δ18O双同位素空间上高度重合。此外，样地1茎木质部水与土壤束缚水同位素趋于一致，进一步支持“两个水世界”假说。样地2土壤含水量与Δlc-excess呈正相关，与SW-excess呈负相关。这些研究结果表明，土壤水-植物茎木质部水同位素偏差极有可能与土壤含水量驱动的土壤水同位素异质性密切相关。该研究也提出了一些需要解决的问题。该试验是在自然条件下进行的，目前的数据限制了我们进一步明晰水分提取技术和植物茎水同位素异质性是否会对同位素偏差产生影响。尽管这些解释并不能完全适用于本研究，但仍然不能排除这些因素对本研究的潜在影响，有必要在未来研究中全面地加以考虑。无论如何，我们的研究有助于更深入地了解植物在不同水分条件下如何利用水分，并有助于预测它们对水文气候变化的响应。

2011年8月27-28日第二届&ldquo 国际整合植物生物学学术研讨会&rdquo 在甘肃省兰州市兰州大学顺利举办，北京五洲东方科技发展有限公司作为主要合作厂商赞助了本次盛会。公司展台 　　本次大会是由中国细胞生物学学会植物器官发生专业委员会、中国植物学会植物生理及分子生物学专业委员会、中国遗传学会植物遗传与基因组专业委员会、中国植物生理学会细胞与发育生物学专业委员会共同主办，Journal of Integrative Plant Biology (JIPB) 和兰州大学承办的。大会主题分为细胞周期与器官发生、代谢调控与分子生理、胁迫应答与环境适应、生殖与干细胞调控、分子进化与分子生态五个领域，邀请了国内外从事植物生物学研究的知名专家学者近40余名，既为与会代表搭建展示自己研究成果的平台，又能提供相互学习和合作的机会。大会海报大会现场 　　五洲东方公司作为美国PERCIVAL植物培养箱系列产品的中国大陆独家代理商，为广大国内植物领域专家提供专业品质的植物培养箱，本次受邀专程赞助了本次大会，列为1号展台，同时展出的五洲东方自有品牌Biodropsis超微量核酸蛋白测定仪BD-1000和德国BRAND公司的移液系列产品(移液器和平口分配器等)同样得到广大客户的欢迎和青睐。客户咨询１客户咨询２客户咨询３

癸卯春节 安装启动！ 2023年农历春节，各地沉浸在轻松欢快的节日氛围，而在中国农科院作科所的温室里，中国农科院的研究人员、PSI公司和北京易科泰公司的工程师投身于PlantScreen高通量植物表型系统——作物高光效高效筛查与鉴定表型平台的安装工作中，现场一片火热繁忙的景象。 从正月的初三到十四，短短的两周时间里，PlantScreen高通量植物表型系统平地而起。庞大的规模、现代感十足的外观、火热的安装场面，吸引假期期间仍在温室里辛苦劳作的研究人员纷纷驻足观看，询问安装进度，热切表达了希望未来能够使用这套系统开展实验的愿望。 PlantScreen高通量植物表型系统由国际知名的表型系统制造厂商PSI研发，整合了LED植物智能培养、自动化植物传送、多种光学成像传感器（FluorCam叶绿素荧光成像、多光谱荧光成像、可见光近红外及短波红外高光谱成像、植物热成像、RGB真彩3D成像、激光雷达3D成像、根系成像等）、自动条码识别管理、自动称重与浇灌、电脑自动控制及数据处理等多项先进技术，能够以最优化的方式对大量植物样品的生理状态、生化组分、形态结构的进行自动成像分析。 系统有效解决了传统植物表型分析技术中存在的精度低、费时费力、适用性差等问题，具备高效准确的特点，并可实现全生育期的无损动态监测；被广泛用于研究不同环境因子及基因型对植物生长、产量、质量的影响，揭示可控环境下基因组与环境等因素互作进而调控作物表型的分子机理。