在之前的文章中，我们介绍了日光诱导叶绿素荧光（SIF）的基本原理及其在森林、湿地等生态系统中的广泛应用。
本期我们将聚焦大豆这一重要作物，探讨SIF技术如何通过早期监测环境胁迫（如高温、干旱等），来预警最终的减产风险，成为保障稳产管理的关键工具。
1. SIF与大豆光合作用的关系
SIF是植物吸收太阳光后，叶绿素分子重新发射出的一小部分光能。它与光合作用初级生产力（GPP）紧密相关，被认为是评估GPP的有效替代指标。
SIF信号的产生源于光合系统II（PSII）的光化学反应，其强度受到光照强度、叶绿素含量以及光能分配途径的动态调控。研究表明，SIF与GPP之间存在显著的线性或非线性关系，这使得SIF成为监测植被光合作用的重要手段。
爱博能无人机载日光诱导叶绿素荧光监测系统，ABN-SIF-UAV。该系统通过探测日光诱导叶绿素荧光（SIF），可实现对大范围农田的无损监测，精准评估作物长势，为病虫害与水肥胁迫的早期预警提供关键数据。
由于SIF与光合作用过程直接关联，当大豆遭遇环境胁迫时，其光合机构会受到影响，进而引起SIF信号的变化，这为利用SIF监测大豆的环境胁迫提供了理论基础。
2. SIF在大豆环境胁迫检测中的应用
高温胁迫：高温及其伴随的高水汽压差通常会影响植物，但不会引起明显的冠层结构变化或光谱特征改变。SIF因其与光合作用的联系，能更好地检测这种胁迫。例如，有研究通过温度自由空气控制增强（T-FACE）实验，利用SIF量化了高温对大豆冠层光合作用的影响。大豆在高热条件下会影响比叶重、气孔密度、光合作用和叶绿素荧光参数。
日光诱导叶绿素荧光（SIF）、SIF产额、吸收性光合有效辐射（APAR）、全冠层APAR吸收比例（fAPAR）以及光合有效辐射（PAR）与冠层温度之间的相关系数（r）。
臭氧胁迫：高浓度臭氧会导致大豆冠层SIF760显著下降，特别是在生长后期下降幅度更大（36%），这表明SIF能够有效捕捉臭氧对大豆冠层结构和衰老加速的影响。臭氧胁迫还会与辐射减少产生协同效应，影响大豆的叶绿素荧光特性和产量。
在整个大豆生长季中观测到的冠层顶部SIF760（A）、光合有效辐射PAR（B）、绿色植被光合有效辐射吸收比例FPARgreen（C）以及表观SIF产率（D）的测量结果，分别对应生长在环境臭氧浓度（白色条形）与升高臭氧浓度（灰色条形）条件下的大豆。*代表差异显著（P<0.05）。
其他胁迫：
缺水会迫使气孔关闭，从而抑制光合作用和蒸腾作用。这一过程会引起非光化学猝灭和光合电子传递的变化，而SIF信号对这些微小的变化非常敏感。
双酚A（BPA）作为一种环境内分泌干扰物，对大豆幼苗的生长、光合作用和叶绿素荧光参数（如初始荧光、最大光化学效率、PSII有效量子产率和光合电子传递速率）有显著影响，SIF技术可以检测这些变化。
日光诱导叶绿素荧光（SIF）技术通过捕捉与光合作用机理直接相关的光信号，为大豆的环境胁迫监测提供了一种直接、非侵入性的方法。利用这项技术，我们能够更及时地掌握作物的健康状况，为精准农业管理和保障作物稳产提供重要的技术支撑。
案例来源：
1. KQuantifying high‐temperature stress on soybean canopy photosynthesis: The unique role of sun‐induced chlorophyll fluorescence. (2021)
2. Quantifying high-temperature stress on canopy photosynthesis at the Temperature Free-Air Controlled Enhancement (T-FACE) experiment: the unique role of sun-induced chlorophyll fluorescence in capturing plant physiological stress. (2020)
3. Solar-induced chlorophyll fluorescence captures the effects of elevated ozone on canopy structure and acceleration of senescence in soybean. (2023)
4. Effects of bisphenol A on growth, photosynthesis and chlorophyll fluorescence in above-ground organs of soybean seedlings. (2013)
