光合作用是植物最重要的代謝途徑之一，被稱為地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)。隨著人口的持續(xù)高速增長(zhǎng)，對(duì)糧食的需求量越來(lái)越大。通過(guò)改量光合作用來(lái)提高產(chǎn)量是科學(xué)家們夢(mèng)寐以求的目標(biāo)。近年來(lái)，在這方面取得了一些重要進(jìn)展。
一個(gè)非常有意思的實(shí)例是，科迪華公司在《美國(guó)院刊》上撰文指出，在玉米中增加zmm28基因的表達(dá)可以提高產(chǎn)量3-10%，其中很重要的原因是光合作用增加了8-9%。的《Science》雜志還為該研究專門配發(fā)了評(píng)論文章。
過(guò)去光合作用的測(cè)量主要在葉片尺度，而實(shí)際上，只有冠層尺度的光合測(cè)量在作物改良上才有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。根據(jù)如下圖所示的Monteith等（1977）經(jīng)典作物產(chǎn)量潛力方程可以看出，提高冠層光合效率和冠層光能利用率，是大幅提高作物產(chǎn)量的重要可行途徑！
為此，慧諾瑞德（北京）科技有限公司（PhenoTrait）隆重推出《冠層光合表型測(cè)量方案》。該方案能夠測(cè)量冠層光合速率、（小麥、水稻、谷子等）穗光合速率、冠層光合效率和冠層光能利用率等重要光合性狀指標(biāo)。
1 冠層光合速率測(cè)量
冠層光合速率可以通過(guò)多通道植物群體光合氣體交換測(cè)量系統(tǒng)CAPTS在田間實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守、自動(dòng)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)配備2-10個(gè)氣體交換測(cè)量箱，其中一個(gè)用于（沒(méi)有植物的）土壤呼吸本底測(cè)量，其它用于冠層光合速率測(cè)量。
該技術(shù)特別適合：
- 測(cè)量作物全生長(zhǎng)季的光能利用率，比較兩個(gè)不同品種間的冠層光合能力
- 不同栽培處理（如施肥量）差異下的冠層光合速率測(cè)定
- 植物葉片病害對(duì)冠層光合影響的定量測(cè)量
- 品種間以及不同栽培密度下的冠層夜間呼吸速率差異
- 不同品種的水分蒸騰效率或不同處理?xiàng)l件下的冠層蒸騰測(cè)定
- 解析冠層、根系、土壤等不同部分的日間和夜間的光合及呼吸速率
該技術(shù)已經(jīng)在中國(guó)上海生命科學(xué)研究院、國(guó)家雜交水稻工程中心、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)、江西省農(nóng)業(yè)、山東省農(nóng)業(yè)、寧夏氣象研究所等單位得到成功應(yīng)用。
2 穗光合速率測(cè)量
穗光合速率可以通過(guò)專門為麥穗、稻穗或谷穗等設(shè)計(jì)的穗光合測(cè)量室P-Chamber連接到常規(guī)光合儀（如Li-Cor光合儀、CIRAS光合儀等）上進(jìn)行測(cè)量。
穗光合測(cè)量室P-Chamber自帶可調(diào)節(jié)強(qiáng)度的LED光源，既可以在更加均一的飽和光環(huán)境下測(cè)量光合潛能（兩面照光），又可以研究不同受光面的光合差異（單面照光）。測(cè)量室既可以通過(guò)自帶的LED光源測(cè)量光響應(yīng)曲線，又可以通過(guò)光合儀的CO2注入系統(tǒng)測(cè)量CO2響應(yīng)曲線
3 冠層光合效率和冠層光能利用率測(cè)量
葉綠素?zé)晒馐菧y(cè)量光合效率和光能利用率的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。在冠層尺度上測(cè)量光合效率和光能利用率，有三種葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)：
- 葉綠素?zé)晒獬上駵y(cè)量系統(tǒng)PlantExplorer/CropReporter
- 溫室葉綠素?zé)晒?ldquo;遙測(cè)”系統(tǒng)CropObserver
- 田間冠層光合“遙測(cè)”系統(tǒng)LIFT
3.1 葉綠素?zé)晒獬上駵y(cè)量系統(tǒng)PlantExplorer/CropReporter
PlantExplorer系列和CropReporter系列葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)成像面積大（定制成像面積200cm x 200cm），因此可以在冠層尺度上對(duì)光合效率和光能利用率進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，既可以看到全局信息，又可以對(duì)局部進(jìn)行深入分析。該技術(shù)不僅僅可以進(jìn)行光合生理測(cè)量，還是國(guó)際上眾多高通量植物表型平臺(tái)集成的核心技術(shù)。功能可以簡(jiǎn)單概括為：可見(jiàn)光表型 + 光合生理 + 葉綠素 + 花青素 + NDVI。