截止2020年底，PlantScreen在全球累积销售/装机量超过50台。主要用户有荷兰瓦格宁根大学、德国莱布尼茨植物遗传和作物研究所、芬兰赫尔辛基大学、澳大利亚国立大学等全球知名的农业学府和顶级研究机构（下图中的PlantScreen系统于2020年安装在都柏林大学），也不乏杜邦先锋、孟山都、巴斯夫等农业企业巨头。 作为PSI公司的合作伙伴和大中华区技术服务中心，成立20年来北京易科泰生态技术有限公司致力于精密、高端植物和藻类实验设备和技术的引进推广及自主研发，迄今为止已为中科院植物所、中国农科院、中科院水生所、中国农业大学、西北农林科技大学等国内知名农业院校和机构提供了大量仪器设备及技术支持。此次安装的PlantScreen高通量植物表型系统通量为4000株种苗/200株成体，配备FluorCam叶绿素荧光成像、RGB真彩3D成像、激光雷达3D成像、植物热成像和高光谱成像等传感器，具备自动称重与浇灌功能，将主要用于水稻等作物高光效高效筛查与鉴定、作物高光效机理研究及新材料创制。 立春已过，农耕将始。今年春天，除了位于北京的中国农科院生物技术研究所，中国水稻研究所（杭州）和东北地理与农业生态研究所（长春）也正在或者即将紧张有序地进行PlantScreen系统的安装。高通量作物表型监测被称为育种的加速器。毫无疑问，PlantScreen高通量植物表型系统的安装运行能够帮助中国作物遗传育种学家深入剖析与产量和胁迫耐受性相关的遗传学数量性状，必将为具有国家战略意义的分子设计育种和种质资源开发应用提供强有力的技术支撑。截止发稿前，农科院生物所PlantScreen系统的安装工作已基本完成，即将进入调试和试运行环节，并将合作举办培训研讨。

导读 高光谱成像传感器是近几年研究用于监测不同环境中农作物和植被的有效工具。植物的生理学，形态学或生物化学信息可以通过非接触的方式以及不同尺度下评估。例如，利用高光谱传感器用于植物表型分析或农业中的生理胁迫研究。截至目前，市面上有各种非成像和成像高光谱传感器可供选择，这些仪器进行测量的过程相当复杂。因此，现代化检测及研究中对易于用户操作的高光谱传感器的需求日益增加。芬兰新发布的一款新型小型手持式智能型高光谱相机——SPECIM IQ，就是基于用户的现代化便携操作而设计的。SPECIM IQ的机身小巧轻便，只有1.3kg，实现轻松手持操作；同时在相机中直接集成了操作控制系统，通过相机自带的触摸屏就可实时实现基本数据的采集和分析过程（如预处理和分类例程），实现智能化操作。便携手持、现场实时快速检测、全自动智能分析、高质量数据，相信 SPECIM IQ 如此多的现代化特征会让您的高光谱研究更加得心应手！以下我们将SPECIM IQ采集的高光谱数据与已经十分成熟高光谱成像仪技术SPECIM V10E 进行定性对比，发现SPECIM IQ便携手持的设计并未影响到相机的数据准确性，一致地获得了高质量高光谱数据。同时，手持智能型SPECIM IQ还可以实现对植物表型的鉴定以及病害研究检测等，在植物科学研究及其他领域具有无限可能。1、手持智能型高光谱相机SPECIM IQ与SPECIM V10E的定性对比 通过与性能的SPECIM V10E相机对比，我们评估了新型SPECIM IQ的成像质量。SPECIM V10E在推扫式高光谱相机领域是一款具有代表性且广受好评的产品，与SPECIM IQ具有相同的光谱范围（400-1000nm）。