气载离子电荷动力学揭示离体植物果实中存在昼夜节律范围的周期性：一种连续、非接触、无创的测量系统

《Plant Methods》：Airborne ion charge kinetics reveal circadian-range periodicity in detached plant fruits: a continuous, noncontact, and noninvasive measurement system

　　

摘要

背景

理解植物系统中的时间调节需要能够最大限度减少对组织扰动、同时捕捉生理动力学的测量方法。在这项概念验证研究中，我们提出了一种磁悬浮电极电离室（MALIC）系统，用于以连续、非接触和非侵入的方式监测空气中离子电荷动力学，从而能够在无需基因改造或光学读取的情况下，对植物来源的信号进行连续的物理化学观测。

结果

利用两个苹果品种（Yoko和Akibae）的离体果实，Lomb-Scargle周期图分析在空气中离子电荷动力学中识别出了昼夜节律范围（约24–25小时）内的主要周期成分。相位漂移分析表明两个品种的 Dataset 在时间稳定性方面存在差异，其中Yoko在连续周期中表现出相对一致的峰值时间，而Akibae则显示出更大的变异性。这些差异也与相位一致性分析的结果一致，该分析表明Yoko的相位值比Akibae的相位值聚类更紧密。定量分析显示，Akibae表现出更大的振幅和更高的变异系数，表明其相对变异性更大。由于MALIC系统检测的是周围空气中的净离子相关信号，而非直接检测细胞内过程，因此观察到的振荡应被理解为生理活动的综合代理指标。这些节律与时间组织化的生理过程相一致，但尚未建立与内源昼夜钟机制的直接联系。这些结果表明两个实验数据集之间存在描述性差异；然而，由于它们是在不同光照暴露方案下分别测量的，这些差异不能单纯归因于品种差异。

结论

MALIC系统实现了对包含昼夜节律范围周期成分的空气中离子电荷动力学的连续、非接触、非侵入式监测，并在两个实验数据集中验证了这一能力。本研究提示，空气中离子电荷可能代表了植物-环境界面上一种此前未被认识的时间信号。MALIC系统不应被视为取代已建立的昼夜节律检测方法，而应被视为一种补充方法，用于捕捉有别于转录和光合读数信号的独特信号。未来在不同物种、品种和环境条件下的进一步验证，以及与整合的环境、分子和生理测量相结合，对于确定空气中离子电荷动力学能否作为植物内源生物节律的可靠指标，将可能具有重要意义。

背景

理解植物系统中的时间调节需要能够最大限度减少对组织扰动、同时捕捉生理动力学的测量方法。在这项概念验证研究中，我们提出了一种磁悬浮电极电离室（MALIC）系统，用于以连续、非接触和非侵入的方式监测空气中离子电荷动力学，从而能够在无需基因改造或光学读取的情况下，对植物来源的信号进行连续的物理化学观测。

结果

利用两个苹果品种（Yoko和Akibae）的离体果实，Lomb-Scargle周期图分析在空气中离子电荷动力学中识别出了昼夜节律范围（约24–25小时）内的主要周期成分。相位漂移分析表明两个品种的数据集在时间稳定性方面存在差异，其中Yoko在连续周期中表现出相对一致的峰值时间，而Akibae则显示出更大的变异性。这些差异也与相位一致性分析的结果一致，该分析表明Yoko的相位值比Akibae的相位值聚类更紧密。定量分析显示，Akibae表现出更大的振幅和更高的变异系数，表明其相对变异性更大。由于MALIC系统检测的是周围空气中的净离子相关信号，而非直接检测细胞内过程，因此观察到的振荡应被理解为生理活动的综合代理指标。这些节律与时间组织化的生理过程相一致，但尚未建立与内源昼夜钟机制的直接联系。这些结果表明两个实验数据集之间存在描述性差异；然而，由于它们是在不同光照暴露方案下分别测量的，这些差异不能单纯归因于品种差异。

结论

MALIC系统实现了对包含昼夜节律范围周期成分的空气中离子电荷动力学的连续、非接触、非侵入式监测，并在两个实验数据集中验证了这一能力。本研究提示，空气中离子电荷可能代表了植物-环境界面上一种此前未被认识的时间信号。MALIC系统不应被视为取代已建立的昼夜节律检测方法，而应被视为一种补充方法，用于捕捉有别于转录和光合读数信号的独特信号。未来在不同物种、品种和环境条件下的进一步验证，以及与整合的环境、分子和生理测量相结合，对于确定空气中离子电荷动力学能否作为植物内源生物节律的可靠指标，将可能具有重要意义。