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在全球氣候變化日益嚴峻的背景下，干旱脅迫已經成為限制作物產量的主要因素。產量損失與多種變化相關，其中光合作用效率的降低是影響作物產量的關鍵生理指標之一。研究顯示，葉綠素熒光參數光ΦPSII能夠代表光合實際效率，表征實際光合作用的活性水平，是干旱早期最敏感的指標之一。此外，高光譜成像技術通過反射率參數，能夠迅速檢測干旱脅迫下光合作用活性的強弱，詳細監(jiān)測小麥植物的響應特征，并可作為篩選具有潛力的基因型、培育耐旱品種的依據之一。
俄羅斯的研究學者以24個軟春小麥品種（C1-C24）為研究對象，進行干旱處理（DS），同時設置對照組（CC），分別在干旱0、3、5、7、10、14天測量相關參數。
葉綠素熒光參數：利用葉綠素熒光成像技術，在干旱0、5、10天分別記錄光系統(tǒng)II最大量子效率Fv/Fm、有效光化學量子產率ΦPSII等參數，發(fā)現(xiàn)ΦPSII在干旱早期（5天）即顯著下降，伴隨非光化學淬滅（ΦNPQ）升高；長期干旱（10天）導致Fv/Fm降低，表明光系統(tǒng)結構受損?；?Phi;PSII動態(tài)變化，建立低耐受性（NT）、中等耐受性（MT）、高耐受性（HT）和極高耐受性（HHT）四類基因型評估體系，助力耐旱品種定向選育。其中，HHT組（如C7、C9）在長期干旱下仍保持光合系統(tǒng)穩(wěn)定。
圖1：干旱發(fā)展過程中葉綠素熒光參數的動態(tài)變化（左）及基于ΦPSII動態(tài)變化劃分的四類基因型品種組
高光譜特征提?。?/strong>干旱導致反射光譜在550-700nm和730-1000nm區(qū)域變化顯著，反映了葉片色素組成和結構改變。利用光譜特征成功的篩選出四個與ΦPSII強相關的NDIs指數（歸一化差異指數）。這些NDIs可用于直接評估干旱下的光合活性，無需對照組，其中NDI572/545和NDI820/630對土壤水分虧缺敏感性高，與干旱下光合活性變化的相關性最強，為基因型篩選提供量化依據。極高耐受性HHT組品種在干旱10天后仍維持ΦPSII穩(wěn)定，其NDI820/630值較低耐受性NT組高35%-40%，與田間耐旱表型吻合率超90%。
圖2：不同干旱天數下對照組(A)和干旱組(B)植物的反射光譜，以及對照與干旱植物之間的差異光譜(C)
圖3：干旱脅迫下四個抗旱品種組的NDIs的干旱誘導動態(tài)（左）和NDIs與ΦPSII之間的相關性分析
該研究建立了基于光譜反射指數與葉綠素熒光參數的小麥光合活性評估方法，為干旱脅迫下作物表型分析和耐旱育種提供了高效工具，有助于應對全球氣候變化帶來的農業(yè)挑戰(zhàn)。
高光譜成像技術搭配葉綠素熒光成像技術，可同步監(jiān)測反射光譜特征、ΦPSII、非光化學淬滅系數（NPQ）等關鍵參數，實現(xiàn)從光譜反射到生理機制的全鏈條解析。在育種早期階段，輔助育種過程中光合潛力的快速評估，加速耐旱品種選育。
（2）抗逆機制深度解析
通過光譜指數與生理參數的關聯(lián)分析，揭示干旱脅迫下葉黃素循環(huán)、類囊體膜穩(wěn)定性等分子機制。例如，NDI572/545的變化與葉黃素循環(huán)色素環(huán)氧化狀態(tài)密切相關，為耐旱基因挖掘提供靶點。
（3）高通量基因型篩選體系的建立
通過光譜指數與葉綠素熒光擦參數的動態(tài)關聯(lián)，構建快速篩選+精準分類的“光譜-生理-基因型”三級評估模型。
易科泰生態(tài)技術有限公司深耕農業(yè)光譜研究領域，基于前沿科研成果研制了適用于實驗室、樣方以及大田等多種場景的植物表型成像解決方案，為作物的耐旱性評估與高效育種提供革命性技術支持。
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