在实验过程中，通过采用4倍的光谱合并，达到与SPECIM IQ相似的光谱采集，共有211个波段，每行数据具有1600个像素。研究人员利用两款设备分别在室内（卤素灯光源）和室外（自然光光源）对具有不同颜色的样本：纸片和聚乙烯胶片，进行了高光谱数据采集和对比。 图1 智能型高光谱相机SPECIM IQ（207mm*91mm*74mm） 经过对比，得到如图2所示结果。对相同样本，两款设备采集的光谱形状高度重合：实验室的平均值是0.009，室外平均值为0.043。SPECIM IQ和SPECIM V10E的平均标准偏差分别为室内（0.017和0.021）和室外相同（0.029和0.029），但SPECIM IQ更为均，SPECIM V10E在光谱边界处具有更高的噪声水平（400 -450nm和400-450nm）900-1000nm，见图2）。研究表明，除了925-970nm范围内的大气水汽吸收带之外，周围光谱的原始信号较弱，导致反射信号的快速增加。 图2 平均光谱包含绿色纸片（A）和紫色聚乙烯片（B）的标准差，C表示室内测试的不同颜色的样本 图3 室外数据的光谱对比（A-D）：绿色纸片、暗黄色纸片、紫色聚乙烯胶片以及蓝色聚乙烯胶片 2、手持智能型高光谱相机SPECIM IQ对拟南芥的生理胁迫研究 通过植被指数可评估不同状态下植被的生理结构和功能特性，包括生物量、冠层结构、叶面积指数、叶绿素含量以及植物冠层的光利用效率等。研究人员利用SPECIM IQ对拟南芥的两个变种在胁迫状态下的生理状态分别进行了研究。由于缺乏PsbS蛋白质和紫黄质脱环氧化酶，拟南芥的变种样本对光能量利用能力减弱（非光化学淬灭），但在室温条件下可正常发育，在高光照条件下，突变体可能受光损伤，这些都是肉眼无法察觉的。利用SPECIM IQ对18个样本进行数据采集，并对所采集的数据进行植被指数计算，在此基础上，对样本的叶绿素含量和类胡萝卜素转化的敏感程度进行了评估（图4）。 图4 在非胁迫适应（NSA）和胁迫适应（SA）拟南芥野生型（Col-0）和PQ缺陷突变体（npq1和npq4）之间观察到的差异。 左侧面板显示选定感兴趣区域的假彩色图像（A） NDVI（C） REIP（E） 和由SPECIM IQ采集数据计算的PRI（G）。 右侧面板显示计算出的平均值和标准差（B） NDVI（D） REIP（F） 和PRI（H）从三个单的植物随机分布在成像框架，不同的字母表示基于LSD的显着差异（a = 0.05）。 研究表明，SPECIM IQ可用于拟南芥中叶绿素（NDVI）和叶黄素（PRI）的含量的检测，并能评估植株样本的状态。通过验证具有代表性的植被指数，可为其它植被指数的评估计算提供样例，并为在植被研究领域获得更多生理信息奠定了基础。 3、手持智能型高光谱相机SPECIM IQ对大麦白粉病的研究 高光谱成像作为非接触式的测量传感器，在植物疾病严重程度与宿主植物对特定植物病原体的易感性的评估方面有很大的应用。本研究利用SPECIM IQ评估了不同大麦品种在冠层尺度上的白粉病严重程度，并对品种Milford和Tocada进行了4个和7个不同的白粉病易感性等的比较。研究准确地检测了两个品种的白粉病症状，并通过高光谱成像结合数据分析方法评估品种的不同疾病严重程度。研究人员利用SPECIM IQ对在温室中培养的360个大麦植物样本（稳定的漫射光条件下培养）进行检测，并使用的白色参考板（见图5）和SPECIM IQ的内置功能对高光谱数据进行归一化。