在作物發(fā)育的早期階段及時(shí)發(fā)現(xiàn)病蟲(chóng)害、病菌感染或雜草可以在很大程度上降低農(nóng)藥的使用率，但在實(shí)際操作中卻困難重重，因?yàn)樵谑澜绶秶鷥?nèi)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些對(duì)農(nóng)藥具有抗性的雜草、病菌或害蟲(chóng)。因此，如何選擇合適的農(nóng)藥并取得理想的效果同樣是非常困難的。如何應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，亟需使用新的傳感器，在田間條件下快速，準(zhǔn)確的檢測(cè)早期植物脅迫，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
本文重點(diǎn)介紹了一種基于葉綠素?zé)晒獬上?/strong>測(cè)量的傳感器。該傳感器可以通過(guò)Fv/Fm量化除草劑和病原體對(duì)植物產(chǎn)生的脅迫。葉綠素?zé)晒馀c熱量構(gòu)成了捕獲光能中損失掉的部分，這部分無(wú)效激發(fā)能的比例取決于光系統(tǒng)II的狀態(tài)。在暗處理的葉片中（光系統(tǒng)II*開(kāi)放），熒光發(fā)射比例約為吸收光的％到10％。1911年，Kautsky和Hirsch就已經(jīng)觀察到了葉綠素?zé)晒鈴?qiáng)度與光合作用狀態(tài)之間的關(guān)系，因此葉綠素?zé)晒饪梢宰鳛楣夂献饔玫挠行结?。在葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量過(guò)程中，葉片突然曝露在強(qiáng)光下，首先會(huì)表現(xiàn)為熒光產(chǎn)率快速上升，然后在幾分鐘內(nèi)緩慢下降。1初熒光上升可以反映了PS II反應(yīng)中心從*開(kāi)放到*關(guān)閉的轉(zhuǎn)變，即從可以進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的狀態(tài)到不能進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的狀態(tài)。在PS II中，光能捕獲由捕光天線來(lái)完成，光驅(qū)動(dòng)的電荷分離由反應(yīng)中心完成。發(fā)生電荷分離的反應(yīng)中心將電子通過(guò)脫鎂葉綠素傳遞至QA，QA是與PS II反應(yīng)中心結(jié)合的質(zhì)體醌分子。在QA?存在的情況下，PS II反應(yīng)中心關(guān)閉，因?yàn)樗荒芾眉ぐl(fā)能進(jìn)行穩(wěn)定的電荷分離，多余的激發(fā)能由捕光天線，發(fā)射熒光（和熱）。QA通過(guò)把電子傳遞給QB被迅速再氧化。非常高的光強(qiáng)度（飽和脈沖）會(huì)導(dǎo)致QB被*還原，此時(shí)，QA-不能再氧化，也就是說(shuō)PS II反應(yīng)中心*關(guān)閉熒光發(fā)射和光化學(xué)淬滅激發(fā)能的分配解釋了為什么在黑暗中（即PS II反應(yīng)中心*開(kāi)放的情況下）測(cè)量1小熒光（Fo），而在反應(yīng)中心*關(guān)閉時(shí)測(cè)量1大熒光（Fm）的原因。Kitajima和Butler在1975年已經(jīng)推導(dǎo)出熒光比率參數(shù)Fv/Fm(其中Fv = Fm - Fo)與PS II的1大光化學(xué)效率有關(guān)。迄今為止，F(xiàn)v/Fm參數(shù)在植物脅迫研究中一直發(fā)揮著重要作用。
使用葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)分析除草劑對(duì)植物脅迫早有報(bào)道，也曾引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。因?yàn)槭褂贸輨┦浅Ｒ?guī)農(nóng)業(yè)中1有效，1常用的雜草控制策略。理想的除草劑會(huì)選擇性地消滅雜草，但不會(huì)傷害農(nóng)作物。然而現(xiàn)實(shí)與理想總是有差距的，即便是選擇性的除草劑也可能會(huì)危害作物。除了除草本身以外，不利的天氣條件、施用時(shí)機(jī)不當(dāng)、錯(cuò)誤的頻率、混合物的其他有效成分以及輔助劑的添加等因素也會(huì)影響除草劑的選擇性，可能還會(huì)造成意想不到的嚴(yán)重后果。因此，除草劑的選擇性不足或使用不當(dāng)，不可避免地會(huì)造成作物生物量減少和產(chǎn)量損失。另外，除草劑的選擇性還取決于農(nóng)作物的品種：例如，植物體內(nèi)活性成分排毒能力的提高可以降低除草劑的毒性效應(yīng)。所以，量化除草劑對(duì)作物和雜草的脅迫對(duì)評(píng)估除草劑的有效性至關(guān)重要。
回到葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量，1初，F(xiàn)v/Fm測(cè)量于個(gè)別專(zhuān)業(yè)能力非常強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)室，后來(lái)，隨著脈沖振幅調(diào)制熒光儀（PAM）的商業(yè)化，測(cè)量Fv/Fm和其他熒光參數(shù)逐漸成為了一種常見(jiàn)的光合作用分析方法。葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量具有原位，無(wú)損等特點(diǎn)被廣泛接受和認(rèn)可。再后來(lái)，為了實(shí)現(xiàn)田間葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量，現(xiàn)場(chǎng)直接檢測(cè)植物受到的脅迫，商業(yè)化的PAM熒光儀制造商對(duì)現(xiàn)有PAM成像設(shè)備的硬件和軟件進(jìn)行了升級(jí)。本研究的目的旨在介紹PAM成像技術(shù)作為一種快速、非侵入性的工具來(lái)分析除草劑和病原菌脅迫，并鑒定田間抗除草劑雜草，為今后作物栽培管理決策提供一種有效的工具。