該技術(shù)在國(guó)際植物表型和光合作用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，例如瓦赫寧根大學(xué)、美國(guó)丹佛斯植物科學(xué)中心、美國(guó)Maricopa實(shí)驗(yàn)站、英國(guó)洛桑實(shí)驗(yàn)站、英國(guó)克蘭菲爾德大學(xué)、比利時(shí)根特大學(xué)、意大利博洛尼亞大學(xué)、加拿大薩省大學(xué)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、河南大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江農(nóng)科院、北京林業(yè)大學(xué)等等。
3.2 溫室葉綠素?zé)晒?ldquo;遙測(cè)”系統(tǒng)CropObserver
溫室葉綠素?zé)晒?ldquo;遙測(cè)”系統(tǒng)CropObserver安裝在植物上方1-4m處，可以對(duì)數(shù)平米的植物進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)冠層尺度的光合效率和光能利用率測(cè)量。該技術(shù)已經(jīng)在荷蘭眾多的溫室園藝公司、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、江蘇大學(xué)、北京農(nóng)林、黑龍江農(nóng)科院、華南環(huán)保所等等單位得到成功應(yīng)用。
荷蘭很多的大型溫室園藝公司安裝了CropObserver，用于智能溫室控制。首先通過(guò)大量測(cè)量獲取這個(gè)溫室的理想光合作用響應(yīng)曲線，然后通過(guò)日常測(cè)量的實(shí)際光合作用響應(yīng)曲線反饋到溫室控制系統(tǒng)來(lái)控制溫室的外遮陽(yáng)/內(nèi)遮蔭。通過(guò)這種方法，可以在確保不傷害植物的情況下給與植物更多的光照，從而加快植物的生長(zhǎng)進(jìn)程。對(duì)于一個(gè)生產(chǎn)雪鐵芋（俗稱金錢樹(shù)）的溫室公司，在春夏季將生產(chǎn)周期從19周降低到了13周！即使放到全年平均水平來(lái)看，在使用該技術(shù)的年就使整個(gè)溫室的生產(chǎn)效率提高了10%！
3.3 田間冠層光合“遙測(cè)”系統(tǒng)LIFT
田間冠層光合“遙測(cè)”系統(tǒng)LIFT是一種可以在3m遠(yuǎn)處對(duì)冠層光合作用進(jìn)行“遙測(cè)”的熒光儀。采用軟件控制的激發(fā)光源陣列，通過(guò)控制脈沖/直流模式控制光合器官的狀態(tài)，同時(shí)記錄光系統(tǒng)II中葉綠素天線色素放射出的熒光信號(hào)變化過(guò)程。測(cè)量的熒光瞬變可以使用LIFT軟件進(jìn)行處理，可用來(lái)進(jìn)行大量生物物理學(xué)特征的量化，從而獲取光合作用特征、光合響應(yīng)和光合性能矩陣。
測(cè)量時(shí)LIFT發(fā)射到植物冠層上一個(gè)直徑約15cm的光斑，儀器帶動(dòng)這個(gè)光斑以不超過(guò)5.4km/h的速度行進(jìn)，并連續(xù)采集這個(gè)寬度15cm的冠層條帶上的光合作用參數(shù)。此外，LIFT-REM還配置GPS傳感器，可以自動(dòng)對(duì)記錄的光合表型數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)GPS信息。
LIFT既可以在田間進(jìn)行行走式高通量測(cè)量，也可以固定在特定位置程序旋轉(zhuǎn)云臺(tái)進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)。而且該技術(shù)在美洲、歐洲、澳洲等很多研究單位都得到了非常成功的應(yīng)用（點(diǎn)擊上圖查看應(yīng)用案例）。
綜上，冠層光合測(cè)量的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。無(wú)論是氣體交換技術(shù)，還是葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)，無(wú)論是定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，還是行走式測(cè)量，都有了切實(shí)可行、可靠的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，且已在國(guó)際上得到了廣泛的驗(yàn)證和認(rèn)可。
過(guò)去十多年來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)和植物科學(xué)領(lǐng)域在國(guó)際上發(fā)表了大量高水平論文，取得了一系列具有國(guó)際影響力的研究成果，其中一個(gè)非常重要的原因就是在科研儀器設(shè)備方面我國(guó)已經(jīng)趕上了國(guó)際潮流甚至在某些領(lǐng)域取得了地位。*的儀器設(shè)備是科學(xué)研究最重要的推動(dòng)力之一。光合作用的測(cè)量已經(jīng)進(jìn)入冠層光合的時(shí)代，不要猶豫了，趕快迎頭趕上吧。