研究人员利用SPECIM IQ Studio的光谱角匹配方法（SAM）进行感染检测并与支持向量机分类（SVM）方法进行对比，检测到上部叶中具有类似病状的区域。 图5 使用光谱角匹配（SAM）和支持向量机（SVM）对白粉病进行分类，图像左侧包含白色参考面板研究表明，大麦白粉病的样本检测到的疾病症状分别为所有植物像素的25.8％和4.4％，而健康部分只有2.0％和2.2％。现有的错误分类主要是白色参考边界处（看起来像叶面上的白色菌丝体）混合像素的影响。为了消除这种系统偏差，通过减去错误分类像素量来确定疾病严重程度，预测分析的品种的2.2％至23.7％的强烈差异。因此，SPECIM IQ可用来测量评估复杂冠层的疾病严重性，控制光源照明条件保证高信号质量，此项研究也证明SPECIM IQ空间分辨率足以确定大麦叶片上的单一症状。4、总结 手持智能型SPECIM IQ相机在植物生理和病害检测中具有巨大潜力。通过SPECIM IQ与SPECIM V10E室内和室外环境中对不同材质色卡辐射测量评估，得到两者的光谱特性高度一致性。根据植被指数分析得到的结果表明手持智能型SPECIM IQ在植物研究和表型分型策略的背景下的应用潜力：对于白粉病的评估，表明SPECIM IQ具有足够的测量能力，并且与SVM相结合，在量化中对视觉评估的高度一致性。作为新智能型的高光谱相机设备，手持式SPECIM IQ除具有高精度的数据质量外，其设备本身具有高紧凑性、可移动性强和快速集成处理能力，为科技新领域的应用创造了有利条件。手持智能型SPECIM IQ的发布让高光谱传感器技术以实验室设备的质量水平传输到温室和现场，而无需任何载体平台或控制和存储设备，因此，该款设备的诞生无疑可以支持各个场景下的不同应用，并推动现代高光谱技术在更多领域的发展和影响。 相关产品及其链接1、手持智能型高光谱相机SPECIM IQ：http://www.instrument.com.cn/netshow/C282348.htm 2、芬兰SPECIM高光谱航空遥感成像系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/C160539.htm 3、芬兰SPECIM 工业高光谱相机FX系列：http://www.instrument.com.cn/netshow/C265811.htm

这是一个特殊的实验室，它的四周由玻璃制成，看起来好像是一间巨大的温室，里面摆放着各色植物，有的植物因为长期未浇水，已经变得枯萎，有的植物则被特意种植在盐碱土壤中，还有的植物则被放置在具有重金属污染的土壤中。它们所有的生长繁殖都被记录下来，进行科学研究。　　这就是逆境植物实验室，用来观察植物的抗逆性，并且进行各种转基因实验。近日，记者来到了山东师范大学生命科学学院，对山东省逆境植物重点实验室进行了探访。　　狗尾巴草　　进入温室　　在山师大生命科学学院楼前的空地上，记者见到了已经建成一年之久的“山东省逆境植物重点实验室”，据生命科学学院正在读博士的侯蕾同学介绍，这只是逆境植物实验室的一部分而已。　　记者走进这间实验室发现，里面摆满了各种植物，有的植物因为缺水，叶梢已经开始发黄枯萎，还有的培养皿中带有一些白色的结晶颗粒。　　“这些都是实验室要用的植物，”侯蕾向记者解释说，为了研究植物的抗逆性，实验室会专门针对不同的植物进行模拟生态繁殖。比如说有的植物会种植在富含盐碱的土壤中，有的植物则要种植在干旱的土壤中。更让记者惊讶的是，在温室的一角，记者居然发现了大量的狗尾巴草，而它们则是实验室进行抗逆实验的一部分。