经历高温炙烤时，植物会“喊热”吗？遭遇病虫害时，它们会“呼救”吗？缺乏营养时，它们又是否会“张口求援”？

对于这些问题，很多人可能会给出否定答案。但科研人员发现，植物会和动物一样表现出“喜怒哀乐”，而这些关键性的生理信息藏在叶片发出的荧光信号中。能够感知和解析这些信号的设备被称为叶绿素荧光检测仪器。它们如同精通植物语言的翻译官，可以让科研工作者听懂植物的“心里话”，有效实现对植物光合生理信号的精准解读。

长期以来，我国在该领域的高端设备一直依赖进口，但不久前，这一局面终于被打破。江南大学教授郭亚团队经过多年持续攻关，实现了系列高性能叶绿素荧光检测仪器的研发和量产。

重要“副产品”

作为一个专业词汇，“叶绿素荧光”听起来“高大上”，实则只是植物光合作用过程中的“副产品”。

“叶绿体是维持植物光合作用的场所。”郭亚解释说。存在于叶绿体中的叶绿素分子就像光能转换器。接收到阳光时，“转换器”便被“激发”，产生高能电子。这些电子经历一系列传递与氧化还原反应，其携带的能量被用于生成活跃的化学能，进而驱动植物将二氧化碳和水分子转化、合成为植物生长所需的物质。

不过，这一过程的转化效率并非100%，部分能量会以热能或荧光的形式释放出来，这种荧光便是所谓的“叶绿素荧光”。

“健康植物体内，光合作用运转顺畅，叶绿素吸收的绝大部分光能都被有效利用，只有极少能量会变成荧光‘漏’出来。”郭亚说，但当植物面临干旱、病虫害等问题时，转化效率便会降低。此时，多余的能量会重新分配。初期，大量能量会以荧光形式散发，导致荧光信号增强，随着植物启动强大的“热耗散”保护机制，过剩能量将更多以热形式释放，导致荧光“泄漏”比例相对降低。

“这种荧光的动态变化，正是植物发出‘求救信号’的密码。”郭亚告诉《中国科学报》，植物在光照下，其荧光会随时间变化生成动态曲线。这条曲线的上升、下降模式和从中计算出的特征参数，构成了植物独特的生理“指纹”。“当植物健康受损时，‘指纹’会发生改变。通过解读这些变化，我们能精准判断其生长状态和健康程度。”

叶绿素荧光现象最早发现于1834年，此后的百余年间，人们对此进行了深入研究，同时也研发了各种解读植物叶绿素荧光“密码”的仪器设备。

长期以来，我国在该领域依赖进口的测试仪器，存在购置成本高、功能集成度低等问题，难以支撑农业科研中对多参数、高通量测量的实际需求。

从“普通”到“高性能”

研发出高性能的国产叶绿素荧光检测仪器是郭亚20年前立下的目标。彼时，他正在美国密苏里大学攻读生物工程专业博士学位。

郭亚学成归国后，带领团队逐一破解了相关技术难题，最终成功研制出叶绿素荧光检测仪器。

然而，这一成绩并没有让团队成员感到满足。

“在叶绿素荧光检测与分析方面，传统仪器有优势，但不足也很明显。”郭亚说，比如，传统设备只能获取简单“窄带信号”激励的叶绿素荧光。

“传统仪器激发的叶绿素荧光信号简单，便于人工直接解读与统计分析。”郭亚说，但“窄带信号”的信息丰富性有限，就像用单一的问题和植物“对话”，得到的“回应”寥寥无几，很难获取植物生理的全面信息。

郭亚团队一直试图研发高性能的叶绿素荧光检测仪器，随着人工智能技术的发展，他们看到了突破的可能。

“我们给仪器配备了‘全频麦克风’和‘智能大脑’，研发的系列仪器不仅能像传统设备那样测量基础荧光数据，还能发出复杂的‘宽带激励信号’。”郭亚说，这相当于用丰富的语言和植物进行“深度交流”，可以捕捉含有更丰富生理信息的荧光信号。

有了丰富的荧光数据，借助机器学习技术，研究人员可以在浩如烟海的“对话”中，提炼出关键信息，解锁植物生长的更多“秘密”，实现对生理状态的精准洞察，对现代作物育种、精准农业生产及生态环境检测具有重要价值。

目前，郭亚团队已经研发出多款高性能设备，包括具有宽带激励功能的手持式叶绿素荧光仪、无线传感器网络版叶绿素荧光仪、叶绿素荧光成像仪等。

有情怀才有动力

对于干旱、病虫害等农作物常见问题，只要稍有常识，便可凭借肉眼观察发现，为什么还要大费周折地用荧光判断呢？

“这是一个好问题。”郭亚解释说，在日常的农业生产中，对于一些常见问题，肉眼确实可以做出判断，但在植物与农业研究领域，这方面的要求严格得多。通过科学仪器，科研人员可以建立荧光信号与植物生理代谢过程，乃至基因变化之间的关系，从而为揭示植物生理机制及基因育种等技术研发提供依据。

即便在日常农业生产中，随着精细化农业的普及，对于一些病虫害感染或者环境变化的影响，普通观测手段往往具有明显滞后性。而对叶绿素荧光的探测，可以大幅提升预判某些潜在农业问题的准确性。

“也就是说，目前叶绿素荧光检测设备具有很强的‘科学设备’属性。”郭亚说，这一点也直接影响了研发和产业化过程的决策判断。

事实上，相关设备的产业化探索，始终伴随着郭亚的技术研发过程。早在2019年，他便与产业界人士合作成立了绿视芯科技（无锡）有限公司，专门从事相关设备及技术的研发。在此过程中，郭亚始终秉持着对于仪器及技术的高质量要求。

“在这方面，我曾与合作伙伴产生过分歧，比如某项技术如果推入市场，可以立即产生效益，但在它完全成熟之前，我更倾向于继续深入研发，而非贸然‘变现’。”郭亚说。

在郭亚看来，高校教师在科研成果，尤其是科学仪器的产业化过程中必须有情怀加持。

“对于高校教师来说，科学仪器研发周期长，技术要求高。研发科学仪器并实现产业化的过程是艰辛的，既有现行学术评价体系不完善带来的掣肘，也会面临创业的高风险。”郭亚说，一个好的成果需要甘坐数年冷板凳来打磨。

“在这一过程中，你有造福社会与行业的科研情怀，才能有发自内心的动力，在研发和产业化的道路上坚持下去。只有这样做，你最终才能‘做出真正的东西和提供有价值的服务’。”郭亚说。