光合作用會(huì)迅速適應(yīng)環(huán)境的波動(dòng)以優(yōu)化對(duì)太陽(yáng)光能量特別是光合光子通量率(PPFR)的吸收，從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)。截獲的PPFR向光化學(xué)能(?e)和生物量(?c)的轉(zhuǎn)化效率是描述植物生產(chǎn)力隨時(shí)間變化的關(guān)鍵參數(shù)。然而，它們掩蓋了特定條件下瞬時(shí)光化學(xué)能量吸收的聯(lián)系，即光系統(tǒng)II（Fq'/Fm'）的運(yùn)行效率和生物量積累。因此，在不斷變化的環(huán)境條件下識(shí)別能源和資源高效型基因型受到阻礙。


使用高通量測(cè)量方法估計(jì)了在波動(dòng)條件下從陽(yáng)光能源生產(chǎn)生物量的效率。A,陽(yáng)光能量經(jīng)過(guò)多次轉(zhuǎn)化，直到積累成生物量。在波動(dòng)條件下發(fā)生的能量損失是高度動(dòng)態(tài)的。首先，從全光譜的陽(yáng)光輻射中，只有PPFR可以被植物色素吸收。其次，光攔截效率(?i)取決于通過(guò)植物密度和樹冠的反射和透射光。因此，?i定義為給定區(qū)域內(nèi)冠層頂部和底部的PPFR比率。第三，通過(guò)測(cè)量ET得出截獲的光能到光化學(xué)能(?e)的轉(zhuǎn)換效率。熱量和ChlF的損失取決于光保護(hù)馴化和實(shí)際光強(qiáng)度。非光合色素的光吸收可以忽略不計(jì)。最后，轉(zhuǎn)化為生物量(?t)的效率取決于用于電子替換途徑、ET循環(huán)、光呼吸和細(xì)胞呼吸（包括碳水化合物的生物合成）的傳輸電子的數(shù)量。B，自動(dòng)LIFT系統(tǒng)以高時(shí)空分辨率掃描溫室內(nèi)外以及田間的植物冠層。通過(guò)活性ChlF評(píng)估波動(dòng)條件下的動(dòng)態(tài)ET，揭示光系統(tǒng)II(Fq'/Fm')的運(yùn)行效率。使用內(nèi)置光譜儀另外測(cè)量反射率。C，分別使用LIFT和環(huán)境傳感器測(cè)量波動(dòng)Fq'/Fm'和PPFR。顯示了大豆中連續(xù)三個(gè)測(cè)量日的子集。我們推導(dǎo)了ETR并計(jì)算這3天的累積ET和PPF，由累積ET和PPF的比率得到了生長(zhǎng)期間的?e?；疑`差條顯示了指定3天的所有測(cè)量中每15分鐘周期的平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=113-543；大豆基因型的總n=36,891個(gè)測(cè)量值）。

作者在溫室和田間條件下使用自動(dòng)葉綠素?zé)晒夂凸庾V掃描長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)了21種大豆(Glycine max(L.)Merr.)和玉米(Zea mays)基因型的冠層Fq'/Fm'。基于不同環(huán)境變量和基因型相互作用對(duì)整個(gè)生長(zhǎng)季在光照下獲得的Fq'/Fm'進(jìn)行建模。這使作者能夠無(wú)創(chuàng)地估計(jì)累積光化學(xué)能量?e。?e范圍從48%到62%，具體取決于基因型，在最有效的C4玉米基因型中，高達(dá)9%的光化學(xué)能被轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)。最引人注目的是，在不同條件下的七個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)中，?e與地上部分生物量相關(guān)，高達(dá)r=0.68。


自動(dòng)表型系統(tǒng)以高時(shí)空分辨率捕捉動(dòng)態(tài)玉米和大豆基因型的光合作用。A，顯示了2017年5月20日15時(shí)測(cè)量的不同大豆基因型的光系統(tǒng)II運(yùn)行效率（Fq'/Fm'）的空間變化。顯示了前12個(gè)生長(zhǎng)容器的數(shù)據(jù)。使用兩個(gè)LIFT設(shè)備每小時(shí)掃描兩條線路中的容器。B，一天（2017年5月20日）每小時(shí)不同基因型的Fq'/Fm'分布。C，顯示了在溫室內(nèi)外的容器中以及在田間中超過(guò)2年測(cè)量的Fq'/Fm'和PRI?；疑`差條顯示平均每小時(shí)和作物的標(biāo)準(zhǔn)誤差(SE)（n=1–1079，玉米：總n=25,014，大豆：總n=220,881）。

因此，作者通過(guò)整合生長(zhǎng)季對(duì)環(huán)境壓力的光合反應(yīng)來(lái)估計(jì)生物量產(chǎn)量，并確定了節(jié)能基因型。這對(duì)改進(jìn)作物生長(zhǎng)模型和使用自主測(cè)量系統(tǒng)在任何時(shí)間點(diǎn)估計(jì)育種系或整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力方面具有巨大潛力。

來(lái)源：Plant Physiology.Toward predicting photosynthetic efficiency and biomass gain in crop genotypes over a field season.Beat Keller, Lars Zimmermann, Uwe Rascher, Shizue Matsubara, Angelina Steier, Onno Muller

https://doi.org/10.1093/plphys/kiab483