由于世界不仅关注解决气候危机，而且还关注维持世界粮食供应，研究人员需要工具来评估大气污染物如何影响农作物。在过去的十年中，农业界已转向利用太阳诱导的叶绿素荧光(SIF)测量来检测植物的胁迫。
植物吸收太阳光来进行光合作用，未使用的能量以热量和人眼看不见的微小光芒(称为荧光)的形式散发出来。自从2011年生成第一张全球SIF地图以来，研究人员一直使用SIF来研究光合作用动力学。例如，它已被用来确定二氧化碳(CO2)或高温对植物特性的影响。
现在，来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和美国农业部农业研究服务处的一个团队已使用SIF来测量臭氧(O3)升高对大豆植物的影响。该团队在《实验植物学杂志》上发表了研究结果。
“研究人员发现SIF是一种更快、更安全、无创的研究光合作用的方法，”该论文的第一作者、前博士生吴耕宏指出。自然资源与环境科学系学生，导师为论文资深作者关凯宇教授。“这就是它如此受欢迎的原因。这项研究的新颖之处在于，SIF首次被用来测量田间大豆的臭氧胁迫升高。”
臭氧是一种破坏性空气污染物，对农民来说代价高昂。SoyFACE设施为研究现场臭氧污染的影响提供了一个试验台。它由美国农业部ARS科学家和LisaAinsworth教授管理。对于当前的研究，她设计了升高O3实验，其中四个地块作为对照，其他四个地块具有较高的O3含量。
该团队使用放置在植物冠层上方约半米的便携式光谱系统对对照和高O3地块进行测量。他们发现，增加O3水平导致SIF降低，在实验期间降低了36%。生长季节晚。
与光合作用相关的其他过程，例如电子传输和叶气交换，与SIF一起同时测量。“当我们观察到这些水平随着臭氧水平的升高而降低时，我们证实SIF的降低是压力的迹象，”Ainsworth说。
尽管SIF与光合作用(植物吸收光并将其转化为化学能的过程)直接相关，但它并不是影响SIF的唯一因素。但Wu指出，植物光合作用与植物大小的测量相结合[MAD3]，可以为农民提供良好的产量估计。
SIF的优点之一是它具有可扩展性。吴目前正在德国与同事一起学习，他们使用离地1公里飞行的飞机来评估SIF对整个领域的影响。吴希望与农业生态系统可持续发展中心的创始主任、这项研究的研究员关凯宇教授一起，利用该方法从绕地球运行的卫星跟踪世界各地的光合作用。
“我们希望使用SIF来估计或监测区域或全球范围内的光合作用动态，”吴重申。“为此，我们还需要进一步了解SIF和光合作用之间的机制关系。”
这些同事在SoyFACE所做的将SIF与空气污染联系起来的实验正在帮助建立这种机制的理解。