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易 科 泰 生 态 技 术 有 限 公 司 Ecotech Ecological Technology Ltd. FKM 多光谱荧光动态显微成像系统帮助科学家解释秋海棠 蓝色叶片的特殊光合机制 2016 年10 月，国际学术权威刊物Nature 出版集团旗下子刊《Nature Plants 》发表了英 国布里斯托大学Heather Whitney 研究团队的一篇研究论文。论文研究了一种喜阴植物秋海 棠（Begonia grandis × B. pavonina ，秋海棠与孔雀秋海棠的杂交种），发现它能通过自己的 蓝晕色叶片，利用其特有的光合质体iridoplast 来增强光合作用，从而适应了极度弱光的环 境条件 （Jacobs ，2016 ）。 图1. 秋海棠蓝晕色叶片和晕色体iridoplast. a. 叶片照片 b. 晕色体的落射光显微镜明场照片 c. 单个晕色 体的扫描电镜照片 d. 单个晕色体的特征反射光谱曲线 很早以前，科学家们就发现生长在低纬度热带雨林生态系统中的一些陆生植物叶片在特 定观察视角下会呈现一种蓝晕色 （iridescent blue colour ）的表型（Lee Lowry ，1975；Lee ， 1991）。最开始人们认为这种蓝晕色可能是特殊的色素造成的，但在后续的研究中并没能提 取到相应的色素。通过透射电子显微镜（TEM ） 的观察，在圆果杜英、圆叶锦香草和孔雀秋海 棠等多种具有蓝晕表型的植物中，科学家们发 现叶片近轴面表皮细胞的下层平周壁毗邻处存 在一种特化的质体（Gould Lee，1996；Lee ， 1991），并将这种质体命名为iridoplasts，国内 文献中将其翻译为晕色体 （王卅，2012 ）。 图2. 秋海棠叶片组织横切面的晕色体 分布示意图 北京市海淀区中关村东路 89 号恒兴大厦 19B(100190) Tel.: +86 101572 Fax: +86 10Http:// Email:sales@ info@ 易 科 泰 生 态 技 术 有 限 公 司 Ecotech Ecological Technology Ltd. 后来的研究中发现，晕色体也是一种叶绿体，但是它们的内部结构与一般叶绿体有很大 的差别。一般叶绿体内由类囊体组成的基粒大小不一，分布不均。秋海棠晕色体内规则分布 着3～4 个类囊体形成的基粒。这些基粒像一个光学晶体，强烈反射430~560 纳米波长的光， 导致叶子呈蓝晕色；同时强烈吸收绿光，这也正是秋海棠生长的林下弱光环境中最主要的光。 而绿光正是一般植物最难以利用进行光合作用的光。 图3. 左：一般叶绿体结构示意图；右：秋海棠晕色体超微结构透射电镜照片 但是如果Heather Whitney 研究团队的工作只进行到这一步，那么也仅仅是将前人的工 作在秋海棠上再重复了一遍，并没有什么太大的突破性。这些研究都是通过晕色体光谱特性 和显微结构的差异推测了它对林下低光照和绿光的利用能力，但是从来没有人能直接对晕色 体的光合能力进行直接的测定。当然，这也是因为以前并没有相应的仪器设备能够进行这种 测量。 FKM （Fluorescence Kinetic Microscope ）多光谱荧光动态显微成像系统作为目前功能最 为强大全面的植物显微荧光研究仪器，可以说是现在唯一可以完美解决这个问题的仪器系 统。它不仅可以进行微藻、单个细胞、单个叶绿体乃至基粒-基质类囊体片段进行 Fv/Fm、 Kautsky 诱导效应、荧光淬灭、OJIP 快速荧光响应曲线、QA 再氧化等各种叶绿素荧光及 MCF 多光谱荧光（multicolor fluorescence