“我们给予这些狗尾巴草各种恶劣的环境，观察它们对恶劣的环境所产生的应变反应。”　　除了进行模拟自然条件下恶劣的生长环境外，实验室的工作人员跟教授们还在进行着各种尝试，比如通过各种特殊的灯光模拟紫外线对植物进行光照，考察植物的反应 或者是可以降低或提升温度，观察植物的生长变化等等。“事实上所谓的逆境实验室，就是给植物极其恶劣的生存环境，逼迫促使它们在生长中对这些环境产生应对能力。”侯蕾告诉记者说，对于植物来说，当它们遭遇到严酷的逆境时，往往会产生一些意想不到的突变：“不可能每一株植物都会产生基因的突变，但是总会有一小部分的植物能够适应突变的环境，生存下去。”如果用通俗的话说，就是人为的促进植物进行进化。　　未来用海水种植水稻?　　那么逆境植物实验室将为科学家们提供什么样的帮助呢?或许我们可以从山师大的博士生导师张慧所描述的场景里窥得一二。　　“我们都知道现在地球的淡水资源在减少，那么将来淡水不够用了怎么办?我们可以用海水来灌溉农田。”张慧向记者描述了这样一种情况：在未来的数年间，我国沿海各省将会在海边修建大量的水利工程，蔚蓝色的海水被引入内陆地区，经过河道或者专用的管道，然后送到水稻田中进行大面积的灌溉。　　这些生活在蔚蓝色海水中的水稻，像普通的水稻一样生长，发芽，最后结果，然后被收割机收割，最终送上我们的餐桌 而困扰我们的干旱和沙漠也得到了有效的治理，一株株特殊的植物开始在干旱的沙漠中快速生长，原本漫天的黄沙变成了绿洲 原本惧怕低温的农作物开始在北方不断的生长发育，威胁到我们身体的重金属污染也因为一些特殊植物的出现而被分解消化。　　“这么说可能大家觉得是在痴人说梦，但是对于我们这些研究植物抗逆性的专家来说，这个梦想已经距离现实越来越近了。”张慧肯定的告诉记者说。　　喝盐水长大的满天星　　张慧为何会如此确信海水种植水稻不是梦想呢?记者在逆境植物实验室中找到了答案。　　在实验室的温室中，一种特殊的植物被大量培育，其土壤中含有大量的盐分，经过仔细观察记者发现，这些植物的表面都有着层层的白色颗粒，“这些白色的东西就是土壤中的盐分。”张慧告诉记者说，这种植物叫做补血草(即俗称的满天星)。与其他植物不同，补血草本身具有一种分泌盐分的能力，“这就好比我们人类，剧烈运动时，我们的汗腺会排出大量的汗水，补血草本身也具有这种类似汗腺的东西。”当实验室的工作人员用含盐量高的水去灌溉补血草时，它们会把盐分通过根茎吸收，然后通过叶子表面的“汗腺”把其中的盐分排出体外，从而得以继续生存。　　如今，张慧正带领着自己的学生培育大量的补血草，然后在显微镜下将补血草叶面的“汗腺”分离出来进行观察，“为什么补血草会有这种汗腺，而其他植物没有呢?我们可以通过DNA的对比，发现其汗腺出现的原因，然后尝试着去把这种DNA镶嵌到水稻中去，让水稻也具有排泄盐分的能力。”　　张慧告诉记者说，世界上已经有很多科学家在研究类似的问题，“大家都在尝试着使用海水去灌溉植物，因为在未来淡水资源会越来越珍贵，所以如何利用海水是一个很重要的课题。”　　“在不同的环境下，植物会表现出各种抗逆性，比如说抗旱、抗盐碱、抗低温或者抗高温等等，这些都是植物的抗逆性。”张慧告诉记者说，我国一直很重视农业发展，因此在研究植物的抗逆性上投入了很大的资金：“希望我们通过植物的逆境实验，能够培育出抗旱、抗盐碱、抗低温或者是抗高温之类的植物，来改变生态环境，加大农业的发展力度。”　　可以分解重金属的植物　　“除了可以培育出抗旱、抗盐碱、抗低温高温的植物外，我们还可以利用植物的抗逆性来分解重金属污染。”