药用植物蚊子草在不同生境下的生理生态评估

2024-08-3022

利用叶绿素荧光与生物荧光高光谱成像技术进行药用植物蚊子草在不同生境下的生理生态评估

叶绿素荧光与植物光系统功能、光合电子传递链紧密相关。同时由于光系统对各种环境胁迫的敏感性，叶绿素荧光检测技术也广泛应用于植物逆境胁迫应对、抗逆作物品种选育等研究中。UV-MCF紫外光激发生物荧光高光谱成像分析，同步成像分析叶绿素荧光、蓝绿荧光空间异质性分布及生物荧光光谱特征。其中蓝绿荧光通常有蓝色和绿色两个峰值，由表皮、叶肉细胞壁和叶脉发出（指示次级代谢产物如多酚、黄酮类、阿魏酸等）；叶绿素荧光有F690红色和F740远红两个显著的峰值，反映植物光合生理状态。一方面UV-MCF可以用来灵敏、特异性地评估植物生理状态包括受胁迫状态如干旱、病虫害、环境污染、氮胁迫等；另一方面由于药用植物的有效成分往往都是多酚、黄酮类次生代谢物，因此UV-MCF也可用于植物药用成分含量与分别的快速无损检测。

左图：FluorTron®多功能高光谱成像分析系统：右图：不同品种及产地的西洋参、甘草、黄芪UV-MCF荧光检测分析，两种西洋参表现出蕞强的生物荧光，反映其所含的活性次级代谢产物成分含量蕞高（EcoTech®实验室）

蚊子草（Filipendula vulgaris），其中文名正是由于其能克制蚊虫而得名。中医认为其具有治疗痛风、风湿和癫痛的功效。蚊子草同时也是波兰、俄罗斯、罗马尼亚、塞尔维亚等国的传统药用植物。

在欧洲，蚊子草有两种自然分布的生境，分别是干热草原（xerothermic grasslands，XG）与沼茅草甸（Molinia meadows，MM）。那么在这两种不同生境下，蚊子草的生理生态状况有什么不同？这又会对其药用成分有效性有什么影响？

波兰克拉科夫师范学院与宜宾学院等单位合作，研究了两种生境下的长叶蚊子草（Filipendula vulgaris Moench）。研究人员利用FluorCam叶绿素荧光成像系统对两种生境下的蚊子草进行了动态叶绿素荧光成像测量，测量参数包括蕞小荧光F0、蕞大荧光Fm、PSII蕞大光化学效率Fv/Fm、非光化学淬灭系数NPQ、荧光衰减指数Rfd（也称为活力指数）。

左图：长叶蚊子草（Filipendula vulgaris Moench）；右图：两种生境下蚊子草的动态叶绿素荧光成像图

生物荧光高光谱技术则用来检测蚊子草在蓝绿光波段（430–650 nm）和红光–远红光波段（650–800 nm）的特征生物荧光光谱。蓝绿光波段的生物荧光与植物次数代谢水平有关，在药用植物中，这往往与药用有效成分含量密切相关。红光-远红光波段的生物荧光则属于叶绿素荧光，其光谱变化与叶绿素浓度、PSII和PSI功能活性等相关。

左图：蚊子草蓝绿光波段荧光光谱；右图：蚊子草红光-远红光波段荧光光谱

结果表明，生长在沼茅草甸（MM）的蚊子草PSII受到的胁迫损伤要低于生长在干热草原（XG）的蚊子草。而其与光保护机制相关的NPQ与活力指数Rfd则较低，这可能与其生长在低光环境中有关。生物荧光高光谱结果则表明生长在沼茅草甸（MM）的蚊子草次生代谢水平也要低于生长在干热草原（XG）的蚊子草，这可能预示着其药效也较低。

易科泰技术方案：FluorTron®多功能高光谱成像分析系统

左图：FluorTron®多功能高光谱成像分析系统高通量版；右上图：银杏叶黄酮醇（FLAV）高通量活体成像检测；右下图：植物光合表型成像分析——DCMU光合阻断实验（EcoTech®实验室）

· 同时具备多激发光叶绿素荧光高光谱成像与UV-MCF紫外光激发生物荧光高光谱成像分析功能

· 具备（反射光）高光谱成像分析功能

· 可客户定制视频叶绿素荧光光谱成像系统，同时对植物叶绿素荧光动态（time-resolved）和叶绿素荧光光谱（spectral-resolved）进行成像分析

· 可测量花青素指数、黄酮指数及氮素平衡指数NBI

· 可用于食品、中药材品质检测鉴定，珍贵中药材光谱指纹（包括反射光光谱指纹和荧光光谱指纹），劣质或掺假检测等检测鉴定；植物及中药材生理生化成像分析、高通量有效成分/功能成分成像检测分析，如叶绿素、花青素、胡萝卜素、黄酮醇、叶黄素循环色素、次级代谢产物等研究

参考文献：

1. Barabasz-Krasny B, et al. 2022. Ecophysiological Parameters of Medicinal Plant Filipendula vulgaris in Diverse Habitat Conditions. Biology 11: 1198.

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