前言
目前隨著世界人口的不斷增長以及氣候變化對作物產量的影響，全球糧食的需求日益增加，盡管每年世界各地都有不斷打破現有產量和質量記錄的新品種出現，但生產力的進步還是顯得較為緩慢，無法滿足未來全球糧食增長的需求�；�于親本雜交和后代表型選擇的傳統植物育種已有數千年的歷史，雖然這些雜交種子對農業生產力產生了巨大的影響力，但相對緩慢的育種過程（一年生作物的平均育種計劃需要10-12年）在當今糧食需求快速增長的背景下體現了其不足，尤其面對日益嚴峻的氣候環境變化，保持目前的產量提高速度本身就是很大的挑戰。許多新品種是在非生物脅迫條件下培育出來的，但這些品種在非生物脅迫條件下有明顯的產量損失，非生物脅迫條件下的育種是一項極具挑戰性的工作。目前脅迫育種面臨諸多的困難，包括植物在非生物脅迫下耐受性的復雜程度，環境條件的不穩定，缺乏明確定義的脅迫場景以及耐受性標記、預期性狀不明確等。以上因素導致在非脅迫條件下培育新品種的數量少并且存在較長的育種周期。

植物表型分析是對植物復雜性狀的綜合評估，傳統的育種者根據個人經驗對品系進行主觀的視覺表型分析。盡管獲得了一些成果，但在植物生理性狀和難以用肉眼觀察的性狀方面就顯得力所不及了，尤其在抗逆性育種巨大的工作量面前，低通量，人工的方法無法達到評估的要求。目前脅迫育種研究面臨的主要瓶頸之一是缺少一種簡單快速，可以選擇所需生理性狀，并且可以對生長環境中的全部植物同時進行測定的功能篩選方法。脅迫條件下的作物育種應關注生產力而非生存力，而與植物水分相關的生理性狀是直接影響植物產量的關鍵因素。鑒于植物水分平衡調節機制對植物的脅迫反應、生產力和恢復力有著巨大的影響，這些生理性狀應被整合到非生物脅迫育種計劃中。目前主要用于評估植物水分狀況的方法有葉片氣體交換、冠層溫度測定、光譜反射率測定等，但由于植物對周圍環境非常敏感，難以利用這些技術收集植物與環境的動態相互作用以及植物對水分脅迫動態響應的有關信息。

生理表型系統是以植物生理學為基礎，采用高通量、非侵入式、非破壞性的表型技術，可以對植物及其生長環境進行連續測定的一種新型功能系統。系統使用擬合模型描述植物對脅迫條件的反應，并與對照植物進行比較，可用于特定條件下最佳性能表現植株的篩選以及了解控制其反應的生物學機制。平臺的高準確度可以檢測出植株與環境變化相關的特定生理性狀的微小變化，并在統計分析的基礎上選擇所需植株。其最具應用前景的一個方面是具備對特定環境和不同脅迫條件下同時對數百種基因型植株進行全株分析測定的能力。生理表型系統也可以為植物生理學、植物營養研究以及農藝管理等領域提供獨特、富有價值的科學依據。

Plantarray高通量植物生物學監測系統是以植物生物學為基礎的一套高精度表型系統，可以完成整個植物生長周期中不同環境下的SPAC因子的測量。系統可以連續不間斷的獲取陣列內所有植物的監測數據，實時監控和及時調整每個培養容器中的土壤條件，包含土壤水分、鹽分，是非破壞性進行植物生物學研究的理想實驗平臺。本論文摘要集主要介紹應用Plantarray高通量植物生物學監測系統對蔬菜、作物、喬木在脅迫反應、育種、生物刺激素等方面的研究，并對相關綜述文章進行了歸納概述。旨在為逆境生物學、植物生理學、種質資源等領域的國內科研工作者提供科學依據。

摘要：之前的研究表明降低赤霉素 (GA) 的水平或信號能夠促進植物對環境脅迫（包括干旱）的耐受性，但潛在機制尚未明確。在本文中研究了活性 GAs 水平降低對番茄 (Solanum lycopersicum) 植株耐旱性的影響以及造成這些影響的機制。為了降低活性 GAs 水平，我們培育了過度表達擬南芥GA甲基轉移酶1（AtGAMT1）基因的轉基因番茄。 AtGAMT1 編碼的一種酶，可催化活性 GA 的甲基化以生成無活性的 GA 甲酯。過度表達 AtGAMT1 的番茄植株表現出典型的 GA 缺乏表型特征以及對干旱脅迫的耐受性增加。 GA應用于轉基因植物恢復了正常生長和對干旱的敏感性。在干旱條件下，轉基因植株由于全株蒸騰作用的減少而保持了較高的葉片水分狀態，氣孔導度的降低造成了蒸騰作用的降低。 GAMT1的過度表達抑制了葉表皮細胞的增殖，導致氣孔減少而形成更小的氣孔毛孔。在干旱條件下，GA活性降低、蒸騰作用減少的植物可能較少遭受葉片干旱，從而保持較高的能力和恢復率。

 圖1. 在灌溉和干旱脅迫下，AtGAMT1過度表達降低了整個植株的蒸騰作用

圖1表明與對照植物相比，蒸騰作用降低的轉基因植株可以更緩慢地利用土壤中的水分，因此持續的時間更長。通過實驗確定蒸騰作用的降低以及土壤中水分利用率的增加是 GAMT1 過表達植株對干旱耐受性增加的唯一原因。

 圖2. AtGAMT1過度表達減少了葉片大小，增加了氣孔密度

葉面積減少（圖2）可能是轉基因植物整株蒸騰量降低的主要原因。盡管 AtGAMT1 的過表達對葉片數量沒有影響，但它減緩了小葉葉片的生長，所有轉基因品系的整株葉面積都小于對照植物的葉面積（圖2）。用顯微鏡分析了葉背面的表皮組織，該分析顯示所有轉基因品系中的氣孔密度高于對照葉片中的氣孔密度。轉基因株系的氣孔面積與其表型嚴重程度和全株蒸騰速率密切相關。以上結果表明轉基因植株中蒸騰速率的降低是由于氣孔導度的降低造成的。