张慧告诉记者说，由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤中，引起严重的环境污染。　　“比如说蔬菜，前一段时间就有新闻报道说某些地方的蔬菜重金属污染超标，但是某些植物对于重金属有分解作用。”张慧告诉记者说，在一些富含重金属的矿山附近，往往会生长着一些植物，这些植物对于重金属污染已经有了分解能力：“我们可以通过模拟矿山或使用重金属污染的土壤培育一些植物，然后观察它们对重金属的抗逆性，根据它们的变化来选择出可以分解重金属的物种进行研究，然后培育出可以分解重金属或者是抵抗重金属的植物。”　　名词解释　　植物抗逆性 　到底咋回事?　　“任何一种植物，都具有抗逆性。”山东师范大学博士生导师张慧告诉记者说，所谓的植物抗逆性，是指植物所具有的抵抗不利环境的某些性状。“举个简单的例子，仙人掌可以在极度缺水的沙漠中存活，海南的红树林可以长期生活在海水中等等，这都是植物所具备的抗逆性。”　　张慧告诉记者说，在遥远的远古时期有很多的植物，当地壳因为运动而发生改变时，这些植物的生存环境也发生了剧烈变化：有的时候因为大陆的抬升，造成了气候的湿润和温度的降低，有时候地面的凹陷，导致了河水海水的倒灌，在环境的剧烈变化下，大批的植物因为无法适应突变的环境而死去，但是也有少数植物，虽然其生理活动遭到了重创，但是却顽强的活了下来。　　周围生存环境的剧变依然在延续，这些顽强生存下来的植物开始逐渐的适应这些环境，于是它们继续开始繁殖，其体内的基因也开始逐渐变化，最后直至完全适应了现有的生存环境。“一些植物可以采取不同的方式去抵抗各种胁迫因子，这就是植物的抗逆性。”张慧告诉记者说，正是因为植物具有这种抗逆性，才能够不断的适应环境，经过数千万年的不断进化，形成了如今我们所看到的各种植物。　　“当然，正因为植物具有抗逆性，它们的其他方面就会减弱，比如说仙人掌，虽然耐旱耐高温，但是生长缓慢。”从事植物抗逆性基因研究多年的张慧不由得感慨造物主的神奇：“这就好像人一样，你的某一方面突出的同时，另一方面可能就会弱化，所以说我们这个世界没有全能型人才就是这个原因。”

近日，两台Newton 7.0 Bio植物活体成像陆续抵达长沙，分别落户国家杂交水稻工程技术研究中心以及国家油料改良中心湖南分中心，已安调成功，将助力袁隆平院士及官春云院士两大团队进行水稻和油料作物研究。 新款的Newton 7.0 Bio植物成像系统增加了箱体顶部中心的高度，具有更大的成像视野。且CCD相机和样品台均可Z轴升降，除了便于调整植株高度外，也方便植株焦点的选择而无需进行相机对焦。双样品台设计，30°旋转的载物台适用于盆栽植物，而样品板则适用于叶片成像。 采用独特的镀膜技术，GFP，RFP等专用的窄波发射滤光片可有效分离信号荧光和叶绿素自发荧光，从而避免了自发荧光的干扰（如下图，油料改良中心及杂交水稻研究中心的实验结果，GFP及mCherry标记）。深度制冷，高灵敏度的CCD相机，尤其适用于LUC报告基因的检测；多通道扫描式荧光光源，涵盖400~800nm，激发均一性≥99%，除用于GFP外，还可以满足YFP，RFP等多种报告基因检测；搭载功能强大的图像获取及分析软件，使得Newton 7.0 Bio在植物基因表达调控，转基因鉴定，植物逆境胁迫，突变体筛选，微生物侵染，植物生物节律等领域都能展现出无与伦比的性能。Newton 7.0 Bio将会是植物研究领域科研人员的得力助手！END昊诺斯生物更专业 更优质 更贴心与实验室相伴